CN115047224A - 一种实验短路与故障的识别与保护系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验短路与故障的识别与保护系统及其使用方法，该系统包括采样单元、信号放大及滤波单元、数据转换单元、控制器和驱动单元；通过采集单元采集实验电路中的电流，并将电流信号传递至信号放大及滤波单元内，对电流信号进行处理，继而将处理后的电流信号传输至数据转换单元内，将电流信号转变为数字信号，并传输至控制器内；根据触摸屏上预先所设定的参数对数字信号进行分析和计算，获得输出信号，并传输至驱动单元；本系统在使用过程中，通过预先设定参数来识别实验中的电流，区别实验正常电流和故障电流；同时，本系统在使用中采用多种判定方式来判定实验故障与否，可运用于不同的实验情况。

Description

一种实验短路与故障的识别与保护系统及其使用方法

【技术领域】

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种实验短路与故障的识别与保护系统的使用方法。

【背景技术】

实验室的供电是关系到实验安全与人员安全的重要大事，相比于工厂供电和家用供电系统，电气实验室的供电系统具有很大的不同，其不同点在于实验室正常的实验过程就是其他供电系统的故障情况。因此，由于实验室供电系统与工厂及家用供电系统的不同，实验室的供电系统的保护与普通工厂和民用供电的保护，两者也是不同的，工厂供电系统以及家用供电系统的保护方式不能适用于实验室供电保护。

在电气实验室中，所进行的实验为短路实验，正常的实验短路电流是可以人为控制的，而故障短路电流是不受控制的，两者之间的矛盾关系一直都无法解决。

因此，设计一种能够自动识别实验室正常实验电流与故障电流并且能够保护电路将故障控制在故障发生初始状态的实验保护系统非常有必要。

【发明内容】

针对上述现有技术中一般的电路保护系统不适用于实验室电路的技术问题，本发明的目的是通过设计一种实验短路与故障的识别与保护系统及其使用方法，通过设定实验的参数，对整个实验过程中的正常电流和故障电流进行识别，当检测到的实验电流没有位于所设定的阈值区间时，会触发系统的驱动单元启动系统保护，并将实验状态控制在故障发生的初始状态，从而有效提高电路的安全与稳定性。

为了达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种实验短路与故障的识别与保护系统，所述系统包括采样单元，所述采样单元包括复数个高精度电流采集器；信号放大及滤波单元，所述信号放大及滤波单元包括复数个高精度电流积分器；所述高精度电流积分器与所述高精度电流采集器相连；数据转换单元，所述数据转换单元包括复数个高精度模数转换器；所述高精度模数转换器连接在所述高精度电流积分器上；控制器，所述控制器与所述高精度模数转换器相连，并通过电路与触摸屏以及样品状态反馈单元连通；驱动单元，所述驱动单元与所述控制器相连，用于保护电路；其中，所述高精度电流采集器采集实验电路中的电流信号，将电流信号传递至所述高精度电流积分器内，通过所述高精度电流积分器对电流信号进行放大和滤波处理，并将处理后的电流信号传输至所述高精度模数转换器内；所述高精度模数转换器将电流信号转变为数字信号，传输至所述控制器内；根据所述触摸屏上所设定的输入参数对数字信号进行分析和计算，获得输出信号，并将输出信号传输至所述驱动单元。

进一步地，所述触摸屏上的输入参数包括变压器类型、实验电流范围、实验端口、实验方式、电流阈值和保护时间。

进一步地，所述变压器类型包括1#变压器和2#变压器；变压器的使用方式包括单独使用所述1#变压器、单独使用所述2#变压器、所述1#变压器和所述2#变压器配合成套使用。

进一步地，所述实验端口包括大电流短路端口，所述大电流短路端口的实验方式包括大电流O短路或耐受实验和CO实验；小电流短路端口，所述小电流短路端口的实验方式包括小电流短路实验和长周期带电实验。

