CN105866719B - 一种基于并联金属性接触电弧故障的afdd测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，包括切割电缆试验装置、AFDD测试装置和上位机测控分析平台；AFDD测试装置包括一MCU控制单元、第一隔离控制模块、第二隔离控制模块、AFDD测试模块和脱扣检测模块，MCU控制单元经第一隔离控制模块与AFDD测试模块电连；MCU控制单元经第二隔离控制模块与切割电缆试验装置电连，切割电缆试验装置的第一试验电缆和第二试验电缆经一电压传感器和电流传感器与AFDD测试模块电连，切割电缆试验装置旁侧还设有弧光传感器，弧光传感器、电流传感器和电压传感器分别将采集的电弧弧光、电弧电流和电弧电压信号经一信号调理模块、数据采集模块输入至上位机测控分析平台，实现电弧的电气特性研究，测试效率高。

Description

一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统

技术领域

本发明涉及电弧故障测试领域，尤其涉及一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统。

背景技术

目前，因电气线路和电气设备故障引起的火灾在所有火灾数量中占据首位，其中电弧故障是引起电气火灾的主要因素之一。电弧故障是由于带电导线绝缘老化或因外力损坏、接线端子松动、电气连接不良等因素引起的，由于电弧故障不易检测且有异于普通电气故障，传统的保护电器一般难以进行保护，将使持续燃烧的电弧产生高温引燃其他可燃物，若不及时切断电弧故障，容易引发火灾。

电弧故障断路器，又称为电弧故障检测装置（AFDD）是一类用于电弧故障保护的新型电器，能够检测和识别电气线路中可能存在的电弧，当电弧故障达到预定的设定值时发出脱扣指令而断开被保护的线路电源，在引发火灾之前切断电气线路，避免发生电气火灾。针对AFDD的研发，2014年我国制定了标准《电弧故障保护电器的一般要求》（GB/T31143-2014），规定了电弧故障检测装置的技术要求和试验程序。准确辨识电弧故障并有效脱扣是AFDD研究的关键点和难点，在产品的研发和测试阶段需要对AFDD进行严格的试验，GB/T31143-2014也对AFDD的动作特性给出了验证标准。其中，并联金属性接触电弧试验就是动作特性测试试验之一。

并联金属性电弧是电弧故障的主要形式之一，电流幅值较大、在过零点区域发生畸变、间歇性是并联金属性接触电弧电流的主要特征。为了有效辨识并联金属性电弧，通常采用了一些信号处理与分析方法，而所有的分析方法都是建立在准确的检测电弧特性的基础上，因此有必要采用一种切实可行的试验装置模拟金属性短路故障产生的电弧现象，采集电弧特性参数，并进行研究分析。GB/T31143-2014中规定采用的切割电缆试验装置来模拟电气线路发生金属性短路故障以及金属性接触故障产生的电弧现象，其工作原理是将两根导线紧密扎在一起放置于铡刀的非导电底座上，钢制刀片固定在非导电杠杆臂上并且保持一定的切割角度来达到切割效果，当钢制刀片与第一根导线产生可靠接触，同时与第二根导线产生电弧接触。由于并联切割电缆试验的电流范围为75A~500A，试验电缆尺寸规格种类多，自动控制难度大，且被切割的试验电缆在电弧形成后是带电的，这使得钢制刀片也成为带电导体，而大部分现有的切割电缆装置都未采取有效地绝缘措施，不能切割带电导线，无法满足B/T31143-2014的试验要求。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，适用于并联金属性短路故障电弧的电气特性研究，可实现智能控制，操作简便。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，包括切割电缆试验装置、与所述切割电缆试验装置电连的AFDD测试装置和与所述AFDD测试装置进行数据通信的上位机测控分析平台；所述AFDD测试装置包括一MCU控制单元、第一隔离控制模块、第二隔离控制模块、AFDD测试模块和脱扣检测模块，所述MCU控制单元经第一隔离控制模块与所述AFDD测试模块电连，所述AFDD测试模块经脱扣检测模块与所述第一隔离模块电连；所述MCU控制单元经第二隔离控制模块与所述切割电缆试验装置电连，所述切割电缆试验装置经与一测距传感器与所述第二控制模块电连；所述切割电缆试验装置包括紧密连接的第一试验电缆和第二试验电缆，所述第一试验电缆和第二试验电缆经一电压传感器和电流传感器与所述AFDD测试模块电连，所述切割电缆试验装置旁侧还设有用于测量电弧弧光的弧光传感器，所述弧光传感器、电流传感器和电压传感器分别将采集的电弧弧光、电弧电流和电弧电压信号经一信号调理模块、数据采集模块输入至上位机测控分析平台。

