CN204649921U - 一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，包括电压暂降发生装置，以及分别与电压暂降发生装置相连的低压脱扣器插座、电压监测装置，其中所述电压暂降发生装置按照设定参数，提供任意指定相位、幅值和持续时间的单次电压暂降信号，或者任意指定相位和幅值的连续电压暂降信号，同时在不输出电压暂降信号时，输出稳定的220V或者380V的交流电压信号；所述低压脱扣器插座用于固定待测脱扣器的电磁铁部分，以及用于待测脱扣器与电压暂降发生装置的电气连接；所述电压监测装置用于实时监测和记录电压暂降发生装置的输出电压。本实用新型的试验平台，能够降低测试成本，提高测试的效率和准确度。

Description

一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台

技术领域

本实用新型涉及低压电器领域，特别涉及一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台。

背景技术

我国电网规模日益扩大，负荷类型多种多样，尤其是非线性负荷的增多，导致电网中的电能质量问题日益突出。其中，电压暂降是危害最大的电能质量问题之一，已经引起人们的广泛关注。严重的电压暂降一般由电网短路故障引起，会导致断路器跳闸，引起严重的甩负荷现象，不仅对电力用户带来巨大的经济损失，也会对电网的安全稳定运行带来严重危害。

供电部门在配网中广泛采用具有欠压(失压)脱扣功能的低压断路器。在发生严重电压暂降时，低压断路器跳闸，可以起到保护电压暂降敏感设备的作用。低压脱扣器是断路器的核心检测和控制单元，其动作特性直接关系到断路器的整体性能优良程度。

低压脱扣器的发展经历了四个阶段，最新一代是智能脱扣器，功能十分强大，但是由于成本较高，应用仍十分有限。目前应用最广泛的是第三代低压脱扣器，即电子式低压脱扣器，其电子电路部分检测电压暂降信号，并输出脱扣动作信号，电磁铁部分受到动作信号后完成脱扣动作。

在国标GB14048.1-20《低压开关设备和控制设备》，只对于低压脱扣器的动作电压给出了比较宽泛的限值，规定当外施电源电压低于欠电压继电器或脱扣器的额定电压的35％时，欠电压继电器或脱扣器应防止电器闭合，当电源电压等于或高于其额定电压的85％时，欠电压继电器和脱扣器应保证电器能闭合。而对发生暂降时的相角和持续时间则没有给出限值。市场上的电子式低压脱扣器种类较多，不同生产厂家的产品在特性上有很大差异，为实际应用中的选型带来了困难。另外，不同负荷对于电压暂降的敏感度是不同的，生产厂家若能在国标范围内，生产满足不同用户要求的低压脱扣器，则可将电压暂降带来的损失降到最低。可见，对低压脱扣器的电压暂降敏感特性做更深入的研究具有重要的意义。

目前对于低压脱扣器电压暂降敏感特性的研究开展的较少，一个很重要的原因在于缺少完善的试验平台，若从国外引进能够模拟产生任意相位、幅值和持续时间电压暂降信号的整套试验设备，则价格十分昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的在于弥补低压脱扣器电压暂降敏感特性研究现状的缺陷和不足，提供一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，包括电压暂降发生装置，以及分别与电压暂降发生装置相连的低压脱扣器插座、电压监测装置，其中所述电压暂降发生装置由三相380V电压供电，按照设定参数，提供任意指定相位、幅值和持续时间的单次电压暂降信号，或者任意指定相位和幅值的连续电压暂降信号，同时在不输出电压暂降信号时，输出稳定的220V或者380V的交流电压信号；所述低压脱扣器插座用于固定待测脱扣器的电磁铁部分，以及用于待测脱扣器与电压暂降发生装置的电气连接；所述电压监测装置用于实时监测和记录电压暂降发生装置的输出，即待测脱扣器的输入电压波形及其各项参数。

所述的电压暂降发生装置，包括顺序相连的调压单元、整流单元、滤波单元Ⅰ、逆变单元、滤波单元Ⅱ，以及与逆变单元相连的控制器单元；其中调压单元与外部电源连接，用于输入的三相380V电压升高到所需电压等级，整流单元用于将三相对称电压转化为直流电压，滤波单元Ⅰ用于消除直流电压谐波，逆变单元用于将直流电压转化为交流电压，滤波单元Ⅱ用于消除交流电压谐波，控制器单元用于控制逆变输出电压的幅值，进而控制输出电压暂降信号的幅值、相角和持续时间。

所述的控制器单元采用触摸屏来进行人机交互，通过人机界面设置指定的参数。

所述的控制器单元采用DSP和FPGA数字控制系统，其中FPGA用于控制AD转换芯片，对外部CT/PT及调理电路后的电压电流信号进行模数转换并读取结果，同时把结果传送给DSP；DSP负责与人机界面通讯及数据管理以及控制电压电流的稳定输出。

所述的低压脱扣器插座包括卡座，以及安装在卡座上的卡具、接线端子。

所述的卡座采用非导磁材料，用于放置待测脱扣器电磁铁部分；所述的卡具采用非导磁材料，用于进一步固定待测脱扣器电磁铁部分；所述的接线端子用于连接待测脱扣器的引线，使待测脱扣器与电压暂降发生装置形成完整回路。

