CN103109199B - 用于测试高速直流断路器的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测试高速DC断路器的测试设备，由于它的重量，测试设备可被制成移动的，所述测试设备包括：用于生成具有可再现方式的最小起伏的高电流、在测试时通过高速DC断路器发送该高电流的部件，其中，电流生成部件包括用于生成电流脉冲的数个单元（A），所述数个单元并联互连成电源单元（A’），其中每个单元（A）包括电容器（C2）和开关（S），该电容器（C2）与DC电压源（V）并联可连接，该开关（S）间歇地加载和卸载该电容器（C2），以便生成电流脉冲，并且其中电流生成部件包括用于同步不同单元（A）的开关（S）的间歇打开和关闭的同步部件（F），从而不同单元（A）的电流脉冲彼此在时间上偏移。

Description

用于测试高速直流断路器的设备

技术领域

本发明涉及用于测试高速直流（DC）断路器的测试设备。

背景技术

这样的高速DC断路器主要可以在诸如铁路、地铁、有轨电车之类的运输中发现，并且这也在如列车车辆（rollingstock）上的牵引变电站中发现。

为了测试这样的高速DC断路器，人们知道借助测试设备通过高速DC断路器传送增加的电流并且测量开关自动关断时的电流。5000安培与6000安培之间的电流对于测试这样的开关来说相当普通。除了该电流以外，也测量关断开关的时间以及开关的瞬时电阻。

可以测试高速DC断路器的现有测试设备非常重且难以移动位置。因此大多数这样的测试设备是固定的测试设备。于是必须将要被测试的高速DC断路器运输到维护中心，在那里固定测试设备以便测试这个开关。在测试并维护之后，高速DC断路器必须被运回到使用它并且必须被安装好以便使用的牵引变电站或者列车车辆。然而，这不仅麻烦，而且是充满风险的操作，因为高速DC断路器由于从维护中心运回到牵引变电站或者列车车辆或者在重新安装期间可能出故障。

由于高速DC断路器是一种在电路中使用的非常重要的保护设施，因此对于能够在现场测试高速DC断路器的测试装置的需要是非常高的。

然而，目前市场上用于现场测试高速DC断路器的唯一移动测试设备具有一些缺陷。

这种移动测试设备由控制单元、不同的电流单元和三相整流器组成。

第一个缺陷是该移动测试设备的不同模块的重量明显超过欧洲指令的负载升降和放置的25公斤限制。

控制单元提出三相整流器将0与400伏之间的电压施加到电流单元。电流单元将该电压变换为具有高电流的低压。500A/s的电流增加通过驱动三相自耦变压器的电机速度来确定。因此可以获得仅或多或少的线性增加的电流分布（profile）。

此外所产生的电流分布包括剩余波动，其对于电流的测量以及这种测量的记录的速度难以解决。由于波纹，非常难以或者甚至不可能再现电流分布。当然，利用该移动测试设备和高速DC断路器的制造商的测试报告在测试结果之间无法进行比较。在手动操作该测试设备的情况下，几乎不可再现测量。于是通常仅能够检测开关是否在某一点关闭。

同样，自耦变压器的滑动触点的工作是一个关键点。在生成5000安培与6500安培之间的电流时，需要一段长的冷却期间。在主-从实施例中，因此利用这样的设备可以生成仅12000安培的最大电流。

现有移动设备的另一个缺陷是380伏的电源电压必须是现场可用的。

发明内容

因此本发明的一方面是提供一种用于测试高速DC断路器的测试设备，其能够被制得比现有测试设备轻得多，并且利用该测试设备，可以生成具有最小波纹并且以可再现方式的电流分布。

本目的通过提供一种测试高速DC断路器的测试设备来实现，包括用于生成在测试时通过高速DC断路器发送的高电流的部件，其中，测试设备包括DC电压源，其中所述用于生成高电流的部件包括用于生成电流脉冲的数个单元，所述数个单元并联互连成电源单元，其中每个单元包括与DC电压源并联连接的第一电容器；第一低通滤波器，与第一电容器并联连接，第一低通滤波器包括第二电容器；以及防回流二极管和第二低通滤波器，可通过开关与第二电容器并联，第二低通滤波器包括第三电容器；和开关，该开关被提供以间歇地打开和关闭来间歇地加载和卸载该第三电容器，以便生成电流脉冲，并且其中所述用于生成高电流的部件包括用于同步不同单元的开关的间歇打开和关闭的同步部件，从而不同单元的电流脉冲彼此在时间上偏移。

利用根据本发明的这种测试设备，相对于用于测试高速DC断路器的已知测试设备，能够实现重量上的明显减少。能够形成由数个模块组成的移动设备，其中每个模块的质量少于25公斤（根据欧洲指令用于负载升降和放置的限制）。

