CN111505492B - 一种直流断路器测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流断路器测试装置及方法，通过测试装置的程控电源模块对直流断路器相关模组回路进行充放电回路测试，通过光纤脉冲收发模块控制直流断路器相关模组的IGBT通断进行功能测试，功能测试包括正常控制的功能检测，检测硬件功能和异常控制的功能检测，检测软件协议容错能力，结合反馈的状态信息和采集模块实时采集的特征曲线，由专家系统自动比对特征曲线，达到快速检测被测模块硬件电路、定位故障的目的。本发明极大简化了测试步骤，其便携、测试全面、智能自动等几个特点填补了直流断路器阀组模块测试空白，在生产、工程投运前等阶段对直流断路器进行检测有很高实用价值。

Description

一种直流断路器测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种直流断路器测试装置及方法，属于断路器测试技术领域。

背景技术

在输电领域，为适应新的能源格局，基于柔性直流的多端直流输电系统和直流电网技术成为未来的发展趋势，柔性直流输电技术具有独立调节有功及无功功率、谐波含量小等特点，构建柔性直流电网对于大规模新能源并网和提高电网大规模远距离输电能力具有重大的意义，因此在电力系统中的得到大力的推广和应用。

多端高压直流输电系统由于电压等级高、线路阻抗小，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，必须迅速切除故障。高压直流断路器动作速度快，能够最大限度地减小故障持续时间或抑制故障电流，减小故障对交/直流输电网络的冲击，因此直流断路器是构建直流电网的关键设备，必将获得大力的推广和应用。

目前，高压直流断路器主要分为机械式高压直流断路器、全固态高压直流断路器以及混合式高压直流断路器。混合式高压直流断路器综合前两者优点，通态损耗低且开断速度快，是目前研究的热点，纵观现有厂家的直流断路器设备，无不采用了大量的IGBT等电力电子开关，有的电网拓扑结构中包含的IGBT器件有几百个，二极管器件有上千个，由此组成RCD回路结构更加复杂，目前市面上没有专门针对这些器件和回路进行测试的工具和手段，只能在整个直流系统进行系统试验时，借助万用表、辅助电源等工具，判断整个直流断路器是否能正确动作，无法对其内部阀组器件的工作情况进行详细的判断，也无法掌握RCD回路的特征曲线是否满足条件，更严重的是还需要携带大量辅助工具在高危环境中，进行手动测试，人工判断，测试人员的安全也无法保证。

发明内容

目的：为了解决直流断路器调试手段的缺乏的问题，本发明提供一种直流断路器测试装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种直流断路器测试装置，包括：信息处理模块、光纤脉冲收发模块、采集模块、程控电源模块；

所述信息处理模块包括：HMI人机接口、电源控制接口、专家系统，HMI人机接口用于根据直流断路器测试需要选择测试对象；电源控制接口用于根据选择测试对象的不同，配置不同的参数控制光纤脉冲收发模块，控制程控电源模块不同的电源开关；专家系统用于根据选择测试对象的不同，配置相关的专家系统数据库，根据光纤脉冲收发模块上传的状态信息和采集模块上传的被测试对象特征曲线进行对比得到测试结果，并给出测试报告，定位故障硬件；

所述光纤脉冲收发模块，用于接收信息处理模块的控制信息，根据控制信息设置定时任务的中断频率，选择对应的光纤脉冲输出协议，输出光纤脉冲控制被测试对象的相关IGBT；同时在定时任务中定时解码被测试对象的返回的状态信息，并反馈给信息处理模块；

所述采集模块，在高速定时中断中实时采集被测试对象充放电回路和IGBT开关动作时的特征曲线，在低速定时中断中针对不同的采集对象采用不同的滤波算法，对采样数据进行处理，用于适应各个模组和功能试验的采样，同时周期计算采样点的有效值参数，把处理过的特征曲线和有效值的信息反馈给信息处理模块，用于专家系统的结果判断；

