CN113237678A - 断路器机械功能测试方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器机械功能测试方法及其设备，包括分闸检测、合闸检测、分闸同期检测、合闸同期检测等步骤，本发明可取消传统式的人工拨动手柄进行储能及操作分合闸手柄进行测验，传统方式需耗很多工作量，而且也没安全指示及统一判据等。由于工作人员通过徒手操作，人为情绪及熟练度直接影响产品质量，甚至在车间由两人或以上操作时由于没有安全防护或状态指示，在储能的情况下，身体部位没脱离设备，误动作造成人生安全事故，也不同于断路器特性测试仪，断路器特性测试仪只作为单次测试或检验用，本发明作为生产配套调试及出厂磨合用，具有检测效率高、实用性强的优点。

Description

断路器机械功能测试方法及其设备

技术领域

本发明涉及电气设备领域，特别是涉及一种断路器机械功能测试方法及其设备。

背景技术

户外柱上断路器OCB2在生产过程中，不仅需对设备进行储能，合闸，分闸及真空泡触头导通分合位状态测验；而且装配过程也需对设备进行磨合等，使设备数据均处于稳定状态。目前对这一方面的测验及磨合均是采用传统式的人工拨动手柄进行储能及操作分合闸手柄进行测验。采用传统方式需耗很多工作量，而且也没安全指示及统一判据等。由于工作人员通过徒手操作，人为情绪及熟练度直接影响产品质量，甚至在车间由两人或以上操作时由于没有安全防护或状态指示，在储能的情况下，身体部位没脱离设备，误动作造成人生安全事故。性能对整台设备至关重要，这就必然要求在设备装配过程中统一标准。

我国中低压配电网中经常采用小电流接地系统。而配电网中80%的单相接地故障经常发生在小电流接地系统中。如果发生单相接地故障后，短时间内没有进行故障的排除，一旦发展成相间短路故障，那么损失会更大。根据国家电网公司发布的《Q/GW10370-2016配电网技术导则》中的相关要求，中压线路发生永久性单相接地故障后，宜按快速就近隔离故障原则进行处理，改变了长期以来单相接地故障下持续运行2小时的传统做法，有利于提高设备及人身安全。其中《国家电网公司一二次融合成套柱上开关和环网柜入网专业检测大纲》中传动动能试验要求成套柱上断路器应能快速切除故障故障切除时间≤100ms。

断路器挂网运行中三相分合闸不同期，将使系统在短时间内处于非全相运行，其影响是：（1）中性点电压位移，产生零序电流，必须加大零序保护的整定值，降低了保护的灵敏度；（2）引起过电压，尤其在先合一相情况比先合两相严重。对双侧电源供电的变压器，会严重威胁中性点不接地系统的分极绝缘变压器中性点绝缘，可能引起中性点避雷器爆炸；（3）非同期加大重合闸时间。对系统稳定不利；（4）断路器合闸于三相短路时，如果两相先合，则使未合闸相的电压升高，增大了预穿长度，加重了对合闸功的要求，同时对灭弧室机械强度也提出更高要求。在电网招投标要求三相不同同期≤2ms。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有检测效率高、实用性强的断路器机械功能测试方法。

本发明的另一个目的在于提供一种检测户外柱上断路器OCB2高效的机械功能测试设备。具有磨合、检测快速分合闸及分合闸同期功能，提高生产效率及保障出厂供挂网的设备具备短时间内进行故障排除和分合闸同期的可靠性，并具有安全自动控制的有益效果。

为实现上述目的的技术解决方案如下：

本发明是一种断路器机械功能测试方法，包括以下步骤：

步骤（1），向断路器提供储能电源，为储能电机加载持续的DC24V直流电，直至断路器机构的凸轮棘轮卡扣并通过行程开关为PLC返回已储能信号；

步骤（2），在储能状态下储能标志M5=1，通过手动合闸让PLC接收到来自输入IO的信号LG-I4，执行合闸，合闸标志M3接通： PLC的LG-Q3信号输出，实现断路器二次侧导通；

