CN202486169U - 一种高压开关动特性测试仪标准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高压开关动作特性测试仪标准装置，标准装置包括标准量设置单元，时间/行程及速度测试单元和输出端口；所述标准量设置单元用于设定所需的时间标准量、速度标准量和行程标准量，其包括时间标准量设置端口和行程及速度标准量设置端口；所述时间/行程及速度测试单元包括时间标准模块和行程及速度标准模块。本实用新型的时间标准量测量范围(10～1000)ms，分辨力0.01ms，最大允许误差±0.05ms；速度标准量测量范围(0.2～6)m/s，最大允许误差±(1％读数+0.01m/s)；行程标准量测量范围(10～600)mm，最大允许误差±(0.1％设定值+0.06mm)。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高压开关动作特性测试仪标准装置，属于高压开关动特性测试设备的校准、检定与检测领域。利用本标准装置可以对高压开关动作特性测试仪主要的测量功能即：合闸/分闸时间、弹跳时间、不同期时间、过渡电阻，开距、超程、全行程、刚分/刚合速度、合闸速度、分闸速度、最大速度等测量功能进行合理、高效的校准、检定与检测工作。
背景技术
高压开关(断路器)是电力系统中最重要的控制和保护设备。开关设备的机械性能的可靠程度对整套设备的正常工作具有非常重要的影响，其机械特性的检测在电力系统预防性试验中具有十分重要的地位。为了有效评估高压开关的机械性能，大量高压开关动作特性的测试仪器在现场被广泛地采用。市场上满足或部分满足高压开关动特性测试的仪器种类众多，测量参数各异，性能良莠不齐，用户选型困难。
现有技术中，鲜有高压开关动作特性测试仪的校准检定工作，其手段相对简单，检验工作只是停留在对断口动作时间的检定上，对包括速度传感器在内的整套测试仪的校准检定所作的工作还很少。
综上所述，目前国内在高压开关动作特性测试仪校准检定工作上存在不足，亟需研制高压开关动作特性测试仪标准装置，来保证高压开关动作特性参数量值的准确可靠，以完善高压开关动作特性的量值溯源体系。
本实用新型针对高压开关动作特性测试仪的工作特点设计，能够对市场主流的高压开关动作特性测试仪的主要功能进行全面的校准检定工作，有效评估测试仪器的性能，方便高开动特性测试仪器相关测量参量的溯源。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有高压开关动作特性测试仪标准装置设计原理上的不足，尤其是标准装置溯源困难的问题，提出并实现了一种高压开关动作特性测试仪标准装置，能有效开展高压开关动作特性测试仪的校准检定工作，并且相关测量参量能够方便溯源到上级计量标准。
本实用新型所采取的技术方案如下，
一种高压开关动特性测试仪标准装置，所述标准装置包括标准量设置单元，时间/行程及速度测试单元和输出端口；
所述标准量设置单元用于设定所需的时间标准量、速度标准量和行程标准量，其包括时间标准量设置端口和行程及速度标准量设置端口；
所述时间/行程及速度测试单元包括时间标准模块和行程及速度标准模块；所述时间标准模块包括信号产生单元，其产生标准时间信号，用于模拟高压开关的分/合闸时间参数；所述行程及速度标准模块包括电机，所述电机产生正交脉冲，所述行程及速度标准模块采集此反馈脉冲，并获得电机运行的行程-时间曲线，进而得到速度-时间曲线，计算得到开距、超程的行程标准量和刚分速度、刚合速度的速度标准量；