所述程控电源模块，采用市电输入，用于控制输出直流电压给被测试对象进行充放电检测，给IGBT供电进行开通关断的功能检测，控制交流大电流输出，给直流断路器控制板卡供能。

作为优选方案，所述测试对象包括转移支路阀组、主支路阀组、二极管阀组。

作为优选方案，所述光纤脉冲收发模块中定时任务的中断频率、脉冲宽度、脉冲发送频率和波特率可以设置，用于兼容不同频率、格式的的光纤脉冲输出，同时用专用处理器实现光纤协议的物理层编码，用于降低处理器的任务负载。

作为优选方案，所述控制IGBT时包括两种方法，第一种方法通过阀控装置控制SMC控制器，进行IGBT功能试验；第二种方法通过SMC控制器，进行IGBT功能试验。

作为优选方案，通过配置定时任务的中断频率、脉冲宽度、脉冲发送频率和波特率，开启中断任务，中断任务包括高速定时中断和低速定时中断。

作为优选方案，光纤脉冲收发模块模拟阀控的脉冲协议，模拟主控的脉冲协议；当模拟主控的脉冲协议时，跟阀控装置通信，通过阀控装置控制相关阀组的IGBT，进行IGBT的功能测试；当模拟阀控的脉冲协议时，直接控制IGBT进行功能测试。

一种直流断路器测试方法，包括如下步骤：

根据测试对象的不同，通过HMI人机接口，在测试装置中选择对应的阀组模块和IGBT的位置；

根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块发送相关的协议配置给光纤脉冲收发模块，协议配置包括被测装置的类型、中断任务的处理频率、发送的光纤脉冲协议格式、光纤脉冲的频率和宽度、接收反馈的光纤状态信息参数；

根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块初始化专家系统，配置好充放电的标准特征曲线图和结果判断的条件，用于测试结果的自动化判断；

根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块控制不同的继电器，控制程控电源模块输出交直流电压和电流对被测对象进行充电测试，并在试验最后断开相关继电器切断供电电压，投入不同的放电电阻进行放电测试；

采集模块根据配置的定时任务的中断频率，开启中断任务，中断任务包括高速定时中断和低速定时中断，在高速定时中断中实时采集充放电的特征曲线，在低速定时中断中，对采集的充放电的特征曲线进行处理，得到各个数据的有效值，将有效值和充放电的特征曲线，上送给信息处理模块的专家系统，进行比较判断；

专家系统将测试结果在HMI人机接口中进行显示，如果失败则显示定位的故障硬件的位置和失败的原因，如果成功，对于缓冲回路阀组和主支路阀组，则进行IGBT开关特性校验功能试验；

光纤脉冲收发模块，根据信息处理模块发送的参数，实时模拟不同的脉冲序列，开通关断选择的IGBT，同时实时接收IGBT模块反馈的状态信息，解码后上送信息处理模块；

信息处理模块的专家系统根据光纤脉冲收发模块上送的状态信息和采集模块上送的模拟量信息，综合判断IGBT开关试验时相关的硬件是否正确动作，如果失败则显示定位的故障硬件的位置和失败的原因。

作为优选方案，所述阀组模块包括转移支路阀组、主支路阀组和二极管阀组，其中转移支路阀组和主支路阀组包括缓冲回路的充放电测试和IGBT开关试验，二极管阀组进行充放电测试；IGBT按照阀组的组号和在阀组中的位置共同定义。

作为优选方案，所述脉冲序列包括正常脉冲、异常脉冲，用于模拟IGBT正常状态和异常状态。

有益效果：本发明提供的一种直流断路器测试装置，通过测试装置的程控电源模块对直流断路器相关模组回路进行充放电回路测试，通过光纤脉冲收发模块控制直流断路器相关模组的IGBT通断进行功能测试，功能测试包括正常控制的功能检测：检测硬件功能和异常控制的功能检测：检测软件协议容错能力；结合反馈的状态信息和采集模块实时采集的特征曲线，由专家系统自动比对特征曲线，达到快速检测被测模块硬件电路、定位故障的目的。

