CN104635153A - 低压断路器特性测试分析平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压断路器特性测试分析平台，该平台具有上位机测试分析系统和下位机控制及测试装置。利用机构控制保护模块自动操作断路器的分合闸状态；平台可方便的转换交直流电源系统，采用电力电子技术设计新型数字式恒流源，在外界电源产生波动或者负载阻抗特性发生变化时，输出电流保持恒定，输出端的电流闭环反馈环节以及适当的控制策略使得输出电流的调节具有良好的动态响应，电流调节精度高、调节速度快。

Description

低压断路器特性测试分析平台

技术领域

本发明涉及一种低压断路器特性测试分析平台。

背景技术

低压断路器是低压电器中最重要的保护及控制元件之一，广泛应用在工矿企业、机关学校、高层建筑、宾馆、医院、机场、码头、现代化的住宅小区，以及高速发展的机车、地铁系统中。断路器具有过电流、逆电流、短路、欠电压等故障保护功能，可用来保护交直流电气设备，同时，也可以用在不频繁起动的电动机控制，不频繁操作或转换的电路中，是电路及系统中不可缺少的开关元件。

无论何种断路器，其结构均包含以下主要部分：

传感元件：又称感受元件（如过电流脱扣器、欠电压脱扣器和分励脱扣器等），能够感受电路中不正常的情况和操作人员的命令，或其他继电保护系统的信号，通过传递元件使执行元件动作；

脱扣执行机构：包括主触头和灭弧系统，辅助触头也是一种执行部件。灭弧系统用来配合触头系统执行任务，帮助熄灭触头分断电路时产生的电弧；

传递元件：承担力的传递与变换，包括传动机构、自由脱扣机构、主轴、脱扣轴等。断路器的绝缘底座、外壳、框架、均为承担力传递的部件，各种机械连杆承担力的传递与变换，传动机构将人力或电力转变成合闸力，控制断路器合闸或分闸，脱扣轴则把各相的脱扣动作传递给机构使之脱扣；

附件：辅助触头、电动操作机构、接线端子等配件，有些小型断路器不配电动操作机构。

由此看来，断路器结构复杂、种类繁多。断路器对外呈现的特性主要体现在故障时的脱扣特性和触头回路的通断特性中。目前，对于系统中大量使用的低压断路器，定期维修和检测成为一大难题，在重要的使用场合中，往往成批更换，或者根据经验判断其主要特性，造成资源浪费。随着控制技术和电力电子技术的发展，更多的自动化和电力电子设备能够应用于低压电器的测试系统中，给断路器的特性检测带来方便。

本发明设计一种低压断路器特性测试与分析平台，该平台具有上位机测试分析系统和下位机控制、测试装置。利用机构控制保护模块自动操作断路器的分合闸状态；平台可方便的转换交直流电源系统，采用电力电子技术设计新型数字式恒流源，在外界电源产生波动或者负载阻抗特性发生变化时，输出电流保持恒定，输出端的电流闭环反馈环节以及适当的控制策略使得输出电流的调节具有良好的动态响应，电流调节精度高、调节速度快。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压断路器特性测试分析平台，该平台可以自动测试交直流断路器的脱扣特性和触头回路工作状况，通过平台内的特性分析与寿命预测模块，对断路器的关键性能指标和电寿命进行分析预测，为电力系统的安全和可靠运行奠定基础。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种低压断路器特性测试分析平台，包括上位机测试分析系统和下位机控制及测试装置；系统上电，通过所述上位机测试分析系统的上位机人机界面，对上位机测试分析系统的功能选择模块及参数设置模块进行测试功能的选择及试验参数的设置，并通过上下位机交互接口传输指令至所述下位机控制及测试装置的主控模块，下位机控制及测试装置的系统故障保护报警模块进行硬件系统自检，系统正常后，启动下位机控制及测试装置的控制电源1、控制电源2及试验电源，而后根据上位机测试分析系统传输指令，主控模块通过下位机控制及测试装置的信号采集模块1控制断路器自动合分闸控制回路进行被测断路器的合分闸控制，同时主控模块通过下位机控制及测试装置的下位机试品状态监测模块对被测断路器的合分闸状况进行监视，下位机试品状态监测模块将被测断路器的开关状态信息传输至主控模块，由主控模块判断被测断路器的开关状态；当被测断路器调整完开关状态，主控模块通过信号采集模块1发出控制指令，通过下位机控制及测试装置的试验电源管理单元的时序控制模块1进行触头回路操作检测、交流瞬动、交流过载、直流瞬动及直流过载的各试验回路的选用，并经过试验电源管理单元的功能设置模块进行相应电源的设定；试验电源管理单元的信号采集模块2将采集的被测断路器触头上的模拟电信号，作为瞬动源和过载源的反馈信号，用于闭环调节输出电流的恒定，同时主控模块通过信号采集模块1模拟输入，经信号调理模块2接收信号采集模块2的模拟信号，用于主控模块进行被测断路器的数据分析；所述下位机控制及测试装置还包括时序控制模块2，该时序控制模块2根据试验电源管理单元各试验回路的设定及电源的选用控制被测断路器的开关投切。

