CN102353895A - 低压断路器寿命自动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种低压断路器寿命自动试验装置。该装置由试验控制柜、试品柜和负载柜组成，其中，试验控制柜包括工控机、驱动电路和触头状态检测电路；试品柜包括交流接触器、试品和断路器；负载柜包括负载电路。工控机由显示器、计算机主机、键盘构成，分别与驱动电路和触头状态检测电路相连；驱动电路又分别与交流接触器、试品和断路器相连；交流接触器又分别与断路器和试品相连；试品又分别与触头状态检测电路和负载电路相连。本发明可实时检测断路器合分闸过程中的电压电流波形，自动化程度高，采用电流互感器可分档选择不同变比设计，可实现0-3000A范围内的电流精确采样。

Description

低压断路器寿命自动试验装置

技术领域：

本发明属于低压电器领域内的试验装置，特别涉及一种低压断路器(包括小型断路器和塑壳断路器)机械寿命和电寿命的自动试验技术及其试验装置。该装置可自动完成低压断路器机械寿命试验和电寿命试验，并能在试验过程中实时监测试验电压和电流的波形，实现断路器的故障自动诊断，并记录故障信息。

背景技术：

低压断路器是低压电器中的重要设备，属于保护类电器，用于低压配电回路、电动机或其它用电设备中，负责接通、承载以及分断正常条件或非正常条件(如短路)下的电流。断路器的可靠性既直接影响到日常生活用电、工业建筑物供电和配电线路终端设备运行；又关系到电网配电系统中诸多用电设备和电网发生过载、短路等故障时的及时保护。机械寿命和电寿命是低压断路器的重要性能指标，其相关试验是保障断路器可靠性的重要手段。寿命试验装置是完成寿命试验的必备试验条件。因此，低压断路器寿命试验技术及装置研制具有十分重要的意义。

在低压断路器试验装置相关技术方面，“塑壳断路器过载可靠性试验装置和实现方法”(申请专利号200910067683.1)提到一种采用计算机直接控制和检测的塑壳断路器过载可靠性试验装置，完成对塑壳断路器过载特性的验证；“塑壳断路器瞬动特性试验装置”(申请专利号200520027579.7)设计了选相合闸装置，消除了瞬动特性调试试验中试验电流存在非周期分量的影响；“小型断路器可靠性试验装置”(申请专利号200410094248.2)利用工控机实现小型断路器可靠性试验的自动化，解决了在合分闸操作过程中小型断路器内部操作机构及电气连接的真实可靠性水平，并同时解决了在检测小型断路器脱扣器的瞬动保护特性过程中，模拟短路电流的实现以及脱扣状态的判断；以上专利均未涉及低压断路器寿命试验。在低压断路器寿命试验技术方面，“小型断路器电寿命检测装置”(申请专利号200920153517.9)通过设置该专利提到的可调节操作组件，调节移动位置和水平距离，可以方便地对小型断路器进行电寿命检测，减少了小型断路器的损坏；“一种断路器寿命特性自动测试装置”(申请专利号200820151783.3)由工业控制用计算机控制并通过该专利提到的动作测量与反馈单元可计算得到断路器各相的动作时间、同期性和断路器合分闸弹跳时间等特性参数；以上专利皆没有实时检测和存储断路器在合分闸过程中主回路以及断路器主触头两端的电压和电流的波形，不能准确地判断电寿命试验过程中断路器的故障情况；此外，也没有涉及到断路器的机械寿命试验。

发明内容：

本发明所要解决的问题为：主要针对当前低压断路器寿命试验技术没有涉及到机械寿命试验且电寿命试验过程中不能实时检测电压电流的波形这一问题，提供一种自动完成低压断路器寿命试验的装置，该装置采用固态继电器配合双作用气缸和执行手柄控制试品(低压断路器)合分闸，固态继电器响应时间短、可靠性高、寿命长，采用电流互感器可分档选择不同变比设计，可实现0-3000A范围内的电流精确采样。

