CN113466678B - 一种大电流多相切换开关故障快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明采用的技术方案是：一种大电流多相切换开关故障快速检测装置，其特征在于：包括电源模块、驱动模块、检测模块；其中电源模块为驱动模块和检测模块供电；驱动模块的输出端用于与待检测的切换开关电连接，并向其发送驱动脉冲；检测模块的输入端通过接线柱与待检测的切换开关的晶闸管模块电连接，检测模块的回路中设置有用于与待检测的切换开关的晶闸管模块相串联的指示灯。本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种大电流多相切换开关故障快速检测装置，以实现切换开关在工程应用中快速、准确故障检测与定位。

Description

一种大电流多相切换开关故障快速检测装置

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种大电流多相切 换开关故障快速检测装置。

背景技术

在电磁发射领域，如未来的高速磁浮、航天发射等大电流、 高功率的应用场合，将会采用切换供电的方式为负载提供电能。 这种供电方式一方面能够减少负载的功率损耗，提高系统工作效 率；另一方面可以减少系统热效应，克服现有电力电子器件容量 小等缺点，降低对器件的选型限制。

应用于电磁发射领域的切换开关装置数量庞大(几百至几千 台)，使用环境恶劣(高温、高湿、高盐雾、高振动等因素)，对 切换开关的短时通流能力、响应速度、切换平稳度和连续性有较 高的要求，因此切换开关在设计过程中通常采用灌胶的方式对驱 动电路和晶闸管组件等进行保护。且由于切换开关单体重量较大、 维护空间受限，进一步加大了切换开关的拆装难度。一旦部分开 关发生故障未及时更换会导致负载电流和电压应力突变，加大相邻切换开关损坏的风险，严重时可导致系统瘫痪或功能指标降低。

目前，针对切换开关故障检测一般多采用系统试验数据间接 定位的方法(如通过系统的电压、电流和速度指标等判断)，对人 力、物力的需求较大、时间成本较高，不适用于复杂电磁发射大 系统，因此需要一种快速、有效的故障检测装置准确定位故障， 在较短的时间内恢复系统功能。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供 一种大电流多相切换开关故障快速检测装置，以实现切换开关在 工程应用中快速、准确故障检测与定位。

本发明采用的技术方案是：一种大电流多相切换开关故障快 速检测装置，其特征在于：包括电源模块、驱动模块、检测模块； 其中电源模块为驱动模块和检测模块供电；驱动模块的输出端用 于与待检测的切换开关电连接，并向其发送驱动脉冲；检测模块 的输入端通过接线柱与待检测的切换开关的晶闸管模块电连接，检测模块的回路中设置有用于与待检测的切换开关的晶闸管模块 相串联的指示灯；

当驱动模块不发送指令导通切换开关时，如果检测模块中的 指示灯点亮，则判定晶闸管模块短路；

当判定晶闸管无短路后，驱动模块输出驱动指令至指定的切 换开关的晶闸管模块以导通待检测的切换开关；如果检测模块中 的指示灯点亮则判定待测的切换开关状态正常；反之则判定待测 的切换开关状态不正常。

上述技术方案中，还包括万用表；当判定待测的切换开关状 态不正常后，驱动模块继续块输出驱动指令至指定的切换开关的 晶闸管模块以导通切换开关，通过万用表读取驱动模块输出端的 阻抗值；如果万用表读数正常，(阻抗正常约为2.8Ω左右,但不 同的脉冲变压器会有不同的性能指标)则判定待测的切换开关的 脉冲变压器无故障，晶闸管模块损坏；如果万用表读数异常，则 判定待测的切换开关的脉冲变压器损坏。本发明采用万用表度数即可实时判断开关故障状态的具体情况，操作简单方便，且检测 设备的成本低。

上述技术方案中，还包括壳体；电源模块、驱动模块、检测 模块、万用表均集成于壳体内；驱动模块的输出端接口设置于壳 体的表面；检测模块的接线柱设置于壳体的表面；万用表的表笔 接口设置于壳体的表面；电源模块的外部电源输入端的接口设置 于壳体的表面；壳体表面设置有读数窗口，用于使用者观察万用表的读数；壳体表面设置有观察窗口，用于使用者观察指示灯的 状态。本发明的结构简单，设备本身的集成度高，使用方便。

