CN201628762U - 一种直流电源综合特性测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种直流电源综合特性测试系统，由交流输入调压装置和监控装置组成，交流调压装置从其交流输入端接入三相四线制的交流市电，其交流输出端与待测充电机的交流输入端连接，待测充电机的直流输出端与监控装置的直流输入端连接，同时，监控装置的调压装置控制信号输出端和交流输入调压装置的控制端相连。是一种交流输入电压调整、负载调节、电参数采集、录波、计算全自动完成的变电站直流电源综合特性测试系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电力系统变电站直流电源特性测试装置，尤其是一种直流电源综合特性测试系统。
背景技术
电力系统中直流电源是继电保护的核心电源，直接关系到电网的安全运行。目前我国电力系统中运行的直流电源设备的技术指标都是生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。但是运行实践证明，随着运行时间的推移，特别是投运1～3年后，设备的技术指标会发生偏移，如充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数超标，蓄电池容量下降等。由于现场检修不具备相应的测试工具，难以确认设备的技术指标是否满足要求，无法及时发现、调整，所造成的后果就是蓄电池提前失效或损坏，直接威胁电网的安全运行。特别是对于广泛采用的阀控密封铅酸蓄电池，虽具有不需加酸加水、维护量小的优点，但对充电设备的指标具有严格的要求，如不满足要求则会发生干涸、热失控等故障，很快失效报废。另外，目前变电站多采用综合自动化技术，蓄电池采用柜式安装，与自动化设备同装一室，充电机性能出现问题会造成蓄电池发热、溢酸等问题，严重者甚至发生爆炸。在DL/T724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》第5、7条中以及GB/T19826-2005《电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求》第5、6条中，都对直流电源装置的稳压精度、稳流精度、纹波系数等技术指标及试验方法有明确的规定及技术要求。同时，国家电网生技[2005]400号文件关于“国家电网公司十八项电网重大反事故措施”中的第13条，以及国家电网公司《供电企业安全性评价》第2条都对直流电源装置应满足的稳压精度、稳流精度、纹波系数作了具体要求。试验内容主要是通过调压装置(如调压器)使充电机交流输入电压在额定电压±10％内变化，通过负载调整装置(如放电电阻)，使充电机的直流输出电压及输出电流在规定范围内变化(电压调整范围为额定值的90％～125％，电流调整范围为额定值的0～100％)，在调整范围内测量电压、电流及纹波值，通过计算，得到充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数。由于以往直流电源的检测不具备调整交流输入电压设备，只能采用市电交流，因此不能检验交流输入电压变化情况下的稳压精度、稳流精度及纹波系数等参数，而充电机往往在输入交流电压变化时稳压精度不能满足要求；而且现场一般通过电炉丝调节充电机输出电压、电流，不但费工费时不符合安全操作的要求，而且输出容量往往过小，达不到规定范围。造成的后果就是现场人员不能按照规定进行全部测试点的检测，特别是一些易发现问题的极限点的检测，如交流输入电压+10％、输出满载情况下的稳压精度。因此，设计一种直流电源综合特性测试系统，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种直流电源综合特性测试系统。是一种交流输入电压调整、负载调节、电参数采集、录波、计算全自动完成的变电站直流电源综合特性测试系统。
本实用新型解决其技术问题的技术方案是：
