CN103592600B - 一种适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，该系统通过试验指令产生单元（10）发送预设的整定时间给处理及控制单元（20），信号调理单元（30）接收磁位计采集的电流信号，处理及控制单元（20）对预设整定时间和电流信号进行融合，输出时间同步信号作为驱动执行单元（40）进行驱动延弧回路和电压回路的指令。该系统通过磁位计来采集电流回路的电流信号，根据电流信号和预设的整定时间使点火球动作，从而保证延弧回路和电压回路投入时间满足试验时间同步要求。

Description

一种适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统

技术领域

本发明涉及一种同步控制系统，更特别地说，是指一种对高压断路器进行合成回路试验的同步控制系统。

背景技术

在对高压断路器进行分断能力试验时，必须具有一套大容量的试验电源，为此人们一直在寻求一种以较少的投资和设备区进行所需试验的方法。合成试验回路以电压较低的电流源与电压较高的电压源联合运行的方式来试验高压大容量断路器，它能显著降低对试验设备容量的要求，等价性也得到公认。

在合成试验中，开断电流和恢复电压是由两个电源分别提供的。所采用的并联电流引入合成回路，高压回路应在熄弧半波电流零点前的预定时刻投入，使原处于电流回路作用下的试品断路器无间歇地过渡到电压源之下。由于电流源的电压仅为断路器额定电压的几分之一，试品将比直接试验工况提前熄弧，为此几乎所有的合成试验均采取了延弧措施，以使断路器在低电压下的燃弧时间与额定电压使得燃弧时间相同。同步控制是影响合成试验成败的关键因素，其延弧回路及高压回路的准确投入，都是依靠同步控制来实现的。

参见图1所示的威尔合成回路原理图。HK为合闸开关，FD为辅助断路器，SP为试品断路器，LH为磁位计，GQ为电压回路点火球，YP为第一延弧回路点火球、YQ为第二延弧回路点火球。当HK、FD和SP闭合时，电流回路中的电流流过SP，同步控制单元通过磁位计LH采集电流信号以及试验程控仪发出的开锁信号，再按照预先整定的时间给GQ、YP和YQ发出点火信号，使得GQ、YP和YQ在预先整定的时间点上动作，从而使第一延弧回路、第二延弧回路和电压回路都按照设定的时间（即零点之前点火时刻）投入。对于合成试验在2005年8月第41卷第4期《高压电器》中公开了“合成试验的同步控制及其误差分析”，杨海芳著。

传统的同步控制单元多采用模拟信号比较的方法来获得延弧回路及高压回路的点火信号，精度低，试验参数不直观，通用性不强，且可靠性较低、试验成功率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型高压断路器合成回路试验同步控制系统，该系统通过磁位计来采集电流信号，根据电流信号和预设的整定时间使点火球动作，从而保证延弧回路和电压回路投入时间满足试验时间精度要求。

本发明的一种适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，所述的合成回路试验中包括有第一延弧回路、第二延弧回路、电流回路、电压回路、试验程控仪、磁位计，其特征在于：合成回路试验同步控制系统包括有试验指令产生单元（10）、处理及控制单元（20）、信号调理单元（30）、驱动执行单元（40）；通过试验指令产生单元（10）发送预设的整定时间给处理及控制单元（20），信号调理单元（30）接收磁位计采集的电流信号，处理及控制单元（20）对预设整定时间和电流信号进行融合，输出时间同步信号作为驱动执行单元（40）进行驱动延弧回路和电压回路的指令。

本发明的一种适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，所述的合成回路试验中包括有第一延弧回路、第二延弧回路、电流回路、电压回路、试验程控仪、磁位计，其特征在于：合成回路试验同步控制系统包括有试验指令产生单元（10）、处理及控制单元（20）、第一调理电路（31）、第二调理电路（32）、第三调理电路（33）、第一执行电路（41）、第二执行电路（42）和第三执行电路（43）；通过试验指令产生单元（10）发送预设的整定时间给处理及控制单元（20），信号调理单元（30）接收磁位计采集的电流信号，处理及控制单元（20）对预设整定时间和电流信号进行融合，输出时间同步信号作为驱动执行单元（40）进行驱动延弧回路和电压回路的指令。

本发明的试验指令产生单元（10）第一方面通过可视化界面进行合成回路试验参数设定；试验指令产生单元（10）第二方面将设定的试验参数输入给处理及控制单元（20）；

处理及控制单元（20）第一方面是接收试验指令产生单元（10）输出的合成回路试验参数；

处理及控制单元（20）第二方面是接收调理电路（30）输出的电压表征的电流信号；

处理及控制单元（20）第三方面利用接收到的电压表征的电流信号根据无穷小比较原理和洛必达法则，以及最小二乘法拟合出一条电流时间的线性关系y(t)＝Pt+Q，然后依据y(t)＝Pt+Q动态预测出电流过零点的时刻；