进一步地，所述小电流短路实验包括小电流O短路或耐受实验和CO实验。

进一步地，所述电流阈值的输入方式包括自动输入方式和手动输入方式。

进一步地，所述电流阈值包括保护电流阈值、开路保护电流阈值。

进一步地，所述实验电流范围包括100A以下、100A～1KA、1KA～5KA、5KA～10KA和10KA以上；选定实验电流后，系统自动将数据库中的对应比例参数电流填入选择框内；所述选择框包括有载保护电流框和无载保护电流框。

进一步地，所述保护时间的设定小于200ms。

一种基于权利要求1～9所述系统的使用方法，所述使用方法的步骤包括：

S1、开启系统；

S2、设定实验的输入数据；

S2.1、选择实验端口,包括大电流电路端口和小电流电路端口；

S2.2、选择变压器类型，激活被选变压器或变压器组合所对应的电流设置参数框，激活数据库自动匹配参数按键；

S2.3、选择实验电流范围；

S2.4、选择输入方式；选择完毕实验电流范围后，系统自动生成电流阈值；若选择自动输入电流阈值，则通过系统的数据库对电流阈值进行自动赋值；若选择手动输入电流阈值，则由工作人员输入电流阈值；

S2.5、实验确认；通过选择所述触摸屏中的保护投退按键，确认系统投入运行；

S2.6、选择实验方式；

S2.7、设定保护时间；系统的保护时间设定为小于200ms；

S3、开始实验；

S3.1、选择高精度电流采集器，获得实验室电路的电流信号；

S3.2、将电流信号传输至对应的高精度电流积分器上，对所获的电流信号进行放大以及过滤；

S3.3、经过高精度电流积分器处理过的电流信号传输至高精度模数转换器内，将电流信号转换为数字信号；

S3.4、将数字信号传输至控制器内，根据设定的输入参数对数字信号进行分析和计算；

S3.4.1、检查电路是否处于闭合状态，若是，则进入闭合回路实验阶段；若否，则进入开路实验阶段；

闭合回路实验阶段：检验电流是否超过保护电流阈值，若否，则继续循环检验电流是否超过保护电流阈值，若是，则进入下一步；

开路实验阶段：检验电流是否超过开路电流阈值；若否，则继续检验电流是否超过开路电流阈值；若是，则进入下一步；

S3.4.2、检验电路的电流超限是否超过滤波时间；若否，则继续检验电流超限是否超过滤波时间；若是，则进入下一步；

S3.4.3、检验时间是否超过设定的时间阈值；若否，则实验结束；若是，则通过所述控制器输出信号；

S4、将输出信号传输至所述驱动单元，开启系统保护和警告单元。

上述技术方案带来的技术效果：

1、本技术方案中通过采用模数转换器的方式将电流采集器所采集到的电流信号转变为数字信号，方便控制器对数字信号进行分析和计算，并且通过预先在本系统的数据库中设置实验所需要的参数，对所获得的参数进行识别，从而区分实验进行中的故障电流和正常电流，以确保实验的正常进行。

2、本技术方案中设置了多个电流采集器，通过电流采集器获得实验中的实时电流，以确保系统对整个实验的全局监控，保证实验进行的稳定和安全性；并且，为了保证所获得的电流信号能够准确转换为数字信号，为每一个电流采集器都配备了一个模数转换器，保证了实验的精确性。

3、本技术方案中所设计的系统中预先设置了多种实验所需要的数据，减少了实验过程中的赋值，减少了由于实验人员的疏忽而导致实验误差的出现，确保了实验能够准确顺利的进行，减少了人员的干预，同时对于特殊实验的数据设置，本系统也设置了手动输入参数的方式，不仅提高了实验数据设置了灵活度，也保证实验的精确度。

4、本技术方案中所设计的系统设置了多种判定方式，通过不同的判定方式可以判定系统在不同实验情况下的异常情况，从而增加了本系统可应用的实验，并且提高了系统的应用灵活度，不需要根据实验来调整系统。

