CN112506731B - 一种配电开关模拟接口装置的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于配电自动化领域，具体涉及一种配电开关模拟接口装置的设计方法，用于该设计方法的连接装置和被测装置，连接装置包括一个26芯通用接入航空头、一组压接端子、一组香蕉接头、一个固定用铁箱、内部接插端子、1～1.5mm²根电源线、缠绕管、一个不锈钢可折叠把手、一个转接箱和一个锁扣在内的配电自动化测试系统；通过标准的通用的航空接头和仪器常用的香蕉接头作为主要接入方式，使用灵活的接线端子作为辅助接入方式，使得外部适用于全部现有终端，内部通过可方便配置的各种接线端子进行对应的连接。使用者能够方便快速的进行终端和测试装置的匹配。使测试更安全高效，节省人力资源成本。

Description

一种配电开关模拟接口装置的设计方法

技术领域

本发明属于配电自动化领域，特别涉及一种配电开关模拟接口装置的设计方法。

背景技术

配电自动化终端在进行现场应用中需要连接高压开关(如负荷开关、断路器)、PT、CT等高压的一次设备，因此配备了绝缘性能好、耐压等级高且连接牢固的为接口接入，一般开关使用的是标准的螺纹带锁的航空头，而PT侧一般使用直径2.5mm以上的线耳使用螺丝直接固定到上面。

配电自动化检测设备一般在实验室中使用，使用的是带香蕉头的测试线为主的连接方式，属于低电压的二次设备连接，测试线的好处是方便测试，容易拆装，携带方便，而且二次测试设备如高精度电压电流表、功率表、电压电流源、继电保护测试仪、模拟开关、遥控指示器等实验室测试设备都是采用此接口作为连接接入方式。

现有设备存在以下问题：

在进行自动化检测测试时需要检测相应的设备之间的联动。而终端采用的多是一次设备接口，实验室设备采用多是二次设备接口。它们之间的对接联动就成为了测试工程师们的头痛的问题，一般都给测试上增加了很多的工作量。每次测试后由于临时搭建的连接无法长期保存，到下一次测试的时候就需要重复一次对接的工作。当前市场上的模拟开关操作控制电源要么是DC220V，要么是 DC48/24V，甚至是AC220V，以及配网终端控制电源部分电压等级不统一、难有一款可以兼容各种电压等级的模拟开关盒。

发明内容

本发明的目的是提供一种被测终端与自动化测试系统接口的设计方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种配电开关模拟接口装置的设计方法，用于该设计方法的连接装置和被测装置，连接装置包括一个26芯通用接入航空头、一组压接端子、一组香蕉接头、一个固定用铁箱、内部接插端子、 1～1.5mm²根电源线、缠绕管、一个不锈钢可折叠把手、一个转接箱和一个锁扣在内的配电自动化测试系统；配电自动化测试系统包括功率表、万用表、状态输入模拟器和模拟开关；被测装置包括配电自动化终端遥信、配电自动化终端遥测和配电自动化终端遥控；设计方法包括以下步骤：

步骤1、设计配网专用的26芯航空头作为被测配电自动化终端的接入方式，用于接入外部被测试的配电自动化终端；

步骤2、设计压接端子将未接入的外部PT信号由配电自动化测试终端接入到连接装置中；

步骤3、在连接装置内部通过转接箱，将全部接入的信号并联引出到香蕉接头和压接端子上；通过香蕉接头将电流、电压信号接入到三相电流源；遥信信号接入到状态量输入模拟终端，遥控信号接入到模拟开关，或者将全部信号接入到固体继电器上；

步骤4、将特殊接口的外部仪器通过连接装置提供的压接端子进行连接，以适应现场的需求；

步骤5、连接装置内部设计成专门的导线来连接电流端子及接线，使得电流端子短时承受100A大电流，长时间承受10A电流；

步骤6、连接装置内部压接端子及接插端子选用高耐压高绝缘工艺和材料，通过2.5kv的耐压测试；

在上述的配电开关模拟接口装置的设计方法中，步骤1所述26芯航空端子包括三相电流端子、零序电流端子、遥信信号端子、遥信公共端子、内部pt接入端子、遥控分闸端子和遥控合闸端子。