步骤（3），断路器二次侧机构合闸的同时断路器一次侧触头也接通，接通时将接通信号反馈至PLC输入端IO，此时的信号采集A相由I7；B相由I6；C相由I8；I7信号为高速计时器ST1触发条件，M3为终止条件；I6信号为高速计时器ST2触发条件，M3为终止条件； I8信号为高速计时器ST3触发条件，M3为终止条件；

步骤（4），通过PLC中CPU计算指令分别算出高速计时器ST1/ST2/ST3的脉宽与给定脉宽ST10的差值后再进行运算比较来获得A/B/C相的同期值；|（ST10-ST1）-(ST10-ST2)|≤2ms，如果小于2ms合格，大于2ms不合格；

步骤（5），合闸同期值≤2ms则不显示，超出范围则作出告警提示；

步骤（6），以上操作后再手动分闸让PLC接收到来自输入端IO的信号LG-I3，执行分闸，分闸标志M2接通，PLC的信号LG-Q2输出，实现断路器二次侧导通；

步骤（7），断路器二次侧机构分闸的同时断路器一次侧触头也断开，断开时将信号反馈至PLC输入端IO，此时的信号采集A相由I7；B相由I6；C相由I8；I7信号为高速计时器ST1触发条件，M2为终止条件；同样的，I6信号为高速计时器ST2触发条件，M2为终止条件；同样的，I8信号为高速计时器ST3触发条件，M2为终止条件；

步骤（8），通过PLC中CPU计算指令分别算出高速计时器ST1/ST2/ST3的脉宽与给定脉宽ST0的差值后再进行运算比较来获得A/B/C相的同期值：|（ST0-ST1）-(ST0-ST2)|≤2ms，如果小于2ms合格，大于2ms不合格；

步骤（9），分闸同期值≤2ms则不显示，超出范围则在液晶屏作出告警提示。

所述步骤（2）和（6）中，同期合闸执行标志脉宽ST10=100ms；仅在100ms内M3=1；同期分闸执行标志脉宽ST0=100ms；仅在100ms内M2=1。

所述步骤（2）和（6）中，PLC的LG-Q3和LG-Q2信号输出，驱动大功率晶体管导通，使合闸线圈加载驱动断路器机构合闸，分闸线圈加载驱动断路器机构分闸，实现断路器二次侧导通。

所述步骤（4）中给定脉宽ST10为100ms，步骤（8）中给定脉宽ST0为100ms。

本发明是一种断路器机械功能测试方法用的测试设备，包括移动式箱柜、PLC、导轨开关电源、连接线缆、多个中间继电器、多个大功率晶体管、多个操作按钮、多个指示灯、多个线圈；

所述PLC、导轨开关电源、多个中间继电器、多个大功率晶体管、多个操作按钮、多个指示灯、多个线圈皆安装在移动式箱柜内；所述PLC用于信号采集运算及输出控制；所述多个中间继电器及多个大功率晶体管分别与PLC电连接，用于接收PLC发出动作指令执行相应线路导通供电动作；所述导通一次回路通过的导轨开关电源与PLC电连接，提供二次控制回路的PLC、多个中间继电器、多个大功率晶体管、多个指示灯、多个线圈能源以及高电平信号源；所述连接线缆的一端与PLC连接，连接线缆的另一端通过航空插头外接待检测的断路器。

所述多个操作按钮分别与多个指示灯或多个线圈串联，多条串联在一起的操作按钮与指示灯或操作按钮与线圈并联后与导轨开关电源电连接。

本发明还包括小型断路器；所述小型断路器设置在电源输入回路上，用于隔断及导通一次电源。

所述中间继电器有8组，大功率晶体管4组，用于执行储能、分闸、合闸、自运行指示、储能指示；所述中间继电器设置有常开点，用于导通、储能、自运行指示、储能指示；所述大功率晶体管设置独立连接点用于分闸、合闸瞬时输出。

