CN103792445A - 一种全智能电力过流保护测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全智能电力过流保护器测试仪，包括工控机，分别与该工控机进行双向电连接的函数/任意波形发生器、多继电器控制模块、信号反馈模块、数字万用表，以及为各个模块供电的供电模块；函数/任意波形发生器的一路信号输出端直接电连接多继电器控制模块的一相应信号输入端，另一路信号输出端经由功率运算放大电路电连接多继电器控制模块的另一相应信号输入端；多继电器控制模块设有两路信号输出端分别电连接信号反馈模块和数字万用表的信号输入端上，该多继电器控制模块上设有供测试产品电连接的测试接口。克服现有技术中存在测试功能单一、数据处理能力有限、测试精度低等问题，而且还具有全智能操作、性价比高等优点。

Description

一种全智能电力过流保护测试仪

技术领域

本发明涉及电测仪器仪表领域，具体是指一种全智能电力过流保护测试仪。

背景技术

早期电力过流保护器其工作原理是利用双金属片在流过电流时发热变形而使保护器动作,这类保护器制造调整困难,精度低和可靠性差。上个世纪60年代,美国开始研制克服现有技术中存在测试功能单一、数据处理能力有限、测试精度低等问题，而且还具有全智能操作、性价比高等优点。电子式保护器,并应用于低压断路器。电子式保护器具有保护功能多、延时精度高、选择性好、整定范围大和返回系数高等特点。此外还可以增加接地保护,过载报警功能,使低压电器的保护特性更完善,性能得到了提高。此后国外先进工业国家相继开发出多种电力过流保护器,从分立元件、集成电路发展到利用微型计算机技术的智能电力过流保护器。上个世纪80年代,美国、法国、德国、日本相继开发出智能电力过流保护器。

电力过流保护器工作的可靠性是系统安全、可靠运行的重要保证。因此，必须对电力过流保护器的各项参数进行测试，以确保其动作的准确性和正确性。随着外资企业的进入，包括国内电力行业设备发展，高端电力设备自动化测试仪器的需求越来越多，对可靠性、精度和技术的要求也越来越高。目前国内外的科研、技术人员对电力过流保护器性能和参数的测试方法已经进行了大量的研究，开发出多种相应的测试装置，并取得了良好的应用效果，但是大多都存在测试种类单一、数据处理能力有限、性价比较低等缺点，能满足测试要求的还比较少，目前厦门的ABB,施耐德等公司的电力设备测试仪器都还是依靠进口，其中大部分是低端的测试仪器份额，每台在20万以下，这也是一个前景广阔的市场。

目前国外进口的测量仪器，一部分仍需人工手动操作，测试效率低下且价格昂贵，如美国Megger的SR系列继电器通用测试系统；立林电控所进口的MDC600测试系统还存在输出信号漂移的问题，急需进行改进以及重新开发。国内市场目前电力过流保护测试仪器功能单一，且测试精度较低，并不能满足高端电力自动化测试的需求，因此迫切需要研发具有自主知识产权的全智能电力过流保护器测试系统设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全智能电力过流保护器测试仪，克服现有技术中存在测试功能单一、数据处理能力有限、测试精度低等问题，而且还具有全智能操作、性价比高等优点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种全智能电力过流保护器测试仪，包括工控机，分别与该工控机进行双向电连接的函数/任意波形发生器、多继电器控制模块、信号反馈模块、数字万用表，以及为所述各个模块供电的供电模块；函数/任意波形发生器的一路信号输出端直接电连接所述多继电器控制模块的一相应信号输入端，另一路信号输出端经由功率运算放大电路电连接所述多继电器控制模块的另一相应信号输入端；所述多继电器控制模块设有两路信号输出端分别电连接所述信号反馈模块和数字万用表的信号输入端上，该多继电器控制模块上设有供测试产品电连接的测试接口。

所述供电模块电连接至所述信号反馈模块的电源输入端上，该信号反馈模块上设有为测试产品供电的电源端口。

所述函数/任意波形发生器采用Agilent33210A函数/任意波形发生器；所述信号反馈模块采用PCI-7489数据采集卡；所述数字万用表采用Agilent34401A台式数字万用表；所述功率运算放大电路采用PA90高压功率运算放大器。

所述多继电器控制模块包括上位机、正弦波信号测试单元、单片机、继电器组、锁存器及达林顿模块，所述上位机的两控制端分别与所述正弦波信号测试单元、单片机的输入端相电连接，所述正弦波信号测试单元的输出端电连接所述继电器组，所述单片机依次经由所述锁存器、达林顿模块与所述继电器组相电连接。

采用上述方案后，本发明相对于现有技术的有益效果在于：整个测试仪系统由若干个模块构成，其中工控机作为测试仪的总控中心；函数/任意波形发生器为信号源，用于提供稳定、精确和低失真的测试基准波形信号；信号反馈模块用于实时监测信号源信号电压，并且将监测得的测试信号状态实时反馈给工控机；数字万用表用于信号校准，通过与工控机实时通讯，构成一闭环控制监测信号源信号的测试系统，确保监测信号的准确性及测试系统的可靠性。功率运算放大电路电连接在函数/任意波形发生器与多继电器控制模块间，用于提高信号源的驱动能力，满足高压正弦电压测试要求；多继电器控制模块设有多个继电器用来切换测试信号，由此针对不同测试产品和参数进行多通道测试信号的切换控制，实现对多种过流保护器产品参数的测量。