所述的电压监测装置，采用示波器或者日置3196测量设备。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，由电压暂降发生装置、电压监测装置和低压脱扣器插座三部分有机组成，低压脱扣器插座用于待试验低压脱扣器的固定和电气连接，电压暂降发生装置发出电压暂降信号作为待试验低压脱扣器的输入，电压监测装置用于实时监测和记录电压波形，三部分在功能上相辅相成，可以满足测试和分析低压脱扣器电压暂降敏感特性试验的各种要求。

2、本实用新型的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，专门用于测试和分析低压脱扣器电压暂降敏感特性，其中电压暂降发生装置能够精确产生任意指定相位、幅值和持续时间的单次电压暂降信号，或者任意指定相位和幅值的连续电压暂降信号，提高了实验的准确度。

3、本实用新型的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，为固定和连接待试验低压脱扣器而设计了低压脱扣器插座，使低压脱扣器的固定、连接及拆除更加方便，也提高了实验过程中人员和设备的安全性。

4、本实用新型的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，自行设计，降低了设备成本。

附图说明

图1为本实用新型所述的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台的结构示意图；

图2为图1所述的试验平台的电压暂降发生装置的结构示意图；

图3为某型号额定电压为AC220的脱扣器在电压暂降幅值设为25％时的电压暂降敏感特性曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1，本实施例的一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，其设备包括：电压暂降发生装置、低压脱扣器插座、电压监测装置；如图2，电压暂降发生装置包括包括顺序相连的调压单元、整流单元、滤波单元Ⅰ、逆变单元、滤波单元Ⅱ，以及与逆变单元相连的控制器单元；低压脱扣器插座包括卡座、卡具、接线端子。

本实施例中，电压暂降发生装置由三相380V供电，用于按照设定参数，提供任意指定相位、幅值和持续时间的单次电压暂降信号，及任意指定相位和幅值的连续电压暂降信号；在不输出电压暂降信号时，输出稳定的220V或者380V的交流电压信号。

本实施例中，调压单元采用三相升压变压器，用于将三相380V升高到需要的电压等级。

整流单元采用三相不可控整流桥，用于将升压后的三相交流电压转化为直流电压。

滤波单元采用平波电抗器和电解电容，其中电解电容除了滤波还可以缓冲整流电路交流侧和直流负载间的能量交换，稳定直流电压。

逆变单元采用功率开关IGBT及其驱动电路，采用三相三线制拓扑结构，用于将直流电压转化为三相交流电压。

滤波单元采用LC滤波器，用于交流电压滤波。

控制器单元采用DSP和FPGA数字控制系统。FPGA用于控制AD转换芯片，对外部CT/PT及调理电路后的电压电流信号进行模数转换并读取结果，同时把结果传送给DSP；DSP主要负责与人机界面通讯及数据管理以及控制电压电流的稳定输出。DSP读取FPGA中的电压电流数据和故障状态等信息在人机界面中显示，以及传送人机界面中的命令；读取FPGA中的输出电压电流构成电压外环电流内环的闭环控制器，产生符合要求正弦规律变化的比较值送给FPGA，和FPGA产生的三角载波进行比较得到SPWM波，SPWM波经IGBT驱动模块后送给IGBT，控制IGBT的开通与关闭。

低压脱扣器插座，用于固定脱扣器的电磁铁部分，以及实现待试验低压脱扣器与电压暂降发生装置的电气连接。

卡座采用木质材料，用于放置待测脱扣器电磁铁部分。

卡具采用木质材料，用于进一步固定待测脱扣器电磁铁部分。

接线端子采用以螺丝螺母连接的紫铜插片，用于连接待测脱扣器的引线，使待试验低压脱扣器与电压暂降发生装置形成完整回路。

电压监测装置，采用日置3196，用于实时监测和记录电压暂降发生装置的输出，也即脱扣器的输入电压波形及其各项参数。

所述的一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台测试某低压脱扣器是否合格。步骤如下：

步骤a，设置试验指标和参数。根据国标GB14048.1-20中对欠电压继电器和脱扣器的动作范围的规定：当外施电源电压低于欠电压继电器或脱扣器的额定电压的35％时，欠电压继电器或脱扣器应防止电器闭合，当电源电压等于或高于其额定电压的85％时，欠电压继电器和脱扣器应保证电器能闭合。该国标对电压暂降的动作时间和起始相角没有规定。因为，此实施例主要从动作电压角度考察脱扣器是否合格，对相角和持续时间要求放宽。这里设置电压暂降发生装置每次发出的电压暂降信号起始相角为0度，设置每次电压暂降信号持续时间为十个周波的时间即100ms，设置电压暂降幅值(降落后幅值)为36％和85％；