本发明的技术方案为：

一种低压断路器寿命自动试验装置，该装置由硬件部分和软件部分组成。软件部分由试验参数设置与修改模块、文件处理模块、试验调试模块以及试验运行模块组成；硬件部分由试验控制柜、试品柜和负载柜组成。其中，试验控制柜包括工业控制用计算机(以下简称工控机)、驱动电路和触头状态检测电路；试品柜包括交流接触器、试品和断路器，其中试品为3台塑壳断路器和6台小型断路器；负载柜包括负载电路。工控机由显示器、计算机主机、键盘构成，分别与驱动电路和触头状态检测电路相连；驱动电路又分别与交流接触器、试品和断路器相连；交流接触器又分别与断路器和试品相连；试品又分别与触头状态检测电路和负载电路相连。

所述的驱动电路包括16位DO单元、交流固态继电器、第一电磁继电器、第二电磁继电器、双作用气缸和执行手柄。其连接方式是工控机通过DO数据线与16位DO单元相连，16位DO单元通过信号线201与交流固态继电器的输入端相连，交流固态继电器的输出端通过信号线202、信号线203和信号线204分别控制第一电磁继电器、第二电磁继电器和双作用气缸，第一电磁继电器通过信号线205控制断路器，第二电磁继电器通过信号线206控制交流接触器，双作用气缸与执行手柄相连，执行手柄与试品相连。

所述触头状态检测电路包括互感器、信号调理电路、A/D转换器、光电耦合器、DI输入电路、方波发生电路和数据缓冲区。其连接方式是电源电压信号、试品主触头间电压信号及负载电流信号通过信号线与互感器相连，互感器通过信号线与信号调理电路相连，信号调理电路通过信号线与A/D转换器相连，A/D转换器通过信号线与数据缓冲区相连；试品辅助触头间电压信号通过信号线与光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端通过信号线与DI输入电路相连，DI输入电路通过信号线与数据缓冲区相连；方波发生电路通过信号线与数据缓冲区相连；数据缓冲区通过信号线和IO数据线分别与A/D转换器和工控机相连。

互感器包括电压互感器和电流互感器，电流互感器为两级电流互感器，第一级电流互感器的档位依次为3000/5、1000/5、300/5、100/5。试验时根据负载电流大小，选择相应的电流档位。另外，第一级电流互感器还可为外接互感器，实现其他变比的选择。

本发明所述低压断路器寿命自动试验装置在工控机的控制下自动运行，可分别对低压断路器进行电寿命试验和机械寿命试验，当进行电寿命试验时，其控制步骤为：

1)控制交流接触器吸合，然后检测电源电压，若电源电压大于其保护上限，则交流接触器正常，否则交流接触器故障，此时控制交流接触器释放来切除故障，若故障未被切除，则控制断路器跳闸，切除故障；

2)控制试品合闸，然后检测主触头间电压和负载电流，若主触头间电压小于其保护下限且负载电流大于其保护上限，则试品正常，否则试品故障，此时控制交流接触器释放来切除故障，若故障未被切除，则控制断路器跳闸，切除故障；

3)控制试品分闸，然后检测主触头间电压和负载电流，若主触头间电压大于其保护上限且负载电流小于其保护下限，则试品正常，否则试品故障，此时控制交流接触器释放来切除故障，若故障未被切除，则控制断路器跳闸，切除故障。

先进行步骤1)，并以步骤2)、3)的顺序构成一个循环，反复进行试验，同时记录试验数据和试验故障；

当进行机械寿命试验时，其控制步骤为：从上述电寿命试验控制步骤2)开始，并以上述电寿命试验控制步骤2)、3)的顺序构成一个循环，反复进行试验，同时记录试验数据和试验故障。

本发明与现有技术相比有以下几个主要的有益效果：

1.本发明由工控机控制，可自动、准确完成低压断路器寿命试验，提高了寿命试验的自动化水平；提供了良好的人机交互操作界面，方便用户进行试验和查看试验结果。

2.本发明可以对小型断路器和塑壳断路器进行寿命试验，包括电寿命试验和机械寿命试验。

3.本发明实时检测A相、B相和C相的电源电压波形、试品主触头间电压波形和负载电流波形，并在计算机显示器上实时显示以上各波形。可以根据电压电流波形分析试验参数，如功率因数、电压电流有效值、试品各相的燃弧时间等。

4.本发明电流采集时第一级电流互感器档位依次为100/5、300/5、1000/5、3000/5，满足了电流采集精度的要求。第一级电流互感器还可为外接互感器，实现其他变比选择。

