CN109406908B - 一种修试一体化试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种修试一体化试验平台，包括人机交互模块、主控模块、变压器直流电阻测试模块、回路电阻测试模块、绝缘电阻测试模块和现场试品模拟及故障模拟模块。本发明集成了变压器直流电阻测试功能、回路电阻测试功能、绝缘电阻测试三种功能，并由一个主控中心统一操控和管理，另外，试验平台还集成了现场试品模拟及故障模拟系统，可以模拟以上三种功能所需试品特性，以及模拟现场试品发生的故障，对于学员的培训，本发明试验平台更加直观、便捷，无需到现场做试验，学员可以实际操作并测试三种测试功能；同时，由于试验平台可以模拟现场故障及故障现象，以供学员分析及做出相应的措施，提升学员专业技能，达到较好的培训效果。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统综合性的试验平台技术领域，具体为一种修试一体化试验平台。
背景技术
电力系统是现代社会工程系统之一，也是最繁杂最重要的。在运行过程中电气设备由于各种原因而产生各种各样的故障，导致电气不能够正常的运行，影响效率的同时，还会造成各种人身和设备的事故，发生事故时，维修者要能够及时快速的检查出故障，减少因为设备故障而带来的损失，所以我们要不断地提高在电气电力方面的检修技术水平，尤其对新进员工的培训更是重中之重。
传统的员工培训大多采用书本教材及一些电声教学资料灌输模式，学员学之枯燥无味，导致学员掌握的知识参差不齐，也缺乏实际操作能力，取到的教学效果甚微。如果采取现场教学，就需要准备合适的检修及故障现场，从而投入大量人力物力，而且现今检修周期一般很长，对于用来培训员工几乎是不可能的事情。
发明内容
本发明的目的在于提供一种修试一体化试验平台，该平台集成多种测试功能，并提供现场试品模拟及故障模拟功能，可以大大提高学员的学习效果和效率，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种修试一体化试验平台，包括人机交互模块、主控模块、变压器直流电阻测试模块、回路电阻测试模块、绝缘电阻测试模块和现场试品模拟及故障模拟模块，人机交互模块与主控模块交互连接，主控模块的接线端口分别与变压器直流电阻测试模块、回路电阻测试模块、绝缘电阻测试模块和现场试品模拟及故障模拟模块交互链接；所述现场试品模拟及故障模拟模块的进线端口还分别与变压器直流电阻测试模块、回路电阻测试模块、绝缘电阻测试模块的出线端口连接；
所述人机交互模块为操作人员与试验平台的接口；主控模块完成对所有实际功能模块的操控和管理；变压器直流电阻测试模块完成变压器直流电阻测试功能；回路电阻测试模块完成开关、断路器的电阻测试功能；绝缘电阻测试模块完成对试品绝缘电阻的测试功能；现场试品模拟及故障模拟模块可以实现现场试品情况并模拟现场有可能发生的故障。
作为本发明进一步的技术方案，所述变压器直流电阻测试模块、回路电阻测试模块、绝缘电阻测试模块和现场试品模拟及故障模拟模块功能独立、模块独立，并由专用的主控模块统一操控和管理，由人机界面对主控模块进行操作，人机界面由5.6寸彩色液晶屏、按键旋转编码器、打印机、U盘存储接口组成。
作为本发明进一步的技术方案，所述主控模块采用运算能力较强的ARM处理器作为CPU，ARM处理器型号为STM32F103ZET6，主控模块通过RS485通讯总线与人机交互模块、变压器直流电阻测试模块、回路电阻测试模块、绝缘电阻测试模块、现场试品模拟及故障模拟模块进行连接。