步骤b，将脱扣器固定到脱扣器插座上，引线连接到接线端子上，合上开关，脱扣器动铁芯吸合，处于正常工作状态；

步骤c，触动触摸屏，电压暂降发生装置发出相角0度，持续时间100ms，幅值为36％的电压暂降信号，观察脱扣器的动铁芯是否脱扣。连续触发20次，每两次之间的时间间隔不低于10s。若20次，脱扣器都脱扣，则为合格，否则为不合格。

步骤d，触动触摸屏，电压暂降发生装置发出相角0度，持续时间100ms，幅值为85％的电压暂降信号，观察脱扣器的动铁芯是否脱扣。连续触发20次，每两次之间的时间间隔不低于10s。若20次，脱扣器都不脱扣，则为合格，否则为不合格。

步骤e，若步骤c和步骤d中都为合格，则该脱扣器合格，否则不合格。

所述的一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，测量某低压脱扣器的电压暂降动作特性，并绘制其电压暂降敏感特性曲线。步骤如下：

步骤a，衡量低压脱扣器的电压暂降动作特性可以从电压暂降的相角、幅值、持续时间三个维度来描述，这里仅以电压暂降幅值为25％为例，考察不同相位和持续时间组合下，持续时间下某低压脱扣器的电压暂降动作特性。定义两个时间量T1和T2，T1为确定电压暂降幅值和相位时，脱扣器不动作的最大持续时间；T2为确定电压暂降幅值和相位时，脱扣器动作的最小持续时间；

步骤b，将某型号额定电压为AC220的脱扣器固定到低压脱扣器插座上，引线连接到接线端子上，合上开关，低压脱扣器动铁芯吸合，处于正常工作状态；

步骤c，触动触摸屏，电压暂降发生装置发出相角0度，持续时间20ms，幅值为25％的电压暂降信号，观察低压脱扣器的动铁芯是否脱扣。重复一定的次数(假定为20次)，每两次之间的时间间隔不低于10s，若20次都动作，则即为1；若20次都不动作，则记为0；否则，即为x；

步骤d，持续时间以1ms递增，重复步骤c；

步骤e，相角以45°递增，直到315°，重复步骤c和步骤d；

步骤f，由步骤e的试验结果可以得到每个相位对应的T1和T2，所得结果如表1所示：

表1

相位/°	T1/ms	T2/ms
			0	90	122
45	88	108
			90	77	98
135	75	85
			180	83	89
225	87	95
			270	76	85
315	81	87

步骤g，由上表采用折线图可以画出该低压脱扣器在电压暂降幅值设为25％时的电压暂降敏感特性曲线，如图3所示，图中曲线1为T2-相位曲线，曲线2为T1-相位曲线，两条曲线将整个区域分成动作区域、模糊区域和不动作区域三部分。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，其特征在于：包括电压暂降发生装置，以及分别与电压暂降发生装置相连的低压脱扣器插座、电压监测装置，其中所述电压暂降发生装置按照设定参数，提供任意指定相位、幅值和持续时间的单次电压暂降信号，或者任意指定相位和幅值的连续电压暂降信号，同时在不输出电压暂降信号时，输出稳定的220V或者380V的交流电压信号；所述低压脱扣器插座用于固定待测脱扣器的电磁铁部分，以及用于待测脱扣器与电压暂降发生装置的电气连接；所述电压监测装置用于实时监测和记录电压暂降发生装置的输出，即待测脱扣器的输入电压波形及其各项参数。

2.根据权利要求1所述的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，其特征在于：所述的电压暂降发生装置，包括顺序相连的调压单元、整流单元、滤波单元Ⅰ、逆变单元、滤波单元Ⅱ，以及与逆变单元相连的控制器单元；其中调压单元与外部电源连接，用于输入的三相380V电压升高到所需电压等级，整流单元用于将三相对称电压转化为直流电压，滤波单元Ⅰ用于消除直流电压谐波，逆变单元用于将直流电压转化为交流电压，滤波单元Ⅱ用于消除交流电压谐波，控制器单元用于控制逆变输出电压的幅值，进而控制输出电压暂降信号的幅值、相角和持续时间。

3.根据权利要求2所述的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，其特征在于：所述的控制器单元采用触摸屏来进行人机交互，通过人机界面设置指定的参数。

4.根据权利要求3所述的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，其特征在于：所述的控制器单元采用DSP和FPGA数字控制系统，其中FPGA用于控制AD转换芯片，对外部CT/PT及调理电路后的电压电流信号进行模数转换并读取结果，同时把结果传送给DSP；DSP负责与人机界面通讯及数据管理以及控制电压电流的稳定输出。

5.根据权利要求1所述的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，其特征在于：所述的低压脱扣器插座包括卡座，以及安装在卡座上的卡具、接线端子。

6.根据权利要求5所述的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，其特征在于：所述的卡座采用非导磁材料，用于放置待测脱扣器电磁铁部分；所述的卡具采用非导磁材料，用于进一步固定待测脱扣器电磁铁部分；所述的接线端子用于连接待测脱扣器的引线，使待测脱扣器与电压暂降发生装置形成完整回路。

7.根据权利要求1所述的低压脱扣器电压暂降敏感特性试验平台，其特征在于：所述的电压监测装置，采用示波器或者日置3196测量设备。