通过测试装置直接对每一个阀组的回路进行充放电测试，并且实时采集特征曲线，与仿真的标准特征曲线进行对比，详细掌控回路的工作情况；对每一个阀组的IGBT器件进行开关试验，实时监控其反馈信息，采集其工作曲线，自动判断，准确定位，不需要任何外围辅助工具，极大简化了测试步骤，其便携、测试全面、智能自动等几个特点填补了直流断路器阀组模块测试空白，在生产、工程投运前等阶段对直流断路器进行检测有很高实用价值。

附图说明

图1是直流断路器测试装置的功能结构框图；

图2是直流断路器测试装置通过阀控装置测试转移支路阀组和主支路阀组的示意图；

图3是直流断路器测试装置直接控制SMC测试转移支路阀组和主支路阀组的示意图；

图4是直流断路器测试装置测试二极管阀组的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种直流断路器测试装置，包括：信息处理模块、光纤脉冲收发模块、采集模块、程控电源模块；

所述信息处理模块包括：HMI人机接口、电源控制接口、专家系统，HMI人机接口用于根据直流断路器测试需要选择测试对象，测试对象包括转移支路阀组、主支路阀组、二极管阀组；电源控制接口用于根据选择测试对象的不同，配置不同的参数控制光纤脉冲收发模块，控制程控电源模块不同的电源开关；专家系统用于根据选择测试对象的不同，配置相关的专家系统数据库，根据光纤脉冲收发模块上传的状态信息和采集模块上传的被测模组特征曲线进行对比得到测试结果，并给出测试报告，定位故障硬件。

所述光纤脉冲收发模块，用于接收信息处理模块的控制信息，根据控制信息设置定时任务的中断频率，选择对应的光纤脉冲输出协议，输出光纤脉冲控制被测模组的相关IGBT。同时在定时任务中定时解码被测模组的返回的状态信息，并反馈给信息处理模块，光纤脉冲收发模块中定时任务的中断频率可以设置，以兼容不同频率的光纤脉冲输出，同时用专用处理器实现光纤协议的物理层编码，降低处理器的任务负载。

控制IGBT时有两种不同的方法，方法1通过阀控装置控制SMC控制器，进行IGBT功能试验，如附图2所示，提供测试IGBT的位置编号给阀控装置，用于每个阀组测试时不用插拔光纤；

方法2通过SMC控制器，进行IGBT功能试验，如附图3所示，进行点对点测试，用于不需要阀控装置的配合，但需插拔光纤。

光纤脉冲收发模块模拟阀控的脉冲协议，模拟主控的脉冲协议；当模拟主控的脉冲协议时，跟阀控装置通信，通过阀控装置控制相关阀组的IGBT，进行IGBT的功能测试；当模拟阀控的脉冲协议时，直接控制IGBT进行功能测试。

所述采集模块，在高速定时中断中实时采集被测试对象充放电回路和IGBT开关动作时的特征曲线，在低速定时中断中针对不同的采集对象采用不同的滤波算法，对采样数据进行处理，用于适应各个模组和功能试验的采样，同时周期计算采样点的有效值参数，把处理过的特征曲线和有效值的信息反馈给信息处理模块，用于专家系统的结果判断。

所述程控电源模块，采用市电输入，用于控制输出直流电压给被测模组进行充放电检测，给IGBT供电进行开通关断的功能检测，控制交流大电流输出，给直流断路器控制板卡供能。

直流断路器测试装置，可以测试直流断路器转移支路阀组、主支路阀组、二极管阀组的充放电特性和IGBT开关特性，所述的HMI人机接口用于选择被测对象，根据选择对象配置相关的控制协议、程控电源模块的控制开关、专家系统各种工况下标准特征曲线。直流断路器测试装置的所有模块协同配合，测试不同的对象时，控制不同模块，二极管阀组测试中仅包括充放电回路的测试，如附图4所示，此时只有信息处理模块、程控电源模块和采集模块即可完成测试，转移支路阀组和主支路阀组测试时，除了充放电回路测试，还需要进行IGBT功能试验，需要光纤脉冲收发模块的同步配合。

