CN103630833A

CN103630833A - 塑料外壳式断路器寿命测试装置及测试方法

Info

Publication number: CN103630833A
Application number: CN201310641371.3A
Authority: CN
Inventors: 田翔; 侯毅男; 张钰; 丁志东; 崔伟峰
Original assignee: ZHENJIANG PRODUCT QUALITY SUPERVISION INSPECTION CENTER
Current assignee: ZHENJIANG PRODUCT QUALITY SUPERVISION INSPECTION CENTER
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: CN103630833B

Abstract

本发明公开一种塑料外壳式断路器寿命测试装置及测试方法，包括PLC控制器以及与其连接的人机交互界面显示模块，断路器的主回路分别连接信号采集模块、气动元件和负载阻抗，PLC控制器连接综合控制模块，综合控制模块还分别连接气动元件和信号采集模块，信号采集模块包含三个分别与断路器三相串联的罗氏线圈和三个分别与断路器三相并联的电压互感器；气动元件具有夹紧、合闸、分闸三个气缸；综合控制模块包括驱动电路、位置信号反馈电路、报警保护电路、通信电路和信号处理电路，通过监测断路器每一次分断时的电弧电压峰值、分断电流峰值，并对分断电流峰值做累积，实现对触头状态的监测、进而得出断路器的寿命状况，准确度高且可靠性强。

Description

塑料外壳式断路器寿命测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及对低压开关元件塑料外壳式断路器进行试验的装置及方法，尤其是一种塑料外壳式断路器寿命测试装置及测试方法。

背景技术

塑料外壳式断路器广泛应用在低压配电设备中，担负着控制、保护双重功能，与用户级的用电安全休戚相关，其寿命就显得尤为重要。目前，现有的塑料外壳式断路器在做寿命测试时，测试装置只是采用一个气缸，利用气缸上的活塞杆卡住塑料外壳式断路器手柄，通过人工操作气缸实现分闸、合闸操作。这种测试装置的缺陷是：若活塞杆行程调节不当，极易造成塑料外壳式断路器手柄损坏，并且缺乏试验参数采集、状态显示、故障保护等功能，对试验结果只能做出一般性的判断，缺乏定量分析的数据，更无法对寿命状况进行评定。试验过程中，若触头熔焊、无法分断时，容易发生危险，造成事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种塑料外壳式断路器寿命测试装置和测试方法来自动测试和评定其寿命状况。

本发明所述塑料外壳式断路器寿命测试装置采用的技术方案是：包括PLC控制器以及与其连接的人机交互界面显示模块，其特征是；断路器的主回路分别连接信号采集模块、气动元件和负载阻抗，PLC控制器连接综合控制模块，综合控制模块还分别连接气动元件和信号采集模块，信号采集模块包含三个分别与断路器三相串联的罗氏线圈和三个分别与断路器三相并联的电压互感器；气动元件具有夹紧、合闸、分闸三个气缸；综合控制模块包括驱动电路、位置信号反馈电路、报警保护电路、通信电路和信号处理电路，驱动电路控制合闸和分闸气缸操作，位置信号反馈电路采集合闸和分闸气缸的行程信号并传输给PLC控制器，报警保护电路用于在断路器触头熔焊无法分断时切断主回路，并在断路器触头拉弧严重寿命接近极限时报警，信号处理电路对三相电流信号和三个电压信号进行处理。

本发明所述塑料外壳式断路器寿命测试装置的测试方法采用的技术方案是包括以下步骤：（1）调节负载阻抗，得到满足试验要求的回路电流值、功率因数，用夹紧气缸夹紧固定断路器；（2）通过人机交互界面显示模块设定包括试验次数、试验频率、通电时间、电压阈值、电压越限次数、电流阈值的试验参数，并存储在PLC控制器中；（3）PLC控制器按已设定的试验参数发出动作指令，通过驱动电路控制气合闸和分闸气缸分别实现断路器的合闸与分闸操作；（4）位置信号反馈电路采集合闸和分闸气缸的行程信号并传输给PLC控制器，PLC控制器综合比较得出当前断路器的位置状态；（5）信号采集模块采集断路器的三相电流、三相端口电压信号各三个周波的数据，即分闸前两个周波、分闸后一个周波的数据，以断路器分闸后电流为零的时刻为起始点向前比较找出电流波形的峰值，乘以罗氏线圈的系数，得到分断电流峰值，以断路器分闸后电压波形畸变的峰值乘以电压互感器的变比，得到电弧电压峰值；信号处理电路将每次断路器分闸后计算得出的三相分断电流峰值与电弧电压峰值传输给PLC控制器，PLC控制器将电弧电压峰值与预设的电压阈值相比较，当电弧电压峰值大于电压阈值时，则累计越限次数自增1，每次的分断电流峰值做累加得出分断电流累积值，当累计越限次数大于预设的电压越限次数，且分断电流累积值大于电流阈值时，表明断路器动静触头之间拉弧现象严重，分断能力已接近极限。