5.本发明在电寿命试验模式下，可顺序操作1～3台400A及其以下塑壳断路器试品进行试验或1～6台125A及其以下小型断路器试品进行试验；在机械寿命试验模式下，可同时操作1～3台400A及其以下塑壳断路器试品进行试验或1～6台125A及其以下小型断路器试品进行试验。第一级电流互感器为外接电流互感器时，可以对400A以上的塑壳断路器进行试验。

6.本发明的试品合分闸控制回路采用交流固态继电器配合双作用气缸和执行手柄控制，交流固态继电器响应时间短，寿命时间长，可靠性高；分别根据塑壳断路器尺寸和小型断路器尺寸设计3套塑壳断路器及6套小型断路器的执行手柄完成对塑壳断路器和小型断路器的合分闸操作。

7.本发明可对试验过程中的试品进行故障自动诊断，可自动监测出试品合闸故障和分闸故障，故障后试验装置报警并控制交流接触器切除故障，若故障未被切除，该装置控制断路器跳闸，启动后备保护切断电源，保障了试验装置的安全。

8.本发明根据用户的设置自动保存试验数据和故障记录，并能将试验数据和故障记录打印输出。

9.本发明具有完整的数据保护功能，意外断电后试验数据不丢失，电源恢复后不破坏已采集的试验数据，试验数据永久性保存于计算机，并能方便的转移到外部存储设备中。

附图说明：

图1是本发明实施例试验装置框图

图2是本发明实施例驱动电路结构示意图

图3是本发明实施例触头状态检测电路结构示意图

图4是本发明实施例主电路示意图

图5是本发明实施例控制电路示意图

图6是试品在电寿命试验模式下和机械寿命模式下的动作时序图

图7是本发明实施例软件流程图

具体实施方式(结合附图具体说明)：

实施例：

如图1所示，本发明所述的低压断路器寿命自动试验装置，该装置由硬件部分和软件部分组成。软件部分由试验参数设置与修改模块、文件处理模块、试验调试模块以及试验运行模块组成；硬件部分由包括试验控制柜，试品柜和负载柜。其中，试验控制柜包括工控机(1)、驱动电路(2)和触头状态检测电路(5)；试品柜包括交流接触器(3)、试品(4)和断路器(6)，其中，试品(4)为3台塑壳断路器和6台小型断路器；负载柜包括负载电路(7)。工控机(1)由显示器、计算机主机、键盘构成，分别与驱动电路(2)和触头状态检测电路(5)相连；驱动电路(2)又分别与交流接触器(3)、试品(4)和断路器(6)相连；交流接触器(3)又分别与断路器(6)和试品(4)相连；试品(4)又分别与触头状态检测电路(5)和负载电路(7)相连。

如图1所示的低压断路器寿命自动试验装置在工控机的控制下自动运行，试验运行包括电寿命试验和机械寿命试验两种试验模式，工控机(1)根据选定的试验模式和相应的试品动作时序，由驱动电路(2)输出控制交流接触器(3)的接通与分断以及试品(4)的合闸与分闸，同时工控机(1)根据故障监测的选择和设置由触头状态检测电路(5)实时检测电源电压、试品主触头间电压、负载电流及试品辅助触头间电压，并保存试验电压电流波形，当试品出现故障时，报警并控制交流接触器(3)切断故障，故障未被切除时由断路器(6)切断故障，试验过程中可以暂停试验或退出试验，当达到设定的试验循环次数或全部试品失效后，试验停止。

图1中所述的驱动电路(2)如图2所示，包括16位DO单元(21)、交流固态继电器(22)、第一电磁继电器(23)、第二电磁继电器(24)、双作用气缸(25)和执行手柄(26)，其中执行手柄(26)为分别根据小型断路器的尺寸和塑壳断路器的尺寸设计，有上下两个手柄，可分别实现试品的分合闸。驱动电路(2)分为交流固态继电器驱动电磁继电器控制和交流固态继电器驱动双作用气缸配合执行手柄控制两种方式。其连接方式是工控机(1)通过DO数据线(200)与16位DO单元(21)相连，16位DO单元(21)通过信号线(201)与交流固态继电器(22)的输入端相连，交流固态继电器(22)的输出端通过信号线(202)和信号线(203)分别与在第一电磁继电器(23)的线圈回路和第二电磁继电器(24)的线圈回路相连，第一电磁继电器(23)的常开触点通过信号线(205)串联于断路器(6)的分励线圈回路，控制断路器(6)跳闸，实现后备保护，第二电磁继电器(24)的常开触点通过信号线(206)串联于交流接触器(3)的线圈回路，控制交流接触器(3)接通与分断，实现给试品通断电；交流固态继电器(22)的输出端通过信号线(204)控制双作用气缸(25)，双作用气缸(25)与执行手柄(26)相连推动执行手柄(26)实现上下两个方向的运动，执行手柄(26)与试品(4)相连，带动试品(4)实现合分闸。