在上述的配电开关模拟接口装置的设计方法中，电源可设计为：工作电源电路、PWM形成与控制电路、功率驱动电路、高频变压器与缓冲器、倍压整流电路、输出电压控制、过流保护与欠压和过压报警电路；

主机接通220V AC交流电，开关电源将AC220V转换为直流24V，通过电池充放电管理单元给锂电池组充电，同时给测试仪供电。

在上述的配电开关模拟接口装置的设计方法中，步骤3所述转接箱用于数模一体化继保仪输入输出端子与就地化保护装置的航插的转接；

(1)用于主变、线路及母线就地化保护装置与固体继电器的连接；

(2)转接箱与就地化保护装置间采用标准化专用航空插头；

(3)转接箱采用不同转接线分别与三种类型保护的航插连接；

(4)转接箱与固体继电器的端子接口保持功能及定义完全一致；

(5)转接箱输出端口与保护装置航插单线连接；

(6)所有接线均为硬连接接线，无电子切换串入回路。

在上述的配电开关模拟接口装置的设计方法中，步骤3所述固体继电器为模块化的四端有源器件，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端；包括直流式和交流式固体继电器。

在上述的配电开关模拟接口装置的设计方法中，步骤3所述模拟开关为模拟断路器，在合闸回路加装了整流桥BR1，跳闸回路加装了整流桥BR2。

在上述的配电开关模拟接口装置的设计方法中，步骤5所述接线包括：

1)电压测量接线；

按照面板的标识将继保或其他电压源接入到端子UA\UB\UC\UN；UA对应航插的电压UAB，如此类推；

2)电流接线；

按照面板的标识将继保的电流输出接到IA\IB\IC\IN；I₀电流等于IA+IB+IC 的向量和；

3)开入接线；

继保仪器的开入量接到面板标识的YK1\YK2\YKCOM；默认情况下YK接到了模拟开关的输出为无源输出；当需要有源输出时将供电输出的电源引入；若继保支持，则关闭模拟开关电源，将引线直接引到模拟开关输出处使用；

4)开出接线；

继保仪器的开出量到面板标识的YX1\YX2\YXCOM；默认情况下YX接到了FTU的航插接口；或不使用继保的开出接线直接使用模拟开关的开关输出用来给ftu反馈开关合分位置信号；

5)供电输出；

提供DC24V/DC48V用于终端供电或无源接点供电，与内部系统电源隔离； DC24V/DC48V共地；DC220V为市电220V整流后获得，与装置的供电电源共地；

6)航插输出；

航插中的储能信号、合分位置遥信信号、部分特殊一体化PT的电压信号通过航插从面板引出。

本发明的有益效果是：使用者能够方便快速的进行终端和测试装置的匹配，使测试更安全高效，节省人力资源成本。本发明连接装置可模拟在配网FA测试中现场开关作用，通过将原开关端子的遥信、遥控接点拆下接入模拟开关盒，保证在不停电的情况下顺利完成FA测试实验。本发明具有模拟断路器的分闸、合闸操作、分位、合位状态输出、储能等功能，满足多种保护设备调试需求。模拟断路器电源模块能够接入外部电源的同时适应配电终端24V、48V、110V、220V 不同场景的输出电压的需求。配电开关模拟断路器的航插接口模块能够稳定连接不同型号、厂家的设备接口。