处理及控制单元（20）第四方面依据合成回路试验参数设定，在所述的预测电流过零点之前进行点火触发信号的生成，并将点火触发信号输出给驱动执行单元（40）；

处理及控制单元（20）第五方面生成驱动执行单元（40）的使能信号，并将使能信号输出给驱动执行单元（40）；

信号调理单元（30）第一方面用于接收磁位计采集的电流传感信号；即A相电流传感信号I_A、B相电流传感信号I_B、C相电流传感信号I_C；

信号调理单元（30）第二方面对电流传感信号进行调理处理，得到电压表征的电流信号；即A相信号IV_A、B相信号IV_B、C相信号IV_C；

信号调理单元（30）第三方面将电压表征的电流信号输出给处理及控制单元（20）；

驱动执行单元（40）第一方面用于接收处理及控制单元（20）输出的点火触发信号；

驱动执行单元（40）第二方面用于接收处理及控制单元（20）输出的使能信号；

驱动执行单元（40）第三方面用于接收试验程控仪输出的开锁信号；

驱动执行单元（40）第四方面通过驱动电路输出触发点火球的工作信号。

本发明高压断路器合成回路试验同步控制系统的优点在于：

①该系统通过磁位计来采集电流回路的电流信号，根据电流信号和预设的整定时间使点火球动作，从而保证延弧回路和电压回路投入时间满足试验时间同步要求。

②应用同步控制单元输出的信息使延弧回路投入到合成回路试验中，为试品SP提供延弧电流，且保证了延弧回路的投入时间与电流过零时间同步。

③应用同步控制单元输出的信息使电压回路投入到合成回路试验中，为试品SP提供恢复电压，且保证了电压回路的投入时间与电流过零时间同步。

④试验人员通过上位机将试验参数发送到下位机，实现人机交互，试验过程实现了数字化控制。

⑤下位机利用DSP处理器，实时精确采样电流信号，并根据无穷小比较原理和洛必达法则，以及最小二乘法拟合出一条电流时间的线性关系y(t)＝Pt+Q，从而动态预测电流过零点，在电流过零点之前准确的投入延弧回路点火信号及电压回路点火信号。

附图说明

图1是单相威尔合成回路原理图。

图2是本发明三相同步控制系统的结构图。

图3是威尔合成回路试验的界面示意图。

图4是本发明同步控制系统的流程图。

图5是本发明的第一调理电路的电路原理图。

图6A是本发明的第一执行电路中的第一延弧回路的使能电路原理图。

图6B是本发明的第一执行电路中的第二延弧回路的使能电路原理图。

图6C是本发明的第一执行电路中的电压回路的使能电路原理图。

图6D是本发明的第一执行电路中的第一延弧回路的驱动电路原理图。

图6E是本发明的第一执行电路中的第二延弧回路的驱动电路原理图。

图6F是本发明的第一执行电路中的电压回路的驱动电路原理图。

图7是经本发明同步控制系统的单相威尔合成回路试验的试验结果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明提供一种适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，该系统通过试验指令产生单元10发送预设的整定时间给处理及控制单元20，信号调理单元30接收磁位计采集的电流信号，处理及控制单元20对预设整定时间和电流信号进行融合，输出时间同步信号作为驱动执行单元40进行驱动延弧回路和电压回路的指令。该系统通过磁位计来采集电流回路的电流信号，根据电流信号和预设的整定时间使点火球动作，从而保证延弧回路和电压回路投入时间满足试验时间同步要求。

本发明设计的同步控制系统采用C语言编写，试验人员通过键盘和图3所示界面设定和修改试验类型和试验参数，实现人机交互。上下位机之间以“串口－光纤通信”联系，保证通信的可靠性。下位机以DSP处理器为核心，包括信号调理电路（带隔离）、执行电路等单元，实时采集传感器信号，动态预测电流过零点，根据设定参数给出点火信号，通过光纤触发延弧回路及高压回路，完成试验。

参见图1、图2所示，本发明的一种新型高压断路器合成回路试验同步控制系统，该系统包括有试验指令产生单元10、处理及控制单元20、信号调理单元30、驱动执行单元40；