图1所述的触头状态检测电路(5)如图3所示，包括互感器(51)、信号调理电路(52)、A/D转换器(53)、光电耦合器(54)、DI输入电路(55)、方波发生电路(56)和数据缓冲区(57)，其中，互感器(51)分为电压互感器和电流互感器，电流互感器为两级电流互感器，信号调理电路(52)由电流-电压转换电路和加法器组成，DI输入电路(55)由+5V直流电压配合限流电阻组成。触头状态检测电路(5)分为模拟量输入和数字量输入两种采样方式。其连接方式是电源电压信号、试品(4)主触头间电压信号和负载电流信号通过信号线(501)与互感器(51)相连，经互感器(51)电平转换后的电压电流信号通过信号线(502)与信号调理电路(52)相连，信号调理电路(52)通过信号线(503)与A/D转换器(53)相连，A/D转换器(53)通过信号线(504)与数据缓冲区(57)相连，把A/D转换后的数据传输给数据缓冲区(57)；方波发生电路(56)产生一个与电源周期同步的方波信号，通过信号线(508)与数据缓冲区(57)相连；试品(4)辅助触头间电压信号通过信号线(505)与光电耦合器(54)的输入端相连，光电耦合器(54)的输出端通过信号线(506)与DI输入电路(55)相连，DI输入电路(55)将反映试品辅助常开常闭触头间电压的数字量信号通过信号线(507)与数据缓冲区(57)相连；数据缓冲区(57)通过IO数据线(500)与工控机(1)相连，把数据传输给工控机(1)，同时数据缓冲区(57)通过信号线(509)与A/D转换器(53)相连，把控制A/D转换的信号(如：启动A/D采样信号、A/D采样频率信号和A/D采样通道选择信号等)传递给A/D转换器(53)。

图4是本实施例装置的主电路示意图，包括三相四线电源(A、B、C、N)，熔断器(FU1)，后备保护(SW1)为图1中的断路器(6)，交流接触器(CJ1)为图1中的交流接触器(3)，3台塑壳断路器试品(1KM1、1KM2、1KM3)和6台小型断路器试品(2KM1、2KM2、2KM3、2KM4、2KM5、2KM6)为图1中的试品(4)，串联在一起的可调电阻器(R)和可调空心电抗器(L)组成图1中的负载电路(7)，电阻器阻值的大小和电抗器电感值的大小根据具体的试验要求确定，电流互感器(TA1)为图3所述的触头状态检测电路(5)中互感器(51)的第一级电流互感器。采集的信号包括电源电压信号(A1、B1、C1)，断路器试品主触头间电压信号(A2、B2、C2、)，负载电流信号(A3、B3、C3)。

图5是本实施例装置的控制电路示意图，其主要分为四个部分。第I部分为图1中的工控机(1)，包括主机、显示器和键盘。第II部分为图1中驱动电路(2)，由总线输出控制信号控制交流固态继电器AC_SSR0～AC_SSR10的输入端导通，交流固态继电器AC_SSR0的输出控制继电器K0线圈回路的通断，继电器K0的一对常开触点串联于断路器(6)的分励线圈回路，控制断路器(6)跳闸，实现后备保护；交流固态继电器AC_SSR1的输出控制继电器K1线圈回路的通断，继电器K1的一对常开触点串联于交流接触器(3)的线圈回路，控制交流接触器(3)接通与分断，实现给试品通断电；交流固态继电器AC_SSR2～AC_SSR4的输出控制双作用气缸1S1～1S3，双作用气缸1S1～1S3通过各自的执行手柄对塑壳断路器1KM1～1KM3进行合分闸控制，实现对塑壳断路器的操作；交流固态继电器AC_SSR5～AC_SSR10的输出控制双作用气缸2S1～2S6，双作用气缸2S1～2S6通过各自的执行手柄对小型断路器2KM1～2KM6进行合分闸控制，实现对小型断路器的操作。第III部分为为图1中触头状态检测电路(5)的模拟量输入部分，且只画出了A相的电源电压信号A1、试品主触头间电压信号A2、负载电流信号A3的输入采样示意图，B相的电源电压信号B1、试品主触头间电压信号B2、负载电流信号B3以及C相的电源电压信号C1、试品主触头间电压信号C2、负载电流信号C3的输入采样示意图与A相相同；A相的电源电压信号A1、试品主触头间电压信号A2、负载电流信号A3，分别经过电压互感器HL0、HL1和电流互感器HL2，再由信号调理电路将信号传递给A/D转换器，A/D转换的数据通过总线传递给工控机(1)。第IV部分为图1中触头状态检测电路(5)的数字量输入部分，试品1KM1、1KM2和1KM3(或2KM1、2KM2、2KM3、2KM4、2KM5和2KM6)的常开常闭触点，经光电耦合器T₀～T₅(或T₀～T₁₁)，产生高低电平的数字量信号，再由总线传递给工控机(1)。

