CN1544955A - 电力系统高压断路器综合测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明的电力系统高压断路器综合测试仪，将操作程序控制器、大功率连续可调直流电源、断路器的最低动作电压测试仪结合在一起，由主控制板、大功率连续可调直流电源模块、输出控制模块、显示器和小键盘组成，主控制板是由中央处理器及相关器件组成的单片机系统，负责整个系统的工作控制，输出控制模块的四个I/O口输出控制指令，指挥断路器分、合闸回路的接通与断开；主控制板通过一个数字－模拟D/A转换器控制0－5V的直流控制电压，来控制调节0－250V的可调直流电源的输出，可调直流电源的输出接到断路器分、合闸回路上，作为断路器分、合闸回路的电源；主控制板通过模拟－数字A/D转换器监测输出的直流电压和输出回路的直流电流的变化，测试断路器的最低动作电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统高压断路器综合测试仪，特别是满足电力系统高压断路器的预防检修、交接试验等需要的常规试验仪器，主要用于高压开关的最低动作电压和开关的合、分闸性能测试。
背景技术
根据电力设备预防性试验规程的要求，一般在高压开关运行1～3年后或开关整体大修后或者机构大修后都要进行开关分、合闸电磁铁的动作电压测试，对于SF6断路器和GIS、多油断路器和少油断路器、空气断路器、真空断路器和高压开关柜，开关操动机构分、合闸电磁铁或合闸接触器端子上的最低动作电压(开关操作机构额定电压为：直流为(24)48 110 220V交流为110(100 127)220 380V)，应在操作电压额定值的30％～65％之间，空载使用电磁机构时，合闸电磁铁线圈通流时的端电压为操作电压额定值的80％时应可靠动作。
在进行高压开关设备交接试验时，应该进行合闸操作测试开关性能，在直流或交流85％～110％额定电压下，开关应可靠动作；进行分闸操作测试时，直流或交流的分闸电磁铁，在其线圈端钮处测得的电压大于额定值的65％时，应可靠地分闸，当此电压小于额定值的30％时，不应分闸。
目前高压开关试验主要用下面两种方法来测量断路器最低动作电压(能够使断路器动作的最低的控制回路电压)，方法一就是将变电站的直流电源接到滑线变阻器上，通过滑线变阻器调节输出不同大小的直流电压，将该电压接到断路器的分、合闸回路上，然后手动接通分、合闸回路，看断路器是否动作，反复调节输出电压，看断路器的是否满足规程规定的要求，同时测量断路器的最低动作电压，这种测量办法的问题首先是它使用了变电站的直流电源，一旦短路则使整个变电站直流电源事故，不符合安全规程要求，另外由于采用滑线变阻器分压输出电压，存在内阻分压，空载电压和负载接通的电压不同，即有负载效应，所测量的输出电压不准确，对最低动作电压的测量可能得出错误结论。还有另外一种办法，即采用通过将交流电压整流输出得到直流电源，替代上面的直流电源，但也存在负载效应的问题，即最低动作电压测量结果也不准确。上面两种测量办法中还存在另外问题，由于需要反复调节输出电压，然后手动控制断路器分、合闸的接通，过程十分烦琐，测试时间长。总体说来，目前断路器最低动作电压的现有技术不能自动、准确、快速地测量出断路器的最低动作电压。
智能程序控制器：可以输出各种断路器试验和现场系统试验需要的操作循环，包括常规单次分、合闸命令，三相重合闸命令等，还可以输出单相重合闸、以及0-0.3s-CO-180s-CO等复杂操作循环；
断路器现场试验电源是连续可调的直流试验电源：可以输出0-250VDC的连续可调、稳定、隔离的直流，输出功率要求高，以便满足现场试验需要；目前高压开关的操动机构特性试验采用的方法是利用分压器进行测试，该方法在国内已经引起比较大的分歧；国内其他开关操作电源生产厂家的产品同样是立足于检修电源的角度考虑，与现场需求差别较大；常规高压开关操作电源多用于开关检修的操作电源，该电源同时存在一些问题，主要是电源负载率较低，带负荷时端电压下降幅度很大，不适合用于现场高压开关的交接试验，在一些重要场合甚至于不能用。