所述输出端口包括时间标准模块的输出端口和行程及速度标准模块的输出端口，所述各个输出端口与待测测试仪的相应端口连接。
所述时间标准模块包括同步检测单元、控制单元A、信号产生单元、断口信号输出单元；
所述标准量设置单元完成时间标准量的设置后，所述同步检测单元检测信号是否为触发信号，是则触发所述的控制单元A，所述控制单元A发出指令给所述信号产生单元产生设置时间长度的高电平或低电平信号；上位机设置参数时，会选择是分闸时间或是合闸时间，当选择分闸时间时，标准装置会先产生一个设定时长的低电平信号，定时到时低电平信号突变为一个高电平信号；相反的选择合闸时间时，标准装置产生一个高电平信号，定时到是突变为低电平信号。标准装置时间标准模块的工作原理与测试仪在实际使用时测量原理相适应，模拟测试仪的使用工况。
所述断口信号输出单元与被检测试仪器的时间测量端口连接，输出标准时间信号，模拟高压开关分合闸动作。
操作人员通过标准装置的上位机软件完成参数设置后，标准装置的同步检测单元即开始检测同步信号，同步信号的作用是为了使标准装置和测试仪器有一个相同的时间测量起点，同步信号共有6种方式，其中3种内同步方式为标准装置产生同步信号，标准装置和测试仪检测；3种外同步方式为测试仪产生同步信号，标准装置和测试仪检测。时间标准模块的工作方式可以根据图2的说明。
在具体的应用中，所述时间标准模块还包括隔离单元，所述隔离单元将所述信号产生单元发出的信号经过隔离操作后输出给所述的输出端口；用于实现所述信号产生单元和时间输出端口间的电气隔离；所述隔离单元为ISO7220；
所述断口信号输出单元采用MOS管；IRFP460，IRFP460栅极在MOS驱动器IR2110的控制下，漏极完成断口信号输出。所述同步检测单元为ARM9，FPGA控制所述信号发生单元、隔离单元和断口信号输出单元。
所述时间标准模块中的信号产生单元同时提供1～16路断口信号输出，输出电压幅值与测试仪现场测量工况相同，每路断口输出均可独立设定，根据需要单独使用或同时使用。
具体的，所述时间标准模块采用电压内触发、电流内触发、空接点内触发、电压外触发、电流外触发、空接点外触发六种同步触发方式中的一种。标准装置的触发方式是根据测试仪的工作方式决定，被检测试仪能提供触发信号时选择外触发方式，不能提供时选择内触发方式。选择触发方式时需要在上位机软件上进行设置，选中所需要的触发方式，另外还需要在接线时选择对应的接线端子进行接线。
所述行程及速度标准模块包括直线电机、控制单元B、驱动单元、光栅反馈单元组成；所述直线电机导轨上设置有光栅尺；
所述行程及速度标准量设置端口将设置的参数传输给控制单元B，完成设置参数的配置和下传，并向控制单元B发出启动命令；
所述直线电机运行时产生正交脉冲输出，所述驱动单元采集此反馈脉冲，并调节输出驱动电压的大小和相位，控制直线电机工作；所述光栅反馈单元通过数据通道采集反馈脉冲获得光栅尺实时位移信息标准装置采集并储存此脉冲信号获得电机运行的行程-时间曲线，行程-时间曲线求导即可得到速度-时间曲线；计算获得速度-时间曲线，并计算得到开距、超程等行程标准量和刚分速度、刚合速度标准量，后通过行程及速度标准模块的输出端口输出给待测的测试仪。
现有技术中，高压开关测试仪标准装置有采用气动式的电机来作为速度行程标准的，本专利采用直线电机作为速度行程标准为首创，直线电机相对于气动式电机速度可控性强，准确度高，重复性好，也更安全可靠。
本实用新型的第二个创新是，在上述装置上进行的高压开关动特性测试仪方法.