图6中的(1)为试品(以3台塑壳断路器为例)在电寿命试验模式下的动作时序图，图6中的(2)为试品(以3台塑壳断路器为例)在机械寿命试验模式下的动作时序图。图中，曲线的低表示断路器的断开状态，曲线的高表示断路器的接通状态，从低变高表示合闸过程，从高变低表示分闸过程。根据断路器的实际合闸时间、分闸时间和试验要求来设置各状态的时间。电寿命试验模式下，交流接触器(3)先接通，给试品上口通电，然后试品依次完成合闸、接通和分闸过程；机械寿命试验模式下，交流接触器(3)保持分断状态，试品完成合闸、接通和分闸过程。

图1所示的低压断路器寿命自动试验装置，在工控机控制下进行低压断路器寿命试验，其试验运行程序流程图如图7所示：

1)工控机上电后运行低压断路器寿命试验程序；

2)判断是否第一次进行低压断路器寿命试验，若是，则在用户指定位置新建工程文件并转到第4步；若否，则转到第3步；

3)调入上次试验参数设置和试验数据，之后转到第4步；

4)判断是否为文件处理菜单(鼠标单击或键盘输入)，若是，则调用文件处理模块，可以新建工程文件、保存当前工程文件、另存当前工程文件或者打开之前试验的工程文件，若否；则转到第5步；

5)判断是否为参数设置菜单，若是，则调用试验参数设置与修改模块，该模块包括电寿命试验和机械寿命试验两种试验模式下的参数设置与修改，主要的试验参数包括：试品型号、试品个数、合闸时间、分闸时间、接通时间、接通分断电压、接通分断电流、电流互感器选择、故障监测设置与选择、操作频率及试验循环次数等，开始新的工程时根据需要可设置各个试验模式下的试验参数，试验开始后试验参数将不能修改，但通过快捷键组合键入，即可修改当前试验参数；若否，则转到第6步；

6)判断是否为查看菜单，若是，则调用试验查看模块，该模块包括电寿命试验和机械寿命试验两种试验模式下的试验查看，可分别查看这两种试验模式下的试验参数设置，故障记录和试验波形记录，故障记录显示试品主触头的接触不良和断开不良情况和试品辅助触头的接触不良和断开不良情况，试验波形显示按用户设置所保存的电压电流波形和全部故障波形；若否，则转到第7步；

7)判断是否为试验调试菜单，若是，则调用试验调试模块，可进行后备保护的调试，可校对采集得到的电压电流有效值，可任意选择单个试品进行合闸、分闸、合分闸过程的单次调试，调试过程中实时检测电源电压波形、试品主触头间电压波形及负载电流波形，并能在试品发生故障时报警并控制交流接触器释放来切除故障，若故障未被切除，则启动后备保护切断故障，单次调试的波形也可以存储在用户指定的文件夹中；若否，则转到第8步；

8)判断是否为试验运行菜单，若是，则调用试验运行模块，试验运行模块是整个程序的核心，该模块包括电寿命试验和机械寿命试验两种试验模式，工控机(1)根据已选定的试验模式和相应的试品动作时序，完成相应的试验运行控制；若否，则转到第9步；

9)判断是否为帮助菜单，若是，则调出帮助文件，帮助文件包括整个控制程序的全部信息，解释每一个菜单命令的功能，每一个试验参数的意义，每一种试验模式的具体过程和试验波形的说明，以及试验注意事项等；若否，则转到第10步；