一种直流电源综合特性测试系统，由交流输入调压装置和监控装置组成，交流调压装置从其交流输入端接入三相四线制的交流市电，其交流输出端与待测充电机的交流输入端连接，待测充电机的直流输出端与监控装置的直流输入端连接，同时，监控装置的调压装置控制信号输出端和交流输入调压装置的控制端相连。
本实用新型解决其技术问题的技术方案还可以是：
本实用新型所述的交流输入调压装置由主回路和控制回路构成，主回路包括交流空气开关、三个单相线圈、直流电机，三相四线制的交流市电经保护元件空开连至采用星形接法的三个单相线圈的A、B、C和N，其输出是受控于监控装置的直流电机采用三相统调方式滑动碳刷，自耦输出，控制电路包括光耦和三极功率对管T1、T2，控制回路的控制信号由监控装置引入，通过光耦驱动两个三极功率对管T1、T2组成的推挽电路与直流电机的碳刷滑动机构连接。
本实用新型所述的监控装置包括微处理器、信号变送、信号调理、功率驱动、光电耦合、IGBT管、绕线电阻、按键及显示。完成参数设定、直流电压、电流的采集，实现输出负载0～100％范围内自动调节，输入交流调压装置的自动控制，稳压精度、稳流精度、纹波系数的计算，报表和波形的显示、存储、查询。微处理器采用Atmega128，它是ATMEL公司8位系列最高配置的一款单片机，先进的RISC结构，128K的片内FLASH，4K片内SRAM，一个8通道的10位的A/D转换器，两个可编程的串行USART；信号变送部分的电流变送采用型号为TBC50A的霍尔电流传感器，电压变送采用型号为WPE-DV的电磁调制电压传感器，输入0-300V，输出0-5V，信号调理包括电压放大和电流放大，都采用运放LM358，功率驱动是MC1413达林顿管，来提高驱动能力；光电耦合是TLP521-1，隔离强弱电；IGBT管采用25N120，25A1200V的绕线电阻，纯阻性，完全满足电力标准要求；按键及显示部分采用型号为DMT64480T056的带串行USART接口的智能显示终端加5.7时触摸屏，待测充电机的直流输出正端连接绕线电阻的一端，绕线电阻的另一端穿过电流变送器TBC50A后，连接IGBT管25N120的C极，IGBT管的E极接至待测充电机直流输出负端，构成测试主回路，电压传感器WPE-DV一次输入端并联于待测充电机直流输出两端，电压传感器二次信号输出连接电压运放LM358的同相输入端，电压运放LM358的输出端连接微处理器Atmega128的一个A/D输入脚，构成电压采样回路，电流传感器TBC50A穿心于绕线电阻和IGBT管25N120的C极连接线，其二次信号输出连接电流运放LM358的同相输入端，电流运放LM358的输出端连接微处理器Atmega128的另一个A/D输入脚，构成电流采样回路，微处理器Atmega128的一个I/O脚和功率驱动芯片MC1413的输入相连，MC1413的输出与光耦TLP521-1的输入相连，TLP521-1的输出连接IGBT管25N120的控制G极，构成负载调节控制回路；ATMEGA128的另一个I/O脚与输入调压装置控制信号输入端连接，改变调压装置交流输出电压；微处理器Atmega128的RXD1、TXD1脚连接智能显示终端DMT64480T056的串行USART接口，构成按键及显示回路，完成按键操作和屏幕显示功能。控制过程如下：监控装置通过智能终端触摸屏按键设定工作参数，微处理器Atmega128自动根据设定值通过一个I/O口发交流输入调压装置控制信号，改变调压装置交流输出电压，然后采用PWM脉宽调制方式，由Atmega128的I/O口连接功率驱动芯片MC1413，来驱动光耦TLP521-1，再由光耦推动IGBT管25N120来控制绕线电阻的投切，处于不同的负载状态；电压、电流传感器把电压、电流强电信号隔离转变为0～5V弱电信号传递给信号调理电路运放LM358(两路，一路电压放大、一路电流放大)，经LM358放大后，分别传递给微处理器Atmega128的两个A/D输入脚，这时微处理器自动记录下不同负载状态的直流电压、电流及纹波值，然后再改变交流调压装置输出电压，重复上述过程，直到所需测试点全部测试完成，微处理器自动通过计算，得到待测充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数，并在智能终端上显示报表、波形图等。