采用上述方案后，本发明具有以下优点：

1、由于本发明的方法包括分闸检测、合闸检测、分闸同期检测、合闸同期检测等步骤，可取消传统式的人工拨动手柄进行储能及操作分合闸手柄进行测验，传统方式需耗很多工作量，而且也没安全指示及统一判据等。由于工作人员通过徒手操作，人为情绪及熟练度直接影响产品质量，甚至在车间由两人或以上操作时由于没有安全防护或状态指示，在储能的情况下，身体部位没脱离设备，误动作造成人生安全事故，也不同于断路器特性测试仪，断路器特性测试仪只作为单次测试或检验用，本发明作为生产配套调试及出厂磨合用，具有检测效率高、实用性强的优点。

2、由于本发明的设备包括移动式箱柜、PLC、导轨开关电源、连接线缆、多个中间继电器、多个大功率晶体管、多个操作按钮、多个指示灯、多个线圈；所述PLC用于信号采集运算及输出控制，中间继电器、多个大功率晶体管用于接收PLC发出动作指令执行相应线路导通供电动作，通过每扫描周期采集的高电平信号经逻辑运算输出导通供中间继电器及大功率晶体管电动作控制再执行常开触点导通相应控制回路输出，其仅需一人就能完成安装，提高了测试效率；按下或选择控制按钮即可实现断路器操动机构的循环试验，直到循环试验结束，且在测验环节出问题时具有状态指示，节省了试验时间及人力物力，方便了调试工作者，提高了试验的效率又确保安全。

进一步地，本发明采用多个大功率晶体管，其基材为半导体器件，控制电路开合具有反应灵敏（us级）确保输出脉宽精度以满足断路器快速切除故障，故障切除时间≤100ms；

进一步地，所述分闸、合闸负载为直流24V，采用导轨开关电源将交流源转成直流源，供一次分闸、合闸负载同时针对多个大功率晶体管的高电平信号及满足晶体管运用要求；

进一步地，所述信号采集手动-自动、储能、分闸、合闸、储能状态、合闸状态A/B/C有两组共16点（1个字）连接于PLC输入端口，其中合闸状态A/B/C分别通过PLC内部高速累积定时器分辨其同期值

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的轴测图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明的电路原理图；

图4是本发明控制逻辑图；

图5是本发明的逻辑运用时序图。

具体实施方式

如图3-图5所示，本发明是一种断路器机械功能测试方法，包括以下步骤：

步骤（1），向断路器提供储能电源，为储能电机加载持续的DC24V直流电，直至断路器机构的凸轮棘轮等卡扣并通过行程开关为PLC2返回已储能信号；

步骤（2），在储能状态下储能标志M5=1，通过手动合闸让PLC2接收到来自输入IO的信号LG-I4，执行合闸，合闸标志M3接通：同期合闸执行标志脉宽ST10=100ms，仅在100ms内M3=1，PLC2的LG-Q3信号输出，大功率晶体管8（考虑到负载电流故不直接采用PLC输出Q3端子点导通，也因为继电器触点导通会产生较大误差的延时，故采用大功率晶体管作为加载导通元器件）导通使合闸线圈加载驱动断路器机构合闸，实现断路器二次侧导通；

步骤（3），断路器二次侧机构合闸的同时断路器一次侧触头也接通，接通时将接通信号反馈至PLC输入端IO，此时的信号采集A相由I7；B相由I6；C相由I8；I7信号为高速计时器ST1触发条件，M3为终止条件；I6信号为高速计时器ST2触发条件，M3为终止条件； I8信号为高速计时器ST3触发条件，M3为终止条件；

步骤（4），通过PLC中CPU计算指令分别算出高速计时器ST1/ST2/ST3的脉宽与给定脉宽ST10（如：ST10=100ms）的差值后再进行运算比较来获得A/B/C相的同期值；|（ST10-ST1）-(ST10-ST2)|≤2ms，如果小于2ms合格，大于2ms不合格；