所述信号调理单元30包括有第一调理电路31、第二调理电路32、第三调理电路33；其中，第一调理电路31、第二调理电路32和第三调理电路33的电路原理图是相同的。

所述驱动执行单元40包括有第一执行电路41、第二执行电路42、第三执行电路43。其中，第一执行电路41、第二执行电路42和第三执行电路43的电路原理图是相同的。

在本发明中，试验指令产生单元10、处理及控制单元20、第一调理电路31和第一执行电路41构成单相同步控制系统，即图3中的A相设定。

在本发明中，试验指令产生单元10、处理及控制单元20、第二调理电路32和第二执行电路42构成单相同步控制系统，即图3中的B相设定。

在本发明中，试验指令产生单元10、处理及控制单元20、第三调理电路33和第三执行电路43构成单相同步控制系统，即图3中的C相设定。

在本发明中，试验指令产生单元10、处理及控制单元20、第一调理电路31、第二调理电路32、第三调理电路33、第一执行电路41、第二执行电路42和第三执行电路43构成三相同步控制系统，即同时实现A相、B相和C相设定。

在本发明中，电流回路输出的电流信号输出给信号调理单元30，试验程控仪发出的开锁信号输出给驱动执行单元40，驱动执行单元40输出YP、YQ、GQ的触发信号实现点火球的点火。

试验指令产生单元10

参见图3所示，试验指令产生单元10第一方面通过可视化界面进行合成回路试验参数设定；

试验指令产生单元10第二方面将设定的试验参数输入给处理及控制单元20。

在本发明中，通过如图3所示的界面进行的参数设置有：一次延弧（即第一延弧回路）、二次延弧（即第二延弧回路）和高压回路（即电压回路）的零前触发时间，以及一次延弧（即第一延弧回路）、二次延弧（即第二延弧回路）和高压回路（即电压回路）的零前触发时间误差调整；通信串口的选择和通信波特率设置。

本发明设计的同步控制系统借助了威尔合成回路试验的合成回路试验参数设定界面，如图3所示。通过该界面设置预设的整定时间。

处理及控制单元20

处理及控制单元20第一方面是接收试验指令产生单元10输出的合成回路试验参数；

处理及控制单元20第二方面是接收调理电路30输出的电压表征的电流信号（A相信号IV_A、B相信号IV_B、C相信号IV_C）；

在本发明中，若进行单相同步控制时，可选取任意一路电压表征的电流信号进行威尔合成回路试验。若同时进行三相同步控制时，同时选取A相信号IV_A、B相信号IV_B和C相信号IV_C进行威尔合成回路试验。

处理及控制单元20第三方面利用接收到的电压表征的电流信号根据无穷小比较原理和洛必达法则，以及最小二乘法拟合出一条电流时间的线性关系y(t)＝Pt+Q，然后依据y(t)＝Pt+Q动态预测出电流过零点的时刻；

所述无穷小比较原理请参考1996年12月第四版《高等数学》（上册）第72页至第75页，同济大学数学教研室主编。

所述洛必达法则请参考1996年12月第四版《高等数学》（上册）第167页至第171页，同济大学数学教研室主编。

所述最小二乘法请参考1996年12月第四版《高等数学》（下册）第79页至第84页，同济大学数学教研室主编。

当试品开断电流回路的电流时，该电流的一般表达式为：

i(t)为时间函数，t为时间，I_m为电流周期分量的幅值，ω为电源频率，ψ为短路瞬间电压相位角，为电流滞后于电压的相位角，e为自然函数的底数，τ为时间常数。

t₀为电流过零时刻，当t＝t₀为电流过零时刻，则有i(t₀)＝0。根据无穷小的定义，函数i(t)当t→t₀时为无穷小，即

依据洛必达法则，有：

式中i′(t)为i(t)的导数，(t-t₀)′为t-t₀的导数，M为常数；

整理得i(t)为M(t-t₀)的等价无穷小，即i(t)在零点领域内可以近似为线性函数。

当i(t)近似为线性函数后，可以通过预测线性函数的方法预测电流的零点。采用最小二乘法对n个采样点进行处理，对于第一个采样点记为(t₁,i₁)、第二个采样点记为(t₂,i₂)、……、最后一个采样点记为(t_n,i_n)，拟合出一条电流时间的线性关系y(t)＝Pt+Q，y(t)为时间函数，P表示直线方程中的一次项系数，Q表示直线方程中的常数项，其中以最小二乘法原理预测出电流过零点的时间在本发明中，t₀指代的是T_YP、T_YQ或者T_GQ。

在本发明中，投入第一延弧回路，通过设置的“零前时间设定”对电压表征的电流信号（IV_A、IV_B、IV_C）在处理及控制单元20中进行处理，设威尔合成回路试验中第一延弧回路的当前时刻记为T_YP当前、点火时刻记为T_YP点火（T_YP点火＝T_YP-T_YP设定），若时间差ΔT_YP＝T_YP点火-T_YP当前小于300微秒，则输出第一延弧回路点火信号H_YP；若时间差ΔT_YP＝T_YP点火-T_YP当前大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差ΔT_YP＝T_YP点火-T_YP当前小于300微秒；