在本发明实施例中，所述上位机测试分析系统还包括特性测试模块、用于显示下位机控制及测试装置返回的测试结果的结果显示模块、用于实时监测被测断路器的运行状态的上位机试品状态监测模块、用于判断被测断路器性能和寿命的开关整体性能分析模块和寿命预测模块。

在本发明实施例中，所述断路器自动合分闸控制回路包括信号调理模块1、实现系统的定时切换及故障保护的机构保护模块、用于控制被测断路器合分闸的机构控制模块及机构操作模块。

在本发明实施例中，所述试验电源管理系统还包括反馈模块、交流电子电源、变流调压器/变压器电源、直流电子电源、直流调压器/变压器电源、触头检测回路电源、用于进行不同测试电流下量程切换的量程切换模块、交流试验模块、直流试验模块和触头回路试验模块。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

（1）将断路器的触头回路特性、开关脱扣特性、开关整体性能分析、开关电寿命预测整合到一个平台中，具有集成创新的显著特点；

（2）平台中设计了自动控制断路器脱扣机构的机构控制保护模块，可根据测试需要通过机构操作模块对断路器进行分合闸控制，极大提高了测试效率；

（3）采用电力电子技术设计新型数字式恒流源，在外界电源产生波动或者负载阻抗特性发生变化时，输出电流保持恒定，输出端的电流闭环反馈环节以及适当的控制策略使得输出电流的调节具有良好的动态响应，电流调节精度高、调节速度快。

附图说明

图1为本发明低压断路器特性测试分析平台的原理框图。

图中，RJ为上位机人机界面，GX为功能选择模块，DS参数设置模块，TC为特性测试模块，JX为结果显示模块，ZJ1上位机试品状态监测模块，TF为开关整体性能分析模块，SY为寿命预测模块，JK为上下位机交互接口，XP为系统电源，GB系统故障保护报警模块，KP1为控制电源1，KP2为控制电源2，SP为试验电源，SC1为时序控制模块1，SC2为时序控制模块2，ZM为主控模块，XC1为信号采集模块1，XC2为信号采集模块2，XT1为信号调理模块1，XT2为信号调理模块2，ZJ2为下位机试品状态监测模块，DB为机构保护模块，DK为机构控制模块，JC为机构操作模块，GS为功能设置模块，FM为反馈模块，AD为交流电子电源，AB为交流调压器/变压器电源，ZD为直流电子电源，ZB为直流调压器/变压器电源，CP为触头检测回路电源，LH为量程切换模块，AT为交流试验模块，ZT为直流试验模块，CT为触头回路试验模块，SD为试验样品（低压断路器）。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明一种低压断路器特性测试分析平台，包括上位机测试分析系统和下位机控制及测试装置，所述上位机测试分析系统包括上位机人机界面RJ、功能选择模块GX、参数设置模块DS、特性测试模块TC、结果显示模块JX、上位机试品状态监测模块ZJ1、开关整体性能分析模块TF、寿命预测模块SY；所述下位机控制及测试装置包括系统电源XP、系统故障保护报警模块GB、控制电源1KP1、控制电源2KP2、试验电源SP、时序控制模块1SC1、时序控制模块2SC2、主控模块ZM、信号采集模块1XC1、信号采集模块2XC2、信号调理模块1XT1、信号调理模块2XT2、下位机试品状态监测模块ZJ2、机构保护模块DB、机构控制模块DK、机构操作模块JC、功能设置模块GS、反馈模块FM、交流电子电源AD、交流调压器/变压器电源AB、直流电子电源ZD、直流调压器/变压器电源ZB、触头检测回路电源CP、量程切换模块LH、交流试验模块AT、直流试验模块ZT、触头回路试验模块CT、试验样品（被测低压断路器）SD；所述上位机测试分析系统和下位机控制及测试装置通过上下位机交互接口JK进行交互。