而且能够生成多达15000安培的电流（或者，在主从实施例中多达30000安培）。

通过使用第三电容器，来自DC电压源的电流首先被载入第三电容器，并且如果必要，在负载侧通过对单元的开关进行切换而进一步从第三电容器排出。这形成了电源与负载的独立性。

通过进一步同步不同单元的电流脉冲，以这种方式不同单元的电流脉冲彼此在时间上偏移，能够获得具有最小波纹的电流分布。

因此，以高度可再现方式能够完成精确的测量。通过改变电流脉冲的频率和持续时间，几乎可以生成任何电流分布。可以用参数表示线性电流分布。可以生成非线性电流分布，利用该非线性电流分布能够模拟超载和/或缺陷的真实情形。

根据本发明的测试设备的第三电容器最好是超级电容器（也已知为电双层电容器），如此可以明显地减少测试设备的重量。

所述测试设备最好进一步包括可并联互连的数个所述电源单元。

这样，可以实现良好的模式化。通过采用一个单一电源单元或者互连两个或多个电源单元，通过测试设备可以生成在例如300安培到3000安培的跨度中的最大电流。

每个单元的开关最好是能够切换高电源并且可以使用低电压控制的开关。因此，在一个优选实施例中这些开关包括一个或多个MOSFET（为金属氧化物半导体场效应晶体管的缩写）的开关。

为了生成最佳的移动测试设备，DC电压源最好包括一个或多个电池。

利用这些电池，测试设备可以与电源网络的存在独立地使用。

在根据本发明的测试设备的具体实施例中，每个单元包括用于控制该单元的开关的控制电路。

每个单元进一步最好包括峰值电流引导。在测试设备中，其中，每个单元包括控制电路，该峰值电流引导最好受该控制电路的控制。

每个单元进一步最好包括用于测量该单元的输出处的电流电平的测量装置。在测试设备中，其中，每个单元包括控制电路，该测量设备于是最好受该控制电路的控制。

根据本发明的特殊测试设备包括用于控制测试设备的输出处的总电流电平的控制单元。在测试设备中，其中每个单元包括控制电路，该控制电路于是最好受所述控制单元的控制。

所述测试设备进一步最好包括用于测量所述测试设备的输出处的总电流电平的测量装置。在具有控制单元的测试设备中，该测量设备于是最好受所述控制单元的控制。

在根据本发明的测试设备的最优选实施例中，所述控制单元以非线性电流分布可以通过所述测试设备生成的方式被编程。

基于根据本发明的测试设备的优选实施例的后续详细描述，将在更大的深度上评述本发明。本描述的目的是专门给出图示性示例以便表明这些测试设备的其他优点和特殊特征，因此决不是被解释为对本发明的申请范围或者权利要求书中请求的专利权利的限制。

附图说明

该详细描述将使用附图标记来提及附图，其中：

图1图示了根据本发明的测试设备的单元的电路；

图2图示了根据本发明的测试设备的电源单元的电路；

图3图示了根据本发明的测试设备的电路；

图4图示了由电源单元中的数个单元生成的电流脉冲的累积。

具体实施方式

根据本发明的测试设备的具体实施例包括如图2中所示的5个电源单元（A’），每个电源单元（A’）可以生成3000安培的电流。当如图3中所示并联互连时，利用这些电源单元（A’）可以生成15000安培的电流。

因此每个电源单元（A’）包括如图1中图示的60个电源单元（A），这些电源单元（A）如图2中所示并联互连。每电源单元（A’）的单元（A）在一块板上以5个单元（A）划分，在电源单元（A’）中有12块板。这样的单元（A）能够生成50安培的额定电流以及100安培的最大电流。在测试设备中，组件没有受压，而是在最佳范围内使用，其中50安培的额定电流通常被认为是利用一个单元（A）生成的最大电流。这样，可以实现温度及使用寿命上的最佳效率。还是这样，当组件之一毁坏（breakdown）时，使得单元（A）之一失去正常状态，则其他单元（A）可以补偿这种毁坏。

在每个单元（A）中，如图1中所示，开关电路将来自第三电容器（C3）的电流输送到输出侧上的负载（R1、R2）。单元（A）的控制电路（E）打开并关闭开关（S）以便调节输出电平。所述调节考虑由于接触（R2）和线缆（R1）电阻引起的不同电压降。这样，如图4中所示，每单元（A）产生电流脉冲（I2，I2_1-n）。

来自DC电压源（V）的电流首先被载入第三电容器（C3），随后如果需要，在负载（R1，R2）侧上被从（C3）取出。这产生了电源（V）相对于负载（R1，R2）的独立性。

