CN101320058A - 过电压保护器雷电流测试设备的智能光发射/接收控制装置 - Google Patents
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Abstract
过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,包括充电电压控制模块以及与该充电电压控制模块相连接的可编程控制器,该可编程控制器上还连接有一参数输入装置,可编程控制器的输出与光发射/接收控制模块相连接,光发射/接收控制模块通过高压触发脉冲形成电路与雷电流测试设备的放电开关相连接。雷电流测试设备的充电电压监控模块接收冲雷电流测试设备中储能电容两端的充电电压信号,并与系统设定的预放电电压信号进行比较,从而输出控制信号到可编程控制器。光发射/接收控制模块接收可编程控制器输出的控制信号,由光发射/接收控制模块控制高压触发脉冲形成电路,控制过电压保护器雷电流测试设备中放电开关的接通,形成IEC或国标规定的雷电流波。
Description
技术领域
本发明属于冲击电流试验的控制技术,特别涉及电力系统用避雷器阀片和配电系统用过电压保护器雷电流测试设备的智能光发射/接收控制装置。
背景技术
近年来,随着信息化产业的飞速发展,对于系统中由于大气过电压及操作过电压造成的危害已引起了人们极大的重视,雷电流测试作为过电压保护器的检测手段得到了愈来愈广泛的应用,并且雷电流试验等级愈来愈高,目前国内生产的大电流4/10μs的电流幅值已超过了120kA、8/20μs标准雷电流的最大幅值已超过了200kA,10/350μs直击雷电流的幅值也超过了120kA。但随着雷电流测试设备自动化程度的提高,雷电流测试设备中除包含了雷电流波发生电路本体之外,还包含有低压的控制系统、测量系统以及计算机管理系统。但是高电压大电流的雷电流引起的强电磁干扰对控制系统、测量系统以及计算机管理系统形成严重的干扰,轻者引起控制系统的误触发、测量系统的测量偏差以及计算机管理系统的死机,重者则引起它们的损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高可靠性的且能够在大生产中使用的过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置。
为达到上述目的,本发明采用技术方案是:包括一充电电压控制模块以及与该充电电压控制模块相连接的可编程控制器,该可编程控制器上还连接有一参数输入装置,可编程控制器的输出与光发射/接收控制模块相连接,光发射/接收控制模块通过高压触发脉冲形成电路与雷电流测试设备的放电开关相连接。
本发明的雷电流测试设备包括储能电容C,储能电容C的高压端与可控放电开关G的高压端G+相连,可控放电开关G的低压端G-与第一调波电阻R的一端相连,第一调波电阻R的另一端与调波电感L的一端相连,调波电感L的另一端与被试品S的一端相连,被试品S的另一端与储能电容C的低压端连接,可控放电开关G的触发电极与光发射/接收控制模块控制的高压脉冲触发形成电路的输出端相连;雷电流测试设备的调波电感L与被试品S之间还连接有耦合网络,且在被试品S的两端还连接有工频供电电源,该工频供电电源与被试品S之间还连接有去耦网络;雷电流测试设备的储能电容C的低压端与第一调波电阻R1的输入端、调波电感L的输出端分别连接有第二调波电阻R2和第三调波电阻R3;雷电流测试设备包括储能电容C,储能电容C的高压端与第一可控放电开关G1的高压端G+相连,可控放电开关G1的低压端G-与调波电感L的一端相连,调波电感L的另一端与负载Z相连,且在储能电容C的低压端与一可控放电开关G1的低压端还连接有第二可控开关G2,第一可控放电开关G1及第二可控放电开关G2的触发电极与光发射/接收控制模块控制的高压脉冲触发形成电路的输出端相连;光发射/接收控制模块包括与可编程