在A相的第一延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第一延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差小于300微秒。

在B相的第一延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第一延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差小于300微秒。

在C相的第一延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第一延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差小于300微秒。

在本发明中，如果不选择投入第一延弧回路，则跳过该步骤；如果不选择投入第一延弧回路，也不选择第二延弧回路，则直接进行电压回路；

在本发明中，投入第二延弧回路，通过设置的“零前时间设定”对电压表征的电流信号（IV_A、IV_B、IV_C）在处理及控制单元20中进行处理，设威尔合成回路试验中第二延弧回路的当前时刻记为T_YQ当前、点火时刻记为T_YQ点火（T_YQ点火＝T_YQ-T_YQ设定），若时间差ΔT_YQ＝T_YQ点火-T_YQ当前小于300微秒，则输出第二延弧回路点火信号H_YQ；若时间差ΔT_YQ＝T_YQ点火-T_YQ当前大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差ΔT_YQ＝T_YQ点火-T_YQ当前小于300微秒；

在A相的第二延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第二延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差小于300微秒。

在B相的第二延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第二延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤E，直至满足时间差小于300微秒。

在C相的第二延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第二延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差小于300微秒。

在本发明中，如果不选择投入第二延弧回路，则跳过该步骤，进入电压回路；

在本发明中，投入电压回路，通过设置的“零前时间设定”对电压表征的电流信号（IV_A、IV_B、IV_C）在处理及控制单元20中进行处理，设威尔合成回路试验中电压回路的当前时刻记为T_GQ当前、点火时刻记为T_GQ点火（T_GQ点火＝T_GQ-T_GQ设定），若时间差ΔT_GQ＝T_GQ点火-T_GQ当前小于300微秒，则输出电压回路点火信号H_GQ；若时间差ΔT_GQ＝T_GQ点火-T_GQ当前大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差ΔT_GQ＝T_GQ点火-T_GQ当前小于300微秒；

在A相的电压回路中，若时间差小于300微秒，则输出电压回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差小于300微秒。

在B相的电压回路中，若时间差小于300微秒，则输出电压回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差小于300微秒。

在C相的电压回路中，若时间差小于300微秒，则输出电压回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重新计算时间差，直至满足时间差小于300微秒。

在本发明中，A相的第一延弧预测电流过零点的时刻记为B相的第一延弧预测电流过零点的时刻记为C相的第一延弧预测电流过零点的时刻记为所述的对于是通过一次延弧的零前时间设定的界面来设置具体时间值的。

在本发明中，A相的第二延弧预测电流过零点的时刻记为B相的第二延弧预测电流过零点的时刻记为C相的第二延弧预测电流过零点的时刻记为所述的对于是通过二次延弧的零前时间设定的界面来设置具体时间值的。

在本发明中，A相的电压回路预测电流过零点的时刻记为B相的电压回路预测电流过零点的时刻记为C相的电压回路预测电流过零点的时刻记为所述的对于是通过高压回路的零前时间设定的界面来设置具体时间值的。

处理及控制单元20第四方面依据合成回路试验参数设定，在所述的预测电流过零点之前进行点火触发信号的生成，并将点火触发信号输出给驱动执行单元40；

在本发明中，在下的第一延弧点火触发信号记为在下的第一延弧点火触发信号记为在下的第一延弧点火触发信号记为

在本发明中，在下的第二延弧点火触发信号记为在下的第二延弧点火触发信号记为在下的第二延弧点火触发信号记为

在本发明中，在下的电压回路点火触发信号记为在下的电压回路点火触发信号记为在下的电压回路点火触发信号记为

处理及控制单元20第五方面生成驱动执行单元40的使能信号，并将使能信号输出给驱动执行单元40。

在本发明中，生成的使能信号记为生成的使能信号记为生成的使能信号记为

在本发明中，生成的使能信号记为生成的使能信号记为生成的使能信号记为

在本发明中，生成的使能信号记为生成的使能信号记为生成的使能信号记为

在本发明中，设计的处理及控制单元20采用生成指令信息来与威尔合成回路试验融合，有利于提高试验的成功率，另一方面将同步控制系统内嵌在威尔合成回路试验中，且不在现有的威尔合成回路试验中设计框架，降低了试验成本。

信号调理单元30

信号调理单元30第一方面用于接收磁位计采集的电流传感信号；即A相电流传感信号I_A、B相电流传感信号I_B、C相电流传感信号I_C；

信号调理单元30第二方面对电流传感信号进行调理处理，得到电压表征的电流信号；即A相信号IV_A、B相信号IV_B、C相信号IV_C；

信号调理单元30第三方面将电压表征的电流信号输出给处理及控制单元20。

在本发明中，电流传感信号是由磁位计LH（图1中）测量产生的，磁位计LH一般输出为三相电流传感信号，分别记为A相电流传感信号I_A、B相电流传感信号I_B、C相电流传感信号I_C。