发明内容
本发明的目的是：1.将断路器最低动作电压测试仪、断路器现场试验电源、智能程序控制器三个装置融为一体，相得益彰，在作为电源时可以发出各种操作循环，可以控制断路器的动作，同时在给断路器发出各种操作循环命令时又可以为断路器的分、合闸回路提供电源，避免了直接从变电站直流系统引入电源，给系统带来不安全，另外还可以通过调节电压输出和控制分、合闸回路的接通与开断，实现手动测试断路器的最低动作电压。2.实现了断路器最低动作电压自动测试：根据断路器分、合闸回路电流在断路器动作过程中的充电(断路器分、合闸回路接通)、稳定(断路器分、合闸回路电磁铁吸合，断路器动作)和消失(断路器动作完成，分、合闸回路断开)的变化过程，采用专家设计的工作原理，可以一按键，装置就快速、自动、准确地测量出断路器的最低动作电压，不需要人工反复调节，重复工作，且测量结果准确；一次性接线，操作容易，避免容易出错的繁杂劳动；具备人工手动测试功能，用户可以自由选择测试输出电压，发出操作命令；在输出测试命令循环时可以同时输出用户自己设定的电压。
本发明的技术方案：本发明的电力系统高压断路器综合测试仪，包括各种断路器试验、现场系统试验的操作程序控制器，其特征在于：将操作程序控制器、大功率连续可调直流电源、断路器的最低动作电压测试仪结合在一起，由主控制板、大功率连续可调直流电源模块、输出控制模块、显示器和小键盘组成，主控制板是由中央处理器及相关器件组成的单片机系统，负责整个系统的工作控制，输出控制模块的四个I/O口输出控制指令，指挥断路器分、合闸回路的接通与断开；主控制板通过一个数字-模拟D/A转换器控制0-5V的直流控制电压，来控制调节0-250V的可调直流电源的输出，可调直流电源的输出接到断路器分、合闸回路上，作为断路器分、合闸回路的电源；主控制板通过模拟-数字A/D转换器监测输出的直流电压Vc和输出回路的直流电流Ix；在测试断路器的最低动作电压时，接通断路器分、合闸回路后，主控制板按照设定的起始电压和设定的电压步距自动增大电压的输出，根据断路器分、合闸回路电流在断路器动作过程中的充电、稳定和消失的变化过程特点，通过监测电流Ix的变化，当监测电流Ix出现上述充电、稳定和消失变化过程时，就可以判断断路器是正确动作，从而测量出此时的输出电压Vc即是断路器的最低动作电压。
所述的电力系统高压断路器综合测试仪，显示器和小键盘是人机接口模块，小键盘有四个按键，通过小键盘设置相关参数，选择相关功能，由液晶显示器显示各种信息。
所述的电力系统高压断路器综合测试仪，在测试断路器的最低动作电压时，接通断路器分、合闸回路后，按照设定的起始电压和设定的电压步距自动增大电压的输出，监测电流Ix，将Ix与给定值比较，当监测电流Ix＞I1，则在150ms内检测输出电压电流Ix的最大值；判断电流Ix最大值是否大于I2，是，则再延时100ms，测量电流Ix是否小于I1，若Ix＜I1，则表明回路已无电流，显示电流和电压，所测Vc值为断路器的最低动作电压，I1，I2是由用户设定的判断条件，I1是有无电流条件，I2是断路器动作条件。
所述的电力系统高压断路器综合测试仪，电源控制输出程序主要完成直流电源的控制输出，用户通过键盘数字设置输出电压值V1，即可以在本仪器的电压输出端子上得到0-250V连续可调的稳定直流电压，为断路器试验提供电源，具体是：在设定输出电压V1后，系统主控制板输出相应的控制电压V2：1～5V，测量相应的输出电压Vc：0～250V，如果测量的输出电压Vc与设定输出电压V1有误差，调节控制电压V2，直到Vc与V1的误差达到允许值。