【附图说明】

图1为本发明中的系统拓扑图；

图2为本发明中的系统模块构成图；

图3为本发明中系统的整体流程图；

其中，1、采样单元；2、信号放大及滤波单元；3、数据转换单元；4、控制器；5、驱动单元；6、触摸屏；11、1#变A相高精度电流采集器；12、1#变B相高精度电流采集器；13、2#变A相高精度电流采集器；14、2#变B相高精度电流采集器；21、第一高精度电流积分器；22、第二高精度电流积分器；31、第一高精度模数转换器；32、第二高精度模数转换器；33、第三高精度模数转换器；34、第四高精度模数转换器；41、样品状态反馈单元；51、第一系统保护驱动单元；52、第二系统保护驱动单元；53、警告单元。

【具体实施方式】

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如术语“上”、“下”、“左”、“右”、“轴向”、“径向”、“竖直”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语，就作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

实验室作为一个实验的场所，基于其内部的设备以及所从事的研究，实验室对于电力系统往往会有特殊的要求。相比于工厂供电系统和家用供电系统，电气实验室的供电系统的特殊之处就在于实验室的正常实验过程就是其他供电系统的故障情况。因此，由于两者的供电方式不同，工厂供电系统以及家用供电系统的保护方式并不能适用于实验室供电保护。为了保证实验室中所进行的实验能够顺利进行，需要设计一种识别与保护相结合的系统，通过该系统能够精准地识别出实验过程中的正常电流和故障电流，并且能够在检测到故障的第一时间启动系统保护，通过系统的判定将故障控制在其发生的初始状态，从而能够有效降低实验因出现了故障所带来的损失，同时也能够确保实验的有效进度。

由于实验室中所进行的实验不止一个，为了扩大本实施例中所设计的系统的运用范围，设置了不同的实验端口以及每个端口中所设置的实验方式，实验人员只需要选择相应的实验方式就可以实现对实验的自动保护，具有更加广泛的应用的同时操作也非常的简单，能够方便实验人员快速掌握本系统的使用。在电气实验室中，每个实验都需要设置大量的参数，在设置参数的时候容易出现错误，本系统在设计的时候充分考虑了不同实验中需要针对不同的条件设置不同参数的繁杂过程，采用了在系统中内置数据库的方式，通过数据库对实验所需要的参数进行自动赋值，降低了实验人员工作难度，同时也加快了实验进度，提高了实验进行的效率。但是内置数据库自动对参数赋值的方式往往不能面面俱到，为了应对实验中所出现的不同情况，本系统也设置了手动输入参数的方式，方便实验中对于参数的调整。所以，在本系统中采用了自动输入和手动输入两种输入方式结合，具有更高的灵活性，方便实验过程中的调整。