控制器相连接的发射用光电耦合器,信号经发射用光电耦合器光电隔离后输入到光发射器,光发射器将接收到控制信号通过光纤传输到光接收器,再由光接收器将控制信号经接收用光电耦合器输出高压脉冲控制信号控制高压触发脉冲形成电路;发射用光电耦合器与光发射器之间还设置有微型计算机单元;发射用光电耦合器的输出端连接有微型计算机单元,微型计算机单元的输出连接有两路完全相同的光发射/接收控制电路,该光发射/接收控制电路由光发射器、光纤和光接收器组成;高压触发脉冲形成电路包括工频变压器Tr、整流二极管D、电容C、可控硅SCR和高频脉冲变压器T,工频变压器Tr的输入端接220V工频供电电源,整流二极管D的正极性端接工频变压器Tr的一输出端,整流二极管D的负极性端接高频脉冲变压器T的一输入端,高频脉冲变压器的另一输入端与可控硅SCR的阳极连接,可控硅SCR的阴极和工频变压器Tr的另一输出端,电容C的一端接整流二极管D的负极性端,电容C的另一端接可控硅SCR的阴极,可控硅SCR的控制极与光发射/接收模块的高压脉冲控制信号相连接。高频脉冲变压器T的输出端与雷电流测试设备的放电开关G的触发极与可控放电开关的低压电极。
本发明采用触摸屏式的参数输入装置、可编程控制器、雷电流测试设备的充电电压控制模块、光发射/接收控制模块或带有微型计算机的智能光发射/接收控制模块以及高压触发脉冲形成电路。通过触摸屏可以设置雷电流放电的极性、放电的间隔、试验的模式(包括共模和差模)、跟踪的工频电源相位、雷电流测试设备的的充电电压的控制信号,并输出试验模式控制信号、雷电流测试设备的控制信号以及高压的开断、充电电压的升降和紧急故障停止等信号。雷电流测试设备的充电电压的控制模块接收雷电流测试设备的储能电容两端的充电电压信号,并与系统设定的预放电电压信号进行比较,从而输出控制信号到可编程控制器。光发射/接收控制模块或带有微型计算机的智能光发射/接收控制模块接收可编程控制器输出的控制信号,经由光发射/接收控制模块或带有微型计算机的智能光发射/接收控制模块控制高压触发脉冲形成电路,继而控制雷电流测试设备中放电开关的接通和雷电流波的形成。
附图说明
图1是本发明的雷电流测试设备的光发射/接收控制装置的一种结构框图;
图2是本发明的一种光发射/接收控制模块原理框图;
图3是本发明的高压触发脉冲的形成电路;
图4是本发明的与图1对应的雷电流测试设备的光发射/接收控制技术的流程框图;
图5是本发明的另一种带微型计算机的智能光发射/接收控制模块;
图6是本发明的适合于SPD带电试验的雷电流的智能光发射/接收控制装置;
图7是本发明的适合于SPD组合波的智能光发射/接收控制模块;
图8是本发明的适合于配电系统开关型SPD的10/350μs、Crowbar雷电流测试设备的智能光发射/接收控制模块。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1(a),本发明包括一充电电压监控模块1以及与该充电电压监控模块1相连接的可编程控制器3,该可编程控制器3上还连接有一人机交互触摸屏式的参数输入装置2,可编程控制器3的输出与光发射/接收控制模块4相连接,光发射/接收控制模块4通过高压触发脉冲形成电路5与雷电流测试设备的放电开关6相连接,触摸屏进行预设放电电压、放电极性、放电间隔、放电次数等试验参数的设定。可编程控制器通过串行口接收触摸屏的设定参数,进行设定参数下过电压保护器雷电流测试设备的时序控制。光发射/接收控制模块电路的光发射器接收可编程控制器的控制信号,经过光纤控制光发射/接收控制模块电路的光接收器并发出控制信号,触发高压触发脉冲形成电路输出脉冲高压,进而控制雷电流测试设备的放电开关的接通,形成雷电流波。
参见图1(a),本发明的充电电压监控模块电路的控制原理是通过电压比较电路比较预置电放电压和储能电容C上的充电电压,当储能电容C上的充电电压大于等于预置放电电压时,充电电压监控模块的电压比较电路输出控制信号到可编程控制器。