进一步的，所述切割电缆试验装置包括一带有绝缘底座的试验台、设置于试验台上的切割杆和倾斜设置于切割杆底部的钢制刀片，所述第一试验电缆和第二试验电缆平行放置于试验台的绝缘底座上，并且位于钢制刀片的下方；所述切割杆的一端与一支撑座铰接，另一端经一导轨与一连动杆的一端连接，所述连动杆的另一端固定于一丝杆机构的螺母座上，所述丝杆机构纵向设置于所述试验台上且经一步进电机驱动，所述步进电机经一步进电机驱动器与所述第二隔离控制模块电连。

进一步的，所述切割杆由导体部、绝缘部和钢制刀片组成，所述导体部经绝缘部与所述钢制刀片相连；所述导轨固定于所述切割杆的端部，所述连动杆的一端与所述导轨滑动连接。

进一步的，所述试验台上设有一用于限定切割杆向上运动位移的第一限位开关，所述丝杆机构顶部还设有用于限定切割杆向下运动位移的第二限位开关，所述第一限位开关和第二限位开关均与所述第二隔离控制模块电连。

进一步的，所述测距传感器固定于所述切割杆上。

进一步的，所述上位机测控分析平台包括一与所述数据采集模块电连的数据读取模块，所述数据读取模块依次经数据处理与存储模块、数据分析模块与一人机交互界面电连，所述数据处理与存储模块还依次电流电压波形数据库、电流电压波形显示模块与所述人机交互界面电连。

进一步的，所述MCU控制单元经一通信模块与所述人机交互界面进行数据通信。

进一步的，所述人机交互界面还与一打印模块电连。

进一步的，所述第一试验电缆和第二试验电缆经胶布紧密绕设而成。

进一步的，所述MCU控制单元还电连有一用于显示报警信息的显示模块和用于实现手动控制切割速度和切割位移的按键模块。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

（1）本发明提供的测试装置针对低压供电系统中多种规格的电缆，满足GB/T31143-2014试验要求，同时具有手动、自动两种控制模式，可实现对并联金属性接触电弧故障的模拟。

（2）该测试装置具有闭环智能控制的特点，在自动控制模式下，测距传感器根据试验电缆位置完成自动定位，对试验电缆尺寸进行检测，智能确定最优的切割速度、切割位移、控制流程，无需人为设置，从而实现最佳的切割效果。

（3）AFDD测试系统采用电弧弧光、电弧电流和电弧电压三种信号作为分析和判断电弧三种判据，同时实时采集电弧电流和电弧电压波形并进行处理分析，对AFDD的工作性能进行测试；同时，建立并联金属性接触电弧故障的波形数据库，用于研究并联金属性短路电弧的电气特性。

（4）所述的上位机测控分析平台，除了具备电弧状态读取、处理和分析功能外，还有一个专门的人机交互界面，控制并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统的运行过程，并且在整个AFDD测试试验结束后通过打印模块自行生成试验报告。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明实施例的AFDD测试装置的整体电路控制框图。

图2为本发明实施例的切割电缆试验装置的结构示意图。

图3为本发明实施例切割电缆试验装置电路控制框。

图4为本发明实施例的第一试验电缆和第二试验电缆的连接示意图。

图中： 1-试验台；2-切割杆；3-钢制刀片；4-第一试验电缆；5-第二试验电缆；6-丝杆机构；8-弧光传感器；9-支撑座；10-测距传感器；11-第一限位开关；12-第二限位开关；13-连动杆；14-导轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1～4所示，本发明提供的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，包括切割电缆试验装置、与所述切割电缆试验装置电连的AFDD测试装置和与所述AFDD测试装置进行数据通信的上位机测控分析平台；所述AFDD测试系统包括一MCU控制单元、第一隔离控制模块、第二隔离控制模块、AFDD测试模块和脱扣检测模块，所述MCU控制单元经第一隔离控制模块与所述AFDD测试模块电连，所述AFDD测试模块经脱扣检测模块与所述第一隔离模块电连；所述MCU控制单元经第二隔离控制模块与所述切割电缆试验装置电连，所述切割电缆试验装置经与一测距传感器10与所述第二隔离控制模块电连；所述切割电缆试验装置包括紧密连接的第一试验电缆4和第二试验电缆5，所述第一试验电缆4和第二试验电缆5经一电压传感器和电流传感器与所述AFDD测试模块电连，所述切割电缆试验装置旁侧还设有用于测量电弧弧光的弧光传感器8，所述弧光传感器8、电流传感器和电压传感器分别将采集的弧光、电流和电压信号经一信号调理模块、数据采集模块输入至上位机测控分析平台。还包括一用于为各模块供电的电源模块，所述电源模块与所述MCU控制电源电连。