如图1和图2所示，该系统包括采样单元1、信号放大及滤波单元2、数据转换单元3、控制器4和驱动单元5。其中数据采样单元1包括4个高精度电流采集器，其型号为Rocoilserial FR-5926，分别是1#变A相高精度电流采集器11、1#变B相高精度电流采集器12、2#变A相高精度电流采集器13、2#变B相高精度电流采集器14；设置了多个高精度电流采集器来实现对电流的采样，方便后续将电流信号转换为数字信号，从而有助于控制器4的计算与分析；每一个高精度电流采集器均连接在信号放大及滤波单元2上，信号放大及滤波单元2包括2个高精度电流积分器，其型号为Integrator IQ-3744 820R interchangeable coils，分别为第一高精度电流积分器21和第二高精度电流积分器22，将1#变A相高精度电流采集器11和1#变B相高精度电流采集器12连接在第一高精度电流积分器21上，将2#变A相高精度电流采集器13和2#变B相高精度电流采集器14连接在第二高精度电流积分器22上；设置高精度电流积分器的作用是用有限个幅值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度转变为有限数量的有一定间隔的离散值；通过2个高精度电流积分器，将高精度电流采集器与高精度模数转换器连接起来，将所采集到的电流信号通过高精度模数转换器转变为数字信号，并且为了确保信号转换的精确，将高精度电流采集器与高精度模数转换器成对设置，因此，数据转换单元3设置了4个高精度模数转换器，其型号为KAV-T2，分别是第一高精度模数转换器31、第二高精度模数转换器32、第三高精度模数转换器33、第四高精度模数转换器34；其中第一高精度模数转换器31和第二高精度模数转换器32连接在第一高精度电流积分器21上，第三高精度模数转换器33和第四高精度模数转换器34连接在第二高精度电流积分器22上。每一个高精度模数转换器连接在控制器4上，将转换后的数字信号传输到控制器4上，通过控制器4来计算和分析所测的电流大小，从而作出判断；控制器4通过电路与触摸屏6以及样品状态反馈单元41连通，为了便于操作，本实施例中所采用的控制器4为触摸屏6与PLC一体机，其型号为MM-40MR-12MT-700-ES-C。在触摸屏6上输入实验所需的参数，从而控制器4可以对所测得的电流进行监控和识别；为了检验参数设置的准确程度，本系统还具备调试的功能，在调试的过程中，系统检测、保护等均按正常方式进行，只是系统保护的外部接口被封闭，动作时不启动外部保护，能够更好的避免实验中出现故障；同时，控制器4上还连接有驱动单元5，所采用的驱动单元5的型号为RPF2ABD，当控制器4识别到所测的电流为故障电流时，则需要通过驱动单元5触发保护系统，快速做出反应，及时对电路进行保护，以避免造成损失；并且，为了更好的实时监控电流情况，在触摸屏6上还设置了电流实时值区域和电流最大值值区域，电流最大值区域的数值具有迭代的功能，能够自动覆盖小电流，显示所进行实验过程中系统检测到的最大电流值，同时还具有自动保存的功能，以便于实验人员追溯实验情况。另外，触摸屏6上还设有系统保护指示灯以及清除/复位键，系统保护指示灯的作用是与警告单元53配合，当系统检测到故障时，对工作人员起到警示作用，提醒工作人员及时检查实验情况，排除实验故障；而设置清除/复位键的作用是系统保护一旦启动，说明实验回路发生重大设备故障，系统会立即断开并锁死主电源回路，只有在相关人员进行全面检查和采取相关措施，确认系统正常后，由授权人员点击此按键后，系统才能解锁，从而起到更好的保护作用。本系统还包括电源模块，所用的电源模块的型号为LRS-350-24，并且通过一电源开关来控制电源的通断，所采用的电源开关的型号为XB2BD21C，设定电源开关的目的是为了能够更好的实现对整个系统的控制，方便工作人员进行操作。

在整个实验的过程中，本系统对实验处于监控状态，通过检测实验过程中的电流，识别故障电流和正常电流。当实验中出现故障电流时，本系统能够通过判定电流状态，在第一时间开启系统保护，将故障控制在发生的初始状态。如图3所示，在本系统中所采取的判定方式有两种，第一种是判定样品是否闭合，当实验在不该出现电流的时候出现了电流，就说明实验出现了问题，但是实验电流是否在设定的范围内还需要进一步的判定；第二种是当判定实验出现电流时候，所检测到的电流是否超过阈值，若回路电流在正常实验时超过了实验电流的阈值，则说明实验发生故障。通过以上两种判定方式可以分别在实验的不同阶段对实验是否存在异常进行判定，保证了系统对故障判定的准确性，并且在实验过程中，两个判定都是基于系统自动运行的，系统能够自动判断实验是否出现异常，提高了对实验的监控有效性。

如图3所示，本系统所适用的实验包括O短路或耐受实验、CO实验以及长周期带电实验，但不仅仅局限于上述三种实验。由于在实际的实验过程中，往往会出现实验步骤、参数的调整，可以通过调整系统的流程以及参数运用于更多的实验，以上三种实验仅仅作为最优实施例来对本发明进行详细的阐述。

实验一、小电流实验端口长周期带电寿命实验，本实验的具体步骤为：

S1、开启系统。

S2、预先设定实验的输入数据。

S2.1、选择小电流电路端口。

S2.2、选择2#变压器；激活2#变压器后系统自动激活所对应的电流设置参数框，同时激活系统的数据库自动匹配按键。

S2.3、输入实验电流范围1KA～5KA。

S2.4、选择输入方式；选择完毕实验电流范围后，系统自动生成电流阈值，自动将数据库中的对应比例参数电流填入2#变压器所对应的选择框内，本实施例中所进行的实验的对应比例参数电流为1200A，并且系统在填充参数的时候，相较于有载保护电流，无载保护电流的优先程度更高。