如：A与B相同期1ms：

|（100-98）-(100-99)|≤2ms；

|（ST10-ST2）-(ST10-ST3)|≤2ms；

B与C相同期0ms：

|（100-99）-(100-99)|≤2ms；

|（ST10-ST1）-(ST10-ST3)|≤2ms；

A与C相同期1ms：

|（100-98）-(100-99)|≤2ms；

结论，满足要求；

步骤（5），合闸同期值≤2ms则不显示，超出范围则在液晶屏作出告警提示；

步骤（6），以上操作后再手动分闸让PLC接收到来自输入端IO的信号LG-I3，执行分闸，分闸标志M2接通：同期分闸执行标志脉宽给定假设ST0=100ms；仅在100ms内M2=1，PLC的信号LG-Q2输出，大功率晶体管8（考虑到负载电流故不直接采用PLC输出Q2端子点导通，也因为继电器触点导通会产生较大误差的延时，故采用大功率晶体管作为加载导通元器件）导通，使分闸线圈加载驱动断路器机构分闸，实现断路器二次侧导通；

步骤（7），断路器二次侧机构分闸的同时断路器一次侧触头也断开，断开时将信号反馈至PLC输入端IO，此时的信号采集A相由I7；B相由I6；C相由I8；

步骤（8），I7信号为高速计时器ST1触发条件，M2为终止条件；同样的，I6信号为高速计时器ST2触发条件，M2为终止条件；同样的，I8信号为高速计时器ST3触发条件，M2为终止条件；

步骤（9），通过PLC中CPU计算指令分别算出高速计时器ST1/ST2/ST3的脉宽与给定脉宽ST0的差值后再进行运算比较来获得A/B/C相的同期值：|（ST0-ST1）-(ST0-ST2)|≤2ms，如果小于2ms合格，大于2ms不合格；

如：

|（ST0-ST1）-(ST0-ST2)|≤2ms；

A与B相同期2ms：

|（100-95）-(100-97)|≤2ms；

|（ST0-ST2）-(ST0-ST3)|≤2ms；

B与C相同期2ms：

|（100-97）-(100-99)|≤2ms；

|（ST0-ST1）-(ST0-ST3)|≤2ms；

A与C相同期4ms：

|（100-95）-(100-99)|＞2ms；

结论，不满足要求；

步骤（10），分闸同期值≤2ms则不显示，超出范围则在液晶屏作出告警提示。

图5中，M5为能量标志，M2为分闸标志，M3为合闸标志，A为A相，B为B相，C为C相，OUTH ST0为PLC发出（分闸）瞬时得电脉宽，OUTH ST10为PLC发出（合闸）瞬时得电脉宽，OUTHST1为A相从PLC发出（合闸/分闸）瞬时得脉宽后触头相应触发时得电脉宽，OUTH ST2为B相从PLC发出（合闸/分闸）瞬时得脉宽后触头相应触发时得电脉宽，OUTH ST3为C相从PLC发出（合闸/分闸）瞬时得脉宽后触头相应触发时得电脉宽。

如图5所示，所述同期检测-合闸同期判据

|（ST10-ST1）-(ST10-ST2)|≤2ms；

|（ST10-ST2）-(ST10-ST3)|≤2ms；

|（ST10-ST1）-(ST10-ST3)|≤2ms；

所述同期检测-分闸同期判据

|（ST0-ST1）-(ST0-ST2)|≤2ms；

|（ST0-ST2）-(ST0-ST3)|≤2ms；

|（ST0-ST1）-(ST0-ST3)|≤2ms。

如图1-图3所示，本发明是一种断路器机械功能测试设备，包括移动式箱柜1、PLC2、导轨开关电源3、连接线缆4、多个中间继电器5、多个操作按钮6、多个指示灯7、多个大功率晶体管8、小型断路器9。

