CN105388418A - 基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置及方法，断路器断口的一侧接地，另一侧地线从互感器穿过，采样电路、方波发生器和互感器串连，方波发生器连接方波发生驱动电路，方波发生驱动电路连接中央处理器，采样电路的输入端和输出端分别连接至放大电路，放大电路连接模数转换电路，模数转换电路连接中央处理器。断路器现场测试时，不需要断开地刀或拆除地线，不需要爬高接线；测试工作时，在每个半波周期内，高速采样驱动电流值，并计算驱动电流的有效值，通过对比电流值大小，可确定断路器断口的状态；现场接线简单，只需将钳口互感器卡到断路器地刀接地杆上或接地铜排上；现场不需要拆除地线，可有效抑制现场的电磁干扰。

Description

基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置及其方法。

背景技术

目前，传统测试方法是，将断路器断口的一侧短接并接地，另外一侧分别接一根测试线引入仪器面板接线端子，仪器信号地与大地相连接。测试时，仪器判断信号端的状态，如果为高电平(高阻)，表示断口分状态；如果为低电平，则信号端子与地短接，表示断口为合状态。

如果测试现场有其他母线带电运行，因为电磁场干扰，导致信号线产生感应电压，会导致仪器损坏及人身安全问题。

对于GIS开关来说，开关检修时，GIS两侧的地刀是闭合的，常规检测是需要拆掉接地刀闸外部的接地铜排，从而增大了现场的工作量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，特点是：断路器断口的一侧接地，另一侧地线从互感器穿过，采样电路、方波发生器和互感器串连，方波发生器连接方波发生驱动电路，方波发生驱动电路连接中央处理器，采样电路的输入端和输出端分别连接至放大电路，放大电路连接模数转换电路，模数转换电路连接中央处理器。

进一步地，上述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其中，所述断路器断口的一侧通过刀闸接地。

更进一步地，上述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其中，所述方波发生器是输出频率为5kHz的方波发生器。

更进一步地，上述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其中，所述采样电路是型号为ACS712-5的电流传感器模块。所述方波发生器是型号为C8051F380/TQFP48的芯片。所述方波发生驱动电路是型号为L293的芯片。所述放大电路是TL082集成运放单元。所述模数转换电路是型号为ADS7864的模数转换器。所述中央处理器是型号为C8051F380的处理器。

基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试方法，包括以下步骤：

(1)开始测试时，由方波发生器产生一5kHz的方波，方波通过一个非门反向缓冲，产生其中一路驱动方波，方波再经过一个非门反向缓冲，产生另外一路方波，两路方波频率相同，相位相反，作为后级的H桥电路驱动信号；

(2)两路方波信号输入到方波发生驱动电路，产生一个5kHz的方波，用于驱动互感器；

(3)驱动电流通过隔离电流采样电路，采样电路输出等比例的电压波形，输出的电压通过放大电路，输入到模数转换电路；中央处理器以100kHz的速度连续启动模数转换电路并读取AD采样值，每个采样周期为0.1ms，相当于互感器驱动电流的半个周波；

(4)在每个采样周期内，采样10个AD值，通过中央处理器运算，得到半个周波的电流值；由于外部断路器断口的合分闸状态不同，互感器的励磁电流幅度不同，通过比较电流的大小，确定外部断路器的合分状态，状态通过中央处理器的GPIO输出，约定高电平为分状态，低电平为合状态，GPIO实时反应断路器的分合状态。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

采用本发明测试装置，断路器现场测试时，不需要断开地刀或拆除地线，不需要爬高接线；测试工作时，在每个半波周期内，仪器高速采样驱动电流值，并计算驱动电流的有效值，通过对比电流值大小，便可以确定断路器断口的状态；现场接线简单，只需要将钳口互感器卡到断路器地刀接地杆上或接地铜排上；因为现场不需要拆除地线，可以有效抑制现场的电磁干扰，提高现场操作安全系数。

附图说明

图1：本发明的结构原理示意图；

图2：采样电路的电路示意图；

图3：方波发生器的电路示意图；

图4：方波发生驱动电路的电路示意图；

图5：放大电路的电路示意图；

图6：模数转换电路的电路示意图；

图7：互感器驱动电流波形示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，断路器1断口的一侧通过刀闸接地，另一侧地线从互感器2穿过，采样电路3、方波发生器4和互感器串连，方波发生器4连接方波发生驱动电路5，方波发生驱动电路5连接中央处理器8，采样电路3的输入端和输出端分别连接至放大电路6，放大电路6连接模数转换电路7，模数转换电路7连接中央处理器8。

其中，方波发生器4是输出频率为5kHz的方波发生器。采样频率不低于50kHz。

如图2所示，采样电路3采用型号为ACS712-5的电流传感器模块，由一个精确的低偏置线性霍尔电路与位于模具表面附近的铜传导路径，流经铜制电流路径施加的电流产生一个磁场，电路将磁场强度转换为呈比例的电压。

如图3所示，方波发生器4采用型号为C8051F380/TQFP48的芯片，CPU的PWM模块产生，经过一个反相器整型放大，作为后级驱动电路信号源。

如图4所示，方波发生驱动电路5采用型号L293的芯片，属于H桥集成电路，激励信号为相位相反的两路方波，单电源供电即可产生方波。

如图5所示，放大电路6为TL082集成运放单元，TL082是J-FET双运算放大器，较低的输入偏置电压和偏移电流；输出设有短路保护，输入级具有较高的输入阻抗；内置频率补偿电路，较高的压摆率。