S2.5、实验确认；当所有参数设置完毕后，选择触摸屏6中的保护/投退按键，确认系统投入运行。

S2.6、选择实验方式；当系统保护投入后，则实验条件选项被激活，激活后默认为高风险等级的短路实验，但是本实施例中所进行的实验为长周期电寿命实验，需要将实验方式切换为通断及电寿命实验方式；在实验方式选择完毕后，系统自动将数据库中对应电寿命的相关保护参数分别自动写入有载保护电流和无载保护电流设置框内，其中2#变又在保护电流为1200A，2#变无载保护电流为100A。

S2.7、设定保护时间；本实施例中所进行的实验设定的保护时间为100ms。经过实际测试，系统的保护时间只要小于10个周波(200ms)即能防止大系统故障短路，但是保护时间的设置过小容易使保护系统过于灵敏而导致系统出错，因此，在本实施例中设置的保护时间为100ms介于中间值，使得实验更加合理。

S3、开始实验。

S3.1、选择2#变A相高精度电流采集器13和2#变B相高精度电流采集器14来获得实验室电路中的两相电流信号。

S3.2、将电流信号传输至与2#变A相高精度电流采集器13和2#变B相高精度电流采集器14相连的第二高精度电流积分器22上，对所获的电流信号进行放大以及过滤处理。

S3.3、经过电流积分器处理过的电流信号传输至第三高精度模数转换器33和第四高精度模数转换器34内，将所获的两相电流信号转换为数字信号。

S3.4、将数字信号传输至控制器4内，根据设定的输入参数对数字信号进行分析和计算。

S3.4.1、检查样品是否处于闭合状态，若是，则进入闭合回路实验阶段；若否，则进入开路实验阶段。

闭合回路实验阶段：检验电流是否超过保护电流阈值，即2#变有载保护电流1200A；若否，则继续循环检验电流是否超过保护电流阈值，即不会触发系统中的驱动单元5保护电路；若是，则进入下一步；

开路实验阶段：检验电流是否超过开路电流阈值，即2#变无载保护电流100A；若否，则继续循环检验电流是否超过开路电流阈值，即不会触发系统中的驱动单元5保护电路；若是，则进入下一步；

S3.4.2、检验电路的电流超限是否超过滤波时间；若否，则继续检验电流超限是否超过滤波时间，即不会触发系统中的驱动单元5保护电路；若是，则进入下一步；

S3.4.3、当检测到电路的电流超限超过滤波时间时，则进入下一步的检验，即检验时间是否超过所设定的时间阈值100ms；若否，则实验结束，即不会触发系统的驱动单元5保护电路，电路中的电流处于正常状态；若是，则通过控制器4输出信号；

S4、将输出信号传输至驱动单元5，通过驱动单元5开启系统保护和警告，并且为了快速高效地实现对电路地保护，设置了第一系统保护驱动单元51、第二系统保护驱动单元52以及警告单元53，以确保实验人员可以及时对实验进行检测，从而判断故障原因，避免造成更大的损失。

实验二、大电流实验端口的短路实验，实验的具体步骤为：

S1、开启系统。

S2、设定实验的输入数据。

S2.1、本实施例中选择的是大电流实验端口。

S2.2、本实施例中选择两种变压器组合的方式——即1#和2#变压器，通过在选择界面输入数字3后即可正确选择。激活被选变压器或变压器组合自动激活所对应的电流设置参数框，同时激活系统的数据库自动匹配按键。

S2.3、本实施例中所进行的实验的电流范围为35KA～50KA。

S2.4、选择输入方式；选择完毕实验电流范围后，系统自动生成电流阈值，系统自动将数据库中的对应比例参数电流1000A填入1#和2#变压器组合所对应的选择框内。因为实验人员尚未进行下一步选择，系统默认将值填入优先保护选择框内(无载保护电流保护等级高于有载保护电流)。