上述技术方案中，驱动模块包括两路用于输出驱动脉冲指令 的输出接口，其中1路作为备用接口，每路输出接口可实现6路 驱动脉冲指令的独立输出，用于驱动相应位置的晶闸管模块；每 路输出接口对应设置有壳体上设置有分别对应各个晶闸管模块的 按键开关，驱动模块的回路与所述的按键开关串联；驱动模块基 于被按下的按键开关向对应的晶闸管输出驱动脉冲指令。本发明 的工装有两路是复用的，针对一路驱动脉冲输出端口里面主要包 括7个按键和1个输出航插接口，7个按键是1个总控按键(相 当于启动该端口，关闭总控后其他6个按键无效)和6个单个晶 闸管驱动按键，主要一对一驱动晶闸管进行检测，一次只测量单 个晶闸管及驱动电路的好坏。输出航插接口输出的指定脉冲通过按键控制，有效实现驱动命令的精准输出。

上述技术方案中，驱动模块包括2路相同的驱动电路；所述 驱动电路包括脉冲生成电路、脉冲驱动指令电路、脉冲合成电路 和6个驱动脉冲输出电路；脉冲生成电路生成固定频率的方波脉冲输出至脉冲合成电路；脉冲驱动指令电路生成并输出稳定脉冲 驱动指令至脉冲合成电路；脉冲合成电路将脉冲驱动指令和生成 的方波脉冲通过逻辑门电路合成驱动脉冲并输出；脉冲合成电路 的输出端经晶闸管模块对应的按键开关分别与对应的驱动脉冲输 出电路的输入端电连接；脉冲输出电路放大驱动脉冲功率并输出 脉冲；脉冲输出电路的输出端通过输出接口向待测的检测开关输出驱动脉冲指令；所述外部开关设置于壳体上。

上述技术方案中，电源模块包括实时供电回路和不间断电源 供电回路；其中实时供电回路的输入端与外部市电电源电连接； 不间断电源供电回路采用UPS电源；实时供电回路的输出24V直 流电为驱动模块供电；驱动模块将24V直流电分别转化为15V和 5V的直流电；不间断电源供电回路为检测模块供电。本发明的电源模块有效满足设备内部各个器件的供电需求。

上述技术方案中，还包括驱动线缆组件；所述驱动线缆组件 设置壳体外；驱动线缆组件包括2组相同的线缆，每组线缆包括 线缆A和线缆B；线缆A的一端设置有与驱动模块的输出接口相 匹配的接头，线缆A的一端接头与驱动模块的输出接口相匹配的， 线缆A的另一端接头与待测切换开关或线缆B的一端接头相匹配； 线缆B的另一端接头与待测切换开关相匹配，该端接头型号根据 待测切换开关的型号调整。驱动线缆组件主要是用于检测装置和 切换开关之间的物理连接，采用通用化接口的快拆电缆设计，可 根据不同类型的切换开关配置，易拆卸更换，进一步增强了分段开关检测装置的通用性。

上述技术方案中，电源模块中还串联有电源指示灯和电源开 关，所述电源指示灯和电源开关均设置于壳体表面；3个电源指 示灯串联于外部AC220V电源、内部DC15V和DC5V二次电源的输 出回路中。

本发明的有益效果是：本发明无须依赖系统试验数据独立检 测切换开关故障。本发明采用易操作的人机交互界面，所述交互方式包括控制指令的下达及结果的反馈，控制下达：简单的操作 按键；状态反馈：指示灯的状态和万用表的读数；以及简洁的电 路设计原理，方便维护人员使用操作；同时外部电源和不间断电 源双路冗余供电的方式，提高了装置的便携性。本发明采用一体 集成化结构和通用快拆电缆接口的设计，减小了体积、重量的同 时，便于携带和贮存，进一步提高了检测装置的适装性。