所述方法包括，
(1)设置时间，行程/速度参数步骤；
(2)检测触发信号步骤；是同步触发信号则进入步骤(3)与(4)，否则进入步骤(2)；
(3)时间标准模块启动步骤：
(31)时间标准模块启动定时计数器，其时间为设置的时间标准量；
(32)判断时间是否达到设定时间；是则进入步骤(33)，否则进入(32)；
(33)控制断口信号变化；
(4)行程及速度标准模块启动步骤
(41)行程及速度标准模块启动直线电机按照设定行程和速度参数运行；
(42)标准装置采集并储存脉冲信号获得电机运行的行程-时间曲线；
(43)计算获得速度-时间曲线，并计算得到开距、超程等行程标准量和刚分速度、刚合速度等速度标准量；
(5)输出步骤：被检高压开关测试仪时间测量端口连接于标准装置时间标准模块的输出端口，测量标准装置产生的标准时间量；测试仪的位移/时间传感器连接于标准装置行程及速度标准模块连接，测量标准装置产生的标准行程量和标准速度量；通过标准装置的标准量和测试仪测量值即可计算获得测试仪的误差，实现对测试仪的校准检定工作。
本实用新型的工作原理：标准装置由上位机和下位机结构组成，标准装置的上位机软件包括时间标准量设置界面、速度及行程标准量设置界面，设定所需的时间标准量、速度标准量和行程标准量。标准装置的下位机由时间标准模块和行程及速度标准模块组成，时间标准模块将上位机设定的时间标准量转换成标准时间信号t，标准装置的时间标准模块可产生16路相互独立的标准时间信号，模拟16组高压开关的分/合闸时间等时间参数；行程及速度标准模块将上位机设定的行程及速度标准量转换成标准行程量s、标准速度量v，模拟高压开关的开距、超程等行程参量和刚分速度、刚合速度等速度参量。标准装置能选择电压内触发、电流内触发、空接点内触发、电压外触发、电流外触发、空接点外触发六种同步触发方式。
标准装置的工作流程为：操作人员完成参数设置并启动开始按钮后，标准装置等待同步触发信号，接收到同步触发信号后，时间标准模块和行程及速度标准模块同时开始工作，其中时间标准模块启动定时计数器，定时时间为设定的时间标准量，定时时间到时控制断口信号变化；行程及速度标准模块启动直线电机按照设定行程和速度参数运行，电机运行时安装在电机导轨上的光栅尺会产生正交脉冲，标准装置采集并储存此脉冲信号获得电机运行的行程-时间曲线，再对行程-时间曲线进行微分计算获得速度-时间曲线，并根据高压开关相关行程和速度参数的定义计算得到开距、超程等行程标准量和刚分速度、刚合速度等速度标准量。被检高压开关测试仪时间测量端口连接于标准装置时间标准模块的输出端口，测量标准装置产生的标准时间量；测试仪的位移/时间传感器连接于标准装置行程及速度标准模块连接，测量标准装置产生的标准行程量和标准速度量。通过标准装置的标准量和测试仪测量值即可计算获得测试仪的误差，实现对测试仪的校准检定工作。
本实用新型的有益效果是：本实用新型针对高压开关动作特性测试仪的工作原理设计，标准装置由时间标准模块、行程及速度标准模块组成，其中时间标准模块以ARM9为主控制器，FPGA为从控制器，能够提供16路标准时间信号，模拟高压开关的分合闸时间等时间标准量；速度及行程模块采用直线电机作为速度及行程产生装置，模拟高压开关的分合闸速度等速度标准量及行程、开距等行程标准量。时间标准量测量范围(10～1000)ms，分辨力0.01ms，最大允许误差±0.05ms；速度标准量测量范围(0.2～6)m/s，最大允许误差±(1％读数+0.01m/s)；行程标准量测量范围(10～600)mm，最大允许误差±(0.1％设定值+0.06mm)。使用本标准装置能为高压开关动作特性测试设备的选购提供参考依据，也可以作为判断产品合格与否的标准用于仪器设备的验收；还可用于高压开关动作特性测试仪生产厂家的生产过程中的对比校准，还可以作为产品出厂检验的测试仪器，对促使电力测试仪器向标准化、规范化方向发展有积极推动作用。
附图说明
图1，是标准装置基本工作原理框图。
图2，是时间标准模块原理框图。
图3，是时间标准模块工作流程框图。
图4，是位移及速度标准模块原理框图。