作为本发明进一步的技术方案，所述现场试品模拟及故障模拟模块由大功率动态电阻模块、大电流分流器模块、高压高阻阵列、电压电流信号采样模块、故障类型生成模块和中央处理控制器C组成，大功率动态电阻模块用于模拟变压器直流电阻测试仪的现场试品，包括模拟现场变压器充电过程中电阻、电流变化；大电流分流器模块用于模拟回路电阻测试仪的现场试品，内置多个档位，可模拟现场大部分试品；高压高阻阵列用于模拟绝缘电阻测试仪现场试品，内置高压电阻阵列，可模拟多种现场绝缘电阻值；电压电流信号采样模块配合故障类型生成模块生成多种现场故障现象；中央处理控制器C根据采样得到的当前电压、电流值以及故障类型生成模块输出的预期电压、电流值控制对应的模块。
作为本发明进一步的技术方案，所述变压器直流电阻测试模块由中央处理控制器控制，中央处理控制器型号为STM32F103ZET6，中央处理控制器根据设置输出不同数值的直流恒流源，并通过继电器切换阵列输出到电流接线端子，继电器切换阵列根据测试设置将对应的电流接线端子上的电流信号和对应的电压接线端子上的电压信号连接至电压电流采样模块进行采样，电压电流采样模块型号为AD7705；中央处理控制器对采集到的电压电流信号进行计算得到直流电阻值，通过RS485通讯模块进行传输，并由主控模块发送命令和接收数据。
作为本发明进一步的技术方案，所述回路电阻测试模块采用同型号的STM32F103ZET6中央处理控制器A、AD7705型号的电压电流采样模块A、电流接线端子A、电压接线端子A和直流恒流源A；中央处理控制器A采用RS485通讯与主控模块通讯，直流恒流源为大电流恒流源，最大输出电流为100A，可调节为30A、50A、80A、100A；电流接线端子A与电压接线端子A独立分开，采用四线制采样方式；电压电流采样模块A采用内部PGA放大器。
作为本发明进一步的技术方案，所述绝缘电阻测试模块采用同型号的STM32F103ZET6中央处理控制器B、AD7705型号的电压电流采样模块B和直流恒流源B，直流恒流源B为5KV高压可调直流电源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种修试一体化试验平台，集成了变压器直流电阻测试功能、回路电阻测试功能、绝缘电阻测试功能，三种功能集成在一起，并由一个主控中心统一操控和管理，另外，试验平台还集成了现场试品模拟及故障模拟系统，可以模拟以上三种功能所需试品特性，以及模拟现场试品发生的故障，对于学员的培训，本发明试验平台更加直观、便捷，无需到现场做试验，学员可以实际操作并测试三种测试功能；同时，由于试验平台可以模拟现场故障，以及一些故障现象，以供学员分析及做出相应的措施，因而可弥补现今对学员理论知识和操作技能培训的短板，提升学员专业技能，提高检修队伍整体的电力电气设备检修技术水平。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图；
图2为本发明的现场试品模拟及故障模拟模块部分结构原理框图；
图3为本发明的变压器直流电阻测试模块系统框图；
图4为本发明的回路电阻测试模块系统框图；
图5为本发明的绝缘电阻测试模块系统框图；
图6为本发明的主控模块系统框图；
图7为本发明的恒流源档位控制电路图；
图8为本发明的恒流源电路图；
图9为本发明的100A恒流电源图；
图10为本发明的电压电流采样模块电路图；
图11为本发明的RS485通讯模块电路图；
图12为本发明的5.6寸彩色液晶屏电路连接图；
图13为本发明的高压直流电压采样电路图。