S2.5、实验确认；当所有参数设置完毕后，选择触摸屏6中的保护投/退按键，确认系统投入运行。

S2.6、选择实验方式；当系统保护投入后，实验条件选项被激活，激活后系统默认为高风险等级的短路实验，但是本次实验为大电流端口的CO实验，因此，将实验方式切换为CO实验方式。CO实验是指被测试的样品开路状态下先送上电源，然后再合上样品形成短路使样品分断，故该实验在样品未合上和已断开这两个阶段实验电源处于全电压状态，是该实验最危险的阶段。因此，该两个阶段的回路中是不能出现电流的，保护电流检测值比较小，故需要修改原本系统数据库自动填充的数据参数，将1#变保护电流设置为300A，将2#变保护电流设置为300A。

S2.7、设定保护时间；本实施例中所进行的实验设定的保护时间为100ms。经过实际测试，系统的保护时间只要小于10个周波(200ms)即能防止大系统故障短路，但是保护时间的设置过小容易使保护系统过于灵敏而导致系统出错，而本实施例为大电流短路的情况，样品分断的时间只有3ms到20ms，因此，在实验过程中，虽然正常短路电流会远远超过设置的电流值，但是通电时间却远远小于100ms，从而避免了触发保护系统。

S3、开始实验。

S3.1、由于本实验采用的是1#变压器和2#变压器的组合，因此需要选择1#变A相高精度电流采集器11、1#变B相高精度电流采集器12、2#变A相高精度电流采集器13和2#变B相高精度电流采集器14来获得实验室电路的电流信号。

S3.2、将1#变A相高精度电流采集器11和1#变B相高精度电流采集器12所采集到的电流信号传输至第一高精度电流积分器21；将2#变A相高精度电流采集器13和2#变B相高精度电流采集器14所采集到的电流信号传输至第二高精度电流积分器22上，通过电流积分器的作用对所获的电流信号进行放大以及过滤。

S3.3、经过第一高精度电流积分器21处理过的电流信号传输至第一高精度模数转换器31和第二高精度模数转换器32内；经过第二高精度电流积分器22处理过的电流信号传输至第三高精度模数转换器33和第四高精度模数转换器34内；通过模数转换器的作用将电流信号转换为数字信号，以便于控制器4对数字信号进行分析和计算，保证了实验的顺利进行。

S3.4、将数字信号传输至控制器4内，根据设定的输入参数对数字信号进行分析和计算。

S3.4.1、检查电路是否处于闭合状态，本实验为CO耐受实验，其实验状态为开路，因此，选择否，进入开路实验电路。

开路实验阶段：检验电流是否超过开路电流阈值，即200A；若否，则继续检验电流是否超过开路电流阈值，即系统不会触发驱动单元5保护电路，电路处于正常状态；若是，则进入下一步；

S3.4.2、检验电路的电流超限是否超过滤波时间；若否，则继续检验电流超限是否超过滤波时间，即系统不会触发驱动单元5保护电路，电路处于正常状态；若是，则进入下一步；

S3.4.3、检验时间是否超过设定的时间阈值100ms；若否，则实验结束，即实验顺利结束，并能够获得正确的实验结果；若是，则通过控制器4输出信号；

S4、将输出信号传输至驱动单元5，通过驱动单元5开启系统保护和警告，并且为了快速高效地实现对电路地保护，设置了第一系统保护驱动单元51、第二系统保护驱动单元52以及警告单元53，以确保实验人员可以及时对实验进行故障监测和排除，避免造成更大的损失。

实验三、小电流实验端口的短路实验，实验的具体步骤为：

S1、开启系统。

S2、设定实验的输入数据。

S2.1、本实验选择的是小电流实验端口。

S2.2、本实验选择2#变压器，激活被选变压器或变压器组合自动激活所对应的电流设置参数框，同时激活系统的数据库自动匹配按键。

S2.3、本实验中所进行的实验的电流范围为5KA～10KA。

S2.4、选择输入方式；选择完毕实验电流范围后，系统自动生成电流阈值，自动将数据库中的对应比例参数电流填入2#变压器所对应的选择框内，本实施例中所进行的实验的对应比例参数电流为1000A，并且系统在填充参数的时候，相较于有载保护电流，无载保护电流的优先程度更高，因此，1000A填入2#变无载保护电流框中。