本发明还提供了直流断路器的测试方法，包括如下步骤：

（1）根据测试对象的不同，通过HMI人机接口，在测试装置中选择对应的阀组模块和IGBT的位置，阀组模块包括转移支路阀组、主支路阀组和二极管阀组，其中转移支路阀组和主支路阀组包括缓冲回路的充放电测试和IGBT开关试验，二极管阀组进行充放电测试；IGBT按照阀组的组号和在阀组中的位置共同定义。

（2）根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块发送相关的协议配置给光纤脉冲收发模块，协议配置包括被测装置的类型、中断任务的处理频率、发送的光纤脉冲协议格式、光纤脉冲的频率和宽度、接收反馈的光纤状态信息参数；

（3）根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块初始化专家系统，配置好充放电的标准特征曲线图和结果判断的条件，用于测试结果的自动化判断。

（4）根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块控制不同的继电器，控制程控电源模块输出交直流电压和电流对被测对象进行充电测试，并在试验最后断开相关继电器切断供电电压，投入不同的放电电阻进行放电测试。

（5）采集模块根据配置的定时任务的中断频率，开启中断任务，中断任务包括高速定时中断和低速定时中断，在高速定时中断中实时采集充放电的特征曲线，在低速定时中断中，对采集的充放电的特征曲线进行处理，得到各个数据的有效值，将有效值和充放电的特征曲线，上送给信息处理模块的专家系统，进行比较判断。

（6）专家系统将测试结果在HMI人机接口中进行显示，如果失败则显示定位的故障硬件的位置和失败的原因，如果成功，对于缓冲回路阀组和主支路阀组，则进行IGBT开关特性校验功能试验。

（7）光纤脉冲收发模块，根据信息处理模块发送的参数，实时模拟不同的脉冲序列，开通关断选择的IGBT，同时实时接收IGBT模块反馈的状态信息，解码后上送信息处理模块。所述脉冲序列包括正常脉冲、异常脉冲，用于模拟IGBT正常状态和异常状态。

（8）信息处理模块的专家系统根据光纤脉冲收发模块上送的状态信息和采集模块上送的模拟量信息，综合判断IGBT开关试验时相关的硬件是否正确动作，如果失败则显示定位的故障硬件的位置和失败的原因。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种直流断路器测试装置，其特征在于：包括：信息处理模块、光纤脉冲收发模块、采集模块、程控电源模块；

所述信息处理模块包括：HMI人机接口、电源控制接口、专家系统，HMI人机接口用于根据直流断路器测试需要选择测试对象；电源控制接口用于根据选择测试对象的不同，配置不同的参数控制光纤脉冲收发模块，控制程控电源模块不同的电源开关；专家系统用于根据选择测试对象的不同，配置相关的专家系统数据库，根据光纤脉冲收发模块上传的状态信息和采集模块上传的被测试对象特征曲线进行对比得到测试结果，并给出测试报告，定位故障硬件；

所述光纤脉冲收发模块，用于接收信息处理模块的控制信息，根据控制信息设置定时任务的中断频率，选择对应的光纤脉冲输出协议，输出光纤脉冲控制被测试对象的相关IGBT；同时在定时任务中定时解码被测试对象的返回的状态信息，并反馈给信息处理模块；

所述采集模块，在高速定时中断中实时采集被测试对象充放电回路和IGBT开关动作时的特征曲线，在低速定时中断中针对不同的采集对象采用不同的滤波算法，对采样数据进行处理，用于适应各个模组和功能试验的采样，同时周期计算采样点的有效值参数，把处理过的特征曲线和有效值的信息反馈给信息处理模块，用于专家系统的结果判断；