所述的电力系统高压断路器综合测试仪，各种断路器试验和现场系统试验的循环程序，用户通过小键盘选择其中任意一种循环，或按退出键返回主菜单；用户通过小键盘设置相宜相应的分合闸命令保持时间和分合闸延时时间；在液晶显示器上显示；根据设置的分合闸命令保持时间、分合闸延时时间和命令类型，系统程序发出相应的控制命令，完成相应的试验。
本发明的优点：
1.将断路器最低动作电压测试仪、断路器现场试验电源、智能程序控制器三个装置融为一体，相得益彰，在输出测试命令循环时可以同时输出用户自己设定的电压，在作为电源时又可以发出各种操作循环。
2.实现了断路器最低动作电压自动测试：
A.采用专家设计的工作原理，可以一按键，装置就快速、自动、准确地测量出断路器的最低动作电压，不需要人工反复调节，重复工作，且测量结果准确；
B.一次性接线，操作容易，避免容易出错的繁杂劳动；
C.具备人工手动测试功能，用户可以自由选择测试输出电压，发出操作命令。
3.直流电源设计达到电源低纹波系数下，可以输出0-250VDC的连续可调、稳定、隔离的直流，输出功率可达2500瓦，满足现场试验需要，彻底解决了现场试验电源的需要，现场试验再不需要从变电站直流系统引入电源，满足现场试验的可靠性要求；强大的带负载能力，使用高分辨率的瞬态录波仪，接通瞬间负载时，电源的电压下降＜0.5％，而且波形震荡限制在1ms内，输出电压纹波系数＜1％；完全满足断路器测试的需要；电压输出全数字调节，内带自适应电压稳定功能，精度可达0.1V；整个大功率电源装置体积小、重量轻，携带方便；
4.本装置同时可以为断路器现场试验可以输出0-250VDC的连续可调、稳定、强大的带负载能力、隔离的直流，输出功率可达2500瓦，电压输出全数字调节，内带自适应电压稳定功能，精度可达0.1V，输出现场试验再不需要从变电站直流系统引入电源，满足现场试验的可靠性要求。
附图说明
图1是本发明的硬件总体结构图；
图2是本发明主程序流程图；
图3是本发明断路器最低动作电压自动测试软件流程图。
图4是电源控制输出流程图；
图5是断路器试验操作循环程序控制流程图。
具体实施方式
如图1所示：本测试仪器主要由主控制板和大功率连续可调直流电源模块、输出控制板、显示和小键盘等部分组成。
主控制板主要完成控制指令的发出，可以直接接入10A/220VDC直流回路，有四路控制输出，具有瞬态过压保护，采用大容量固态继电器输出操作命令，固态继电器具有动作可靠，没有弹跳和延时等特点，控制输出，由主板四个I/O口按照程序指令，发出各种需要的操作循环，可由系统主程序设置各种线圈保持时间和延时时间，充分保障断路器分合闸线圈的可靠动作，程序内部具有自动分析功能，确保设置保持时间和延时时间正确，
显示和小键盘是人机接口模块，小键盘有四个按键，小键盘可以设置相关参数；选择相关功能液晶显示器为信利公司的TRULYM12684-15A1，液晶显示器显示各种信息。
主板为由8051及相关器件组成的单片机系统，负责整个系统的工作，通过8051的四个I/O口输出控制指令，指挥断路器分、合闸回路的接通与断开，通过一个数字-模拟(D/A)转换器输出0-5V的直流电压，来控制调节0-250V(2500瓦)的可调直流电源输出，通过模拟-数字(A/D)转换器(MAX197)来监测输出的直流电压Vc(0-250V)和输出回路的直流电流Ix(0-15A)。
大功率连续可调直流电源模块依次包括整流电路、功率场效应晶体管高频电路、高频变压器，再经过二极管整流、滤波器，最后得到所需要的稳定的直流电压，整个电源是一脉宽调制系统，当负载电流的输入电压发生变化时，由交流对高频脉冲的空度系数进行调节。
直流输出电压0-250V，输出电流：250V为10A，小于120V为15A，负载时间≤2S，加负载间隔时间≥10S，纹波＜1％，最大负载时，VcVc下降率≤0.5％，限流保护：250V为12A，200V为12.5A，150V为13.5A，110V为17A。