附图说明

图1为本发明一个实施例配电开关模拟断路器连接装置与自动化测试装置以及被测装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例根据各种自动化检测系统需求，连接被测终端与集合功率表、万用表、状态输入模拟器、模拟开关等配电自动化测试系统的自动化检测终端。按照现场真实连接的高压开关为模型，为被测终端与配电自动化测试系统同时提供专有的特殊接口。接口包括：对应终端的电流互感器接口、电压互感器接口、遥控接口、遥信接口；对应自动化测试设备的万用表功率表接口、状态量输入接口、遥控执行指示器接口。连接装置通过标准的通用的航空接头和仪器常用的香蕉接头作为主要接入方式，使用灵活的接线端子作为辅助接入方式，使得外部适用于全部现有终端，内部通过可方便配置的各种接线端子进行对应的连接，使用者可以方便快速的进行终端和测试装置的匹配。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种模拟断路器接口装置的设计方法。本实施例设计方法基于图1所示装置实现。包括连接装置和被测装置。连接装置包括一个26芯通用接入航空头、一组压接端子、一组香蕉接头、一个固定用铁箱、内部接插端子、1～1.5mm²根电源线、缠绕管、一个不锈钢可折叠把手、一个转接箱和一个锁扣在内的配电自动化测试系统；配电自动化测试系统包括功率表、万用表、状态输入模拟器和模拟开关；被测装置包括配电自动化终端遥信、配电自动化终端遥测和配电自动化终端遥控。实现在电力系统配电自动化终端和继电保护装置检验工作中验证遥控和遥信回路工作的正确性的时候，遇到的高压断路器也在检修或其它原因无法同步配合的情况，同时，避免过于频繁地操作高压断路器也会影响它的运行寿命，甚至会发生意外损坏的情况。设计方法包括以下步骤：

S1：通过设计一种配网专用的26芯航空头作为被测配电自动化终端的一种方便的接入方式，用于接入外部被测试的配电自动化终端。

S2：通过设计一种压接端子将未接入的外部PT信号由配电自动化终端接入到连接装置中。

S3：在连接装置内部通过转接箱，将全部接入的信号并联引出到香蕉接头和压接端子上。通过香蕉接头把电流、电压信号接入到三相电流源，遥信信号接入到状态量输入模拟终端，遥控信号接入到模拟开关。或者把全部信号接入到一些具有三遥模拟功能的仪器上(如固体继电器)。

S4：将个别接口特殊的外部仪器通过本连接装置所提供的压接端子进行连接，适应现场的需求。

S5：连接装置内部设计成专门的导线来连接电流端子及接线，使得端子可以短时承受100A大电流，长时间承受10A电流。

S6：内部电压端子及接线选用高耐压高绝缘工艺和材料，通过2.5kv的耐压测试。

而且，S1所述26芯航空头包括：三相电流端子，零序电流端子，遥信信号端子，遥信公共端子，内部pt接入端子，遥控分闸端子，遥控合闸端子。

其中电源为：

模拟断路器内部电路工作电源分为+24V外部供电电路有220v、48v、24v，考虑到模拟断路器需长期稳定工作，对电源纹波要求较高，模拟断路器选择使用环型高磁耦合电源变压器，将交流220V单相电源降压成交流24V

其电源可设计为：

电源模块是整个设备的功率输入部分，整个设备的能量供给都由这部分电路完成，电源模块主要包括：工作电源电路、PWM形成与控制电路、功率驱动电路、高频变压器与缓冲器、倍压整流电路、输出电压控制、过流保护与欠压和过压报警电路等若干部分。

主机插上220V AC交流电，那么开关电源把AC220V转换为直流24V，通过电池充放电管理单元给锂电池组充电，同时给测试仪供电。

而且，S3所述转接箱为：

转接箱用于数模一体化继保仪输入输出端子与就地化保护装置的航插的快速方便转接；

(1)一箱多用，适用于主变、线路及母线等多种就地化保护装置与固体继电器的连接；

(2)转接箱与就地化保护装置间采用标准化专用航空头，保证连接安全、可靠；

(3)根据的航插和定义不同，转接箱采用不同转接线分别与三种类型保护的航插连接，即航插线不同；

(4)转接箱与固体继电器的端子接口保持功能及定义完全一致，接线方便；

(5)转接箱输出端口与保护装置航插单线连接，接线简单，具有航插防错功能，不会人为接错；

(6)所有接线均为硬连接接线，无电子切换等串入回路，对测试精度和测试过程无任何影响；

(7)装置轻小便携，仅重3kg，携带极为方便，是现场及仓库调试的好工具。

而且，S3所述模拟开关为：

因变电站跳合闸操作电源都是直流220V，虽然有的箱式变电站是交流220 V，但是在高压断路器内部都设有整流板，最后执行跳合闸的线圈还是直流型，综合考虑下来，本实施例设计的模拟断路器，在合闸回路加装了整流桥BR1，跳闸回路加装了整流桥BR2，这样不管是交流220V，还是直流220V电源都可以操作实施例设计的模拟断路器。