所述程控电源模块，采用市电输入，用于控制输出直流电压给被测试对象进行充放电检测，给IGBT供电进行开通关断的功能检测，控制交流大电流输出，给直流断路器控制板卡供能。

2.根据权利要求1所述的一种直流断路器测试装置，其特征在于：所述测试对象包括转移支路阀组、主支路阀组、二极管阀组。

3.根据权利要求1所述的一种直流断路器测试装置，其特征在于：所述光纤脉冲收发模块中定时任务的中断频率、脉冲宽度、脉冲发送频率和波特率可以设置，用于兼容不同频率、格式的的光纤脉冲输出，同时用专用处理器实现光纤协议的物理层编码，用于降低处理器的任务负载。

4.根据权利要求1所述的一种直流断路器测试装置，其特征在于：控制IGBT包括两种方法，第一种方法通过阀控装置控制SMC控制器，进行IGBT功能试验；第二种方法通过SMC控制器，进行IGBT功能试验。

5.根据权利要求1所述的一种直流断路器测试装置，其特征在于：通过配置定时任务的中断频率、脉冲宽度、脉冲发送频率和波特率，开启中断任务，中断任务包括高速定时中断和低速定时中断。

6.根据权利要求1所述的一种直流断路器测试装置，其特征在于：光纤脉冲收发模块模拟阀控的脉冲协议，模拟主控的脉冲协议；当模拟主控的脉冲协议时，跟阀控装置通信，通过阀控装置控制相关阀组的IGBT，进行IGBT的功能测试；当模拟阀控的脉冲协议时，直接控制IGBT进行功能测试。

7.根据权利要求1-6任一项所述装置的一种直流断路器测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

根据测试对象的不同，通过HMI人机接口，在测试装置中选择对应的阀组模块和IGBT的位置；

根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块发送相关的协议配置给光纤脉冲收发模块，协议配置包括被测装置的类型、中断任务的处理频率、发送的光纤脉冲协议格式、光纤脉冲的频率和宽度、接收反馈的光纤状态信息参数；

根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块初始化专家系统，配置好充放电的标准特征曲线图和结果判断的条件，用于测试结果的自动化判断；

根据HMI人机接口选择的测试对象，信息处理模块控制不同的继电器，控制程控电源模块输出交直流电压和电流对被测对象进行充电测试，并在试验最后断开相关继电器切断供电电压，投入不同的放电电阻进行放电测试；

采集模块根据配置的定时任务的中断频率，开启中断任务，中断任务包括高速定时中断和低速定时中断，在高速定时中断中实时采集充放电的特征曲线，在低速定时中断中，对采集的充放电的特征曲线进行处理，得到各个数据的有效值，将有效值和充放电的特征曲线，上送给信息处理模块的专家系统，进行比较判断；

专家系统将测试结果在HMI人机接口中进行显示，如果失败则显示定位的故障硬件的位置和失败的原因，如果成功，对于缓冲回路阀组和主支路阀组，则进行IGBT开关特性校验功能试验；

光纤脉冲收发模块，根据信息处理模块发送的参数，实时模拟不同的脉冲序列，开通关断选择的IGBT，同时实时接收IGBT模块反馈的状态信息，解码后上送信息处理模块；

信息处理模块的专家系统根据光纤脉冲收发模块上送的状态信息和采集模块上送的模拟量信息，综合判断IGBT开关试验时相关的硬件是否正确动作，如果失败则显示定位的故障硬件的位置和失败的原因。

8.根据权利要求7所述的一种直流断路器测试方法，其特征在于：所述阀组模块包括转移支路阀组、主支路阀组和二极管阀组，其中转移支路阀组和主支路阀组包括缓冲回路的充放电测试和IGBT开关试验，二极管阀组进行充放电测试；IGBT按照阀组的组号和在阀组中的位置共同定义。

9.根据权利要求7所述的一种直流断路器测试方法，其特征在于：所述脉冲序列包括正常脉冲、异常脉冲，用于模拟IGBT正常状态和异常状态。

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