CN101581763A - 直流断路器动作特性测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流断路器的动作特性测试仪器，本装置包括电源开关；AC/DC电源模块；电流互感器；电压采样电路；信号处理控制单元；液晶显示器；上位机；键盘；负载控制单元；测试装置的正输出；测试装置的负输出。负载控制单元采用8421阵列负载技术，能实现电流的无间隙调节。装置可以进行回路级差保护测试、单一直流断路器任一电流动作曲线测试、逐一电流测试及任意电流测试、并可自动设定恢复时间，提高其测试效率及直流断路器接触电阻的测试等。向电力行业变电站直流电源回路的直流断路器动作特性提供了便携式的测量仪器，解决直流断路器动作特性现场测量的难题。

Description

直流断路器动作特性测试仪

本发明专利的应用领域

本发明专利涉及一种适用于变电站直流电源回路过流保护用的直流断路器动作特性测试仪器。

本发明专利的技术背景

直流电源回路保护以往都是采用熔断器、交流断路器、直流断路器等作为回路保护、馈线保护、负载保护的元件。随着直流断路器技术不断提高，电网安全水平的要求不断苛刻，国家电网公司规定了直流电源回路保护必须采用直流断路器，严禁交流断路器应用于直流供电回路中，严禁交直流断路器和熔断器混用。直流断路器具有动作可靠、操作简单、接线方便、故障恢复快等特点，从而得到人们的普遍认可。从直流电源母线至最终负载端，一般要经3-4级的保护。因直流断路器动作特性不匹配，上下级之间不能满足选择性保护，经常由于一般的短路故障，引起上下级越级动作，扩大事故范围。为了解决直流断路器上下级之间选择性配合问题，电力行业制定了DL/T5044-2004标准《电力工程直流系统设计技术规程》中明确规定各级直流断路器的保护动作电流和动作时间应满足选择性要求。目前使用较多的有进口的“西门子”、“梅兰日兰”、“ABB”、“施耐德”等品牌直流断路器，也有国产的“固安祥”、“天正”、“华通”等品牌直流断路器，其品牌和电流规格及动作特性上区分达到了几百种。由于各直流断路器厂家品牌较多，动作特性不一致，其提供的动作特性曲线和实际动作特性曲线差异，在实际工作运行中，经常出现了上下级直流断路器配合不当的越级动作事件。

电力行业为了加强对变电技术管理，提高电网运行水平，减少事故，规范对直流电源的运行管理。2005年10月国家电网公司制定了《国家电网十八项安全反措》、《直流电源系统设备评析标准》等企业规定和标准。明确提出了“直流断路器使用前应进行动作电流和动作特性抽检”，要求各级电力公司在新投运的直流系统或设备检修时要对其回路的直流断路器进行保护动作特性测试，即动作特性测试确定在不同短路电流下断路器的脱扣时间测试。防止直流越级动作产生保护直流断路器回路上下级的正确性选择配合。

到目前为止，直流断路器的测量仪器都是在试验室和生产厂家进行，其相关的测试仪器都是采用“人工干预计算”。采用设备主要是大型充电机、直流屏、蓄电池组、毫秒计、波形记录仪等等。这种特性测试仪器存在以下几个问题：

1、设备笨重，不能便携，不易在各变电站之间现场使用。

2、对动作电流不能准确调节，测量精度差。

3、蓄电池的容量变化引起内阻变化，造成动作电流有明显差异性。

4、动作曲线需要人工绘制，准确度差，工作量大。

5、采用多种设备合成，接线复杂、安全性差。

本发明专利的发明内容

本发明专利的目的

本发明专利的目的是在于为电力行业变电站直流系统现场提供一种便携式直流断路器动作曲线测试仪器。

本发明专利技术方案

为了达到上述目的，发明专利是这样实现的：便携式直流断路器动作特性测试仪器包括：1、电源开关；2、AC/DC电源模块；3、电流互感器；4、电压采样电路；5信号处理控制单元；6液晶显示器；7上位机；8键盘；9负载控制单元；10测试仪器的正输出；11测试仪器的负输出。电源开关1输入端接220V交流电源；电源开关1输出端和AC/DC电源模块2的输入端相接；AC/DC电源模块2的“+”输出端穿过电流互感器3的电流环，电流互感器是采用穿芯式电流互感器；AC/DC电源模块2第2输出端和电压采样电路4的输入端相接；电流互感器3的输出端和测量分析单元5输入端相接；电压采样回路4输出端和测量分析单元5输入端相并接；测量分析单元5输出端1和液晶显示器6输入端相接；测量分析单元5输出端2和上位机7相接，上位机可以采用台式计算机也可以采用笔记本电脑；测量分析单元5输出端3和键盘8相接；AC/DC电源模块2的“+”输出端穿过电流互感器3的电流环后和负载控制单元9的输入端1相接；负载控制单元9的输入端2和测量分析单元5的输出端4相接。负载控制单元9的输出端和测试仪正输出端10相接；AC/DC电源模块2的“-”输出端和测试仪的负输出端11相接。本发明专利和现有技术中的直流断路器动作特性测试仪器及以往的直流断路器动作特性测试仪产品相比，具有以下几个优点：