本实用新型所述的微处理器ATMEGA128单片机的GND、AGND与电源地相连接，VCC、AVCC、接VCC高电平，C4并联于ATMEGA128的AREF和AGND脚之间，起滤波作用，单片机ATMEGA128的XTAL1、XTAL2脚分别与电容C2、C3的一端相连，电容的另一端接地，并且在XTAL1、XTAL2之间接一个8M晶振M1使单片机正常工作，单片机ATMEGA128的RESET脚与电阻R11的一端及电容C1的一端相连接，R11的另一端接VCC高电平，C1的另一端接地，完成上电复位功能。ATMEGA128的RXD1脚与智能显示终端DMT64480T056的TX脚相连，TXD1脚与智能显示终端的RX脚相连，DMT64480T056的GND脚接地，构成按键和显示回路，ATMEGA128的PB0脚与输入调压装置控制信号输入端连接，改变调压装置交流输出电压，ATMEGA128的PB1脚和驱动芯片MC1413的1脚IN相连，MC1413的9脚COM与12V电源连接，MC1413的16脚OUT与光耦TLP521-1的2脚相连，TLP521-1的1脚连接12V电源，4脚与+15电源连接，TLP521-1的3脚与电阻R5的一端及IGBT管25N120的G极相连，R5的另一端接地，25N120的E极与待测充电机直流输出“-”连接，25N120的C极接绕线电阻的一端，绕线电阻的另一端穿过电流变送器TBC50A后与待测充电机直流输出“+”连接，绕线电阻、IGBT、TLP521-1、MC1413、R5、R6一起构成主测试及其控制电路，WPE-DV一次输入端U+与待测充电机直流输出“+”连接，U-与待测充电机直流输出“-”连接，电压传感器的+E脚接12V，GND脚接地，信号输出端Us连接R8的一端，电阻R8的另一端与AMP1的3脚相连，电阻R7的一端接地，另一端与AMP1运放LM358的2脚及电位器W1的1脚相连，电位器W1的2、3脚与AMP1的1脚及ATMEGA128的ADC1脚相连接，WPE-DV、R7、R8、W1及AMP1一起构成电压信号变送调理电路。电流传感器TBC50A穿心于绕线电阻和IGBT管25N120的C极连接线，TBC50A的的+E脚接12V，-E脚接-12V，G脚接地，信号输出端Uz连接电阻R10的一端，R10的另一端与AMP2运放LM358的3脚相连，电阻R9的一端接地，另一端与AMP2的2脚及电位器W2的1脚相连，电位器W2的2、3脚与AMP2的1脚及ATMEGA128的ADC0脚相连接，TBC50A、R9、R10、W2及AMP2一起构成电流信号变送调理电路。
本实用新型的有益效果是：
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
①该系统具有交流输入电压自动调压稳压功能，调节范围完全满足相关标准要求。
②负载是0～100％范围内自动调节，覆盖所有测试点。
③繁琐的人工交流输入电压、输出负载的调节及数据记录、计算、图形和报表的生成等测量过程由系统自动完成，省时省力，而且安全系数更高。
④集中控制，分体作业，不需电压、电流表、示波器等仪器，简单方便。
附图说明
图1是系统的构成框图。
图2是输入调压装置主回路框图。
图3是输入调压装置控制回路框图。
图4是监控装置原理框图。
图5是监控装置电路图。
具体实施方式
如图1所示，本系统由输入调压装置、监控装置两部分构成。连接方式如下：三相四线制的交流市电连接调压装置的交流输入端，其交流输出端连至待测充电机的交流输入端，待测充电机的直流输出端连接监控装置的直流输入端，同时，监控装置的调压装置控制信号输出端和输入调压装置的控制端相连。测试过程如下：首先按照有关电力规程通过触摸屏按键设定监控装置的工作参数，监控装置自动根据设定参数发交流输入调压装置控制信号，调整调压装置交流输出电压，再采用PWM脉宽调制方式，通过光耦驱动IGBT管控制绕线电阻的投切，处于不同的负载状态，这时监控装置自动记录下不同负载状态的直流电压、电流及纹波值，然后再改变交流调压装置输出电压，重复上述过程，直到所需测试点全部测试完成，监控装置自动通过计算，得到充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数，并显示报表、波形图等。
