CN103809116B - 一种短路性能测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短路性能测试系统及其方法，所述系统包括主控模块、整流模块、储能模块、PWM功放模块、调节阻抗模块、录波模块和安全模块；所述主控模块包括控制模块、通讯模块、显示模块和数据预设模块；所述主控模块通过整流模块分别与储能模块、PWM功放模块、调节阻抗模块、录波模块和安全模块连接；所述整流模块、储能模块、PWM功放模块、被试品和调节阻抗模块依次连接。所述方法包括（1）进行储能模块充电；（2）进行短路载流能力试验操作；（3）进行限制短路电流性能试验操作；（4）进行非正常条件下的接通和分断能力试验操作。本发明降低了短路性能试验对电源容量的需求。试验设备成本低、工程建设简单易行。

Description

一种短路性能测试系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种电力计量设备测试系统，具体讲涉及一种短路性能测试系统及其方法。

背景技术

随着智能电网的快速发展，智能电能表的用量迅猛增加。而作为电能计量的关键设备的智能电能表不仅其计量性能要满足要求，而且其安全性和可靠性也要得到保证，所以使用前检定部门需对其检定合格后方能使用。智能电能表中的负荷开关是重要元器件之一，其质量的优劣决定了智能电能表整机产品的质量。短路性能试验是检测电能表用负荷开关性能好坏的重要技术指标，主要包括短路载流能力试验、限制短路电流性能试验、非正常条件下的接通和分断能力试验。使用短路性能试验合格的质量负荷开关能从根本上保证电能供应的可靠性和安全性，维护了企业、社会和用户的三方利益，防止重大的舆情事件发生。

现有的短路性能试验一般采用冲击电压器和大功率负荷来实现短路、故障和非正常条件的电流，这对试验电源的容量、暂态特性有严格的要求，需要单独架设特殊性能的10kV及以上电压的冲击电源线路。现行的GB/T14048.5《低压开关设备和控制设备第5-1部分：控制电路电器和开关元器件机电式控制电路电器》和IEC62055-31《Electricitymetering–Payment systems–Part31:Particular requirements-Static payment metersfor active energy(classes1and2)》规定了电能表用负荷开关的短路性能试验方法。为保证供电质量和供电可靠性，获批大容量电源线路困难较多，10kV及以上电压等级的高电流质量冲击变压器体积大、价格高，因此有必要提供一种基于通用三相电源的短路性能检测系统及其检测方法来克服现有技术的缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种短路性能测试系统及其方法来对电力系统中电能表用负荷开关的短路性能进行测试。具体地，本发明涉及电能表用负荷开关的短路载流能力试验、限制短路电流性能试验、非正常条件下的接通和分断能力试验的性能测试系统及其方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种短路性能测试系统，其改进之处在于，所述系统包括主控模块、整流模块、储能模块、PWM功放模块、调节阻抗模块、录波模块和安全模块；

所述主控模块包括控制模块、通讯模块、显示模块和数据预设模块；

所述主控模块通过整流模块分别与储能模块、PWM功放模块、调节阻抗模块、录波模块和安全模块连接；

所述整流模块、储能模块、PWM功放模块、被试品和调节阻抗模块依次连接。

优选的，所述录波模块为电流录波器，所述电流录波器包括内置电压采样电阻和电流互感器，采用双通道的高速A/D转换器采样电压和电流数据。

优选的，所述调阻抗模块由可调电阻器、可调电容和可调电感器构成。

优选的，所述调节阻抗模块为可调负载柜，其包括电阻、电感及电容元件。

优选的，所述安全模块为保护断路器；所述PWM功放模块包括PWM逆变调制器和功率放大器。

进一步地，所述可调电感器采用空心电感器，与可调电阻器串联。

本发明基于另一目的提供的一种短路性能测试方法，其改进之处在于，所述方法包括

（1）进行储能模块充电；

（2）进行短路载流能力试验操作；

（3）进行限制短路电流性能试验操作；

（4）进行非正常条件下的接通和分断能力试验操作。

优选的，所述步骤（1）包括通过主控模块操作充电开关闭合，经由整流模块将交流电转换为直流电，进而为储能模块充电。

优选的，所述步骤（2）包括使用导线代替试品进行试验电路整定，断开充电开关，闭合放电开关，使超级电容器组储能装置进行放电，经过功放/PWM模块，将直流电转换为试验需要的交流电。

优选的，所述步骤（2）包括同时进行试验电路整定，通过主控模块调节可调电阻、电感和电容器，获得符合试验需求的功率因数。

优选的，所述步骤（3）包括试验电路整定完成后，通过主控模块预设试验电流和通电时间，将试品放置在试验位置，闭合放电开关，进行短路性能试验。

优选的，所述步骤（4）包括通过主控模块观察试验情况，确定试品是否通过短路性能试验；试品产生爆炸现象进行现场还原并进一步分析试验现象和结果。

优选的，所述试验结束后，主控模块和安全模块会控制开关完成储能模块放电，用于确保试验设备安全和检测人员人身安全。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