1、使用安全可靠，不需要带任何防护装置。

本测试仪器的测试电压仅为直流DC+6V，最大电流达1500A；直流DC+6V的电压低于国际安全电压36V，所以是一个绝对安全的工作电压。它不会造成任何的人身事故问题，就是带电操作也没有任何问题。有些断路器的测试需要在裸体状态下进行，采用本测试仪器是在绝对安全范围内，不需要带任何防护装置都可以随意测试，不会对人身安全造成伤害。

2、本仪器测试适应于任何品牌类型的直流断路器。

直流断路器从工作特性上区分，最常用的有A、B、C、D四种工作特性，额定电流规格分别有1A、2A、3A、5A、6A、10A、12A、16A、20A、25A、30A、40A、45A、50A、63A、100A几种。A特性直流断路器表示小于5倍额定电流下瞬时动作(速动)≤10ms，B特性直流断路器表示在3-7倍额定电流下瞬时动作≤10ms，C特性直流断路器表示在5-10倍额定电流下瞬时动作≤10ms，D特性直流断路器表示在大于10倍额定电流下瞬时动作≤10ms。本测试仪最大电流达1500A(瞬时大于10ms)，所以测试电流和时间上完全可满足现有常用规格型号的直流断路器。

3、整个测试仪器重量小于30kg，可以携带到任何变电站现场使用。

本测试仪器采用豪华铝合金箱做外包装箱，外铝合金包装两侧设有手柄，箱底下设有四个小轮子，便于移动、运输，整体重量小于30kg，两个人就可抬动。可以在任一变电站现场做测试，解决了以前的采用直流屏做电源需附带上毫秒计、负载箱、波形记录仪等设备无法现场移动测量的弊病。

4、测试仪器上位机软件可以自动完成被测直流断路器的动作曲线并可以和国家标准和国际标准所规定曲线相比较。

被测试的直流断路器经本测试仪器测试后，其各种电流下的动作电流和时间曲线关系，能自动在上位机软件界面上显示，上位机曲线图还可以根据国家GB/T14048.1-2000或国际IEC60898.1-2003标准中规定的标准曲线做参考，与实际测量曲线数据比较，准确判断其动作曲线是否合格。有关回路的直流断路器经该测试仪器测试后，可以确定其回路之间的上下级级差是否具有选择性保护，是否会产生越级动作现象，能有力提高电力系统变电站直流电源的安全水平。

本发明专利附图

为了更好的进一步说明，下面附图予以详细说明。

附图1、测试仪器总结构图

附图2、本发明专利负载和电流控制图

附图3、计算机软件测试的直流断路器动作特性曲线图

本发明专利的具体实施

下面结合附图对本发明专利予以详细的说明

本测试仪器总体包括：1、电源开关；2、AC/DC电源模块；3、电流互感器；4、电压采样电路；5、信号处理控制单元；6、液晶显示器；7、上位机；8、键盘；9、负载控制单元；10、测试仪器的正输出；11、测试仪器的负输出。图1中所示本测试仪器的总体结构框图，主要电路连接为：电源开关1输入端接220V交流电源；电源开关1输出端和AC/DC电源模块2的输入端相接；AC/DC电源模块2的“+”输出端穿过电流互感器3的电流环，电流互感器是采用穿芯式电流互感器；AC/DC电源模块2第2输出端和电压采样电路4输入端相接；电流互感器3的输出端和测量分析单元5输入端相接；电压采样回路4输出端和测量分析单元5输入端相并接；测量分析单元5输出端1和液晶显示器6输入端相接；测量分析单元5输出端2和上位机7相接，上位机可以采用台式计算机也可以采用笔记本电脑；测量分析单元5输出端3和键盘8相接；AC/DC电源模块2的“+”输出端穿过电流互感器3的电流环后和负载控制单元9的输入端1相接；负载控制单元9的输入端2和测量分析单元5的输出端4相接。负载控制单元9的输出端和测试仪正输出端10相接；AC/DC电源模块2的“-”输出端和测试仪的负输出端11相接。电源开关采用DZ47/20A-2P两极C特性的交流断路器；AC/DC电源模块2采用高频开关电源，其输入为220VAC，50HZ、输出为1500A(瞬时时间达15ms)1000A为长时间，电压为6VDC；电流互感器3采用穿芯式电流互感器型号为TBC300LTA品牌KEN厂家：南京中霍传感科技有限公司，能提供电流测量范围为0-1500A，输出为0-5V；电压采样电路4电压测量范围为0-15V，输出电压为0-5V；测量分析单元5采用单片机AT89S58为主处理器，爱特梅尔品牌，特征：AT89S58单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，40引脚，具有8K系统可编程Flash存储器；测量分析单元5和上位机7之间采用USB接口通讯；键盘8包含“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”十个数字按键，一个“背光”按键，一个“返回”按键，一个“时间设定”按键，一个“确定”按键，和一个“电流”按键，十个数字键是实现数字设定，“背光”按键实现显示器背光的关闭和打开，“确定”按钮是表示所设定的数据确定，“电流”按钮表示对所需生成的测试电流进行设定；信号处理控制单元5对键盘输入所需的测试电流通过负载控制单元9实现了电流测试，被测试的直流断路器的有关测试数据全部由信号处理控制单元5进行处理保存，并可以实时送到上位机7。信号处理控制单元5也把有关的测量数据通过液晶显示器6进行实时显示；液晶显示器6采用MGLS10032B的型号，品牌为深圳市蓝月亮科技有限公司；正输出端10采用红色接线端子，端子直径大于20mm；负输出端11采用黑色接线端子端子，端子直径大于20mm。