从上述可知，本发明的有益效果在于：系统上电时，在自动控制模式下开始试验，切割电缆试验装置将根据MCU控制单元发出的控制命令运行，首先测距传感器10自动定位，检测试验电缆的尺寸，并将检测到的信息通过第二隔离控制模块反馈至MCU控制单元，MCU控制单元根据试验电缆的尺寸确定最佳切割速度和切割位移；当切割速度和位移后，切割电缆试验装置开始运转，对试验电缆进行切割，当钢制刀片3与第一试验电缆4产生可靠接触，同时与第二试验电缆5产生电弧接触；第一试验电缆4和第二试验电缆5连接至AFDD测试模块，用于测试AFDD对并联切割电缆试验电弧的动作特性；脱扣检测模块实时检测AFDD是否脱扣，并将脱扣状态反馈至MCU控制单元；在试验过程中，电压传感器实时检测电弧电压，电流传感器实时检测电弧电流，弧光传感器8实时检测电弧弧光，三种电弧信号通过各自的信号调理模块传输至数据采集模块，电弧弧光、电弧电流和电弧电压作为识别电弧的三个有效判据；MCU控制单元经由通信模块实现与上位机测控分析平台之间的通信，MCU控制单元将脱扣检测模块反馈的AFDD状态信号发送至上位机，以便于上位机对AFDD的动作特性进行评判，同时上位机测控与分析平台通过人机交互界面可对切割电缆试验装置的运行过程进行控制。MCU控制单元除了实现对切割电缆试验装置的控制、AFDD测试模块的控制、与上位机通信外，还能实时显示切割电缆试验装置当前的运行状态和AFDD分合闸状态。

在本实施例中，所述切割电缆试验装置包括一带有绝缘底座的试验台1、设置于试验台1上的切割杆2和倾斜设置于切割杆2底部的钢制刀片3，所述第一试验电缆4和第二试验电缆5平行放置于试验台1的绝缘底座上，并且位于钢制刀片3的下方；所述切割杆2的一端与一支撑座9铰接，另一端通过导轨14与连动杆13的一端连接，所述连动杆13的另一端固定于一丝杆机构6的螺母座14上，所述丝杆机构6纵向设置于所述试验台1上且经一步进电机驱动，所述步进电机经一步进电机驱动器与所述第二隔离控制模块电连。通过MCU控制单元控制步进电机的正反转，从而控制切割杆2上下移动。

在本实施例中，所述切割杆2由导体部分、绝缘部分和钢制刀片部分组成，导体部分通过绝缘部分与钢制刀片3相连。所述切割杆2由导体部、绝缘部和钢制刀片3组成，所述导体部经绝缘部与所述钢制刀片3相连；所述导轨14固定于所述切割杆2的端部，所述连动杆13的一端与所述导轨14滑动连接。所述切割杆2经导轨14与连动杆13构成连杆机构。

在本实施例中，所述试验台1上设有一用于限定切割杆2向上运动位移的第一限位开关11，所述丝杆机构6顶部还设有用于限定切割杆2向下运动位移的第二限位开关12，所述第一限位开关11和第二限位开关12均与所述第二隔离控制模块电连。

在本实施例中，所述测距传感器10固定于所述切割杆2上。

在本实施例中，所述上位机测控分析平台包括一与所述数据采集模块电连的数据读取模块，所述数据读取模块依次经数据处理与存储模块、数据分析模块与一人机交互界面电连，所述数据处理与存储模块还依次电流电压波形数据库、电流电压波形显示模块与所述人机交互界面电连。所述上位机测控分析平台通过人机交互界面实现与AFDD测试系统之间的数据通信，控制AFDD测试模块和切割电缆试验装置按照标准执行相应的试验步骤；数据读取模块通过数据采集模块读取弧光、电压、电流三种电弧信号；数据处理存储模块对读取的数据进行处理和存储，并通过电流电压波形显示模块将处理后的三种电弧信号显示在人机交互界面上；试验结束后，可通过打印模块生成试验报告。本发明具有自动远程控制、自动监测、试验分析和生成报告的功能，为AFDD动作特性试验和电弧故障分析提供了一种安全、可靠、自动化程度高的试验装置，提高了电弧识别与分析的准确性。