如图2、图3所示，输入调压装置包括交流空气开关、三个单相线圈、直流电机和控制电路(包括光耦和三极功率对管)，实现输入交流电源调压稳压功能。一次主回路：三相四线制的交流市电经保护元件空开连至采用星形接法的三个单相线圈的A、B、C和N，其输出是受控于监控装置的直流电机采用三相统调方式滑动碳刷，自耦输出；二次控制回路是由来自于监控装置的控制信号连接光耦，驱动两个三极功率对管组成的推挽电路来控制直流电机带动碳刷滑动的。
如图4所示，监控装置包括微处理器、信号变送、信号调理、功率驱动、光电耦合、IGBT管、绕线电阻、按键及显示。完成参数设定、直流电压、电流的采集，实现输出负载0～100％范围内自动调节，输入交流调压装置的自动控制，稳压精度、稳流精度、纹波系数的计算，报表和波形的显示、存储、查询。微处理器采用Atmega128，它是ATMEL公司8位系列最高配置的一款单片机，先进的RISC结构，128K的片内FLASH，4K片内SRAM，一个8通道的10位的A/D转换器，两个可编程的串行USART；信号变送部分的电流变送采用霍尔电流传感器，型号为：TBC50A，电压变送采用电磁调制电压传感器，型号为：WPE-DV，输入0-300V，输出0-5V；信号调理包括电压放大和电流放大，都采用运放LM358；功率驱动是MC1413达林顿管，来提高驱动能力；光电耦合是TLP521-1，隔离强弱电；IGBT管采用仙童公司的25N120，25A1200V；绕线电阻，纯阻性，完全满足电力标准要求；按键及显示部分采用带串行USART接口的智能显示终端加5.7时触摸屏，型号为：DMT64480T056。上述各部分连接方式如下：待测充电机的直流输出正端连接绕线电阻的一端，绕线电阻的另一端穿过电流变送器TBC50A后，连接IGBT管25N120的C极，IGBT管的E极接至待测充电机直流输出负端，而构成测试主回路；电压传感器WPE-DV一次输入端并联于待测充电机直流输出两端，电压传感器二次信号输出连接电压运放LM358的同相输入端，电压运放LM358的输出端连接微处理器Atmega128的一个A/D输入脚而构成电压采样回路；电流传感器TBC50A穿心于绕线电阻和IGBT管25N120的C极连接线，其二次信号输出连接电流运放LM358的同相输入端，电流运放LM358的输出端连接微处理器Atmega128的另一个A/D输入脚而构成电流采样回路；微处理器Atmega128的一个I/O脚和功率驱动芯片MC1413的输入相连，MC1413的输出与光耦TLP521-1的输入相连，TLP521-1的输出连接IGBT管25N120的控制G极而构成负载调节控制回路；ATMEGA128的另一个I/O脚与输入调压装置控制信号输入端连接，改变调压装置交流输出电压；微处理器Atmega128的RXD1、TXD1脚连接智能显示终端DMT64480T056的串行USART接口，构成按键及显示回路，完成按键操作和屏幕显示功能。控制过程如下：监控装置通过智能终端触摸屏按键设定工作参数，微处理器Atmega128自动根据设定值通过一个I/O口发交流输入调压装置控制信号，改变调压装置交流输出电压，然后采用PWM脉宽调制方式，由Atmega128的I/O口连接功率驱动芯片MC1413，来驱动光耦TLP521-1，再由光耦推动IGBT管25N120来控制绕线电阻的投切，处于不同的负载状态；电压、电流传感器把电压、电流强电信号隔离转变为0～5V弱电信号传递给信号调理电路运放LM358(两路，一路电压放大、一路电流放大)，经LM358放大后，分别传递给微处理器Atmega128的两个A/D输入脚，这时微处理器自动记录下不同负载状态的直流电压、电流及纹波值，然后再改变交流调压装置输出电压，重复上述过程，直到所需测试点全部测试完成，微处理器自动通过计算，得到待测充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数，并在智能终端上显示报表、波形图等。