附图说明

图1三相切换开关检测装置外形示意图

图2三相切换开关检测装置内部结构示意图

图3三相切换开关驱动板功能示意图

图4三相切换开关外部检测电路原理图；

图5为本发明的内部电路图；

图6为本发明的电源模块示意图；

图7为脉冲生成电路原理图；

图8为脉冲驱动指令电路原理图；

图9为驱动脉冲合成电路原理图；

图10为驱动脉冲输出电路原理图；

图11为电缆组件的示意图。

其中，1-外壳壳体，2-指示灯，3-UPS电源，4-万用表本体， 5-检测模块，6-接线柱，7-驱动指令接口，8-万用表输入接口， 9-电源接口，10-LED指示灯，11-观察窗口，12-读数窗口，13- 线缆A,14-线缆B，15-设备A，16-设备B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说 明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明主要由外壳壳体、电源模块、驱动模块、 检测模块、万用表以及驱动线缆组件等构成。电源模块、驱动模 块、检测模块、万用表均集成于壳体内；万用表的表笔接口设置 于壳体的表面；壳体上集成有对外接口，包括电源接口、脉冲输出接口和检测模块接口，其中电源接口通过供电电缆接入市电电 网为各模块供电；驱动模块的输出端连接脉冲输出接口通过驱动 电缆连接待测的切换开关脉冲输入接口，以提供驱动脉冲；检测 模块接口通过2路接线柱连接待测切换开关单相晶闸管模块，构 成检测回路。壳体表面设置有读数窗口，用于使用者观察万用表的读数；壳体表面设置有观察窗口，用于使用者观察指示灯的状 态

外壳壳体主要包括电源接口、驱动指令接口、测量接口和控 制按钮四部分组成。其中电源接口配备1路电源开关和3路LED 指示灯。拨动电源开关控制总电源的输出。电路冗余设计中UPS 电源和市电电源是并联运行，插电情况下用市电，不插电情况下 用UPS电源，这个电源开关指的是并联输出端的控制开关，不管 是市电供电还是UPS供电，均能使工装断电。3个指示灯分别监 测外部AC220V电源、内部DC15V和DC5V二次电源状态；驱动指令接口是驱动指令的输出端口，以控制待测的切换开关的工作状 态。本发明配备2路驱动指令接口，可相互复用；测量接口主要 包括万用表输入接口(红、黑表笔)和检测回路接口(开关主功 率接口)；控制按钮部分主要包括2组(共14个)按键，每组按 键由1路主驱动按钮和6路独立驱动按钮构成，主驱动按钮控制驱动脉冲指令回路开通，独立驱动按钮控制对应晶闸管驱动指令 输出。

如图6所示，电源模块主要为检测装置的驱动模块和检测模 块提供电能，主要包括实时供电回路和不间断电源供电回路，兼 容市电和UPS电源双路冗余供电模式，增加检测装置的便携性。市电电源回路中设置有手动开关和市电状态指示灯。当操作人员 合上手动开关，市电状态指示灯即电源指示灯点亮，提醒操作人 员市电接入。一方面电源模块将AC220V市电转换为DC24V供给驱 动模块，如图中所示的驱动板。驱动模块再通过V24C15T100BL 和THD12-2411将DC24V分别转化为15V和5V供给脉冲生成电路 和脉冲输出电路；另一方面电源模块直接输出AC220V，为检测模 块(即图中所示的通断状态显示电路)指示灯以及万用表(即图 中所示的电压测试电路)提供电能。