图中标记：1-标准装置上位机，2-标准装置下位机，3-时间标准量设置界面，4-行程及速度标准量设置界面，5-时间标准模块，6-行程及速度标准模块，7-被检高压开关动作特性测试仪，8-时间测量端口，9-位移/时间采样部件，10-行程及速度测量端口，11-同步检测单元，12-控制系统，13-信号产生单元，14-隔离单元，15-断口信号输出单元，16-直线电机，17-驱动单元，18-控制单元，19-光栅反馈单元，20-行程及速度标准量设置，21-启动控制，22-光栅尺实时位移信息，23-CAN卡，t-标准时间信号，s-标准行程量，v-标准速度量。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
本实用新型技术方案提供高压开关动作特性测试仪标准装置，由时间标准模块和位移及速度标准模块组成；时间标准模块包括控制单元、同步检测单元、信号产生单元、隔离单元、断口信号输出单元；位移及速度标准模块包括直线电机、控制单元、驱动单元、光栅反馈单元组成。标准装置的时间标准模块可产生16路相互独立的标准时间信号，模拟16组高压开关的分/合闸时间等时间参数，可支持弹跳和重合闸模拟，还可以模拟过渡电阻；行程及速度模块采用直线电机模拟高压开关的分合闸动作，比采用实物高压开关体积小、重量轻、准确度高，比气动式电机在速度稳定性高、重复性强、安全性好，操作人员通过上位机上设置所需的行程及速度参量即可控制电机完成相关操作，操作便捷、使用安全可靠。
参见图1所示的高压开关动作特性测试仪标准装置原理框图。标准装置由上位机和下位机结构组成，标准装置的上位机软件包括时间标准量设置界面、速度及行程标准量设置界面，设定所需的时间标准量、速度标准量和行程标准量。标准装置的下位机由时间标准模块和行程及速度标准模块组成，时间标准模块将上位机设定的时间标准量转换成标准时间信号t，标准装置的时间标准模块可产生16路相互独立的标准时间信号，模拟16组高压开关的分/合闸时间等时间参数；行程及速度标准模块将上位机设定的行程及速度标准量转换成标准行程量s、标准速度量v，模拟高压开关的开距、超程等行程参量和刚分速度、刚合速度等速度参量。标准装置能选择电压内触发、电流内触发、空接点内触发、电压外触发、电流外触发、空接点外触发六种同步触发方式，标准装置的工作流程为：操作人员完成参数设置并启动开始按钮后，标准装置等待同步触发信号，接收到同步触发信号后，时间标准模块和行程及速度标准模块同时开始工作，其中时间标准模块启动定时计数器，定时时间为设定的时间标准量，定时时间到时控制断口信号变化；行程及速度标准模块启动直线电机按照设定行程和速度参数运行，电机运行时安装在电机导轨上的光栅尺会产生正交脉冲，标准装置采集并储存此脉冲信号获得电机运行的行程-时间曲线，再对行程-时间曲线进行微分计算获得速度-时间曲线，并根据高压开关相关行程和速度参数的定义计算得到开距、超程等行程标准量和刚分速度、刚合速度等速度标准量。被检高压开关测试仪时间测量端口连接于标准装置时间标准模块的输出端口，测量标准装置产生的标准时间量；测试仪的位移/时间传感器连接于标准装置行程及速度标准模块连接，测量标准装置产生的标准行程量和标准速度量。通过标准装置的标准量和测试仪测量值即可计算获得测试仪的误差，实现对测试仪的校准检定工作。
参见图2所示的高压开关动作特性测试仪标准装置时间标准模块原理框图。时间标准模块由控制单元、同步检测单元、信号产生单元、隔离单元、断口信号输出单元组成；标准装置上位机软件完成时间标准量的设置，通过USB电缆下传到标准装置下位机的时间标准模块。同步检测单元接收到触发信号后，控制系统根据上位机设置的时间标准量控制信号产生单元产生设置时间长度的高电平或低电平信号；隔离单元用来实现信号产生单元和断口输出单元间的电气隔离；断口输出单元与被检测试仪器的时间测量端口连接，输出标准时间信号，模拟高压开关分合闸动作。控制系统采用ARM9为主控制器，FPGA为从控制器；ARM9主要完成上位机的配置数据接收，定时数据下传到FPGA，同步的控制与检测，复位；FPGA主要完成断口定时输出。时间标准模块可产生16路相互独立的标准时间信号，模拟16组高压开关的分/合闸时间等时间参数；
参见图3所示的高压开关动作特性测试仪标准装置时间标准模块工作流程框图。操作人员完成时间参数设置并启动开始按钮后，时间标准模块的同步检测单元即开始检测同步触发信号，当接收到同步触发信号后，时间标准模块的控制单元根据上位机的时间参数设置并启动定时计数器，信号产生单元同时产生所需的高/低电平信号，当定时时间到时控制断口信号高低电平变化，模拟高压开关的分合闸的时间参数；