S3所述固体继电器为：

常用固体继电器几乎都是模块化的四端有源器件，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端。

固体继电器按输出端极性的不同，可分为直流式和交流式两大类。

由于固体继电器的输入端和输出端之间采用了成熟可靠的光电隔离等技术，这使得所接控制弱电和被控强电在电气上完全隔离，因此从各种弱电设备输出的信号可以直接加在固体继电器的输入控制端上，无需另外的保护电路等。

固体继电器和传统的电磁继电器相比较，具有的优点是：工作可靠、寿命长、无噪声、无火花、无电磁干扰、开关速度快、抗干扰能力强、体积小、耐冲击、耐振动、防爆、防潮、防腐蚀，能与TTL.DTL.HTL等逻辑电路兼容，可以通过微小的控制信号实现直接驱动大电流负载的目的。正因为如此，固体继电器在很多领域正逐渐取代电磁继电器。

其中，设置分、合闸时间的目的是为了检查操作回路中的电流自保持继电器 (典型的为防跳继电器及合闸保持继电器)是否能正确动作。

设计时这些继电器尽量采用了快速中间继电器，其动作时间一般小于50ms。

其中固体继电器保护电路为：

二极管D1和D2的作用一是为继电器线圈提供续流通道，减少续流能量损失，提高触点转换快速性和可靠性。二是减小线圈断电时切换触点电弧，对切换触点进行保护。三是防止反向电压危害线圈绝缘。

而且，S5所述接线为：

1)电压测量接线

按照面板的标识将继保或其他电压源接入到端子UA\UB\UC\UN。此时对应 UA对应航插的电压UAB,如此类推。

2)电流接线

按照面板的标识将继保的电流输出接到IA\IB\IC\IN。注意此时I0电流等于 IA+IB+IC的向量和。

3)开入接线

固体继电器的开入量接到面板标识的YK1\YK2\YKCOM。默认情况下YK 接到了模拟开关的输出为无源输出。当需要有源输出时可以将供电输出的电源引入。

如果固体继电器支持，还可以关闭模拟开关电源，将引线直接引到模拟开关输出处使用。

4)开出接线

继保仪器的开出量到面板标识的YX1\YX2\YXCOM。默认情况下YX接到了FTU的航插接口。特殊情况时我们可以不使用继保的开出接线直接使用模拟开关的开关输出用来给ftu反馈开关合分位置信号。

5)供电输出

本实施例连接装置提供的DC24V/DC48V可用于终端供电或无源接点供电，与内部系统电源隔离。DC24V/DC48V共地。DC220V为市电220V整流后获得。与装置的供电电源共地，使用时需要注意。

6)航插输出

航插中的储能信号、合分位置遥信信号、部分特殊一体化PT的电压信号通过航插从面板引出，当我们需要使用这些特别的信号时可以通过面板连接取得。

注意，不能输入高于AC220V的电压。过高电压可能有损坏仪器的危险。在测量高电压时，要特别注意避免触电。在完成所有的测量操作后，要断开测试线与被测电路的连接。

具体实施时，见表1、表2。

表一、配电开关模拟断路器接口装置各项技术指标

表二、配电开关模拟断路器接口装置的各组成部分

一种配电开关模拟接口装置的设计方法，包括以下步骤：

一、连接装置设计成箱体结构，使得26芯航空头接入到端子箱内部，端子集中在箱体的左侧面和右侧面，左侧面设计为一个26芯的航空头。

26芯的航空头通过螺丝固定于箱体左侧面右方，使用卡口锁定方式连接配电自动化装置接入。内部连接采用焊接方式，为了提高绝缘强度，焊接后喷涂三防漆，用热缩管缝好后，再进行灌胶处理。