参见图1、图5所示，在第一调理电路31中：磁位计输出的A相电流传感信号记为I_A，第一调理电路31输出的电压表征的电流信号记为IV_A；由于信号调理单元30中的第一调理电路31、第二调理电路32和第三调理电路33的电路原理图是相同的，则：

磁位计输出的B相电流传感信号记为I_B，第二调理电路32输出的电压表征的电流信号记为IV_B；

磁位计输出的C相电流传感信号记为I_C，第三调理电路33输出的电压表征的电流信号记为IV_C。

参见图5所示的第一调理电路31的电路原理图中，磁位计输出A相电流信号I_A经电阻RJ8、电阻RJ7后接地，磁位计输出A相电流信号I_A经电阻RJ8、电容C22后接地，磁位计输出A相电流信号I_A经电阻RJ8、电阻R7后接入运算放大器U7（型号OP295）的3脚上；

运算放大器U7的2脚与1脚之间串联电阻R6，4脚经电容C23接地，8脚经电容C19接地，1脚经电阻R8接地，且1脚与隔离运算放大器U5（型号ISO124）的15脚连接；

隔离运算放大器U5的1脚经电容C24接地，16脚接地，2脚经电容C28接地，9脚经电容C29接地，8脚接地，10脚经电容C25，7脚经电阻RJ3、电阻RJ6接地，7脚经电阻RJ3、稳压管D10、稳压管D13接地；

隔离运算放大器U5的7脚输出的电压表征的电流信号IV_A进入处理及控制单元20。

电阻RJ8、电阻RJ7和电容C22构成的低通滤波器。

电阻RJ3、电阻RJ6、稳压管D10和稳压管D13构成对处理及控制单元20的保护电路。

驱动执行单元40

驱动执行单元40第一方面用于接收处理及控制单元20输出的点火触发信号；即

驱动执行单元40第二方面用于接收处理及控制单元20输出的使能信号；即

驱动执行单元40第三方面用于接收试验程控仪输出的开锁信号；即KYP_A、KYQ_A、KGQ_A、KYP_B、KYQ_B、KGQ_B、KYP_C、KYQ_C、KGQ_C；

驱动执行单元40第四方面通过驱动电路输出触发点火球的工作信号；即YP_A、YQ_A、GQ_A、YP_B、YQ_B、GQ_B、YP_C、YQ_C、GQ_C。

在本发明中，开锁信号由试验程控仪（图1中）产生的，试验程控仪一般输出为三相开锁信号，则有：

在本发明中，A相的第一延弧回路的开锁信号记为KYP_A、A相的第二延弧回路的开锁信号记为KYQ_A、A相的电压回路的开锁信号记为KGQ_A；

在本发明中，B相的第一延弧回路的开锁信号记为KYP_B、B相的第二延弧回路的开锁信号记为KYQ_B、B相的电压回路的开锁信号记为KGQ_B；

在本发明中，C相的第一延弧回路的开锁信号记为KYP_C、C相的第二延弧回路的开锁信号记为KYQ_C、C相的电压回路的开锁信号记为KGQ_C。

在本发明中，A相的第一延弧回路的触发点火球记为YP_A、A相的第二延弧回路的触发点火球记为YQ_A、A相的电压回路的触发点火球记为GQ_A；

在本发明中，B相的第一延弧回路的触发点火球记为YP_B、B相的第二延弧回路的触发点火球记为YQ_B、B相的电压回路的触发点火球记为GQ_B；

在本发明中，C相的第一延弧回路的触发点火球记为YP_C、C相的第二延弧回路的触发点火球记为YQ_C、C相的电压回路的触发点火球记为GQ_C。

参见图6A～图6F所示，在第一执行电路41中：开锁信号KYP_A经电阻R77连接在模拟开关U25（型号CD4053）的6脚上，使能信号经电阻R81、电阻R84后接地，使能信号经电阻R81后接入模拟开关U25的11脚上；

模拟开关U25的8脚与7脚接地，9脚和10脚接地，16脚经电容C98接地，13脚经电阻R318接地，14脚经电阻R82接光电耦合器U27（型号为6N137）的2脚，12脚电阻R83接点火信号且12脚经电阻R85接地；

光电耦合器U27的3脚接地，8脚和7脚经电容C95接地，8脚和7脚经电阻R80接6脚，且8脚和7脚经电阻R78接与非门信号驱动器U29（型号DS75452）的1脚，6脚接与非门信号驱动器U29的2脚，5脚接地；