综上，本发明测试仪系统能够提供高精度的测试电压信号，其是实现电力过流保护器测试准确可靠的关键所在,输出测试电压信号失真、漂移幅度小，电压波动误差控制在3‰以内；测试系统还可根据被测不同产品自行设置参数，测试功能多样，测试电压（0-300V）和频率（50-60Hz）均可调，适应国内外各种不同电力保护设备的测试需求。本发明整个系统采用模块化设计，全智能操作，不仅价格相对低廉，而且电路集成度高，确保系统电路可靠性及测试信号精准性。

附图说明

图1是本发明测试仪的模块原理图；

图2使本发明测试仪的多继电器模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

本发明涉及一种全智能电力过流保护器测试仪，参见图1所示，包括工控机1、函数/任意波形发生器2、功率运算放大电路3、多继电器控制模块4、信号反馈模块5、数字万用表6及供电模块7。

所述工控机1为整个测试仪的总控中心模块，分别与函数/任意波形发生器2、多继电器控制模块4、信号反馈模块5及数字万用表6进行双向电连接。供电模块7为整个测试仪的供电电源，为所述各个模块供电。

所述函数/任意波形发生器2的信号输出端分为两路，一路信号输出端直接电连接多继电器控制模块4的一相应信号输入端，另一路信号输出端经由功率运算放大电路3电连接多继电器控制模块4的另一相应信号输入端。多继电器控制模块4设有两路信号输出端，一路电连接信号反馈模块5的信号输入端上，另一路电连接数字万用表6的信号输入端上。多继电器控制模块4上设有测试接口，用于供测试产品8（过流保护器）电连接，实现测试产品8参数测试。下面对各个模块的性能及优选实施例进行详细阐述。

所述函数/任意波形发生器2，其作为测试仪的信号源，用于提供测试基准信号。测试基准信号的准确性是测试仪测试精准的必要条件，为了保证测试基准信号的准确性，给出较佳实施例，函数/任意波形发生器2采用Agilent33210A函数/任意波形发生器。Agilent33210A函数/任意波形发生器是332xx系列的最新产品，它采用直接数字合成(DDS)技术，建立有稳定、精确和低失真正弦波信号，以及具有快上升和下降时间的10MHz方波和达100kHz的线性斜波。对于用户定义波形，可提供14bit，50MSa/s，8K点的任意波形产生。

所述信号反馈模块5，其用于实时监测信号源正弦信号电压，并且将监测得的测试信号状态实时反馈给工控机1。给出较佳实施例，信号反馈模块5采用PCI-7489数据采集卡。PCI-7489是为工业PC机或品牌机及兼多继电器控制模块容机设计的一种多功能高性能综合数据采集接口板。板上有16位单端16路/差分8路A/D输入、4路16位独立D/A输出、16路TTL电平开关量输入、16路TTL电平开关量输出，适用于各种工业现场的高精数据测量及控制，集成度高，功能强大，可靠性好，数据采集稳定。

所述数字万用表6，其用于信号校准作用。特别地，通过数字万用表6与工控机1实时通讯，构成一闭环控制监测信号源信号的测试系统，确保监测信号的准确性及测试系统的可靠性。给出较佳实施例，数字万用表6采用高精度的Agilent34401A台式数字万用表（DMM）。这款工业标准的万用表，集高分辨率、精度、速度优势于一体，适用于系统和台式测试，具有6.5位分辨率和12种测量功能，基础精度：0.0015%直流（24小时），0.06%交流（一年）1000V；最大输入标配GPIB和RS-232接口，为与工控机1的实时通讯连接提供便捷途径。

电力过流保护器测试参数中有高压正弦电压测试要求，由此，本发明测试仪还自行设计了高保真、低纹波的功率运算放大电路3，用于提高信号源的驱动能力，满足高压正弦电压测试要求。给出较佳实施例，功率运算放大电路3采用APEX公司的PA90高压功率运算放大器，是一种发明高压设备的功率放大器，最大输出电压为400V，输出功率带宽为30kHz，电压转换速率为300V/uS，最大输出电流为0.2A，最小分辨率为2mV。此外，PA90高压功率运算放大器还具有很高的电源电压抑制比，输出电压更稳定，且PA90高压功率运算放大器集运算放大电路，功率放大电路，保护电路于一体，使得电路的集成度大大提高，有效地提高了整个放大电路的可靠性，保证了测试信号的精度，并且减少了整个信号处理电路的体积。功率放大器PA90是一个400V功率运算放大器，设计作为一种低成本的解决方案，用于驱动高达200mA的连续输出电流和脉冲电流高达350mA的高电压应用，包括仪器仪表，压电换能器，静电传感器和偏转。在选择应用程序的带宽和压摆率与PA90的外部补偿提供了灵活性。