图中：1人机交互模块、2主控模块、21 ARM处理器、22 5.6寸彩色液晶屏、23按键旋转编码器、24打印机、25 U盘存储接口、3变压器直流电阻测试模块、31中央处理控制器控制、32直流恒流源、33继电器切换阵列、34电流接线端子、35电压接线端子、36电压电流采样模块、4回路电阻测试模块、41中央处理控制器A、42电压电流采样模块A、43电流接线端子A、44电压接线端子A、45直流恒流源A、5绝缘电阻测试模块、51中央处理控制器B、52电压电流采样模块B、53直流恒流源B、6现场试品模拟及故障模拟模块、61大功率动态电阻模块、62大电流分流器模块、63高压高阻阵列、64电压电流信号采样模块、65故障类型生成模块、66中央处理控制器C。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中：提供一种修试一体化试验平台，包括人机交互模块1、主控模块2、变压器直流电阻测试模块3、回路电阻测试模块4、绝缘电阻测试模块5和现场试品模拟及故障模拟模块6，人机交互模块1与主控模块2交互连接，主控模块2的接线端口分别与变压器直流电阻测试模块3、回路电阻测试模块4、绝缘电阻测试模块5和现场试品模拟及故障模拟模块6交互链接；现场试品模拟及故障模拟模块6的进线端口还分别与变压器直流电阻测试模块3、回路电阻测试模块4、绝缘电阻测试模块5的出线端口连接；
其中，人机交互模块1为操作人员与试验平台的接口；主控模块2完成对所有实际功能模块的操控和管理；变压器直流电阻测试模块3完成变压器直流电阻测试功能；回路电阻测试模块4完成开关、断路器的电阻测试功能；绝缘电阻测试模块5完成对试品绝缘电阻的测试功能；现场试品模拟及故障模拟模块6可以实现现场试品情况并模拟现场有可能发生的故障。
请参阅图6，作为主控模块2，需要处理的数据量比较大，因此，主控模块2采用运算能力较强的ARM处理器21作为CPU，ARM处理器21型号为STM32F103ZET6，主控模块2通过RS485通讯总线与人机交互模块1、变压器直流电阻测试模块3、回路电阻测试模块4、绝缘电阻测试模块5、现场试品模拟及故障模拟模块6进行连接，采用RS485总线的原因在于：整套系统通讯信息量不大、内部模块产生的干扰信号较大而RS485总线有较好的抗干扰性能，变压器直流电阻测试模块3、回路电阻测试模块4、绝缘电阻测试模块5和现场试品模拟及故障模拟模块6功能独立、模块独立，并由专用的主控模块2统一操控和管理，由人机界面对主控模块2进行操作，人机界面由5.6寸彩色液晶屏22、按键旋转编码器23、打印机24、U盘存储接口25组成。
请参阅图2，现场试品模拟及故障模拟模块6由大功率动态电阻模块61、大电流分流器模块62、高压高阻阵列63、电压电流信号采样模块64、故障类型生成模块65和中央处理控制器C66组成，大功率动态电阻模块61用于模拟变压器直流电阻测试仪的现场试品，包括模拟现场变压器充电过程中电阻、电流变化；大电流分流器模块62用于模拟回路电阻测试仪的现场试品，内置多个档位，可模拟现场大部分试品；高压高阻阵列63用于模拟绝缘电阻测试仪现场试品，内置高压电阻阵列，可模拟多种现场绝缘电阻值；电压电流信号采样模块64配合故障类型生成模块65生成多种现场故障现象；中央处理控制器C66根据采样得到的当前电压、电流值以及故障类型生成模块65输出的预期电压、电流值控制对应的模块，使当前电压、电流值与预期值相同，从而模拟现场故障现象。
请参阅图3，变压器直流电阻测试模块3由中央处理控制器31控制，中央处理控制器31型号为STM32F103ZET6，中央处理控制器31根据设置输出不同数值的直流恒流源32，并通过继电器切换阵列33输出到电流接线端子34，继电器切换阵列33根据测试设置将对应的电流接线端子34上的电流信号和对应的电压接线端子35上的电压信号连接至电压电流采样模块36进行采样，电压电流采样模块36型号为AD7705；中央处理控制器31对采集到的电压电流信号进行计算得到直流电阻值，其中，测量参数设置、测量的启停、测量数据的传输全部通过RS485通讯模块进行，并由主控模块2发送命令并接收数据。