图1(b)为雷电流测试设备的基本原理图,雷电流测试设备的放电开关6包括储能电容C,储能电容C的高压端与可控放电开关G的高压端G+相连,可控放电开关G的低压端G-与第一调波电阻R的一端相连,第一调波电阻R的另一端与调波电感L的一端相连,调波电感L的另一端与被试品S的一端相连,被试品S的另一端与储能电容C的低压端连接,可控放电开关G的触发电极与光发射/接收控制模块4控制的高压脉冲触发形成电路6的输出端相连。其原理是充好电的储能电容C在放电开关G导通后通过第一调波电阻R、调波电感L和被试品S输出雷电流波。
参见图2,本发明的光发射/接收控制模块4包括与可编程控制器3相连接的发射用光电耦合器7,信号经发射用光电耦合器7光电隔离后输入到光发射器8,光发射器8将接收到控制信号通过光纤9传输到光接收器10,再由光接收器10将控制信号经接收用光电耦合器2输出高压脉冲控制信号控制高压触发脉冲形成电路5。发射、接收用光电耦合器可以选用是集成电路TP521或其他。其控制原理是:接收用光电耦合器7接收可编程控制器3输出的放电控制信号,经光电隔离后输入到光发射器8,光发射器8将接收到控制信号通过光纤9传输到光接收器10,再由光接收器10将控制信号经过接收光电耦合器11输出高压脉冲控制信号,从而控制高压触发脉冲形成电路5的工作。
参见图3,本发明的高压触发脉冲形成电路5包括工频变压器Tr、整流二极管D、电容C、可控硅SCR和高频脉冲变压器T,工频变压器Tr的输入端接220V工频供电电源,整流二极管D的正极性端接工频变压器Tr的一输出端,整流二极管D的负极性端接高频脉冲变压器T的一输入端,高频脉冲变压器的另一输入端与可控硅SCR的阳极连接,可控硅SCR的阴极和工频变压器Tr的另一输出端,电容C的一端接整流二极管D的负极性端,电容C的另一端接可控硅SCR的阴极,可控硅SCR的控制极与光发射/接收模块的高压脉冲控制信号相连接。高频脉冲变压器T的输出端与雷电流测试设备的放电开关G的触发极与可控放电开关的低压电极。
参见图4,本发明的对应于图1的控制流程是:通过人机交互触摸屏2设定雷电流测试设备的试验参数,包括放电极性、放电间隔、放电次数等等。触摸屏上设定的试验参数通过RS232通讯接口传输给可编程控制器3。预置放电电压输入到充电电压监控模块的电压比较电路,雷电流测试设备的储能电容C上充电电压通过电压传感器也输入到充电电压监控模块的电压比较电路,当储能电容C的充电电压超过预置放电电压时,充电电压监控模块的电压比较电路输出放电控制信号给可编程控制器,此控制信号经过光发射/接收控制模块电路去控制高压触发脉冲形成电路的可控硅SCR,高压触发脉冲形成电路即输出一高压脉冲到雷电流测试设备的可控放电开关G的触发极,可控放电开关G导通,图1中储能电容C上的电荷通过调波电阻R、调波电感L和被试品S放电,雷电流波便流经过电压保护器S,一次放电过程完成。当预先设定的放电参数未满足时,重复电容充电直至放电的过程,直到满足试验设定参数,试验结束。
参见图5,本发明的雷电流测试设备的光发射/接收控制技术的另一种光发射/接收控制模块,发射用光电耦合器7与光发射器8之间还设置有微型计算机单元12。其连接关系同图2。和图2电路的硬件差异是其中增加了微型计算机单元,其中的微型计算机可以选择集成电路AT89S52或其他;控制过程差异是来自可编程控制器的控制信号经过光电光电耦合器1的内控制信号是通过微型计算机单元后再输出到光发射器。
参见图6(a),本发明的适合于被试品S动作负载试验的雷电流测试设备,也就是说,被试品S上要施加实际运行时的工频供电电源。为了将雷电流施加在被试品S上,雷电流测试设备的调波电感L与被试品S之间还连接有耦合网络13,同时为避免脉冲电流对工频供电电源造成影响,该工频供电电源15与被试田S之间还连接有去耦网络14。