220伏交流电压经过整流后在电容上得到大约300V的直流电压，此电压经过功率场效应晶体管进行高频变(频率为30KHZ)，在高频变压器次边得到幅值大约为450V的高频交流电压，再经过二极管整流，二级滤波器滤波，最后得到所需要的稳定的直流电压。整个电源是一脉宽调制系统。当负载电流的输入电压发生变化时，输出电压)将会发生变化。为使这种变化在允许的范围之内，由交流将对高频脉冲的空度系数(或叫“占空比”)进行调节。例如，当由于电流的上升而使电压变小时，脉冲的“占空比”将会增大，使输出电压有所回升，以保持输出电压的稳定。
图2是本发明主程序流程图：
其中电源控制输出模块：主要完成直流隔离电源的控制输出，用户通过键盘数字设置输出电压值V1，即可以在本仪器的电压输出端子上得到0-250V连续可调的稳定直流电源，可以为断路器等试验提供电源。
如图4：在设定输出电压V1后，系统主控制板输出相应的控制电压V2(1～5V)，测量相应的输出电压Vc(0～250V)，如果测量的输出电压Vc与设定输出电压V1有误差，调节控制电压V2，直到Vc与V1的误差达到允许值。同时将本仪器的四对控制接通或断开的端子接到相应的断路器分合闸回路中。
程序控制器模块：本模块通过设置各种保持和延时时间，控制四对控制接通或断开的端子来发出多种操作循环，包括常规单次分、合闸命令，三相重合闸命令等，还可以输出单相重合闸、以及O-0.3s-CO-180s-CO等复杂操作循环；
断路器试验操作循环程序控制流程如图5所示：
在液晶显示器上显示九种操作循环：分、合、合分、分合、分合分、A相重合闸、B相重合闸、C相重合闸和分-合分-合分等九种循环，1.用户可以选择其中任意一种循环，或按退出键返回主菜单；2.用户设置相宜相应的分合闸命令保持时间和分合闸延时时间；3.根据设置相宜相应的分合闸命令保持时间、分合闸延时时间和命令类型，发出相应的控制命令，完成相应的试验。
当电源接到断路器分合闸回路上时，同时将本仪器的四对控制接通或断开的端子接到相应的断路器分合闸回路中。调节好输出电源电压后，接通相应的分合闸回路，可以完成断路器最低动作电压的手动测试。
设置电流限值模块：主要功能就是设置电流限值I1，I2，为断路器的最低动作电压自动测试服务。
自动模式：本模块主要完成断路器最低动作电压的自动测试，其具体流程说明如下图3：
Ix为输出回路电流，I1，I2是由用户设定的判断条件，如：可以设定I1＝0.1A(有无电流条件)，I2＝2A(断路器动作条件)，Vc为输出电压，dV为电压步距。
具体步骤是：
1.系统自动从设定的起始电压开始，按照设定的电压步距自动逐步增大输出电压Vc＜Vc+dV，在接通分合闸回路后检测分合闸回路的电流Ix，判断此时是否有电流(Ix＞I1)，若无，延时150ms，如果仍无，继续增大输出电压Vc，直至Ix＞I1；
2.若有(Ix＞I1)，则延时10ms继续测量，如果仍然没有电流，则断电延时10ms返回；
3.延时10ms若有，则在150ms内检测输出电压电流Ix的最大值；
4.判断电流Ix最大值是否大于I2，是，则再延时100ms，测量电流Ix是否小于I1，若Ix＜I1，则表明回路已无电流，显示电流和电压，断电退出；否则断电延时10ms，返回继续测量。
本断路器综合测试仪主要可以完成以下三项功能：
一.多功能智能程序控制：
A.可以输出各种断路器试验和现场系统试验需要的操作循环，包括常规单次分、合闸命令，三相重合闸命令等，还可以输出单相重合闸、以及O-0.3s-CO-180s-CO等复杂操作循环；
B.可靠地解决了不同固有分合闸时间的各种断路器在输出各种操作循环时分合闸线圈保持时间的自适应方法，确保试验时不同断路器都能可靠准确动作；
C.解决了输出命令的抖动与延时问题；
二.提供稳定、隔离、连续可调的直流试验电源：
A.可以输出0-250VDC的连续可调、稳定、隔离的直流，输出功率可达2500瓦，满足现场试验需要，彻底解决了现场试验电源的需要，现场试验再不需要从变电站直流系统引入电源，满足现场试验的可靠性要求；