10)判断是否为程序退出菜单，若是，则试验结束；若否，则转到第4步。

当运行试验第8步，进行低压断路器寿命试验时，以电寿命试验模式为例，试验的具体操作过程可分为如下3步：

8-1)工控机(1)发出交流接触器(3)接通指令信号，该信号通过驱动电路(2)控制交流接触器(3)接通；同时工控机(1)根据故障监测的选择和设置由触头状态检测电路(5)实时检测电源电压，若电源电压大于其保护上限，则判定为交流接触器(3)正常，否则判定交流接触器(3)主触头故障，故障类型为接通不良，此时工控机(1)发出报警命令并发出控制交流接触器(3)分断指令信号，该信号通过驱动电路(2)控制交流接触器(3)分断来切除故障，当故障未被切除时，工控机(1)发出控制断路器(6)跳闸指令信号，该信号通过驱动电路(2)控制断路器(6)跳闸来切断故障；工控机(1)同时根据设置保存试验数据和故障记录；

8-2)工控机(1)发出让试品(4)合闸指令信号，该信号驱动电路(2)控制试品(4)合闸；同时工控机(1)根据故障监测的选择和设置由触头状态检测电路(5)实时检测试品主触头间电压和负载电流，若试品主触头间电压小于其保护下限且负载电流大于其保护上限，则判定为试品(4)正常，否则判定试品(4)主触头故障，故障类型为接通不良，此时工控机(1)发出报警命令并发出控制交流接触器(3)分断指令信号，该指令信号通过驱动电路(2)控制交流接触器(3)分断来切除故障，当故障未被切除时，工控机(1)发出控制断路器(6)跳闸指令信号，该信号通过驱动电路(2)控制断路器(6)跳闸来切断故障；工控机(1)同时根据设置保存试验数据和故障记录；

8-3)工控机(1)发出让试品(4)分闸指令信号，该信号驱动电路(2)控制试品(4)分闸；同时工控机(1)根据故障监测的选择和设置由触头状态检测电路(5)实时检测试品主触头间电压和负载电流，若试品主触头间电压大于其保护上限且负载电流小于其保护下限，则判定为试品(4)正常，否则判定试品(4)主触头故障，故障类型为断开不良，此时工控机(1)发出报警命令并发出控制交流接触器(3)分断指令信号，该指令信号通过驱动电路(2)控制交流接触器(3)分断来切除故障，当故障未被切除时，工控机(1)发出控制断路器(6)跳闸指令信号，该信号通过驱动电路(2)控制断路器

(6)跳闸来切断故障；工控机(1)同时根据设置保存试验数据和故障记录。

工控机(1)先控制交流接触器(3)按步骤8-1)接通，再控制试品(4)按步骤8-2)、8-3)的顺序为一个循环，反复进行试验，同时检测主触头间电压和负载电流并记录试验数据和试验故障。

工控机(1)通过驱动电路(2)控制交流接触器(3)接通与分断、试品(4)合闸与分以及断路器(6)跳闸的具体过程如下：

1)工控机(1)通过驱动电路(2)控制交流接触器(3)接通：工控机(1)发出控制交流接触器(3)接通指令信号，该信号通过DO数据线(200)传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(201)传递给交流固态继电器(22)的输入端，交流固态继电器(22)的输出端通过信号线(203)控制第二电磁继电器(24)的线圈回路接通，第二电磁继电器(24)的一对常开触点通过信号线(206)串联于交流接触器(3)的线圈回路，常开触点闭合，交流接触器(3)的线圈回路导通，交流接触器(3)接通；

2)工控机(1)通过驱动电路(2)控制交流接触器(3)分断：工控机(1)发出控制交流接触器(3)分断指令信号，该信号通过DO数据线(200)传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(201)传递给交流固态继电器(22)，再通过信号线(203)控制第二电磁继电器(24)的线圈回路断开，第二电磁继电器(24)的一对常开触点通过信号线(206)串联于交流接触器(3)的线圈回路，常开触点打开，交流接触器(3)的线圈回路断开，交流接触器(3)分断；

3)工控机(1)通过驱动电路(2)控制试品(4)合闸：工控机(1)发出控制试品(4)合闸指令信号，该信号通过DO数据线(200)传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(201)传递给交流固态继电器(22)的输入端，交流固态继电器(22)的输出端通过信号线(204)控制双作用气缸(25)，双作用气缸(25)推动执行手柄(26)向上运动，执行手柄(26)带动试品(4)合闸；