参见图6(b),IEC和国标要求需要在工频电源的某确定相位点上叠加雷电流信号,因此图2所示的光发射/接收控制模块不再适用,需要采用图5所示的带有微型计算机单元的智能光发射/接收控制模块。相应的适合于SPD动作负载试验的雷电流测试设备的智能光发射/接收控制的流程与图4有所差异。其控制流程是:通过触摸屏设定雷电流测试设备的试验参数,除了包括放电极性、放电间隔、放电次数参数外,还增添了试验模式、触发相位以及递增相位等参数。触摸屏上设定的试验参数通过RS232通讯接口传输给可编程控制器。预置放电电压输入到充电电压监控模块的电压比较电路,雷电流测试设备中储能电容上充电电压通过电压传感器也输入到充电电压监控模块的电压比较电路,当电容充电电压超过预置放电电压时,充电电压监控模块输出信号给可编程控制器,可编程控制器输出放电控制信号,之后此控制信号首先输入给带有微型计算机单元的智能光发射/接收控制模块的微型计算机,计算机启动工频电源相位跟踪功能,并按照可编程控制器输入的工频电源的相位信号进行跟踪,待满足设定的工频相位时,微型计算机输出控制脉冲信号并同样经过光发射/接收控制模块的光接收器去控制高压触发脉冲形成电路的可控硅SCR,高压触发脉冲形成电路即输出一高压触发脉冲到雷电流测试设备的可控放电开关G的触发极,可控放电开关G导通,图1中储能电容C上的电荷通过调波电阻R、调波电感L和被试品S放电,雷电流波便流被试品S,一次放电过程完成。当预先设定的放电参数未满足时,重复电容充电直至放电的过程,直到满足试验设定参数,试验结束。
参见图7,本发明的适合于SPD组合波回路的原理和图1(a)和图6(a)有所不同。在雷电流测试设备的储能电容C的低压端与第一调波电阻R1的输入端、调波电感L的输出端分别连接有第二调波电阻R2和第三调波电阻R3,其它连接关系同图6(a),图7回路输出1.2/50μs冲击电压波,当被试品S处于低阻状态时,图7回路输出8/20μs冲击电流波。被试品在工频电源施加条件下叠加雷电流波的情形与图6(a)相似,因此,,同样需要采用图5所示的带有微型计算机单元的智能光发射/接收控制模块,相应的适合于SPD组合波试验的智能光发射/接收控制的流程也与图6(b)相似。
参见图8(a),本发明的适合于配电系统开关型SPD的10/350μs、Crowbar直击雷电流测试设备的雷电流测试设备包括储能电容C,储能电容C的高压端与第一可控放电开关G1的高压端G+相连,可控放电开关G1的低压端G-与调波电感L的一端相连,调波电感L的另一端与负载Z相连,且在储能电容C的低压端与和一可控放电开关G1的低压端还连接有第二可控开关G2,第一可控放电开关G1及第二可控放电开关G2的触发电极与光发射/接收控制模块4控制的高压脉冲触发形成电路6的输出端相连。
电路的工作原理是:储能电容C通过第一可控放电开关G1、形成电感L和负载Z形成10/350μs直击雷电流波的波前时间,当雷电流波达到电流峰点时,储能电容C上的电场能量几乎完全转换为形成电感L的磁场能量,这时,Crowbar放电开关G2导通,第一可控放电开关G1断开,形成电感L中的磁场能量通过Crowbar放电开关G2和负载Z泄放,形成10/350μs冲击电流波的波尾。由此可知:图8(a)的电路形成和上述有所不同,并且回路中有可控放电开关G1和Crowbar放电开关G2。
参见图8(b),图8(a)所示的适合于配电系统开关型SPD的10/350μs、Crowbar直击雷电流测试设备的智能光发射/接收控制模块包括3个光电耦合器1、2、3,微型计算机单元、2对光发射器和光接收器以及2套光纤1、2。其中工作原理和图5相似,唯一的差别是微型计算机单元输出两个控制脉冲1、2,两个控制脉冲1、2分别去控制两路光发射/接收控制模块1、2。控制脉冲1和控制脉冲2之间的时间间隔可以通过图8(a)所示的电路参数计算得到(近似等于,其中L、C分别图8(a)回路中的形成电感和储能电容),并通过触摸屏进行设置,依靠触摸屏和可编程控制器之间的RS232通讯,再通过可编程控制器将此时间间隔参数传递给微型计算机智能光发射/接收控制模块的微型计算机单元,由微型计算机程序控制控制脉冲2的输出。控制脉冲2的输出也可以通过检测雷电流波的峰点进行控制。