其工作原理如下：

电源模块XP上电以后，首先通过系统故障保护报警模块GB对硬件系统进行自检，系统正常后，启动控制电源1KP1、控制电源模块2KP2和试验电源SP，主控模块ZM处于工作状态，进入上位机测试分析系统，用户通过人机界面RJ，根据需要功能选择模块GX进行测试功能的选择，然后进入参数设置模块DS进行试验参数设置，通过上下位机交互接口JK指挥下位机控制及测试装置完成相应的测试工作，并将数据返回上位机测试分析系统，由结果显示模块JX显示测试结果，在测试过程中，上位机试品监测模块ZJ1实时监测试品的运行状态，一旦发现异常现象，就发出报警信号，并启动系统故障保护报警模块GB，切断电源，上位机测试分析系统中设计了开关整体性能分析模块TF和电寿命预测模块SY，根据测试的参数和底层分析软件，对试品断路器做出评价，为用户提供理论依据。

主控模块ZM等待上位机测试分析系统通过上下位机交互接口JK传过来的指令，收到指令后，主控模块ZM通过信号采集模块1XC1进行信号的采集工作，信号采集模块1XC1接收从信号调理模块1XT1和信号调理模块2XT2处理后的相关信号，信号采集模块1XC1具有双向传输特性，因此，主控模块ZM也通过信号采集模块1XC1经过信号调理模块1XT1和信号调理模块2XT2对相关电路发出指令。信号调理模块1XT1、机构保护模块DB、机构控制模块DK、机构操作模块JC构成断路器自动合分闸控制回路。主控模块ZM通过信号采集模块XC1发出指令，通过信号调理模块XT1经过机构保护模块DB，传递到机构控制模块DK，机构控制模块DK连接机构操作模块JC实现被测断路器的自动合分闸控制，并通过状态监测模块ZJ2，对被测断路器的合分闸状况进行监视，并将被测断路器的开关状态信息通过信号调理模块1XT1送入信号采集模块1XC1，由主控模块ZM判断被测断路器的开关状态，并通过机构控制模块DK根据试验需要控制被测断路器，同时机构保护模块DB实现系统的定时切换和故障保护。信号调理模块1XT1承担着机构控制和保护开关量的转换任务，经过信号采集模块1XC1与主控模块ZM实现开关量信号的交互。

当被测断路器SD已经调好开关状态以后，进入下位机控制及测试装置的试验电源管理系统，由信号调理模块2XT2、时序控制模块2SC2、功能设置模块GS、反馈模块FM、交流电子电源AD、交流调压器/变压器电源AB、直流电子电源ZD、直流调压器/变压器电源ZB、触头检测回路电源CP、量程切换模块LH构成，可进行交流系统、直流系统、触头回路测试系统的功能选择，将各类给定模拟量输出到瞬动源和过载源，设定电流不同的输出档位，瞬动源（短路故障试验用）和过载源（过载故障试验用），根据电源产生的机理不同分为电动调压式和数字电源式恒流源。主控模块ZM通过信号采集模块1XC1发出控制指令，通过时序控制模块2SC2按照程序控制设定依次切换“触头回路操作检测”、“交流瞬动”、“交流过载”、“直流瞬动”、“直流过载”试验回路，经过功能选择模块GS进行相应电源的设定。信号采集模块2XC2用于采集断路器触头上的模拟电信号，作为瞬动源和过载源的反馈信号，用于闭环调节输出电流的恒定，同时主控模块ZM通过信号采集模块1XC1模拟输入，经过信号调理模块2XT2接收信号采集模块2XC2的模拟信号，用于主控模块ZM进行数据分析，判断试品是否合格。量程切换模块LH保证了在不同的测试电流下信号采集模块2XC2的精度以及反馈的准确性。AT为交流试验模块，ZT为直流试验模块，CT为触头回路试验模块，SD为试验样品（低压断路器），根据需要进入不同的试验模块。SP为试验电源，主控模块ZM根据程序，通过信息采集模块XC1和信号调理模块XT2，控制时序控制模块SC2的控制流程，改变接入电源模块的电源。KP2为被测断路器SD的控制电源。