S2.5、实验确认；当所有参数设置完毕后，选择触摸屏6中的保护/投退按键，确认系统投入运行。

S2.6、选择实验条件；小电流短路试验与大电流短路试验有很大的区别。大电流短路试验时，被测样品前段直接与实验变压器输出端连接，没有前级阻抗，因此在样品短路时，变压器输出端电压与实验端口电压一致，均为零电压，不具备出现回路击穿的条件。而小电流短路实验时，实验端口与变压器之间有前级限流阻抗，因此变压器输出端电压在样品短路时是存在电压的，因此即使样品处于短路状态，仍然具备回路击穿的条件，因此小电流短路实验无论样品处于O实验还是CO实验状态，均需要提供系统保护。

S2.7、设定保护时间；本实施例中所进行的实验设定的保护时间为100ms。经过实际测试，系统的保护时间只要小于10个周波(200ms)即能防止大系统故障短路，但是保护时间的设置过小容易使保护系统过于灵敏而导致系统触发保护动作，因此，在本实施例中设置的保护时间为100ms介于中间值，在小电流短路的情况下，样品分断时间只有3ms到20ms，实验过程中的正常短路电流虽然会远远超过设置的电流值，但是由于通电时间远远小于100ms，也不会触发系统保护的动作，实验更加合理。

S3、开始实验。

S3.1、选择2#变A相高精度电流采集器13和2#变B相高精度电流采集器14来获得实验室电路中的两相电流信号。

S3.2、将所获的电流信号传输至第二高精度电流积分器22上，通过电流积分器的作用对所获的电流信号进行放大以及过滤。

S3.3、经过第二高精度电流积分器22处理过的电流信号传输至第三高精度模数转换器33和第四高精度模数转换器34内，将电流信号转换为数字信号，以便于控制器4对数字信号进行分析和计算。

S3.4、将数字信号传输至控制器4内，根据设定的输入参数对数字信号进行分析和计算。

S3.4.1、检查电路是否处于闭合状态，本实验为小电流短路实验，因此选择是，进入闭合回路实验阶段；检验电流是否超过所设定的保护电流阈值，即电流范围5KA～10KA；若否，即所检测到的电流处于所设定的阈值内，系统继续检验电流是否超过保护电流阈值，循环往复，系统不会触发驱动单元5保护电路；若是，即所检测到的电流处于所设定的阈值之外，则进入下一步。

S3.4.2、检验电路的电流超限是否超过滤波时间；若否，则继续检验电流超限是否超过滤波时间，即系统不会触发驱动单元5保护电路，电路处于正常的实验状态；若是，则进入下一步。

S3.4.3、检验时间是否超过设定的时间阈值，即100ms；若否，则实验结束，获得正确的实验结果；若是，则通过控制器4输出信号。

S4、将输出信号传输至驱动单元5，通过驱动单元5开启系统保护和警告，并且为了快速高效地实现对电路地保护，设置了第一系统保护驱动单元51、第二系统保护驱动单元52以及警告单元53，以确保实验人员可以及时对实验进行检测，从而判断故障原因，避免造成更大的损失。

通过上述三个实验充分阐述了本系统的使用方法，通过对系统预设参数可以实现对不同实验过程中正常实验电流和故障电流的区别，其灵敏度非常高，但凡实验中的电流没有在预先设定的范围内，系统就会出现被动保护，以便将实验中的故障控制在其发生的初始阶段，避免故障对实验所造成的影响扩大；并且，在系统中还通过对样品闭合与否的判断以及电流阈值的判定来确定系统保护单元的开启与否，，极大的避免了实验中出现损失，当实验出现故障时，及时提醒工作人员处理故障，以便于确保实验的整体进度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实验短路与故障的识别与保护系统，其特征在于，所述系统包括