驱动模块包括2路脉冲指令输出接口，其中1路可作为备用 接口，如图3、5所示。驱动模块主要包括2个相同的驱动电路； 每个驱动电路均包括脉冲生成电路、脉冲驱动指令电路、驱动脉 冲合成电路和6个与晶闸管一一对应的驱动脉冲输出电路，各电 路模块的具体实施例示意图如图7-10所示。脉冲生成电路通过 555定时器生成固定频率的方波脉冲；脉冲驱动指令电路则通过 外部开关和光耦芯片控制输出稳定脉冲驱动指令。所述外部开关 包括2个，分别用于驱动对应的驱动电路中的脉冲驱动指令电 路。脉冲合成电路是将脉冲驱动指令和生成的脉冲通过逻辑门电 路合成驱动脉冲；脉冲输出电路通过场效应管驱动芯片和场效应 管放大驱动脉冲功率并输出脉冲，同时在场效应管驱动芯片输入 端加入对应的按键开关(AP开关、AN开关、BP开关、BN开关、CP开关、CN开关)控制对应的脉冲输出。驱动脉冲合成电路经被 导通的按键开关输出驱动脉冲至对应的驱动脉冲输出电路，驱动脉冲输出电路将驱动脉冲放大后输出至脉冲输出接口。驱动电路模块提供2路强制脉冲输出接口，每1路接口可实现6路(A+、 A-、B+、B-、C+、C-)驱动指令的独立输出，用于驱动相应位置 的晶闸管。

检测模块如图4所示，其中包括220V电源(壳体内部的不间 断电源)、LED指示灯、2路接线端子和万用表组成。其主要作用 是在待测的切换开关有强制脉冲驱动指令输入后，根据检测回路 的LED指示灯的状态判断开关是否存在故障。

如图11所示，还包括驱动线缆组件；所述驱动线缆组件设置 壳体外；驱动线缆组件包括2组相同的线缆，每组线缆包括线缆 A和线缆B；线缆A的一端设置有与驱动模块的输出接口相匹配的 接头，线缆A的一端接头与驱动模块的输出接口相匹配的，线缆 A的另一端接头与待测切换开关或线缆B的一端接头相匹配；线 缆B的另一端接头与待测切换开关相匹配，该端接头型号根据待测切换开关的型号调整。驱动线缆组件主要是用于检测装置和切 换开关之间的物理连接。采用通用化接口的快拆电缆设计，可根 据不同类型的切换开关配置，易拆卸更换，进一步增强了分段开 关检测装置的通用性。

线缆A为连接本发明与设备A的线缆组件；转接的线缆B为 适配设备A到设备B的转换电缆，线缆A长度10米，方便适配复 杂多种环境切换开关的检查任务，转接线缆B长度0.5米，可通 过更换转接线缆来适配不同的切换开关，实现工装的通用化。

设备A和设备B为切换开关上对应安装的驱动航插插座；

转接线缆B实现线缆A的接口转换，使接口转换后的线缆组 件(A+B)，可以实现设备B与脉冲测试工装盒的连接；

线缆A节点定义如下：

转接线缆B节点定义如下：

本发明的工作过程如下：①打开检测装置220V供电电源，观 察各电源指示灯状态是否正常。若不亮，则排查电源故障；若点 亮，则继续。②打开检测电路AC220V供电电源，观察检测电路指 示灯状态。若点亮，则晶闸管短路；若不亮，则继续。③打开驱 动指令输出接口控制开关，控制对应晶闸管驱动指令控制按钮 (A+、A-、B+、B-、C+、C-)，输出脉冲驱动指令，观察检测回路 指示灯状态，若点亮，则该回路正常，检测完毕；若不亮，则对 应相脉冲变压器或晶闸管异常。④通过检测装置配套的万用表测量脉冲变压器输入端(驱动航插)相应引脚间的阻抗值。若正常 (正常是2.8Ω左右，测量的是脉冲变压器内部电阻值，异常是大于该阻抗值)，则脉冲变压器无故障，晶闸管损坏；若异常，则 脉冲变压器损坏。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公 知的现有技术。

Claims (5)

1.一种大电流多相切换开关故障快速检测装置，其特征在于：包括电源模块、驱动模块、检测模块和万用表；其中电源模块为驱动模块和检测模块供电；驱动模块的输出端用于与待检测的切换开关电连接，并向其发送驱动脉冲；检测模块的输入端通过接线柱与待检测的切换开关的晶闸管模块电连接，检测模块的回路中设置有用于与待检测的切换开关的晶闸管模块相串联的指示灯；驱动模块包括两路用于输出驱动脉冲指令的输出接口，其中1路作为备用接口，每路输出接口用于实现6路驱动脉冲指令的独立输出，用于驱动相应位置的晶闸管模块；每路输出接口设置有分别对应各个晶闸管模块的按键开关，驱动模块的回路与所述的按键开关串联；