4)工控机(1)通过驱动电路(2)控制试品(4)分闸：工控机(1)发出控制试品(4)分闸指令信号，该信号通过DO数据线(200)传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(201)传递给交流固态继电器(22)，再通过信号线(204)控制双作用气缸(25)，双作用气缸(25)推动执行手柄(26)向下运动，执行手柄(26)带动试品(4)分闸；

5)工控机(1)通过驱动电路(2)控制断路器(6)跳闸：工控机(1)发出控制断路器(6)跳闸指令信号，该信号通过DO数据线(200)传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(201)传递给交流固态继电器(22)的输入端，交流固态继电器(22)的输出端通过信号线(202)控制第一电磁继电器(23)的线圈回路接通，第一电磁继电器(23)的一对常开触点通过信号线(205)串联于断路器(6)的分励线圈回路，常开触点闭合，断路器(6)的分励线圈回路导通，断路器(6)跳闸。

驱动电路(2)采用交流固态继电器驱动电磁继电器控制和驱动双作用气缸配合执行手柄控制。交流固态继电器没有机械零部件，采用可控硅代替传统的触点接触，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击、强振动的环境下工作，由于采用可控硅作为切换装置，所以固态继电器的寿命长，可靠性高。固态继电器因为采用了可控硅，所以切换速度可从几微妙至几毫秒，响应时间短。另外，固态继电器相比传统的继电器而言，由于没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。

工控机(1)在发合闸命令的同时启动采样，分为模拟量输入采样和数字量输入采样两种方式，并通过触头状态检测电路(5)检测触头的状态，具体过程为：电源电压信号、试品主触头间电压信号及负载电流信号通过信号线(501)接到互感器(51)的输入端，经互感器(51)电平转换后的电压电流信号通过信号线(502)连接到信号调理电路(52)，工控机(1)通过IO数据线(500)经数据缓冲区(57)再由信号线(509)将控制A/D转换的控制信号(如：启动A/D采样信号、A/D采样频率信号和A/D采样通道选择信号等)传输给A/D转换器(53)，A/D转换器(53)将由信号线(503)传递过来的调理好的电压电流信号进行A/D转换并将转换后的数据存储于数据缓冲区(57)，再通过IO数据线(500)传输给工控机(1)，至此完成模拟量输入采样；试品辅助触头间电压信号，通过信号线(505)传递给光电耦合器(54)的输入端，光电耦合器(54)通过信号线(506)和DI输入电路(55)产生反映试品辅助触头闭合与断开的数字量信号，该数字量信号由信号线(507)传输到数据缓冲区(57)，再通过IO数据线(500)传输给工控机(1)，至此完成数字量输入采样。

在模拟量采样时，方波发生电路(56)产生一个与电源周期频率相同的方波信号，该信号通过信号线(508)传输到数据缓冲区(57)，再通过IO数据线(500)传输给工控机(1)，工控机(1)根据方波信号的周期(即电源的周期)来设置A/D采样的频率，保证在一个电源周期内的采样个数为整数，采样得到的信号波形很好地还原原始波形，提高了采样精度。

试验采集得到的各相电源电压波形、试品主触头间电压波形及负载电流波形将会显示在计算机显示器上，并根据用户设置(包括首次保存、间隔N次保存和末次保存)自动保存试验电压电流波形。根据电压电流波形，判断交流接触器(3)和试品(4)主触头是否发生故障，故障类型有接通不良和断开不良，检测依据为：当有信号(电压电流)时，应不小于信号的保护上限(可选择为90％、70％或50％)；当无信号时，应不大于信号的保护下限(可选择为10％、30％或50％)。试品辅助触头监测包括常开、常闭辅助触头，正常情况下，试品断开状态下，辅助常开触头间电平为高，辅助常闭触头间电平为低；试品闭合状态下，辅助常开触头间电平为低，辅助常闭触头间电平为高，若触头状态检测电路采集到的辅助触头信号与上述不同，则认为辅助触头故障，故障类型为接触不良或断开不良。

交流接触器(3)主触头故障处理方式包括更换交流接触器和继续试验，试品(4)主触头故障处理方式包括更换试品、剔除试品和继续试验。当试品辅助触头故障次数达到设定允许故障次数后，将不再对试品辅助触头进行监测。