参见图8(c),本发明的适合于配电系统开关型SPD的10/350μs、Crowbar直击雷电测试设备的智能光发射/接收控制的流程是:通过触摸屏设定10/350μs、Crowbar直击雷电电流测试设备的控制脉冲1和控制脉冲2之间的时间间隔ΔT以及试验的极性;触摸屏上设定的试验参数通过RS232通讯接口传输给可编程控制器。预置放电电压输入到充电电压监控模块的电压比较电路,雷电流测试设备中储能电容上充电电压通过电压传感器也输入到充电电压监控模块的电压比较电路,当电容充电电压超过预置放电电压时,充电电压监控模块输出放电控制型号给可编程控制器,此控制信号首先输入给带有微型计算机单元的智能光发射/接收控制模块的微型计算机,微型计算机给出控制脉冲1,此控制脉冲1经过光电控制触发电路1去控制高压触发脉冲形成电路1的可控硅SCR,高压触发脉冲形成电路1即输出高压触发脉冲1到雷电流测试设备的可控主放电开关G1的触发极,可控主放电开关G1导通,图8(a)中储能电容C上的电荷通过可控主放电开关G1、形成电感L、负载电阻R放电,形成10/350μs直击雷电流波的波前;在微型计算机给出控制脉冲1的同时,计算机启动计时功能,待计时时间间隔ΔT到时,图8(a)电路中储能电容C上的电场能量几乎全部转换为形成电感L上的磁场能量,这时,微型计算机输出控制脉冲信号2并同样经过光发射/接收电控制模块2去控制高压触发脉冲形成电路2的可控硅SCR,高压触发脉冲形成电路2即输出高压触发脉冲2到雷电流测试设备的Crowbar放电开关G2的触发极,Crowbar放电开关G2导通,图8(a)中形成电感L上的磁场能量通过Crowbar放电开关G2向负载Z释放,形成10/350μs直击雷电流波的波尾,一次放电过程完成。
参见图8(c),微型计算机输出控制脉冲2的时刻可以通过在负载电阻Z与储能电容C低压端的连接线上,套上一个线圈,线圈上测试的是图8(a)回路中流过的雷电流的微分,在图8(a)回路中流过的雷电流达到峰值时,线圈上的电压值为零,通过检测此线圈上的电压的零点即可确定Crowbar放电开关G2的微型计算机输出控制脉冲2的发出时刻。对应的控制流程只需将图8(c)中的“满足设定时间间隔参数?”改为“冲击电流的峰值点是否达到?”即可。
本发明的由触摸屏、可编程控制器、雷电流测试设备的充电电压监控模块、光发射/接收控制模块或带有微型计算机的智能光发射/接收控制模块以及高压触发脉冲形成电路组成的过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,通过自动监测雷电流测试设备中储能电容的充电电压,由可编程控制器输出控制信号,并经由光发射/接收控制模块或由微型计算机控制的智能光发射/接收控制模块通过光纤控制高压触发脉冲形成电路,最终实现控制雷电流测试设备放电开关的导通状态,形成IEC或国标规定的雷电流波。这种雷电流波测试设备的智能光发射/接收控制技术可避免高电压大电流的雷电流电磁场对控制系统、测量系统以及计算机管理系统形成严重的干扰,大大提高过电压保护器雷电流测试设备的稳定性和可靠性。
Claims (9)
1、过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,其特征在于:包括一充电电压控制模块(1)以及与该充电电压控制模块(1)相连接的可编程控制器(3),该可编程控制器(3)上还连接有一参数输入装置(2),可编程控制器(3)的输出与光发射/接收控制模块(4)相连接,光发射/接收控制模块(4)通过高压触发脉冲形成电路(5)与雷电流测试设备的放电开关(6)相连接。