与非门信号驱动器U29的8脚经电容C94接地，且8脚经电阻RJ7接3脚，4脚接地，3脚输出触发信号YP_A，接入光纤接口。

开锁信号KYQ_A经电阻R86连接在模拟开关U31（型号CD4053）的6脚上，使能信号经电阻R90、电阻R93后接地，使能信号经电阻R90后接入模拟开关U31的11脚上；

模拟开关U31的8脚与7脚接地，9脚和10脚接地，16脚经电容C105接地，13脚经电阻R319接地，14脚经电阻R91接光电耦合器U33（型号为6N137）的2脚，12脚电阻R92接点火信号且12脚经电阻R94接地；

光电耦合器U33的3脚接地，8脚和7脚经电容C95接地，8脚和7脚经电阻R89接6脚，且8脚和7脚经电阻R78接与非门信号驱动器U34（型号DS75452）的1脚，6脚接与非门信号驱动器U34的2脚，5脚接地；

与非门信号驱动器U34的8脚经电容C101接地，且8脚经电阻RJ8接3脚，4脚接地，3脚输出触发信号YQ_A，接入光纤接口。

开锁信号KGQ_A经电阻R99连接在模拟开关U35（型号CD4053）的6脚上，使能信号经电阻R103、电阻R106后接地，使能信号经电阻R103后接入模拟开关U35的11脚上；

模拟开关U35的8脚与7脚接地，9脚和10脚接地，16脚经电容C108接地，13脚经电阻R320接地，14脚经电阻R104接光电耦合器U36（型号为6N137）的2脚，12脚电阻R105接点火信号且12脚经电阻R107接地；

光电耦合器U36的3脚接地，8脚和7脚经电容C107接地，8脚和7脚经电阻R102接6脚，且8脚和7脚经电阻R100接与非门信号驱动器U37（型号DS75452）的1脚，6脚接与非门信号驱动器U37的2脚，5脚接地；

与非门信号驱动器U37的8脚经电容C106接地，且8脚经电阻RJ9接3脚，4脚接地，3脚输出触发信号GQ_A，接入光纤接口。

在本发明中，同步控制系统实测延弧回路的触发点火信号误差在40微秒之内，电压回路误差在50微秒之内，参见图7所示。

参见图4所示，本发明的单相同步控制系统的具体流程为：

（A）系统初始化后进行高压断路器合成回路试验同步控制；

（B）根据试验方式（选取A相设定、B相设定、C相设定）调用威尔合成试验界面（图3所示）；

（C）启动威尔合成试验，磁位计采集电流，该电流经调理电路处理后输出电压表征的电流信号（IV_A、IV_B、IV_C）；

若进行A相威尔合成回路试验，电流经调理电路处理后输出A相电压表征的电流信号IV_A；

若进行B相威尔合成回路试验，电流经调理电路处理后输出B相电压表征的电流信号IV_B；

若进行C相威尔合成回路试验，电流经调理电路处理后输出C相电压表征的电流信号IV_C；

（D）投入第一延弧回路，通过设置的“零前时间设定”对电压表征的电流信号（IV_A、IV_B、IV_C）在处理及控制单元20中进行处理，设试验当前时刻记为T_YP当前、点火时刻记为T_YP点火，若时间差ΔT_YP＝T_YP点火-T_YP当前小于300微秒，则输出第一延弧回路点火信号H_YP；若时间差ΔT_YP＝T_YP点火-T_YP当前大于等于300微秒，则重复执行步骤D，直至满足时间差ΔT_YP＝T_YP点火-T_YP当前小于300微秒；

在A相的第一延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第一延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤D，直至满足时间差小于300微秒。

在B相的第一延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第一延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤D，直至满足时间差小于300微秒。

在C相的第一延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第一延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤D，直至满足时间差小于300微秒。

在本发明中，如果不选择投入第一延弧回路，则跳过该步骤；如果不选择投入第一延弧回路，也不选择第二延弧回路，则直接进行电压回路；

（E）投入第二延弧回路，通过设置的“零前时间设定”对电压表征的电流信号（IV_A、IV_B、IV_C）在处理及控制单元20中进行处理，设试验当前时刻记为T_YQ当前、点火时刻记为T_YQ点火，若时间差ΔT_YQ＝T_YQ点火-T_YQ当前小于300微秒，则输出第二延弧回路点火信号H_YQ；若时间差ΔT_YQ＝T_YQ点火-T_YQ当前大于等于300微秒，则重复执行步骤E，直至满足时间差ΔT_YQ＝T_YQ点火-T_YQ当前小于300微秒；

在A相的第二延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第二延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤E，直至满足时间差小于300微秒。

在B相的第二延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第二延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤E，直至满足时间差小于300微秒。

在C相的第二延弧回路中，若时间差小于300微秒，则输出第二延弧回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤E，直至满足时间差小于300微秒。