若选择2～3个塑壳断路器试品或者2～6个小型断路器试品进行试验，则当所有试品动作一次后，才记试验循环一次，试验过程中可以暂停试验或退出试验，当达到设定的试验循环次数或全部试品失效后，试验将停止。

机械寿命试验模式下，交流接触器(3)保持分断状态，试品(4)的动作时序参考图6的(2)，涉及到试品的驱动、故障的实时监测与故障信息的记录、故障处理等内容与电寿命试验模式下相同。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (6)

1.一种低压断路器寿命自动试验装置，其特征为该装置由试验控制柜、试品柜和负载柜组成；其中，试验控制柜包括工业控制用计算机(以下简称工控机)、驱动电路和触头状态检测电路，试品柜包括交流接触器、试品和断路器，负载柜包括负载电路；工控机由显示器、计算机主机、键盘构成，分别与驱动电路和触头状态检测电路相连；驱动电路又分别与交流接触器、试品和断路器相连；交流接触器又分别与断路器和试品相连；试品又分别与触头状态检测电路和负载电路相连。

2.如权利要求1所述的低压断路器寿命自动试验装置，其特征为所述的试品为3台塑壳断路器和6台小型断路器。

3.如权利要求1所述的低压断路器寿命自动试验装置，其特征为所述的驱动电路包括16位DO单元、交流固态继电器、第一电磁继电器、第二电磁继电器、双作用气缸和执行手柄；其连接方式是工控机通过DO数据线与16位DO单元相连，16位DO单元通过信号线201与交流固态继电器的输入端相连，交流固态继电器的输出端通过信号线202、信号线203和信号线204分别控制第一电磁继电器、第二电磁继电器和双作用气缸，第一电磁继电器通过信号线205控制断路器，第二电磁继电器通过信号线206控制交流接触器，双作用气缸与执行手柄相连，执行手柄与试品相连。

4.如权利要求1所述的低压断路器寿命自动试验装置，其特征为所述触头状态检测电路包括互感器、信号调理电路、A/D转换器、光电耦合器、DI输入电路、方波发生电路和数据缓冲区；其连接方式是电源电压信号、试品主触头间电压信号及负载电流信号通过信号线与互感器相连，互感器通过信号线与信号调理电路相连，信号调理电路通过信号线与A/D转换器相连，A/D转换器通过信号线与数据缓冲区相连；试品辅助触头间电压信号通过信号线与光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端通过信号线与DI输入电路相连，DI输入电路通过信号线与数据缓冲区相连；方波发生电路通过信号线与数据缓冲区相连；数据缓冲区通过信号线和IO数据线分别与A/D转换器和工控机相连。

5.如权利要求1所述的低压断路器寿命自动试验装置，其特征为所述的互感器包括电压互感器和电流互感器，电流互感器为两级电流互感器，第一级电流互感器的档位依次为3000/5、1000/5、300/5、100/5。

6.如权利要求1所述的低压断路器寿命自动试验装置的控制方法，其特征为可分别对电寿命试验模式和机械寿命试验模式进行控制，

当试验模式为电寿命试验时，其控制步骤为：

1)控制交流接触器吸合，然后检测电源电压，若电源电压大于其保护上限，则交流接触器正常，否则交流接触器故障，此时控制交流接触器释放来切除故障，若故障未被切除，则控制断路器跳闸，切除故障；

2)控制试品合闸，然后检测主触头间电压和负载电流，若主触头间电压小于其保护下限且负载电流大于其保护上限，则试品正常，否则试品故障，此时控制交流接触器释放来切除故障，若故障未被切除，则控制断路器跳闸，切除故障；

3)控制试品分闸，然后检测主触头间电压和负载电流，若主触头间电压大于其保护上限且负载电流小于其保护下限，则试品正常，否则试品故障，此时控制交流接触器释放来切除故障，若故障未被切除，则控制断路器跳闸，切除故障；

先进行步骤1)，并以步骤2)、3)的顺序构成一个循环，反复进行试验，同时记录试验数据和试验故障；

或者当试验模式为机械寿命试验时，其控制步骤为：从上述电寿命试验控制步骤2)开始，并以上述电寿命试验控制步骤2)、3)的顺序构成一个循环，反复进行试验，同时记录试验数据和试验故障。

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