请参阅图4，回路电阻测试模块4采用同型号的STM32F103ZET6中央处理控制器A41、AD7705型号的电压电流采样模块A42、电流接线端子A43、电压接线端子A44和直流恒流源A45；中央处理控制器A41采用RS485通讯与主控模块2通讯，直流恒流源45为大电流恒流源，最大输出电流为100A，可调节为30A、50A、80A、100A；电流接线端子A43与电压接线端子A44独立分开，采用四线制采样方式，从而消除测试线内阻的影响；电压电流采样模块A42采用内部PGA放大器，无需外置放大器，RS485通讯模块负责与主控模块2通讯，得到测试参数，并控制大电流恒流源输出指定电流值；电压电流采样模块A42将采集到的电压、电流值送到中央处理控制器A41进行数据处理，得到最终的回路电阻值，并通过RS485通讯上传至主控模块2。
请参阅图5，由于都是直流电阻测试类仪器，所以绝缘电阻测试模块5与变压器直流电阻测试模块3、回路电阻测试模块4两种模块大致相似；只是由于输出电压较高、输出电流较小，所以将直流恒流源B53输出电源改为5KV高压可调直流电源，由于输出电流非常小，所以加入电流采样模块，对电流信号进行滤波和放大；输出电压比较高，不能直接进行采样，加入电压电流采样模块B52降低采样电压，调理好的电压、电流信号同样进入型号为AD7705的电压电流采样模块B52进行模数转换；转换后的数据送入同型号的STM32F103ZET6中央处理控制器B51进行数据处理，得到最终绝缘电阻值，对于测试参数设置和测试结果数据上传都通过RS485通讯模块完成，主控模块2完成所有与其通讯内容。
请参阅图7-8，为变压器直流电阻测试模块3的恒流源电路，其中，图7为恒流源档位控制电路，可以通过数字电位器X9C103调节100档电压输出；输出电压用于控制图8恒流源电路的输出电流。
请参阅图9，为回路电阻测试模块4中100A恒流源电路，恒流电源为定制模块，通过外部输入电压控制其输出电流；同样适用数字电位器X9C103调节输出控制电压，从而可以控制100A恒流源输出电流的大小。
请参阅图10，为通用的电压电流采样电路，AD转换芯片采用AD7705，并外加基准电压源ADR3425以提供高精度高稳定的基准电压，从而保证AD转换的精度，AD7705前端加入工模噪声滤波电路和高频串模噪声滤波电路，从而大大提高电压电流采样电路的抗干扰能力，电压输入通道采用电阻分压电路RJM1和RJM2，从而可以采样较高的电压值；为了能够采集到非常小的电压信号，可通过继电器JDQ5将输入信号直接连接至AD7705输入端，而不进入分压电阻网络；这样可以大大提高小信号的采样精度，绝缘电阻测试模块5的高压电源采用成品数控高压电源，现场试品模拟及故障模拟模块的大功率动态电阻模块采用成品大功率电子负载实现。
请参阅图11，为RS485通讯模块电路图，RS485通讯采用光电隔离型RS485通讯模块TD321S485H，其通讯速率可以达到200kbps；RS485输出加入TVS等端口保护器件。
请参阅图12，为5.6寸彩色液晶屏22控制电路图，其显示模组采用5.6寸彩色液晶屏22，采用SPI接口，使用引脚数量少，传输数据速度快。
请参阅图13，为绝缘电阻测试模块5中的电压采集电路，由于绝缘电阻测试需要较高的直流电压，所以需要电压采样电路能够处理高电压，输入采样电阻分压网络将输入电压降低，后端串联有源滤波器电路滤除杂波，信号经过缓冲放大后送入AD7705进行采样。
为了进一步更好的解释说明上述发明，还提供如下一种具体实施例：