在本实施例中，所述MCU控制单元经一通信模块与所述人机交互界面进行数据通信。

在本实施例中，所述人机交互界面还与一打印模块电连。

在本实施例中，所述第一试验电缆4和第二试验电缆5经胶布紧密绕设而成。

在本实施例中，所述MCU控制单元还电连有一用于显示报警信息的显示模块和用于实现手动控制切割速度和切割位移的按键模块。MCU控制单元对切割电缆试验装置进行自动或手动两种控制模式的控制。在自动模式下，MCU控制单元根据测距传感器10检测到的距离信号计算试验电缆的尺寸，进而自动寻找切割电缆试验装置最优的切割速度和切割位移，自动控制切割电缆试验装置的运行；同时，也可通过MCU控制单元连接的按键模块将切割电缆试验装置的控制模式切换为手动控制，通过按键模块手动设置切割电缆试验装置的切割速度和切割位移，并实现运行过程的手动控制。

综上所述，本发明提供的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，可实现并联金属性短路故障电弧的电气特性研究，可以自动或手动控制，操作简便，测试效率高。

本发明提供的上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：包括切割电缆试验装置、与所述切割电缆试验装置电连的AFDD测试装置和与所述AFDD测试装置进行数据通信的上位机测控分析平台；所述AFDD测试装置包括一MCU控制单元、第一隔离控制模块、第二隔离控制模块、AFDD测试模块和脱扣检测模块，所述MCU控制单元经第一隔离控制模块与所述AFDD测试模块电连，所述AFDD测试模块经脱扣检测模块与所述第一隔离模块电连；所述MCU控制单元经第二隔离控制模块与所述切割电缆试验装置电连，所述切割电缆试验装置经一测距传感器与所述第二隔离控制模块电连；所述切割电缆试验装置包括紧密连接的第一试验电缆和第二试验电缆，所述第一试验电缆和第二试验电缆经一电压传感器和电流传感器与所述AFDD测试模块电连，所述切割电缆试验装置旁侧还设有用于测量电弧弧光的弧光传感器，所述弧光传感器、电流传感器和电压传感器分别将采集的电弧弧光、电弧电流和电弧电压信号经一信号调理模块、数据采集模块输入至上位机测控分析平台;所述上位机测控分析平台包括一与所述数据采集模块电连的数据读取模块，所述数据读取模块依次经数据处理与存储模块、数据分析模块与一人机交互界面电连，所述数据处理与存储模块还依次经电流电压波形数据库、电流电压波形显示模块与所述人机交互界面电连。

2.根据权利要求1所述的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：所述切割电缆试验装置包括一带有绝缘底座的试验台、设置于试验台上的切割杆和倾斜设置于切割杆底部的钢制刀片，所述第一试验电缆和第二试验电缆平行放置于试验台的绝缘底座上，并且位于钢制刀片的下方；所述切割杆的一端与一支撑座铰接，另一端经一导轨与一连动杆的一端连接，所述连动杆的另一端固定于一丝杆机构的螺母座上，所述丝杆机构纵向设置于所述试验台上且经一步进电机驱动，所述步进电机经一步进电机器驱动与所述第二隔离控制模块电连。

3.根据权利要求2所述的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：所述切割杆由导体部、绝缘部和钢制刀片组成，所述导体部经绝缘部与所述钢制刀片相连；所述导轨固定于所述切割杆的端部，所述连动杆的一端与所述导轨滑动连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：所述试验台上设有一用于限定切割杆向上运动位移的第一限位开关，所述丝杆机构顶部还设有用于限定切割杆向下运动位移的第二限位开关，所述第一限位开关和第二限位开关均与所述第二隔离控制模块电连。

5.根据权利要求2所述的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：所述测距传感器固定于所述切割杆上。

6.根据权利要求1所述的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：所述MCU控制单元经一通信模块与所述人机交互界面进行数据通信。

7.根据权利要求1所述的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：所述人机交互界面还与一打印模块电连。

8.根据权利要求1所述的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：所述第一试验电缆和第二试验电缆经胶布紧密绕设而成。

9.根据权利要求1所述的一种基于并联金属性接触电弧故障的AFDD测试系统，其特征在于：所述MCU控制单元还电连有一用于显示报警信息的显示模块和用于实现手动控制切割速度和切割位移的按键模块。