驱动模块包括2路相同的驱动电路；所述驱动电路包括脉冲生成电路、脉冲驱动指令电路、脉冲合成电路和6个驱动脉冲输出电路；脉冲生成电路生成固定频率的方波脉冲输出至脉冲合成电路；脉冲驱动指令电路生成并输出稳定脉冲驱动指令至脉冲合成电路；脉冲合成电路将脉冲驱动指令和生成的方波脉冲通过逻辑门电路合成驱动脉冲并输出；脉冲合成电路的输出端经晶闸管模块对应的按键开关分别与对应的驱动脉冲输出电路的输入端电连接；脉冲输出电路放大驱动脉冲功率并输出脉冲；脉冲输出电路的输出端通过输出接口向待测的检测开关输出驱动脉冲指令；所述按键开关设置于壳体上；

所述大电流多相切换开关故障快速检测装置的检测过程包括以下步骤：

启动电源模块，使其为驱动模块和检测模块供电检测装置供电；驱动模块不发送指令导通切换开关，如果检测模块中的指示灯点亮，则判定晶闸管模块短路；

当判定晶闸管无短路后，驱动模块基于被按下的按键开关向对应的晶闸管输出驱动脉冲指令；驱动模块输出驱动指令至指定的切换开关的晶闸管模块以导通待检测的切换开关；如果检测模块中的指示灯点亮则判定待测的切换开关状态正常；反之则判定待测的切换开关状态不正常；

判定待测的切换开关状态不正常后，驱动模块继续块输出驱动指令至指定的切换开关的晶闸管模块以导通切换开关，通过万用表读取驱动模块输出端的阻抗值；如果万用表读数正常，则判定待测的切换开关的脉冲变压器无故障，晶闸管模块损坏；如果万用表读数异常，则判定待测的切换开关的脉冲变压器损坏。

2.根据权利要求1所述的一种大电流多相切换开关故障快速检测装置，其特征在于：还包括壳体；电源模块、驱动模块、检测模块、万用表均集成于壳体内；驱动模块的输出端接口设置于壳体的表面；检测模块的接线柱设置于壳体的表面；万用表的表笔接口设置于壳体的表面；电源模块的外部电源输入端的接口设置于壳体的表面；壳体表面设置有读数窗口，用于使用者观察万用表的读数；壳体表面设置有观察窗口，用于使用者观察指示灯的状态。

3.根据权利要求1所述的一种大电流多相切换开关故障快速检测装置，其特征在于电源模块包括实时供电回路和不间断电源供电回路；其中实时供电回路的输入端与外部市电电源电连接；不间断电源供电回路采用UPS电源；实时供电回路的输出24V直流电为驱动模块供电；驱动模块将24V直流电分别转化为15V和5V的直流电；不间断电源供电回路为检测模块供电。

4.根据权利要求1所述的一种大电流多相切换开关故障快速检测装置，其特征在于还包括驱动线缆组件；所述驱动线缆组件设置壳体外；驱动线缆组件包括2组相同的线缆，每组线缆包括线缆A和线缆B；线缆A的一端设置有与驱动模块的输出接口相匹配的接头，线缆A的一端接头与驱动模块的输出接口相匹配的，线缆A的另一端接头与待测切换开关或线缆B的一端接头相匹配；线缆B的另一端接头与待测切换开关相匹配，该端接头型号根据待测切换开关的型号调整。

5.根据权利要求1所述的一种大电流多相切换开关故障快速检测装置，其特征在于电源模块中还串联有电源指示灯和电源开关，所述电源指示灯和电源开关均设置于壳体表面；3个电源指示灯串联于外部AC220V电源、内部DC15V和DC5V二次电源的输出回路中。