所述PLC2、导轨开关电源3、多个中间继电器5、多个操作按钮6、多个指示灯7、多个大功率晶体管8皆安装在移动式箱柜1上。所述PLC2用于信号采集运算及输出控制；所述多个中间继电器5及多个大功率晶体管8分别与PLC2电连接，用于接收PLC2发出动作指令执行相应线路导通供电动作；所述导通一次回路通过的导轨开关电源3与PLC2电连接，提供二次控制回路的PLC2、多个中间继电器5、多个大功率晶体管8、多个指示灯7、储能、分/合闸等多个线圈8能源以及高电平信号源；所述多个操作按钮6分别与多个指示灯7或多个线圈8串联，多条串联在一起的操作按钮6与指示灯7或操作按钮6与线圈8并联后与导轨开关电源3电连接；所述连接线缆4的一端与PLC2连接，连接线缆4的另一端通过航空插头外接待检测的断路器，待检测的OCB2断路器驱动分合的机构驱动电源及控制回路由测试设备提供，并将信号通过导线传送回测试设备上进行逻辑判断及运算。所述小型断路器9设置在电源输入回路上，用于隔断及导通一次电源。

所述中间继电器5有8组及多个大功率晶体管8有4组（KS-1/tr-2/tr-3/KS-4/KS-5/KS-6/KS-7/tr-8/tr-9/KS-A/KS-B/KS-C），用于执行1#储能/1#分闸/1#合闸/1#自运行指示/1#储能指示/2#储能/2#分闸/2#合闸/2#自运行指示/2#储能指示；所述中间继电器5设置有常开点（KA-1/KA-4/KA-5/KA-6/KA-7/KA-A/KA-B/KA-C），用于导通1#储能/1#自运行指示/1#储能指示/2#储能/2#自运行指示/2#储能指示；所述多个大功率晶体管设置有常开点（KA-2/KA-3/KA-8/KA-9）用于导通1#分闸/1#合闸/2#分闸/2#合闸；所述信号采集1#手动-自动/1#储能/1#分闸/1#合闸/1#储能状态/1#合闸状态A/B/C/2#手动-自动/2#储能/1#分闸/2#合闸/2#储能状态/2#合闸状态A/B/C。

如图1、图2所示，所述所有配件集成于移动式箱柜1，移动式箱柜1设置操作面板，面板嵌有小型断路器9、带液晶屏的PLC2及指示灯7等；所述移动式箱柜1下设置箱门，内胆装置DRP变压器（导轨开关电源3）、中间继电器5及多个大功率晶体管8等；所述移动式箱柜1两侧面装置散热风扇及航空插等。

移动式箱柜1、PLC2、导轨开关电源3、连接线缆4、多个中间继电器5、多个操作按钮6、多个指示灯7、多个大功率晶体管8、小型断路器9。

如图4所示，所述电源导通且对接航空插就绪后，当选控开关闭合，置位手动状态，可进行手动储能，手动状态下分闸，手动状态下合闸输出；当选控开关断开，置位自动状态，设备进入自动模式，在有设置计数未储能且分闸状态下将执行储能输出，再有接收储能信号后延时时（时间可设，时间=0时不延时），延时到后执行自动状态下合闸，再有接收合闸信号后延时时（时间可设，时间=0时不延时），延时到后执行自动状态下分闸，重复如上过程直至达到预置的计数值后完成自动机械性能测试；所述在手动状态或自动状态下分闸以及合闸均设置有开放脉宽（可根据特性要求设置），储能及合闸指示在接收来自OCB2断路器回路导通信号下既有加载输出，不受手动或自动状态影响。脉宽的信号采集为合闸信号的下降沿触发，即只有合闸下降沿触发采集到的信号数与所设置的脉宽输出数相等时（Km=Cn）才判定磨合合格，说明脉宽时间内断路器是正常工作的。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种断路器机械功能测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤（1），向断路器提供储能电源，为储能电机加载持续的DC24V直流电，直至断路器机构的凸轮棘轮卡扣并通过行程开关为PLC返回已储能信号；

步骤（2），在储能状态下储能标志M5=1，通过手动合闸让PLC接收到来自输入IO的信号LG-I4，执行合闸，合闸标志M3接通： PLC的LG-Q3信号输出，实现断路器二次侧导通；

步骤（3），断路器二次侧机构合闸的同时断路器一次侧触头也接通，接通时将接通信号反馈至PLC输入端IO，此时的信号采集A相由I7；B相由I6；C相由I8；I7信号为高速计时器ST1触发条件，M3为终止条件；I6信号为高速计时器ST2触发条件，M3为终止条件； I8信号为高速计时器ST3触发条件，M3为终止条件；