传统的直流断路器动作特性的测试就是将被测的直流断路器串接电流表，负载(一般采用可调电阻器)产生电流，调节所需要的电流，电源一般是取自于直流屏，接通被测的直流断路器采用毫秒计和波形记录仪，计算直流断路器从达到规定电流至动作断开所需要的时间，把动作时间和电流生成坐标，重复调节负载的电阻，测量不同电流所发生的时间(规定电流下)，将所有测量到的数据绘制到图上并把有关测量到的点进行连接，形成直流断路器动作特性曲线图。这种人工绘制的图一般会产生较大的误差，绘制曲线图也是十分大的工作量，测试的电流也十分难以调节准确，所以这个工作一直都是没有十分规范地进行，所造成的就是电网的安全带来一定隐患，一直来是人们所关心的，仅因为测量过程没有相关的理想工具，工作难以开展，传统测试又十分繁琐费时所致。

图2：本发明专利实施例为负载控制电路9，其特征还在于：负载控制电路9采用8421阵列技术，能实现电流的无间隙调节，下面对附图2的负载控制电路9进行说明。其中包括，开关管P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7，直流接触器J1、J2、J3、J4、J5、J6，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12。其电路连接为：信号处理控制单元5的4输出端分别与开关管P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7的B极及直流接触器J1、J2、J3、J4、J5、J6的线圈一个输入端相并接；直流接触器J1、J2、J3、J4、J5、J6的线圈另一个输入端接地；开关管P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7的C极和直流接触器J1、J2、J3、J4、J5的输出常开点的一端穿过电流互感器3的电流环后和AC/DC电源模块2的正输出端相并接。开关管P1的E极和电阻R1相接；开关管P2的E极和电阻R2相接；开关管P3的E极和电阻R3相接；开关管P4的E极和电阻R4相接；开关管P5的E极和电阻R5相接；开关管P6的E极和电阻R6相接；开关管P7的E极和电阻R7相接；直流接触器J1常开接点的另一端和电阻R8相接；直流接触器J2常开接点的另一端和电阻R9相接；直流接触器J3常开接点的另一端和电阻R10相接；直流接触器J4常开接点的另一端和电阻R11相接；直流接触器J5常开接点的另一端和电阻R12相接；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12的另一端和和测试仪负输出端11相并接，经过信号处理控制单元5和处理合成，实现无间隙电流调节。电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12其型号为RX24-50系列电阻，电阻值和功率以实现需要电流和功率而定。如电阻R1经P1的控制产生1A的电流，其中电阻R1的阻值R1＝U/I＝6/1＝6Ω，功率6W以上；电阻R2经P2的控制产生2A的电流，其中电阻R2的阻值R2＝U/I＝6/2＝3Ω，功率12W以上；电阻R3经P3的控制产生4A的电流，其中电阻R3的阻值R3＝U/I＝6/4＝1.5Ω，功率24W以上；电阻R4经P4的控制产生8A的电流，其中电阻R4的阻值R4＝U/I＝6/8＝0.75Ω，功率48W以上；电阻R5的阻值为0.375Ω，功率96W以上；R6的阻值为0.1875Ω，功率192W以上；R7的阻值为0.09375Ω，功率384W以上；电阻R8的阻值为0.06Ω，功率600W；电阻R9的阻值为0.03Ω，功率1200W以上；电阻R10的阻值为0.015Ω，功率2400W以上；电阻R7的阻值为0.015Ω，功率2400W以上；电阻R12的阻值为0.015Ω，功率2400W以上；以上电阻的功率可以采用50W的相同电阻来并联实现。例如要得到一个10A的电流则只需控制信号处理控制单元5导通R4和R2，就可以实现；要得到一个120A的电流只需控制信号处理控制单元5导通R8、R5和R3就可以实现。开关管采用STP80N06-10型，VDSS＝60V，RDS(ON)＜0.010Ω，最大控制电流80A；直流接触器采用GSZ2-100S单级直流接触器，额定工作电流500A。主要是从成本、体积重量上考虑，将64A的电流小于开关管的最大开断电流80A，大于80A电流的就采用直流接触器。