（1）本发明使用三相电源对电容模组充电的方式，降低了短路性能试验对电源容量的需求。

（2）不需要使用冲击变压器等特制变压器，试验设备成本低、工程建设简单易行。

（3）覆盖了GB14048.5和IEC62055中低于10kA的控制开关短路性能试验项目，还可以进行单相和三相小型断路器的短路性能试验。

（4）本发明结合主控模块，可预设不同电流条件下的可调功率因数值，进而完成相应试验电流波形指标，自动化程度高、降低了调节功率因数的工作复杂性，增强了短路性能试验的安全性和操作性。

（5）本发明试验结束后，储能模块自动放电，系统内置隔离设施和过电流、过热保护设备，能有效地保证试验设备和检测人员的安全。

附图说明

图1为本发明提供的一种短路性能测试系统主控模块示意图。

图2为本发明提供的一种短路性能测试系统原理图。

图3为本发明提供的一种短路性能测试系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明采用380V三相电源的短路性能检测，可以进行的短路性能试验，主要内容为：短路载流能力试验、限制短路电流性能试验、非正常条件下的接通和分断能力试验。

本发明可实现电压AC400V，最大电流为10kA的短路性能试验。

如图1，本发明的采用电容储能方式的短路性能测试系统，主要包括主控模块、整流模块、储能模块、PWM功放模块（内置信号源）、调节阻抗模块、录波模块和安全模块。

主控模块包括通讯模块、控制模块、数据预设模块和显示模块。控制模块包括试验程序和保护程序，数据预设模块包括试验电流预设和试验时间预设，通讯模块实现主控模块与其它模块之间的信息交换。

控制模块采用台式计算机，并使用有线联系实现与测试系统的互联及通讯功能，显示模块采用液晶显示，使用人性化人机交互界面，方便试验检测人员对测试系统的使用和监控。控制模块利用上位机监测并控制试验电路的充电、放电和试验过程。控制模块可控制开关进行充、放电模式切换，从而控制储能模块进行充、放电操作。同时监视充、放电时间，通过计时功能实现试验时间预置和试验时间记录，显示电流、电压波形、峰值和时间参数。

录波模块为电流录波器，可以对大电流进行信号采集，录制电流信号的波形，方便试验人员对电流波形的调制。同时，对于试验过程中的冲击大电流可以进行录制保存下来，有利于试验过程和试验结果的分析研究。录波模块内置高精度电压采样电阻和高精度的电流互感器，采用双通道的高速A/D转换器采样电压和电流数据。

整流模块是实现交流电源到直流电源的转换，为储能模块进行充电操作。整流模块应具有整流和滤波的功能，保证充电直流的电能质量需求。

储能模块为超级电容器组，采用多组超级电容器以达到足够的电源储存容量，同时采用电容器储能方式，在维持电位的情况下，可以使电容器的电能长期储存。方便试验的开展和进行。储能模块采用电容器组来实现，利用整流后的直流电源对电能器进行充电，充电后可达到短路性能试验容量的要求。

PWM功放模块为PWM逆变调制器和功率放大器两部分组成，PWM逆变调制器可以实现对电容器释放直流电进行逆变，生成需要的交流电。而功率放大器可以实现对逆变交流电进行功率调节，达到试验需要的电流强度。PWM功放模块采用开关器件和逆变电路构成，将储能模组的大功率直流电转换成交流电流。PWM功放模块的电流的波形和有效值通过信号源进行控制。

调节阻抗模块为可调负载柜，可根据试验要求，调节冲击电流的功率因数，以实现不同功率因素条件下的电流试验。负载柜中包含电阻、电感及电容元件。调阻抗模块由可调电阻、可调电容和可调电感构成，实现线路电阻、电容和电感的调节，从而实现短路性能试验中对不同电流等级功率因素的调节。电感器应优先采用空心电感器，应始终与可调电阻器串联。

录波模块是监控试验电流波形的保障，只有经过录波验证后的电流才能用于短路性能试验，从而保证试验电流的有效性和可靠性，保障短路性能试验的正常进行和试验结果的准确可靠。

安全模块为保护断路器，根据系统不同位置需要的保护不同，使用不同类型及电流的保护断路器，不仅可以保证试验的顺利进行，也可以最大程度上保障检测人员的使用安全和人生安全。安全模块是保障整个短路性能试验安全进行的保证，是试验人员人身安全的保障。布置在线路过程中，对于超过预置时间和预设电流范围外的危险进行切除，同时具有过热、过流声光报警功能。

本发明一种电能表用负荷开关的检测方法，包括如下步骤：

（1）通过主控模块操作充电开关闭合，经由整流模块将交流电转换为直流电，进而为储能模块充电。待充电完成后，进行负荷开关的短路性能试验操作。

（2）使用阻抗可忽略不计的导线代替试品进行试验电路整定。断开充电开关，闭合放电开关，使超级电容器组储能装置进行放电，经过功放/PWM模块，将直流电转换为试验需要的交流电。同时进行试验电路整定：通过主控模块调节可调电阻、电感和电容器，获得符合试验需求的功率因数。