在本发明中，如果不选择投入第二延弧回路，则跳过该步骤，进入电压回路；

（F）投入电压回路，通过设置的“零前时间设定”对电压表征的电流信号（IV_A、IV_B、IV_C）在处理及控制单元20中进行处理，设试验当前时刻记为T_GQ当前、点火时刻记为T_GQ点火，若时间差ΔT_GQ＝T_GQ点火-T_GQ当前小于300微秒，则输出电压回路点火信号H_GQ；若时间差ΔT_GQ＝T_GQ点火-T_GQ当前大于等于300微秒，则重复执行步骤F，直至满足时间差ΔT_GQ＝T_GQ点火-T_GQ当前小于300微秒；

在A相的电压回路中，若时间差小于300微秒，则输出电压回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤F，直至满足时间差小于300微秒。

在B相的电压回路中，若时间差小于300微秒，则输出电压回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤F，直至满足时间差小于300微秒。

在C相的电压回路中，若时间差小于300微秒，则输出电压回路点火信号若时间差大于等于300微秒，则重复执行步骤F，直至满足时间差小于300微秒。

（G）若点火球GQ导通，则结束威尔合成试验；

（H）若点火球GQ不导通，则返回至步骤B重新进行威尔合成试验，直至点火球GQ导通。

在本发明中，由于是三相合成试验，对于B相和C相采用与A相相同的威尔合成试验步骤相同。

本发明设计的同步控制系统可以接收三路磁位计信号，每路之间相互独立。同步控制装置通过磁位计采集电流信号，同步控制系统有开锁信号输入端，通过外部设备程控仪可以给同步控制系统发出开锁信号。在没有开锁信号的情况下，同步控制系统不能发出任何动作指令。在时间同步控制工作模式下，有磁位计信号输入，同步控制装置预测电流零点，输入开锁信号后同步控制装置在实际电流过零之前动作，发出光信号。可以设置同步输出点火信号过零前延时触发时间，时间设置范围0～2000微秒。要求动作可靠，无误动现象。延弧回路投入时间误差小于±40微秒，高压回路投入时间误差小于±50微秒。

Claims (8)

1.一种适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，所述的合成回路试验中包括有第一延弧回路、第二延弧回路、电流回路、电压回路、试验程控仪、磁位计、试验指令产生单元(10)、处理及控制单元(20)、信号调理单元(30)、驱动执行单元(40)；其特征在于；

其中，信号调理单元(30)包括有第一调理电路(31)、第二调理电路(32)和第三调理电路(33)；其中，驱动执行单元(40)包括有第一执行电路(41)、第二执行电路(42)和第三执行电路(43)；通过试验指令产生单元(10)发送预设的整定时间给处理及控制单元(20)，信号调理单元(30)接收磁位计采集的电流信号，处理及控制单元(20)对预设整定时间和电流信号进行融合，输出时间同步信号作为驱动执行单元(40)进行驱动延弧回路和电压回路的指令；

试验指令产生单元(10)第一方面通过可视化界面进行合成回路试验参数设定；试验指令产生单元(10)第二方面将设定的试验参数输入给处理及控制单元(20)；

处理及控制单元(20)第一方面是接收试验指令产生单元(10)输出的合成回路试验参数；

处理及控制单元(20)第二方面是接收信号调理单元(30)输出的电压表征的电流信号；

处理及控制单元(20)第三方面利用接收到的电压表征的电流信号根据无穷小比较原理和洛必达法则，以及最小二乘法拟合出一条电流时间的线性关系y(t)＝Pt+Q，然后依据y(t)＝Pt+Q动态预测出电流过零点的时刻；

处理及控制单元(20)第四方面依据合成回路试验参数设定，在所述的预测电流过零点之前进行点火触发信号的生成，并将点火触发信号输出给驱动执行单元(40)；

处理及控制单元(20)第五方面生成驱动执行单元(40)的使能信号，并将使能信号输出给驱动执行单元(40)；

信号调理单元(30)第一方面用于接收磁位计采集的电流传感信号；即A相电流传感信号I_A、B相电流传感信号I_B、C相电流传感信号I_C；

信号调理单元(30)第二方面对电流传感信号进行调理处理，得到电压表征的电流信号；即A相信号IV_A、B相信号IV_B、C相信号IV_C；

信号调理单元(30)第三方面将电压表征的电流信号输出给处理及控制单元(20)；

驱动执行单元(40)第一方面用于接收处理及控制单元(20)输出的点火触发信号；

驱动执行单元(40)第二方面用于接收处理及控制单元(20)输出的使能信号；

驱动执行单元(40)第三方面用于接收试验程控仪输出的开锁信号；

驱动执行单元(40)第四方面通过驱动电路输出触发点火球的工作信号。

2.根据权利要求1所述的适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，其特征在于：所述第一调理电路(31)的具体电路为：