实施例一：
基于上述技术方案，要完成变压器直流电阻测试教学，首先通过主控模块2选择变压器直流电阻测试功能；然后设置模拟现场试品参数，主控模块2会率先将模拟现场试品参数通过RS485模块发送到现场试品模拟及故障模拟模块6中；现场试品模拟及故障模拟模块6会根据通讯得到的数据设置大功率动态电阻模块，并将通讯得到需要模拟的故障信息储存在故障类型生成模块中，在主控模块2上设置变压器直流电阻测试参数并启动测试，这些设置数据和启动信号就会通过RS485通讯模块发送到变压器直流电阻测试模块3；变压器直流电阻测试模块3会根据这些设置参数启动测量过程，现场试品模拟及故障模拟模块6会启动试品模拟和故障模拟过程，从而导致变压器直流电阻测试功能的相关数据变化，并显示在主控模块2的液晶屏上，学员可以根据这些数据进行变压器直流电阻测量学习和故障排除。
工作原理：本发明提供的一种修试一体化试验平台，包括人机交互模块1、主控模块2、变压器直流电阻测试模块3、回路电阻测试模块4、绝缘电阻测试模块5和现场试品模拟及故障模拟模块6，人机交互模块1是操作人员与试验平台的接口；主控模块2完成对所有实际功能模块的操控和管理；变压器直流电阻测试模块3完成变压器直流电阻测试功能；回路电阻测试模块4完成开关、断路器等的电阻测试功能；绝缘电阻测试模块5完成对试品绝缘电阻的测试功能；现场试品模拟及故障模拟模块6可以实现上述三种功能的现场试品情况并模拟现场有可能发生的故障；其中，主控模块2由运算能力较强的ARM处理器21作为CPU，变压器直流电阻测试模块3、回路电阻测试模块4、绝缘电阻测试模块5全部采用各自独立的功能模块；现场试品模拟及故障模拟模块6也采用独立的功能模块；各个功能模块采用RS485通讯总线与主控模块2进行连接，由于整套系统通讯信息量不大、内部模块产生的干扰信号较大而RS485总线有较好的抗干扰性能，因此选择RS485通讯总线进行通讯规约，这样做可以保证这三个基础功能测试模块的功能和性能与现场实际使用的测试仪器相一致，从而达到较好的培训效果。
综上所述：本发明提供的一种修试一体化试验平台，集成了变压器直流电阻测试功能、回路电阻测试功能、绝缘电阻测试功能，三种功能集成在一起，并由一个主控中心统一操控和管理，另外，试验平台还集成了现场试品模拟及故障模拟系统，可以模拟以上三种功能所需试品特性，以及模拟现场试品发生的故障，对于学员的培训，本发明试验平台更加直观、便捷，无需到现场做试验，学员可以实际操作并测试三种测试功能；同时，由于试验平台可以模拟现场故障，以及一些故障现象，以供学员分析及做出相应的措施，因而可弥补现今对学员理论知识和操作技能培训的短板，提升学员专业技能，提高检修队伍整体的电力电气设备检修技术水平。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种修试一体化试验平台，其特征在于，包括人机交互模块(1)、主控模块(2)、变压器直流电阻测试模块(3)、回路电阻测试模块(4)、绝缘电阻测试模块(5)和现场试品模拟及故障模拟模块(6)，人机交互模块(1)与主控模块(2)交互连接，主控模块(2)的接线端口分别与变压器直流电阻测试模块(3)、回路电阻测试模块(4)、绝缘电阻测试模块(5)和现场试品模拟及故障模拟模块(6)交互连接；所述现场试品模拟及故障模拟模块(6)的进线端口还分别与变压器直流电阻测试模块(3)、回路电阻测试模块(4)、绝缘电阻测试模块(5)的出线端口连接；
所述人机交互模块(1)为操作人员与试验平台的接口；主控模块(2)完成对所有实际功能模块的操控和管理；变压器直流电阻测试模块(3)完成变压器直流电阻测试功能；回路电阻测试模块(4)完成开关、断路器的电阻测试功能；绝缘电阻测试模块(5)完成对试品绝缘电阻的测试功能；现场试品模拟及故障模拟模块(6)可以实现现场试品情况并模拟现场有可能发生的故障；