本发明的有益效果是：本发明通过监测塑料外壳式断路器每一次分断时的电弧电压峰值、分断电流峰值，并对分断电流峰值做累积，实现对塑料外壳式断路器触头状态的监测、进而得出塑料外壳式断路器寿命状况，准确度高，可靠性强，便于操作，提高了工作效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明所述一种塑料外壳式断路器寿命测试装置的结构框图。

具体实施方式

图1为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构框架，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种塑料外壳式断路器寿命测试装置，包括人机交互界面显示模块、PLC控制器、综合控制模块、以及与塑料外壳式断路器主回路相连接的信号采集模块、气动元件和负载阻抗。其中，人机交互界面显示模块与PLC控制器相连接，综合控制模块分别与PLC控制器、气动元件和信号采集模块相连接。人机交互界面显示模块具有人机界面（HMI）功能，实现参数设定、显示试验状态数据等功能。

信号采集模块包含三个罗氏线圈和三个电压互感器，三个罗氏线圈分别与断路器A、B、C三相串联，采集试验回路电流信号。三个电压互感器分别与断路器A、B、C三相的上下端口并联，采集端口电压信号。气动元件具有三个气缸，分别是夹紧气缸、合闸气缸、分闸气缸，夹紧气缸安装支架上，用来夹紧固定塑料外壳式断路器，合闸气缸向上推动塑料外壳式断路器手柄实现合闸操作，分闸气缸向下推动塑料外壳式断路器手柄实现分闸操作。

综合控制模块包括驱动电路、位置信号反馈电路、报警保护电路、通信电路和信号处理电路。其中，驱动电路用于控制气动元件中的合闸气缸和分闸气缸的操作；位置信号反馈电路采集合闸气缸和分闸气缸的行程信号并传输给PLC控制器；报警保护电路具有塑料外壳式断路器触头熔焊无法分断时，切断主回路电源的功能，当塑料外壳式断路器触头拉弧严重，寿命接近极限时，以声光电形式报警；通信电路具有具有RS485通信、Modbus-RTU、Profibus-DP通信接口；信号处理电路对信号采集模块中的三个罗氏线圈采集的三相电流信号以及三个电压互感器采集的端口电压信号进行处理。

上述塑料外壳式断路器寿命测试装置的测试方法是：

调节负载阻抗，投切电阻、电感，得出满足试验要求的回路电流值、功率因数，将塑料外壳式断路器通过安装在支架上的夹紧气缸夹紧固定。

通过人机交互界面显示模块设定试验参数：试验参数包括试验次数、试验频率、通电时间、电压阈值、电压越限次数、电流阈值等，并这些设定的试验参数存储在PLC控制器中。

通过综合控制模块的驱动电路，PLC控制器按照已设定的试验参数发出动作指令，控制气动元件中的合闸气缸和分闸气缸分别实现对塑料外壳式断路器的合闸操作与分闸操作；若塑料外壳式断路器处于分闸位置，则PLC控制器发出合闸指令，驱动合闸气缸动作，使塑料外壳式断路器合闸。反之，若塑料外壳式断路器处于合闸位置，则PLC控制器发出分闸指令，驱动分闸气缸动作，使塑料外壳式断路器分闸。

综合控制模块中位置信号反馈电路采集合闸气缸和分闸气缸的行程信号，传输给PLC控制器，PLC控制器综合比较得出当前塑料外壳式断路器的位置状态，确认处于合闸位置，延时后，PLC控制器发出分闸指令，驱动分闸气缸动作，使塑料外壳式断路器分闸。延时的时长等于通电时间。