图3：本发明专利实施例为：计算机软件测试的直流断路器动作特性曲线图。如图3，上位机软件测试到的动作特性测试图中两条黑线为直流断路器固有的保护特性曲线。这两条曲线来自于国家标准GB/T14048.1-2000或国际标准IEC60898.1-2003，不同的直流断路器其固有的保护特性曲线是不同的，其图中为C特性的直流断路器，开断电流为5-10倍瞬时动作。纵坐标T表示断路器开断时间；横坐标(I/In)表示实际测量电流与被测断路器额定电流的比值，进行直流断路器测试时根据不同的测试电流，测量开断时间，如图中的右上角：1，实际测量电流与被测断路器额定电流的比值I/In＝2.55，开断时间T＝11.71S；2，实际测量电流与被测断路器额定电流的比值I/In＝7，开断时间T＝0.802S；3，实际测量电流与被测断路器额定电流的比值I/In＝5，开断时间T＝1.689S；4，实际测量电流与被测断路器额定电流的比值I/In＝8.5，开断时间T＝0.467S；5，实际测量电流与被测断路器额定电流的比值I/In＝10，开断时间T＝0.191S。采用五种颜色表示，两曲线图中有对应的测试点，测试结果落在这两条特性曲线中间(如图中几点)，则表明进行特性测试的断路器满足要求。若测试结果落在了这两条曲线之外，表明进行进行特性测试的断路器不合格。

Claims (2)

1、一种直流断路器的动作特性测试仪。本测试装置由1、电源开关；2、AC/DC电源模块；3、电流互感器；4、电压采样电路；5、信号处理控制单元；6、液晶显示器；7、上位机；8、键盘；9、负载控制单元；10、测试装置正输出；11、测试装置负输出构成。

其电路连接为：电源开关1输入端接220V交流电源；电源开关1输出端和AC/DC电源模块2的输入端相接；AC/DC电源模块2的“+”输出端穿过电流互感器3的电流环(电流互感器是采用穿芯式电流互感器)；AC/DC电源模块2第2输出端和电压采样电路4的输入端相接；电流互感器3的输出端和测量分析单元5输入端相接；电压采样回路4输出端和测量分析单元5输入端相并接；测量分析单元5输出端1和液晶显示器6输入端相接；测量分析单元5输出端2和上位机7相接；测量分析单元5输出端3和键盘8相接；AC/DC电源模块2的“+”输出端穿过电流互感器3的电流环后和负载控制单元9的输入端1相接；负载控制单元9的输入端2和测量分析单元5的输出端4相接。负载控制单元9的输出端和测试仪正输出端10相接；AC/DC电源模块2的“-”输出端和测试仪负输出端11相接。

2、根据权利1所述其特征还包括负载控制单元其中包括，其中包括，开关管P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7，直流接触器J1、J2、J3、J4、J5、J6，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12。电阻采用型号RX24-50，开关管采用STP80N06-10型。直流接触器采用GSZ2-100S单级直流接触器。

电路连接为：信号处理控制单元5的4输出端分别与开关管P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7的B极及直流接触器J1、J2、J3、J4、J5、J6的线圈的输入端相并接；直流接触器J1、J2、J3、J4、J5、J6的线圈另一个输入端接地；开关管P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7的C极和直流接触器J1、J2、J3、J4、J5的常开点的一端穿过电流互感器3的电流环后和AC/DC电源模块2的正输出端并接。P1的E极和电阻R1相接；P2的E极和电阻R2相接；P3的E极和电阻R3相接；P4的E极和电阻R4相接；P5的E极和电阻R5相接；P6的E极和电阻R6相接；P7的E极和电阻R7相接；直流接触器J1常开接点的另一端和电阻R8相接；直流接触器J2常开接点的另一端和电阻R9相接；直流接触器J3常开接点的另一端和电阻R10相接；直流接触器J4常开接点的另一端和电阻R11相接；直流接触器J5常开接点的另一端和电阻R12相接；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12的另一端和和测试仪的负输出端11相并接。

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