所述现场试品模拟及故障模拟模块(6)由大功率动态电阻模块(61)、大电流分流器模块(62)、高压高阻阵列(63)、电压电流信号采样模块(64)、故障类型生成模块(65)和中央处理控制器C(66)组成，大功率动态电阻模块(61)用于模拟变压器直流电阻测试仪的现场试品，包括模拟现场变压器充电过程中电阻、电流变化；大电流分流器模块(62)用于模拟回路电阻测试仪的现场试品，内置多个档位，可模拟现场大部分试品；高压高阻阵列(63)用于模拟绝缘电阻测试仪现场试品，内置高压电阻阵列，可模拟多种现场绝缘电阻值；电压电流信号采样模块(64)配合故障类型生成模块(65)生成多种现场故障现象；中央处理控制器C(66)根据采样得到的当前电压、电流值以及故障类型生成模块(65)输出的预期电压、电流值控制对应的模块。
2.如权利要求1所述的一种修试一体化试验平台，其特征在于：所述变压器直流电阻测试模块(3)、回路电阻测试模块(4)、绝缘电阻测试模块(5)和现场试品模拟及故障模拟模块(6)功能独立、模块独立，并由专用的主控模块(2)统一操控和管理，由人机界面对主控模块(2)进行操作，人机界面由5.6寸彩色液晶屏(22)、按键旋转编码器(23)、打印机(24)、U盘存储接口(25)组成。
3.如权利要求1所述的一种修试一体化试验平台，其特征在于：所述主控模块(2)采用运算能力较强的ARM处理器(21)作为CPU，ARM处理器(21)型号为STM32F103ZET6，主控模块(2)通过RS485通讯总线与人机交互模块(1)、变压器直流电阻测试模块(3)、回路电阻测试模块(4)、绝缘电阻测试模块(5)、现场试品模拟及故障模拟模块(6)进行连接。
4.如权利要求1所述的一种修试一体化试验平台，其特征在于，所述变压器直流电阻测试模块(3)由中央处理控制器(31)控制，中央处理控制器(31)型号为STM32F103ZET6，中央处理控制器(31)根据设置输出不同数值的直流恒流源(32)，并通过继电器切换阵列(33)输出到电流接线端子(34)，继电器切换阵列(33)根据测试设置将对应的电流接线端子(34)上的电流信号和对应的电压接线端子(35)上的电压信号连接至电压电流采样模块(36)进行采样，电压电流采样模块(36)型号为AD7705；中央处理控制器(31)对采集到的电压电流信号进行计算得到直流电阻值，通过RS485通讯模块进行传输，并由主控模块(2)发送命令和接收数据。
5.如权利要求1所述的一种修试一体化试验平台，其特征在于，所述回路电阻测试模块(4)采用同型号的STM32F103ZET6中央处理控制器A(41)、AD7705型号的电压电流采样模块A(42)、电流接线端子A(43)、电压接线端子A(44)和直流恒流源A(45)；中央处理控制器A(41)采用RS485通讯与主控模块(2)通讯，直流恒流源(45)为大电流恒流源，最大输出电流为100A，可调节为30A、50A、80A、100A；电流接线端子A(43)与电压接线端子A(44)独立分开，采用四线制采样方式；电压电流采样模块A(42)采用内部PGA放大器。
6.如权利要求1所述的一种修试一体化试验平台，其特征在于，所述绝缘电阻测试模块(5)采用同型号的STM32F103ZET6中央处理控制器B(51)、AD7705型号的电压电流采样模块B(52)和直流恒流源B(53)，直流恒流源B(53)为5KV高压可调直流电源。
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