所述多继电器控制模块4，其设有多个继电器用来切换测试信号，采用单片机串口通讯模块针对不同测量产品和参数进行多通道测试信号的切换控制，根据不同产品自行设置参数，实现对不同型号的多种过流保护器的不同测试参数、不同测试电压的测量，其中测试电压在0-300V范围内可调，频率在50-60Hz范围内可调。

优选地，如图2所示，所述多继电器控制模块4包括上位机41、正弦波信号测试单元42、单片机43、继电器组44、锁存器45及达林顿模块46。上位机41的两控制端分别与正弦波信号测试单元42、单片机43的输入端相电连接，正弦波信号测试单元42的输出端电连接继电器组44；单片机43依次经由锁存器45、达林顿模块46与继电器组44相电连接。具体实施中，所述单片机43采用单片机STC89-52，达林顿模块46采用ULN2803达林顿阵，锁存器45采用74HC573锁存器。

所述供电模块7，具体地，其电连接至信号反馈模块5的电源输入端上。进一步，信号反馈模块5上设有为测试产品供电的电源端口，由此系统对测试产品8的供电电源也通过信号反馈模块5的D/A通道输出。

本发明产品主要特点有以下几点：

1）测试仪产品采用模块化设计，信号源为Agilent33210A函数/任意波形发生器是332xx系列的最新产品；它用直接数字合成(DDS)技术建立稳定、精确和低失真正弦波信号，以及具有快上升和下降时间的10MHz方波和达100kHz的线性斜波。对于用户定义波形，选件002提供14bit，50MSa/s，8K点的任意波形产生，从而保证了测试基准信号的准确性；

电压反馈采用Agilent34401A台式数字万用表（DMM），这款工业标准的万用表，集高分辨率、精度、速度优势于一体，适用于系统和台式测试，具有6.5位分辨率和12种测量功能，基础精度：0.0015%直流（24小时），0.06%交流（一年）1000V最大输入标配GPIB和RS-232接口，从而可以与上位机实时通讯，构成闭环控制监测信号源信号的准确性，确保测试系统的可靠性；

通过采用SCPI以及GPIB接口技术实现信号源和DMM同上位机的实时通讯控制，远程闭环程控调节输出测试电压信号的幅值和频率。

2)信号处理电路模块设计；由于智能电力过流保护器测试参数中有高压正弦电压测试要求，因此还需要自行设计高保真、低纹波的信号功率放大电路与直流电源，提高信号源的驱动能力，即所述的APEX公司的高压功率运算放大器PA90；主要从以下几点保证测试信号精度：①在电源接口模块输出端添加滤波电路，保证了输入模拟电压信号的稳定性；②供电的直流稳压电源采用三端稳压器稳压，多路串联输出，避免了因电网工频电压波动带来的干扰，提高了功率放大模块供电电压的稳定性；③高压功率放大电路模块中采取了相位补偿、电源对地旁路以及合理的PCB布线等措施，保证了PA90的正常工作状态，提高了输出电压的稳定性；

3)智能电力过流保护器型号不同，测试的参数，测试电压也有不同，需要控制一百多个继电器切换测试信号，因此采用单片机串口通讯模块和PCI-7489数据采集卡对测试信号进行切换和监控，实现多组继电器的实时可编程控制。在设计中，由于继电器闭合次数有寿命限制，因此将单片机控制电路和多继电器组器件进行分离，并制作了专门的继电器模板，在更换继电器等组件时，可以维护方便，实现了电路设计的模块化原则，提高了产品的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明权利要求的范围。

Claims (4)

1.一种全智能电力过流保护器测试仪，其特征在于：包括工控机，分别与该工控机进行双向电连接的函数/任意波形发生器、多继电器控制模块、信号反馈模块、数字万用表，以及为所述各个模块供电的供电模块；函数/任意波形发生器的一路信号输出端直接电连接所述多继电器控制模块的一相应信号输入端，另一路信号输出端经由功率运算放大电路电连接所述多继电器控制模块的另一相应信号输入端；所述多继电器控制模块设有两路信号输出端分别电连接所述信号反馈模块和数字万用表的信号输入端上，该多继电器控制模块上设有供测试产品电连接的测试接口。

2.如权利要求1所述的一种全智能电力过流保护器测试仪，其特征在于：所述供电模块电连接至所述信号反馈模块的电源输入端上，该信号反馈模块上设有为测试产品供电的电源端口。

3.如权利要求1所述的一种全智能电力过流保护器测试仪，其特征在于：所述函数/任意波形发生器采用Agilent33210A函数/任意波形发生器；所述信号反馈模块采用PCI-7489数据采集卡；所述数字万用表采用Agilent34401A台式数字万用表；所述功率运算放大电路采用PA90高压功率运算放大器。

4.如权利要求1所述的一种全智能电力过流保护器测试仪，其特征在于：所述多继电器控制模块包括上位机、正弦波信号测试单元、单片机、继电器组、锁存器及达林顿模块，所述上位机的两控制端分别与所述正弦波信号测试单元、单片机的输入端相电连接，所述正弦波信号测试单元的输出端电连接所述继电器组，所述单片机依次经由所述锁存器、达林顿模块与所述继电器组相电连接。

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