信号采集模块采集塑料外壳式断路器三相电流、三相端口电压信号各三个周波的数据，即分闸前两个周波，分闸后一个周波，以塑料外壳式断路器分闸后电流为零的时刻为起始点，向前比较找出电流波形的峰值，乘以罗氏线圈的系数，得到分断电流峰值。同时以塑料外壳式断路器分闸后，电压波形畸变的峰值乘以电压互感器的变比，得到电弧电压峰值。信号处理电路将每次塑料外壳式断路器分闸后，计算得出的三相分断电流峰值与电弧电压峰值通过通信电路传输给PLC控制器。PLC控制器将电弧电压峰值与预设的电压阈值相比较，当电弧电压峰值大于电压阈值时，则累计越限次数自增1。而每次的分断电流峰值做累加，得出分断电流累积值。当累计越限次数大于预设的电压越限次数，且分断电流累积值大于电流阈值时，表明塑料外壳式断路器动静触头之间拉弧现象严重，分断能力已接近极限，触头熔焊概率极大，极易导致塑料外壳式断路器损坏。

PLC控制器通过人机交互显示模块将每次分闸的电弧电压峰值和分断电流峰值显示出来，便于现场工作人员及时查看试验参数和状态。同时通过综合控制模块的通信电路，通过通信电路将试验参数（试验次数、通电时间、电弧电压峰值、分断电流峰值等）实时上传到后台系统，以表格的形式保存，便于数据统计与试验结果分析。

当装置发出分闸指令后，PLC控制器未采集到位置反馈的变位信号，同时信号处理电路仍能采集到电流信号时，表明塑料外壳式断路器触头已熔焊，无法完成分闸操作，则报警保护电路切断主回路电源开关，起到保护作用，防止长时间通电，引起阻抗发热，绝缘老化，造成安全事故。

Claims

1.一种塑料外壳式断路器寿命测试装置，包括PLC控制器以及与其连接的人机交互界面显示模块，其特征是；断路器的主回路分别连接信号采集模块、气动元件和负载阻抗，PLC控制器连接综合控制模块，综合控制模块还分别连接气动元件和信号采集模块，信号采集模块包含三个分别与断路器三相串联的罗氏线圈和三个分别与断路器三相并联的电压互感器；气动元件具有夹紧、合闸、分闸三个气缸；综合控制模块包括驱动电路、位置信号反馈电路、报警保护电路、通信电路和信号处理电路，驱动电路控制合闸和分闸气缸操作，位置信号反馈电路采集合闸和分闸气缸的行程信号并传输给PLC控制器，报警保护电路用于在断路器触头熔焊无法分断时切断主回路，并在断路器触头拉弧严重寿命接近极限时报警，信号处理电路对三相电流信号和三个电压信号进行处理。

2.一种如权利要求1所述塑料外壳式断路器寿命测试装置的测试方法，其特征是包括以下步骤：

（1）调节负载阻抗，得到满足试验要求的回路电流值、功率因数，用夹紧气缸夹紧固定断路器；

（2）通过人机交互界面显示模块设定包括试验次数、试验频率、通电时间、电压阈值、电压越限次数、电流阈值的试验参数，并存储在PLC控制器中；

（3）PLC控制器按已设定的试验参数发出动作指令，通过驱动电路控制气合闸和分闸气缸分别实现断路器的合闸与分闸操作；

（4）位置信号反馈电路采集合闸和分闸气缸的行程信号并传输给PLC控制器，PLC控制器综合比较得出当前断路器的位置状态；

（5）信号采集模块采集断路器的三相电流、三相端口电压信号各三个周波的数据，即分闸前两个周波、分闸后一个周波的数据，以断路器分闸后电流为零的时刻为起始点向前比较找出电流波形的峰值，乘以罗氏线圈的系数，得到分断电流峰值，以断路器分闸后电压波形畸变的峰值乘以电压互感器的变比，得到电弧电压峰值；信号处理电路将每次断路器分闸后计算得出的三相分断电流峰值与电弧电压峰值传输给PLC控制器，PLC控制器将电弧电压峰值与预设的电压阈值相比较，当电弧电压峰值大于电压阈值时，则累计越限次数自增1，每次的分断电流峰值做累加得出分断电流累积值，当累计越限次数大于预设的电压越限次数，且分断电流累积值大于电流阈值时，表明断路器动静触头之间拉弧现象严重，分断能力已接近极限。

3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征是：当PLC控制器按已设定的试验参数发出发出分闸指令后，PLC控制器未采集到位置反馈的变位信号，同时信号处理电路仍能采集到电流信号时，表明断路器触头已熔焊，无法完成分闸操作，则报警保护电路切断断路器的主回路。

4.根据权利要求2所述的测试方法，其特征是：步骤（5）之后，PLC控制器通过人机交互显示模块将每次分闸的电弧电压峰值和分断电流峰值显示出来。