采样单元(1)，所述采样单元(1)包括复数个高精度电流采集器；

信号放大及滤波单元(2)，所述信号放大及滤波单元(2)包括复数个高精度电流积分器；所述高精度电流积分器与所述高精度电流采集器相连；

数据转换单元(3)，所述数据转换单元(3)包括复数个高精度模数转换器；

所述高精度模数转换器连接在所述高精度电流积分器上；

控制器(4)，所述控制器(4)与所述高精度模数转换器相连，并通过电路与触摸屏(6)以及样品状态反馈单元(41)连通；

驱动单元(5)，所述驱动单元(5)与所述控制器(4)相连，用于保护电路；其中，所述高精度电流采集器采集实验电路中的电流信号，将电流信号传递至所述高精度电流积分器内，通过所述高精度电流积分器对电流信号进行放大和滤波处理，并将处理后的电流信号传输至所述高精度模数转换器内；所述高精度模数转换器将电流信号转变为数字信号，传输至所述控制器(4)内；根据所述触摸屏上所设定的输入参数对数字信号进行分析和计算，获得输出信号，并将输出信号传输至所述驱动单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述触摸屏上的输入参数包括变压器类型、实验电流范围、实验端口、实验方式、电流阈值和保护时间。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述变压器类型包括1#变压器和2#变压器；变压器的使用方式包括单独使用所述1#变压器、单独使用所述2#变压器、所述1#变压器和所述2#变压器配合成套使用。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述实验端口包括

大电流短路端口，所述大电流短路端口的实验方式包括大电流O短路或耐受实验和CO实验；

小电流短路端口，所述小电流短路端口的实验方式包括小电流短路实验和长周期带电实验。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述小电流短路实验包括小电流0短路或耐受实验和CO实验。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电流阈值的输入方式包括自动输入方式和手动输入方式。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电流阈值包括保护电流阈值、开路保护电流阈值。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述实验电流范围包括100A以下、100A～1KA、1KA～5KA、5KA～10KA和10KA以上；选定实验电流后，系统自动将数据库中的对应比例参数电流填入选择框内；所述选择框包括有载保护电流框和无载保护电流框。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述保护时间的设定小于200ms。

10.一种基于权利要求1～9所述系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法的步骤包括：

S1、开启系统；

S2、设定实验的输入数据；

S2.1、选择实验端口,包括大电流电路端口和小电流电路端口；

S2.2、选择变压器类型，激活被选变压器或变压器组合所对应的电流设置参数框，激活数据库自动匹配参数按键；

S2.3、选择实验电流范围；

S2.4、选择输入方式；选择完毕实验电流范围后，系统自动生成电流阈值；若选择自动输入电流阈值，则通过系统的数据库对电流阈值进行自动赋值；若选择手动输入电流阈值，则由工作人员输入电流阈值；

S2.5、实验确认；通过选择所述触摸屏(6)中的保护投退按键，确认系统投入运行；

S2.6、选择实验方式；

S2.7、设定保护时间；系统的保护时间设定为小于200ms；

S3、开始实验；

S3.1、选择高精度电流采集器，获得实验室电路的电流信号；

S3.2、将电流信号传输至对应的高精度电流积分器上，对所获的电流信号进行放大以及过滤；

S3.3、经过高精度电流积分器处理过的电流信号传输至高精度模数转换器内，将电流信号转换为数字信号；

S3.4、将数字信号传输至控制器内，根据设定的输入参数对数字信号进行分析和计算；

S3.4.1、检查电路是否处于闭合状态，若是，则进入闭合回路实验阶段；若否，则进入开路实验阶段；

闭合回路实验阶段：检验电流是否超过保护电流阈值，若否，则继续循环检验电流是否超过保护电流阈值，若是，则进入下一步；

开路实验阶段：检验电流是否超过开路电流阈值；若否，则继续检验电流是否超过开路电流阈值；若是，则进入下一步；

S3.4.2、检验电路的电流超限是否超过滤波时间；若否，则继续检验电流超限是否超过滤波时间；若是，则进入下一步；

S3.4.3、检验时间是否超过设定的时间阈值；若否，则实验结束；若是，则通过所述控制器输出信号；

S4、将输出信号传输至所述驱动单元，开启系统保护和警告单元。

Images