2、根据权利要求1所述的过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,其特征在于:所说的雷电流测试设备包括储能电容C,储能电容C的高压端与可控放电开关G的高压端G+相连,可控放电开关G的低压端G-与第一调波电阻R的一端相连,第一调波电阻R的另一端与调波电感L的一端相连,调波电感L的另一端与被试品S的一端相连,被试品S的另一端与储能电容C的低压端连接,可控放电开关G的触发电极与光发射/接收控制模块(4)控制的高压脉冲触发形成电路(6)的输出端相连。
3、根据权利要求2所述的过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,其特征在于:所说的雷电流测试设备的调波电感L与被试品S之间还连接有耦合网络(13),且在被试品S的两端还连接有工频供电电源(15),该工频供电电源(15)与被试品S之间还连接有去耦网络(14)。
4、根据权利根据权利要求3所述的过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,其特征在于:所说的雷电流测试设备的储能电容C的低压端与第一调波电阻R1的输入端、调波电感L的输出端分别连接有第二调波电阻R2和第三调波电阻R3。
5、根据权利要求1所述的过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,其特征在于:所说的雷电流测试设备包括储能电容C,储能电容C的高压端与第一可控放电开关G1的高压端G+相连,可控放电开关G1的低压端G-与调波电感L的一端相连,调波电感L的另一端与负载Z相连,且在储能电容C的低压端与一可控放电开关G1的低压端还连接有第二可控开关G2,第一可控放电开关G1及第二可控放电开关G2的触发电极与光发射/接收控制模块(4)控制的高压脉冲触发形成电路(6)的输出端相连。
6、根据权利要求1所述的过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,其特征在于:所说的光发射/接收控制模块(4)包括与可编程控制器(3)相连接的发射用光电耦合器(7),信号经发射用光电耦合器(7)光电隔离后输入到光发射器(8),光发射器(8)将接收到控制信号通过光纤(9)传输到光接收器(10),再由光接收器(10)将控制信号经接收用光电耦合器(2)输出高压脉冲控制信号控制高压触发脉冲形成电路(5)。
7、根据权利要求6所述的过电压保护器雷电流测试设备的智能光发射/接收控制装置,其特征在于:所说的发射用光电耦合器(7)与光发射器(8)之间还设置有微型计算机单元(12)。
8、根据权利要求6或7所述的过电压保护器雷电流测试设备的智能光发射/接收控制装置,其特征在于:所说的发射用光电耦合器(7)的输出端连接有微型计算机单元(12),微型计算机单元(12)的输出连接有两路完全相同的光发射/接收控制电路,该光发射/接收控制电路由光发射器(8)、光纤(9)和光接收器(10)组成。
9、根据权利要求1所述的过电压保护器雷电流测试设备的光发射/接收控制装置,其特征在于:所说的高压触发脉冲形成电路(5)包括工频变压器Tr、整流二极管D、电容C、可控硅SCR和高频脉冲变压器T,工频变压器Tr的输入端接220V工频供电电源,整流二极管D的正极性端接工频变压器Tr的一输出端,整流二极管D的负极性端接高频脉冲变压器T的一输入端,高频脉冲变压器的另一输入端与可控硅SCR的阳极连接,可控硅SCR的阴极和工频变压器Tr的另一输出端,电容C的一端接整流二极管D的负极性端,电容C的另一端接可控硅SCR的阴极,可控硅SCR的控制极与光发射/接收模块的高压脉冲控制信号相连接。高频脉冲变压器T的输出端与雷电流测试设备的放电开关G的触发极与可控放电开关的低压电极。
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