参见图4所示的高压开关动作特性测试仪标准装置行程及速度标准模块的原理框图。行程及速度标准模块由直线电机、控制单元、驱动单元、光栅反馈单元组成。标准装置行程及速度标准量设置界面设定速度及行程参数，上位机通过CAN卡数据通道1完成设置参数的配置和下传，数据通道2(TTL电平)向控制单元发出“快速”启动命令，直线电机的导轨上安装有光栅尺，直线电机运行时会产生正交脉冲输出，驱动单元采集此反馈脉冲，并用PID的方式调节输出驱动电压的大小和相位，控制直线电机按照上位机设定的行程、速度参数工作；光栅反馈单元通过数据通道3采集反馈脉冲获得光栅尺实时位移信息标准装置采集并储存此脉冲信号获得电机运行的行程-时间曲线，再对行程-时间曲线进行微分计算获得速度-时间曲线，并根据高压开关相关行程和速度参数的定义计算得到开距、超程等行程标准量和刚分速度、刚合速度等速度标准量。
Claims (6)
1.一种高压开关动特性测试仪标准装置，其特征在于，所述标准装置包括标准量设置单元，时间/行程及速度测试单元和输出端口；
所述标准量设置单元用于设定所需的时间标准量、速度标准量和行程标准量，其包括时间标准量设置端口和行程及速度标准量设置端口；
所述时间/行程及速度测试单元包括时间标准模块和行程及速度标准模块；所述时间标准模块包括信号产生单元，其产生标准时间信号，用于模拟高压开关的分/合闸时间参数；所述行程及速度标准模块包括电机，所述电机产生正交脉冲，所述行程及速度标准模块采集此反馈脉冲，并获得电机运行的行程-时间曲线，进而得到速度-时间曲线，计算得到开距、超程的行程标准量和刚分速度、刚合速度的速度标准量；
所述输出端口包括时间标准模块的输出端口和行程及速度标准模块的输出端口，所述各个输出端口与待测测试仪的相应端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压开关动特性测试仪标准装置，其特征在于，
所述时间标准模块包括同步检测单元、控制单元A、信号产生单元、断口信号输出单元；
所述标准量设置单元完成时间标准量的设置后，所述同步检测单元检测信号是否为触发信号，是则触发所述的控制单元A，所述控制单元A发出指令给所述信号产生单元产生设置时间长度的高电平或低电平信号；所述断口信号输出单元与被检测试仪器的时间测量端口连接，输出标准时间信号，模拟高压开关分合闸动作。
3.根据权利要求2所述的一种高压开关动特性测试仪标准装置，其特征在于，
所述时间标准模块还包括隔离单元，所述隔离单元将所述信号产生单元发出的信号经过隔离操作后输出给所述的输出端口；用于实现所述信号产生单元和时间输出端口间的电气隔离；所述隔离单元为ISO7220；
所述断口信号输出单元采用MOS管；所述同步检测单元为ARM9，FPGA控制所述信号发生单元、隔离单元和断口信号输出单元。
4.根据权利要求2或3所述的一种高压开关动特性测试仪标准装置，其特征在于，
所述时间标准模块中的信号产生单元同时提供1～16路断口信号输出，输出电压幅值与测试仪现场测量工况相同，每路断口输出均可独立设定，根据需要单独使用或同时使用。
5.根据权利要求2或3所述的一种高压开关动特性测试仪标准装置，其特征在于，
所述时间标准模块采用电压内触发、电流内触发、空接点内触发、电压外触发、电流外触发、空接点外触发六种同步触发方式中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种高压开关动特性测试仪标准装置，其特征在于，
所述行程及速度标准模块包括直线电机、控制单元B、驱动单元、光栅反馈单元组成；所述直线电机导轨上设置有光栅尺；
所述行程及速度标准量设置端口将设置的参数传输给控制单元B，完成设置 参数的配置和下传，并向控制单元B发出启动命令；
所述直线电机运行时产生正交脉冲输出，所述驱动单元采集此反馈脉冲，并调节输出驱动电压的大小和相位，控制直线电机工作；所述光栅反馈单元通过数据通道采集反馈脉冲获得光栅尺实时位移信息标准装置采集并储存此脉冲信号获得电机运行的行程-时间曲线，计算获得速度-时间曲线，并计算得到开距、超程等行程标准量和刚分速度、刚合速度标准量，后通过行程及速度标准模块的输出端口输出给待测的测试仪。
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