所述下位机控制及测试装置还包括时序控制模块2，该时序控制模块2根据试验电源管理单元各试验回路的设定及电源的选用控制被测断路器的开关投切。

本发明的低压断路器特性测试分析平台具有如下主要测试内容：

（1）触头回路检测：通过在断路器主回路中加载直流电源到阻性负载，检测小型断路器合闸时的导通压降和分闸时的触头电压，控制负载电流值为一直流定值，检测触头吸合状态的接触压降值、断开状态触头间电压值，由此判断小型断路器的触头回路接触状况，并将此数据传送到上位机的特性分析与电寿命预测模块中，通过模块中的智能算法结合开关脱扣特性，对开关做出整体评价。

（2）交流开关脱扣特性检测：根据断路器标准进行不同规格的脱扣试验，采用电子式电源搭建交流过载电源模块，数字输入电流值，电流输出范围根据需要自动调节；采用三相调压器/变压器方式搭建交流瞬动电源模块，数字输入电流值，通过波形采集对电流值进行计算，电流输出范围根据需要自动调节，波形和数据传送到上位机中进行处理和分析。

（3）直流开关脱扣特性检测：采用电子式电源搭建直流过载电源模块，数字输入电流值，电流输出范围根据需要自动调节；采用三相调压器/变压器整流直流瞬动电源模块，数字输入电流值，通过波形采集对电流值进行计算，电流输出范围根据需要自动调节，波形和数据传送到上位机中进行处理和分析。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低压断路器特性测试分析平台，其特征在于：包括上位机测试分析系统和下位机控制及测试装置；系统上电，通过所述上位机测试分析系统的上位机人机界面，对上位机测试分析系统的功能选择模块及参数设置模块进行测试功能的选择及试验参数的设置，并通过上下位机交互接口传输指令至所述下位机控制及测试装置的主控模块，下位机控制及测试装置的系统故障保护报警模块进行硬件系统自检，系统正常后，启动下位机控制及测试装置的控制电源1、控制电源2及试验电源，而后根据上位机测试分析系统传输指令，主控模块通过下位机控制及测试装置的信号采集模块1控制断路器自动合分闸控制回路进行被测断路器的合分闸控制，同时主控模块通过下位机控制及测试装置的下位机试品状态监测模块对被测断路器的合分闸状况进行监视，下位机试品状态监测模块将被测断路器的开关状态信息传输至主控模块，由主控模块判断被测断路器的开关状态；当被测断路器调整完开关状态，主控模块通过信号采集模块1发出控制指令，通过下位机控制及测试装置的试验电源管理单元的时序控制模块1进行触头回路操作检测、交流瞬动、交流过载、直流瞬动及直流过载的各试验回路的选用，并经过试验电源管理单元的功能设置模块进行相应电源的设定；试验电源管理单元的信号采集模块2将采集的被测断路器触头上的模拟电信号，作为瞬动源和过载源的反馈信号，用于闭环调节输出电流的恒定，同时主控模块通过信号采集模块1模拟输入，经信号调理模块2接收信号采集模块2的模拟信号，用于主控模块进行被测断路器的数据分析；所述下位机控制及测试装置还包括时序控制模块2，该时序控制模块2根据试验电源管理单元各试验回路的设定及电源的选用控制被测断路器的开关投切。

2.根据权利要求1所述的低压断路器特性测试分析平台，其特征在于：所述上位机测试分析系统还包括特性测试模块、用于显示下位机控制及测试装置返回的测试结果的结果显示模块、用于实时监测被测断路器的运行状态的上位机试品状态监测模块、用于判断被测断路器性能和寿命的开关整体性能分析模块和寿命预测模块。

3.根据权利要求1所述的低压断路器特性测试分析平台，其特征在于：所述断路器自动合分闸控制回路包括信号调理模块1、实现系统的定时切换及故障保护的机构保护模块、用于控制被测断路器合分闸的机构控制模块及机构操作模块。

4.根据权利要求1所述的低压断路器特性测试分析平台，其特征在于：所述试验电源管理系统还包括反馈模块、交流电子电源、变流调压器/变压器电源、直流电子电源、直流调压器/变压器电源、触头检测回路电源、用于进行不同测试电流下量程切换的量程切换模块、交流试验模块、直流试验模块和触头回路试验模块。