第三电容器（C3）最好是超级电容器，以便使得测试设备的重量较轻。

作为DC电压源，例如可以使用2个55安培小时（Ah）的电池。这样，测试设备可以独立于电源网络的存在而被使用。

每个单元（A）进一步包括低通滤波器（L1、C2、L2、C3）以及防回流（antiretour）二极管（D）。

开关（S）可以例如包括MOSFET开关。

每个单元（A）进一步包括峰值电流引导（peakcurrentguidance）（I1）和用于测量单元（A）的输出处的电流电平的测量装置（I2）。

测试设备进一步包括同步部件（F），用于同步不同单元（A）的开关（S）的间歇打开和关闭，从而不同单元（A）的电流脉冲（I2，I2_1-n）彼此在时间上偏移，如图4中所示。这样，电源单元（A’）的总电流（I3）具有最小波纹且是高度可再现的。而且，于是测试设备的总电流（I4）是具有高度可再现的最小波纹的电流。

总电流电平（I4）受控制单元（G）控制，该控制单元（G）每单元（A）给予控制电路（E）一个阈值。这种机能调节电流以在特殊时间达到期望级别。这使得快速响应系统能够管理适当的di/dt。

例如借助触摸屏（H），用户可以选择要生成的电流分布和电流脉冲（I2，I2_1-n）将被同步的方式。

由此生成的总电流（I4）可以通过例如使用一个或多个电源单元（A’）来生成该总电流（I4）和/或通过例如改变不同单元（A）的不同电流脉冲（I2，I2_1-n）的持续时间和频率而影响。

存在用于提供测试设备的控制和同步部件（E，F，G）的数种解决方案。可以采用单独的控制电路、或者微处理器、或者甚至计算机系统，以便控制和同步电流脉冲（I2，I2_1-n）。

也可以存在用于提供用户接口（H）的数种解决方案。触摸屏只是可能解决方案中的一种。

例如，测试设备可被实现为包括单独的控制装置、数个单独的电流装置（例如，不同的电源单元（A’））和电池装置。于是这些模块中的每一个可被设计成它的重量不到25公斤（根据欧洲指令用于负载升降和放置的限制）。

Claims (15)

1.一种测试高速DC断路器的测试设备，包括用于生成在测试时通过高速DC断路器发送的高电流的部件，其特征在于，所述测试设备包括DC电压源(V)，所述用于生成高电流的部件包括用于生成电流脉冲的数个生成单元(A)，所述数个生成单元(A)并联互连成电源单元(A’)，其中每个生成单元(A)包括与DC电压源(V)并联连接的第一电容器(C1)；第一低通滤波器(L1,C2)，与第一电容器(C1)并联连接，第一低通滤波器(L1,C2)包括第二电容器(C2)；以及防回流二极管(D)和第二低通滤波器(L2,C3)，可通过开关(S)与第二电容器(C2)并联，第二低通滤波器(L2,C3)包括第三电容器(C3)；和开关(S)，该开关(S)被提供以间歇地打开和关闭来间歇地加载和卸载该第三电容器(C3)，以便生成电流脉冲，所述用于生成高电流的部件包括用于同步不同生成单元(A)的开关(S)的间歇打开和关闭的同步部件(F)，从而不同生成单元(A)的电流脉冲彼此在时间上偏移。

2.如权利要求1的测试设备，其特征在于，所述第三电容器(C3)是超级电容器。

3.如权利要求1的测试设备，其特征在于，所述测试设备包括可并联互连的数个所述电源单元(A’)。

4.如权利要求1的测试设备，其特征在于，每个生成单元(A)的开关(S)包括一个或多个MOSFET的开关。

5.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述DC电压源(V)包括一个或多个电池。

6.如权利要求1的测试设备，其特征在于，每个生成单元(A)包括用于控制该生成单元(A)的开关(S)的控制电路(E)。

7.如权利要求6的测试设备，其特征在于，每个生成单元(A)包括峰值电流引导(I1)。

8.如权利要求7的测试设备，其特征在于，所述峰值电流引导(I1)受所述控制电路(E)控制。

9.如权利要求6的测试设备，其特征在于，每个生成单元(A)包括用于测量该单元的输出处的电流电平的测量装置(I2)。

10.如权利要求9的测试设备，其特征在于，所述测量装置(I2)受所述控制电路(E)的控制。

11.如权利要求6的测试设备，其特征在于，所述测试设备包括用于控制测试设备的输出处的总电流电平的控制单元(G)。

12.如权利要求11的测试设备，其特征在于，每个控制电路(E)受所述控制单元(G)的控制。

13.如权利要求11的测试设备，其特征在于，所述测试设备包括用于测量所述测试设备的输出处的总电流电平的测量装置(I4)。

14.如权利要求13的测试设备，其特征在于，所述测量装置受所述控制单元(G)的控制。

15.如权利要求11的测试设备，其特征在于，所述控制单元(G)以非线性电流分布可以通过所述测试设备生成的方式被编程。