如图6所示，模数转换电路7采用型号ADS7864的模数转换器，为双12位、500kHz的模拟数字(A/D)转换器，具有6条全差分输入通道，这些通道分为三对，用于进行高速同步信号采集。对采样与保持放大器的输入是全差分的并且保持差分状态直到A/D转换器的输入。这样在频率为50kHz时仍可提供80dB良好的共模抑制比，这在高噪声环境中是非常重要的。使用其中3个通道采样。

中央处理器8是型号为C8051F380的处理器，CPU最高运行频率为48MHz，内部集成64k的FlashROM以及4kRAM，不需要再外扩存储器，另外集成可编程计数器阵列PCA，可以设置为PWM输出。

首先，将本发明装置和断路器动特性测试仪主机外壳用接地线接地，连接电源线，并将本装置和测试仪主机信号线连接好；然后，将三个CT钳分别卡在断路器的接地刀闸三相接地导杆或接地铜排上；继而，打开本装置和断路器测试仪主机的电源开关，并进行断路器动特性特性测试，打印保存结果；最后，测试完毕，拆除CT钳子，拆除所有线缆，最后拆除电源线。断路器断口两侧通过地线(刀闸)接地，其中一侧地线从互感器穿过。当断路器断口断开时，互感器驱动电路的电流较小。

具体测试步骤为：

(1)开始测试时，由方波发生器产生一5kHz的方波，方波通过一个非门反向缓冲，产生其中一路驱动方波，方波再经过一个非门反向缓冲，产生另外一路方波，两路方波频率相同，相位相反，作为后级的H桥电路驱动信号；

(2)两路方波信号输入到方波发生驱动电路，产生一个5kHz的方波，用于驱动外部的钳口互感器；

(3)驱动电流通过隔离电流采样电路，采样电路输出等比例的电压波形，输出的电压通过放大电路，输入到模数转换电路；中央处理器以100kHz的速度连续启动模数转换电路并读取AD采样值，每个采样周期为0.1ms，相当于互感器驱动电流的半个周波；

(4)在每个采样周期内，采样10个AD值，通过中央处理器运算，得到半个周波的电流值；由于外部断路器断口的合分闸状态不同，互感器的励磁电流幅度不同，通过比较电流的大小，确定外部断路器的合分状态，状态通过中央处理器的GPIO输出，约定高电平为分状态，低电平为合状态，GPIO实时反应断路器的分合状态；GPIO高低可以通过断路器动特性分析仪主机读取，从而记录断路器的分闸时间、合闸时间。

在断路器分闸和合闸两种状态下，互感器驱动电流波形如图7所示。工作时，在每个半波周期内，仪器高速采样驱动电流值，并计算驱动电流的有效值，通过对比电流值大小，便可以确定断路器断口的状态(分或合状态)。

采用本发明测试装置，断路器现场测试时，不需要断开地刀或拆除地线，不需要爬高接线；测试工作时，在每个半波周期内，仪器高速采样驱动电流值，并计算驱动电流的有效值，通过对比电流值大小，便可以确定断路器断口的状态；现场接线简单，只需要将钳口互感器卡到断路器地刀接地杆上或接地铜排上；因为现场不需要拆除地线，可以有效抑制现场的电磁干扰，提高现场操作安全系数。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：断路器断口的一侧接地，另一侧地线从互感器穿过，采样电路、方波发生器和互感器串连，方波发生器连接方波发生驱动电路，方波发生驱动电路连接中央处理器，采样电路的输入端和输出端分别连接至放大电路，放大电路连接模数转换电路，模数转换电路连接中央处理器。

2.根据权利要求1所述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：所述断路器断口的一侧通过刀闸接地。

3.根据权利要求1所述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：所述方波发生器是输出频率为5kHz的方波发生器。

4.根据权利要求1所述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：所述采样电路是型号为ACS712-5的电流传感器模块。

5.根据权利要求1所述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：所述方波发生器是型号为C8051F380/TQFP48的芯片。

6.根据权利要求1所述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：所述方波发生驱动电路是型号为L293的芯片。

7.根据权利要求1所述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：所述放大电路是TL082集成运放单元。

8.根据权利要求1所述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：所述模数转换电路是型号为ADS7864的模数转换器。

9.根据权利要求1所述的基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试装置，其特征在于：所述中央处理器是型号为C8051F380的处理器。

10.权利要求1所述装置实现基于互感器励磁特征的断路器动作时间测试方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)开始测试时，由方波发生器产生一5kHz的方波，方波通过一个非门反向缓冲，产生其中一路驱动方波，方波再经过一个非门反向缓冲，产生另外一路方波，两路方波频率相同，相位相反，作为后级的H桥电路驱动信号；

(2)两路方波信号输入到方波发生驱动电路，产生一个5kHz的方波，用于驱动互感器；

(3)驱动电流通过隔离电流采样电路，采样电路输出等比例的电压波形，输出的电压通过放大电路，输入到模数转换电路；中央处理器以100kHz的速度连续启动模数转换电路并读取AD采样值，每个采样周期为0.1ms，相当于互感器驱动电流的半个周波；

(4)在每个采样周期内，采样10个AD值，通过中央处理器运算，得到半个周波的电流值；由于外部断路器断口的合分闸状态不同，互感器的励磁电流幅度不同，通过比较电流的大小，确定外部断路器的合分状态，状态通过中央处理器的GPIO输出，约定高电平为分状态，低电平为合状态，GPIO实时反应断路器的分合状态。