如图5所示，ATMEGA128单片机的GND、AGND与电源地相连接；VCC、AVCC、接VCC高电平。C4并联于ATMEGA128的AREF和AGND脚之间，起滤波作用。单片机ATMEGA128的XTAL1、XTAL2脚分别与电容C2、C3的一端相连，电容的另一端接地，并且在XTAL1、XTAL2之间接一个8M晶振M1使单片机正常工作。单片机ATMEGA128的RESET脚与电阻R11的一端及电容C1的一端相连接，R11的另一端接VCC高电平，C1的另一端接地，完成上电复位功能。ATMEGA128的RXD1脚与智能显示终端DMT64480T056的TX脚相连，TXD1脚与智能显示终端的RX脚相连，DMT64480T056的GND脚接地，构成按键和显示回路。ATMEGA128的PB0脚与输入调压装置控制信号输入端连接，改变调压装置交流输出电压。ATMEGA128的PB1脚和驱动芯片MC1413的1脚IN相连，MC1413的9脚COM与12V电源连接，MC1413的16脚OUT与光耦TLP521-1的2脚相连，TLP521-1的1脚连接12V电源，4脚与+15电源连接，TLP521-1的3脚与电阻R5的一端及IGBT管25N120的G极相连，R5的另一端接地，25N120的E极与待测充电机直流输出“-”连接，25N120的C极接绕线电阻的一端，绕线电阻的另一端穿过电流变送器TBC50A后与待测充电机直流输出“+”连接，绕线电阻、IGBT、TLP521-1、MC1413、R5、R6一起构成主测试及其控制电路。WPE-DV一次输入端U+与待测充电机直流输出“+”连接，U-与待测充电机直流输出“-”连接，电压传感器的+E脚接12V，GND脚接地，信号输出端Us连接R8的一端，电阻R8的另一端与AMP1的3脚相连，电阻R7的一端接地，另一端与AMP1运放LM358的2脚及电位器W1的1脚相连，电位器W1的2、3脚与AMP1的1脚及ATMEGA128的ADC1脚相连接，WPE-DV、R7、R8、W1及AMP1一起构成电压信号变送调理电路。电流传感器TBC50A穿心于绕线电阻和IGBT管25N120的C极连接线，TBC50A的的+E脚接12V，-E脚接-12V，G脚接地，信号输出端Uz连接电阻R10的一端，R10的另一端与AMP2运放LM358的3脚相连，电阻R9的一端接地，另一端与AMP2的2脚及电位器W2的1脚相连，电位器W2的2、3脚与AMP2的1脚及ATMEGA128的ADC0脚相连接，TBC50A、R9、R10、W2及AMP2一起构成电流信号变送调理电路。
Claims (4)
1.一种直流电源综合特性测试系统，由交流输入调压装置和监控装置组成，其特征在于：交流调压装置从其交流输入端接入三相四线制的交流市电，其交流输出端与待测充电机的交流输入端连接，待测充电机的直流输出端与监控装置的直流输入端连接，同时，监控装置的调压装置控制信号输出端和交流输入调压装置的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的一种直流电源综合特性测试系统，其特征在于：所述的交流输入调压装置由主回路和控制回路构成，主回路包括交流空气开关、三个单相线圈、直流电机，三相四线制的交流市电经保护元件空开连至采用星形接法的三个单相线圈的A、B、C和N，其输出是受控于监控装置的直流电机采用三相统调方式滑动碳刷，自耦输出，控制电路包括光耦和三极功率对管T1、T2，控制回路的控制信号由监控装置引入，通过光耦驱动两个三极功率对管T1、T2组成的推挽电路与直流电机的碳刷滑动机构连接。