（3）通过录波模块采样电压和电流，在主控模块的人机显示界面显示试验波形，否则重复步骤（1）～（3），直至获得符合标准需求的试验电流。

（4）试验电路整定完成后，通过主控模块预设试验电流和通电时间，将试品放置在试验位置，闭合放电开关，进行短路性能试验。

（5）通过主控模块观察试验情况，确定试品是否通过短路性能试验。如试品产生爆炸等现象可进行现场还原并进一步分析试验现象和结果。

（6）可通过主控模块添加试验程序，控制短路载流能力、限制短路电流性能试验、非正常条件下的接通和分断能力试验等形成顺序试验，减少检测人员的工作量。

（7）试验结束后，主控模块和安全模块会控制开关完成储能模块放电，保证试验设备安全和检测人员人身安全。

实施例

如3图所示，本系统包含380V交流电源、AC/DC整流柜、超级电容器组、PWM功放模块、试验区、RLC负载柜、微机控制部分和液晶显示模块。

380V交流电源部分负责提供整套系统的能源，是整个系统正常运行的基础，可以保障系统运行可靠性。

AC/DC整流柜负责将交流电转换为直流电，是整个系统的能源转换环节，负责对超级电容器组进行充电。

超级电容器组负责将直流电进行贮存和释放，是整个系统的核心环节，负责对常规电源电能进行储存，达到足够的电源容量后进行释放以达到短路大电流的要求。

PWM功放模块负责将超级电容器组贮存的能量释放后进行逆变和功率调节，将直流电转换为符合试验需求的交流电。

试验区负责试验样品的放置，冲击电流波形的录波以及试验现场的监控等环节，是整个系统的实施部分，需要满足电气安全规范。

RLC负载柜用于调节冲击电流的功率因素，是整个系统的调制环节，负责实现不同功率因数条件下的冲击电流，满足不同样品的试验需求。

微机控制部分负责试验系统充电、放电、试验和录制环节的控制，是整个系统的控制中心，实现试验人员的操作要求和控制试验流程。

液晶显示模块是整个试验系统的显示部分，可以对试验现场情况进行监控，同时对于试验电流的波形进行监测和录制，是保证试验正常进行的必要环节。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种短路性能测试系统，其特征在于，所述系统包括主控模块、整流模块、储能模块、PWM功放模块、调节阻抗模块、录波模块和安全模块；

所述录波模块为电流录波器，所述电流录波器包括高电压采样电阻和电流互感器，采用双通道的高速A/D转换器采样电压和电流数据；

所述主控模块包括控制模块、通讯模块、显示模块和数据预设模块；

所述主控模块通过整流模块分别与储能模块、PWM功放模块、调节阻抗模块、录波模块和安全模块连接；

所述整流模块、储能模块、PWM功放模块、被试品和调节阻抗模块依次连接；

所述安全模块为保护断路器；所述PWM功放模块包括PWM逆变调制器和功率放大器。

2.如权利要求1所述的一种短路性能测试系统，其特征在于，所述调节阻抗模块由可调电阻器、可调电容和可调电感器构成。

3.如权利要求1所述的一种短路性能测试系统，其特征在于，所述调节阻抗模块为可调负载柜，其包括电阻、电感及电容元件。

4.如权利要求2所述的一种短路性能测试系统，其特征在于，所述可调电感器采用空心电感器，与可调电阻器串联。

5.如权利要求1所述的一种短路性能测试系统的测试方法，其特征在于，所述方法包括

(1)进行储能模块充电，包括通过主控模块操作充电开关闭合，经由整流模块将交流电转换为直流电，进而为储能模块充电，储能模块采用超级电容器组来实现，负责将直流电进行贮存和释放，达到足够的电源容量后进行释放以达到短路大电流的要求；

(2)进行短路载流能力试验操作，包括使用导线代替试品进行试验电路整定，断开充电开关，闭合放电开关，使超级电容器组储能装置进行放电，经过PWM功放模块，将直流电转换为试验需要的交流电，同时进行试验电路整定，通过主控模块调节可调电阻、电感和电容器，获得符合试验需求的功率因数；

(3)进行限制短路电流性能试验操作，包括试验电路整定完成后，通过主控模块预设试验电流和通电时间，将试品放置在试验位置，闭合放电开关，进行短路性能试验；

(4)进行非正常条件下的接通和分断能力试验操作，包括通过主控模块观察试验情况，确定试品是否通过短路性能试验；试品产生爆炸现象进行现场还原并进一步分析试验现象和结果。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述试验结束后，主控模块和安全模块会控制开关完成储能模块放电，用于确保试验设备安全和检测人员人身安全。