二、在装置箱体的左侧面设计成接入压接端子以供接入的外部PT信号。

压接端子超过30位，包括26芯对定的信号及两组电压信号，并通过塑料螺丝固定在箱体上。

三、在箱体的左侧面接入对应信号的超过30位的香蕉接头，并用螺纹固定方式固定在箱体上。

端子在箱体内部则是通过卡口方式的接线耳，通过在电线上压接这种卡口方式的接线耳，然后直接连接在香蕉接头的另一端上。

四、每个压接端子共设计有两个接口，下方接口用于连接内部接线，上方接口空出，留给一起和PT信号接入用，必要时也可用作配电自动化装置接入。

五、装置内部专门的导线采用1mm²线作为连接，除了电流线使用特殊的两根1.5mm²电线，来达到符合使用的电流强度。

六、内部电压端子及接线装置的接触件采用铜合金镀金，机加工；外壳体采用铜合金镀镍(D11/P11)或不锈钢钝化(D40/P40)，机加工；绝缘体采用热固性塑料，注射成型。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种配电开关模拟接口装置的设计方法，用于该设计方法的连接装置和被测装置，连接装置包括一个26芯通用接入航空头、一组压接端子、一组香蕉接头、一个固定用铁箱、内部接插端子、1～1.5mm²根电源线、缠绕管、一个不锈钢可折叠把手、一个转接箱和一个锁扣在内的配电自动化测试系统；配电自动化测试系统包括功率表、万用表、状态输入模拟器和模拟开关；26芯通用接入航空头包括三相电流端子、零序电流端子、遥信信号端子、遥信公共端子、内部pt接入端子、遥控分闸端子和遥控合闸端子；被测装置包括配电自动化终端遥信、配电自动化终端遥测和配电自动化终端遥控；其特征是，设计方法包括以下步骤：

步骤1、设计配网专用的26芯航空头作为被测配电自动化终端的接入方式，用于接入外部被测试的配电自动化终端；

步骤2、设计压接端子将未接入的外部PT信号由配电自动化测试终端接入到连接装置中；

步骤3、在连接装置内部通过转接箱，将全部接入的信号并联引出到香蕉接头和压接端子上；通过香蕉接头将电流、电压信号接入到三相电流源；遥信信号接入到状态量输入模拟终端，遥控信号接入到模拟开关，或者将全部信号接入到固体继电器上；

步骤4、将特殊接口的外部仪器通过连接装置提供的压接端子进行连接，以适应现场的需求；

步骤5、连接装置内部设计成专门的导线来连接电流端子及接线，使得电流端子短时承受100A大电流，长时间承受10A电流；

步骤6、连接装置内部压接端子及接插端子选用高耐压高绝缘工艺和材料，通过2.5kv的耐压测试。

2.如权利要求1所述的配电开关模拟接口装置的设计方法，其特征是，步骤5所述接线包括：

1)电压测量接线；

按照面板的标识将继保或其他电压源接入到端子UA\UB\UC\UN；UA对应航插的电压UAB，如此类推；

2)电流接线；

按照面板的标识将继保的电流输出接到IA\IB\IC\IN；I₀电流等于IA+IB+IC的向量和；

3)开入接线；

继保仪器的开入量接到面板标识的YK1\YK2\YKCOM；默认情况下YK接到了模拟开关的输出为无源输出；当需要有源输出时将供电输出的电源引入；若继保支持，则关闭模拟开关电源，将引线直接引到模拟开关输出处使用；

4)开出接线；

继保仪器的开出量到面板标识的YX1\YX2\YXCOM；默认情况下YX接到了FTU的航插接口；或不使用继保的开出接线直接使用模拟开关的开关输出用来给ftu反馈开关合分位置信号；

5)供电输出；

提供DC24V/DC48V用于终端供电或无源接点供电，与内部系统电源隔离；DC24V/DC48V共地；DC220V为市电220V整流后获得，与装置的供电电源共地；

6)航插输出；

航插中的储能信号、合分位置遥信信号、部分特殊一体化PT的电压信号通过航插从面板引出。

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