步骤（4），通过PLC中CPU计算指令分别算出高速计时器ST1/ST2/ST3的脉宽与给定脉宽ST10的差值后再进行运算比较来获得A/B/C相的同期值；|（ST10-ST1）-(ST10-ST2)|≤2ms，如果小于2ms合格，大于2ms不合格；

步骤（5），合闸同期值≤2ms则不显示，超出范围则作出告警提示；

步骤（6），以上操作后再手动分闸让PLC接收到来自输入端IO的信号LG-I3，执行分闸，分闸标志M2接通，PLC的信号LG-Q2输出，实现断路器二次侧导通；

步骤（7），断路器二次侧机构分闸的同时断路器一次侧触头也断开，断开时将信号反馈至PLC输入端IO，此时的信号采集A相由I7；B相由I6；C相由I8；I7信号为高速计时器ST1触发条件，M2为终止条件；同样的，I6信号为高速计时器ST2触发条件，M2为终止条件；同样的，I8信号为高速计时器ST3触发条件，M2为终止条件；

步骤（8），通过PLC中CPU计算指令分别算出高速计时器ST1/ST2/ST3的脉宽与给定脉宽ST0的差值后再进行运算比较来获得A/B/C相的同期值：|（ST0-ST1）-(ST0-ST2)|≤2ms，如果小于2ms合格，大于2ms不合格；

步骤（9），分闸同期值≤2ms则不显示，超出范围则在液晶屏作出告警提示。

2.根据权利要求1所述的断路器机械功能测试方法，其特征在于：所述步骤（2）和（6）中，同期合闸执行标志脉宽ST10=100ms；仅在100ms内M3=1；同期分闸执行标志脉宽ST0=100ms；仅在100ms内M2=1。

3.根据权利要求1所述的断路器机械功能测试方法，其特征在于：所述步骤（2）和（6）中，PLC的LG-Q3和LG-Q2信号输出，驱动大功率晶体管导通，使合闸线圈加载驱动断路器机构合闸，分闸线圈加载驱动断路器机构分闸，实现断路器二次侧导通。

4.根据权利要求1所述的断路器机械功能测试方法，其特征在于：所述步骤（4）中给定脉宽ST10为100ms，步骤（8）中给定脉宽ST0为100ms。

5.一种根据权利要求1所述断路器机械功能测试方法用的测试设备，其特征在于：包括移动式箱柜、PLC、导轨开关电源、连接线缆、多个中间继电器、多个大功率晶体管、多个操作按钮、多个指示灯、多个线圈；

所述PLC、导轨开关电源、多个中间继电器、多个大功率晶体管、多个操作按钮、多个指示灯、多个线圈皆安装在移动式箱柜内；所述PLC用于信号采集运算及输出控制；所述多个中间继电器及多个大功率晶体管分别与PLC电连接，用于接收PLC发出动作指令执行相应线路导通供电动作；所述导通一次回路通过的导轨开关电源与PLC电连接，提供二次控制回路的PLC、多个中间继电器、多个大功率晶体管、多个指示灯、多个线圈能源以及高电平信号源；所述连接线缆的一端与PLC连接，连接线缆的另一端通过航空插头外接待检测的断路器。

6.根据权利要求5所述的断路器机械功能测试设备，其特征在于：所述多个操作按钮分别与多个指示灯或多个线圈串联，多条串联在一起的操作按钮与指示灯或操作按钮与线圈并联后与导轨开关电源电连接。

7.根据权利要求5所述的断路器机械功能测试设备，其特征在于：还包括小型断路器；所述小型断路器设置在电源输入回路上，用于隔断及导通一次电源。

8.根据权利要求5所述的断路器机械功能测试设备，其特征在于：所述中间继电器有8组，大功率晶体管4组，用于执行储能、分闸、合闸、自运行指示、储能指示；所述中间继电器设置有常开点，用于导通、储能、自运行指示、储能指示；所述大功率晶体管设置独立连接点用于分闸、合闸瞬时输出。

Images