3.根据权利要求1所述的一种直流电源综合特性测试系统，其特征在于：所述的监控装置包括微处理器、信号变送、信号调理、功率驱动、光电耦合、IGBT管、绕线电阻、按键及显示，微处理器采用Atmega128，信号变送部分的电流变送采用型号为TBC50A的霍尔电流传感器，电压变送采用型号为WPE-DV的电磁调制电压传感器，输入0-300V，输出0-5V，信号调理包括电压放大和电流放大，都采用运放LM358，功率驱动是MC1413达林顿管，光电耦合是TLP521-1，IGBT管采用25N120，25A1200V的绕线电阻，按键及显示部分采用型号为DMT64480T056的带串行USART接口的智能显示终端加5.7时触摸屏，待测充电机的直流输出正端连接绕线电阻的一端，绕线电阻的另一端穿过电流变送器TBC50A后，连接IGBT管25N120的C极，IGBT管的E极接至待测充电机直流输出负端，构成测试主回路，电压传感器WPE-DV一次输入端并联于待测充电机直流输出两端，电压传感器二次信号输出连接电压运放LM358的同相输入端，电压运放LM358的输出端连接微处理器Atmega128的一个A/D输入脚，构成电压采样回路，电流传感器TBC50A穿心于绕线电阻和IGBT管25N120的C极连接线，其二次信号输出连接电流运放LM358的同相输入端，电流运放LM358的输出端连接微处理器Atmega128的另一个A/D输入脚，构成电流采样回路，微处理器Atmega128的一个I/O脚和功率驱动芯片MC1413的输入相连，MC1413的输出与光耦TLP521-1的输入相连，TLP521-1的输出连接IGBT管25N120的控制G极，构成负载调节控制回路，ATMEGA128的另一个I/O脚与输入调压装置控制信号输入端连接微处理器Atmega128的RXD1、TXD1脚连接智能显示终端DMT64480T056的串行USART接口。
4.根据权利要求3所述的一种直流电源综合特性测试系统，其特征在于：所述的微处理器ATMEGA128单片机的GND、AGND与电源地相连接，VCC、AVCC、接VCC高电平，C4并联于ATMEGA128的AREF和AGND脚之间，单片机ATMEGA128的XTAL1、XTAL2脚分别与电容C2、C3的一端相连，电容的另一端接地，并且在XTAL1、XTAL2之间接一个8M晶振M1，单片机ATMEGA128的RESET脚与电阻R11的一端及电容C1的一端相连接，R11的另一端接VCC高电平，C1的另一端接地，ATMEGA128的RXD1脚与智能显示终端DMT64480T056的TX脚相连，TXD1脚与智能显示终端的RX脚相连，DMT64480T056的GND脚接地，构成按键和显示回路，ATMEGA128的PB0脚与输入调压装置控制信号输入端连接，改变调压装置交流输出电压，ATMEGA128的PB1脚和驱动芯片MC1413的1脚IN相连，MC1413的9脚COM与12V电源连接，MC1413的16脚OUT与光耦TLP521-1的2脚相连，TLP521-1的1脚连接12V电源，4脚与+15电源连接，TLP521-1的3脚与电阻R5的一端及IGBT管25N120的G极相连，R5的另一端接地，25N120的E极与待测充电机直流输出“-”连接，25N120的C极接绕线电阻的一端，绕线电阻的另一端穿过电流变送器TBC50A后与待测充电机直流输出“+”连接，绕线电阻、IGBT、TLP521-1、MC1413、R5、R6一起构成主测试及其控制电路，WPE-DV一次输入端U+与待测充电机直流输出“+”连接，U-与待测充电机直流输出“-”连接，电压传感器的+E脚接12V，GND脚接地，信号输出端Us连接R8的一端，电阻R8的另一端与AMP1的3脚相连，电阻R7的一端接地，另一端与AMP1运放LM358的2脚及电位器W1的1脚相连，电位器W1的2、3脚与AMP1的1脚及ATMEGA128的ADC1脚相连接，WPE-DV、R7、R8、W1及AMP1一起构成电压信号变送调理电路；电流传感器TBC50A穿心于绕线电阻和IGBT管25N120的C极连接线，TBC50A的的+E脚接12V，-E脚接-12V，G脚接地，信号输出端Uz连接电阻R10的一端，R10的另一端与AMP2运放LM358的3脚相连，电阻R9的一端接地，另一端与AMP2的2脚及电位器W2的1脚相连，电位器W2的2、3脚与AMP2的1脚及ATMEGA128的ADC0脚相连接，TBC50A、R9、R10、W2及AMP2一起构成电流信号变送调理电路。
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