B.强大的带负载能力，使用高分辨率的瞬态录波仪分析表明：接通瞬间负载时，电源的电压下降＜0.5％，而且波形震荡限制在1ms内，输出电压纹波系数＜1％；完全满足断路器测试的需要；
C.电压输出全数字调节，内带自适应电压稳定功能，精度可达0.1V；
D.整个如此大功率电源装置体积小(320×300×160mm)、重量轻(12公斤)，携带方便。
三.自动断路器最低动作电压测试：
A.采用专家设计的工作原理，可以一按键，装置就快速、自动、准确地测量出断路器的最低动作电压，不需要人工反复调节，重复工作，且测量结果准确；
B.一次性接线，操作容易，避免容易出错的繁杂劳动；具备人工手动测试功能，用户可以自由选择测试输出电压，发出操作命令。
Claims (5)
1.一种电力系统高压断路器综合测试仪，包括各种断路器试验、现场系统试验的操作程序控制器，其特征在于：将操作程序控制器、大功率连续可调直流电源、断路器的最低动作电压测试仪结合在一起，由主控制板、大功率连续可调直流电源模块、输出控制模块、显示器和小键盘组成，主控制板是由中央处理器及相关器件组成的单片机系统，负责整个系统的工作控制，输出控制模块的四个I/O口输出控制指令，指挥断路器分、合闸回路的接通与断开；主控制板通过一个数字-模拟D/A转换器控制0-5V的直流控制电压，来控制调节0-250V的可调直流电源的输出，可调直流电源的输出接到断路器分、合闸回路上，作为断路器分、合闸回路的电源；主控制板通过模拟-数字A/D转换器监测输出的直流电压Vc和输出回路的直流电流Ix；在测试断路器的最低动作电压时，接通断路器分、合闸回路后，主控制板按照设定的起始电压和设定的电压步距自动增大电压的输出，根据断路器分、合闸回路电流在断路器动作过程中的充电、稳定和消失的变化过程特点，通过监测电流Ix的变化，当监测电流Ix出现上述充电、稳定和消失变化过程时，就可以判断断路器是正确动作，从而测量出此时的输出电压Vc即是断路器的最低动作电压。
2.根据权利要求1所述的电力系统高压断路器综合测试仪，其特征在于：显示器和小键盘是人机接口模块，小键盘有四个按键，通过小键盘设置相关参数，选择相关功能，由液晶显示器显示各种信息。
3.根据权利要求1或2所述的电力系统高压断路器综合测试仪，其特征在于：在测试断路器的最低动作电压时，接通断路器分、合闸回路后，按照设定的起始电压和设定的电压步距自动增大电压的输出，监测电流Ix，将Ix与给定值比较，当监测电流Ix＞I1，则在150ms内检测输出电压电流Ix的最大值；判断电流Ix最大值是否大于I2，是，则再延时100ms，测量电流Ix是否小于I1，若Ix＜I1，则表明回路已无电流，显示电流和电压，所测Vc值为断路器的最低动作电压，I1，I2是由用户设定的判断条件，I1是有无电流条件，I2是断路器动作条件。
4.根据权利要求1或2所述的电力系统高压断路器综合测试仪，其特征在于：电源控制输出程序主要完成直流电源的控制输出，用户通过键盘数字设置输出电压值V1，即可以在本仪器的电压输出端子上得到0-250V连续可调的稳定直流电压，为断路器试验提供电源，具体是：在设定输出电压V1后，系统主控制板输出相应的控制电压V2：1～5V，测量相应的输出电压Vc：0～250V，如果测量的输出电压Vc与设定输出电压V1有误差，调节控制电压V2，直到Vc与V1的误差达到允许值。
5.根据权利要求1或2所述的电力系统高压断路器综合测试仪，其特征在于：各种断路器试验和现场系统试验的循环程序，用户通过小键盘选择其中任意一种循环，或按退出键返回主菜单；用户通过小键盘设置相宜相应的分合闸命令保持时间和分合闸延时时间；在液晶显示器上显示；根据设置的分合闸命令保持时间、分合闸延时时间和命令类型，系统程序发出相应的控制命令，完成相应的试验。
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