磁位计输出A相电流信号I_A经电阻RJ8、电阻RJ7后接地，磁位计输出A相电流信号I_A经电阻RJ8、电容C22后接地，磁位计输出A相电流信号I_A经电阻RJ8、电阻R7后接入运算放大器U7的3脚上；

运算放大器U7的2脚与1脚之间串联电阻R6，4脚经电容C23接地，8脚经电容C19接地，1脚经电阻R8接地，且1脚与型号ISO124隔离运算放大器U5的15脚连接；

隔离运算放大器U5的1脚经电容C24接地，16脚接地，2脚经电容C28接地，9脚经电容C29接地，8脚接地，10脚经电容C25，7脚经电阻RJ3、电阻RJ6接地，7脚经电阻RJ3、稳压管D10、稳压管D13接地；

隔离运算放大器U5的7脚输出的电压表征的电流信号IV_A进入处理及控制单元(20)；

电阻RJ8、电阻RJ7和电容C22构成的低通滤波器；

电阻RJ3、电阻RJ6、稳压管D10和稳压管D13构成对处理及控制单元(20)的保护电路。

3.根据权利要求1所述的适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，其特征在于：所述第一执行电路(41)的具体电路为：

开锁信号KYP_A经电阻R77连接在模拟开关U25的6脚上，使能信号经电阻R81、电阻R84后接地，使能信号经电阻R81后接入模拟开关U25的11脚上；

模拟开关U25的8脚与7脚接地，9脚和10脚接地，16脚经电容C98接地，13脚经电阻R318接地，14脚经电阻R82接光电耦合器U27的2脚，12脚经电阻R83后接点火信号且12脚经电阻R85接地；

光电耦合器U27的3脚接地，8脚和7脚经电容C95接地，8脚和7脚经电阻R80接6脚，且8脚和7脚经电阻R78接与非门信号驱动器U29的1脚，6脚接与非门信号驱动器U29的2脚，5脚接地；

与非门信号驱动器U29的8脚经电容C94接地，且8脚经电阻RJ7接3脚，4脚接地，3脚输出触发信号YP_A，接入光纤接口；

开锁信号KYQ_A经电阻R86连接在模拟开关U31的6脚上，使能信号经电阻R90、电阻R93后接地，使能信号经电阻R90后接入模拟开关U31的11脚上；

模拟开关U31的8脚与7脚接地，9脚和10脚接地，16脚经电容C105接地，13脚经电阻R319接地，14脚经电阻R91接光电耦合器U33的2脚，12脚经电阻R92后接点火信号且12脚经电阻R94接地；

光电耦合器U33的3脚接地，8脚和7脚经电容C95接地，8脚和7脚经电阻R89接6脚，且8脚和7脚经电阻R78接与非门信号驱动器U34的1脚，6脚接与非门信号驱动器U34的2脚，5脚接地；

与非门信号驱动器U34的8脚经电容C101接地，且8脚经电阻RJ8接3脚，4脚接地，3脚输出触发信号YQ_A，接入光纤接口；

开锁信号KGQ_A经电阻R99连接在模拟开关U35的6脚上，使能信号经电阻R103、电阻R106后接地，使能信号经电阻R103后接入模拟开关U35的11脚上；

模拟开关U35的8脚与7脚接地，9脚和10脚接地，16脚经电容C108接地，13脚经电阻R320接地，14脚经电阻R104接光电耦合器U36的2脚，12脚经电阻R105后接点火信号且12脚经电阻R107接地；

光电耦合器U36的3脚接地，8脚和7脚经电容C107接地，8脚和7脚经电阻R102接6脚，且8脚和7脚经电阻R100接与非门信号驱动器U37的1脚，6脚接与非门信号驱动器U37的2脚，5脚接地；

与非门信号驱动器U37的8脚经电容C106接地，且8脚经电阻RJ9接3脚，4脚接地，3脚输出触发信号GQ_A，接入光纤接口。

4.根据权利要求1所述的适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，其特征在于：能够实现单相时间同步控制的威尔合成回路试验。

5.根据权利要求1所述的适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，其特征在于：能够实现三相时间同步控制的威尔合成回路试验。

6.根据权利要求1所述的适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，其特征在于：能够实现单相时间同步控制的投入延弧回路与电压回路的威尔合成回路试验。

7.根据权利要求1所述的适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，其特征在于：能够实现三相时间同步控制的投入延弧回路与电压回路的威尔合成回路试验。

8.根据权利要求1所述的适用于高压断路器的合成回路试验同步控制系统，其特征在于：能够实现单相或者三相时间同步控制的只投入电压回路的威尔合成回路试验。