CN214150964U - 一种测量数据稳定的高压开关动特性测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，包括直线位移传感器、信号调理电路、AD转换电路及单片机，直线位移传感器安装于高压开关的直线运动机构上，AD转换电路包括AD780芯片、AD976A芯片及电阻R40～R41。本实用新型高压开关行程信号的采集中，AD转换电路采用AD780芯片为AD976A提供2.5V的基准电压源，保证了A/D转换精度；AD976A芯片的采样速率高，适用于高压开关分合闸速度快的场景，AD780芯片和AD976A芯片共同保证了高压开关行程信号的采样精准性高。

Description

一种测量数据稳定的高压开关动特性测试仪

技术领域

本实用新型涉及高压开关动特性测试技术领域，尤其涉及一种测量数据稳定的高压开关动特性测试仪。

背景技术

高压开关作为电力系统中最重要的设备之一，起着控制与保护的双重作用，其工作稳定性直接影响着电网的安全运行。对高压开关的检测方法有许多种，而高压开关动作特性参数是其中一个重要标准，可以通过对开关的动作特性参数进行测试来了解开关的工作状态，然后判断其是否合格。行程-时间参数是表现高压开关动作特性的一个重要参数，也是计算分、合闸速度的基础。高压开关分闸后的动触头速度(分闸速度)和合闸前的动触头速度(合闸速度)是体现高压开关断路能力的一个重要因素。分、合闸速度的测量，主要是依靠行程-时间的关系来计算得到的。因此，行程信号的测量是系统测试的一项重要检测内容，行程信号采样的精准性直接影响着系统的稳定性、准确性和可靠性。

高压开关动特性测试仪中，常通过直线位移传感器检测高压开关的行程信号，需将直线位移传感器的输出进行AD转换后输入单片机进行计算。传统方法或采用单片机内置的AD模块实现，或采用精度低的AD转换芯片，由于高压开关的分合闸速度特别快，具有瞬时性，传统方式会造成行程信号采样的精准性低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，以解决传统高压开关动特性测试仪采样行程信号的精准性低的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，包括直线位移传感器、信号调理电路、AD转换电路及单片机，直线位移传感器安装于高压开关的直线运动机构上，AD转换电路包括AD780芯片、AD976A芯片及电阻R40～R41；

直线位移传感器的输出端依次经信号调理电路、电阻R40连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端同时连接AD976A芯片的REF引脚、AD780芯片的VOUT引脚，电阻R40与电阻R41的的公共端连接AD976A芯片的VIN引脚，AD780芯片的+VIN引脚接入+5V电源，AD780芯片的8号引脚悬空，AD976A芯片的D0～D15引脚连接单片机。

可选的，信号调理电路包括稳压二极管D2及电压跟随器；

直线位移传感器的输出端连接电压跟随器的同相端，电压跟随器为信号调理电路的输出端并连接电阻R40，电压跟随器的同相端还经稳压二极管D2接地。

可选的，测量数据稳定的高压开关动特性测试仪还包括霍尔电流传感器，高压开关分合闸线圈回路线穿过霍尔电流传感器，霍尔电流传感器的输出端经信号调理电路连接单片机的模拟输入端。

可选的，信号调理电路还包括同相放大器及电阻R6，霍尔电流传感器的输出端经电阻R6接地，电阻R6的远地端经同相放大器连接单片机的模拟输入端。

可选的，信号调理电路还包括+1.25V电源，同相放大器的输入端还接入+1.25V电源的输出。

可选的，测量数据稳定的高压开关动特性测试仪还包括整流桥及光耦，整流桥的两个交流输入端分别连接高压开关分合闸线圈的两端，整流桥的直流输出端经光耦连接单片机。

可选的，测量数据稳定的高压开关动特性测试仪还包括压敏电阻，压敏电阻的两端分别同时连接高压开关分合闸线圈的两端及整流桥的两个交流输入端。

本实用新型的高压开关动特性测试仪相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)高压开关行程信号的采集中，AD转换电路采用AD780芯片为AD976A提供2.5V的基准电压源，保证了A/D转换精度；AD976A芯片的采样速率高，适用于高压开关分合闸速度快的场景，AD780芯片和AD976A芯片共同保证了高压开关行程信号的采样精准性高；

(2)高压开关的分、合闸线圈的模拟信号通过霍尔传感器变换成了电流信号，再通过测量电阻R6可以将电流信号转换为电压信号，然后经过同相放大器进行信号放大处理，最后将放大后的电流信号送入微处理器S3C2410内置的A/D转换器中进行模数转换处理，完成对高压开关分、合闸线圈电流的采集；

(3)为了准确而快速的判断高压开关分合闸线圈带电时刻，在分合闸线圈两端并入一个触发电路，当线圈带电时，触发电路就会有电压接通，触发电路开始工作，经过一系列的措施，最终把带电时刻的信号送入S3C2410芯片中，同时在触发电路中增加光耦隔离器，隔绝触发端的高压电气信号干扰，提高系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的高压开关动特性测试仪的部分结构框图；

图2为本实用新型的AD转换电路的电路图；

图3为本实用新型的信号调理电路的部分电路图；

图4为本实用新型的信号调理电路的另一部分电路图；

图5为本实用新型的高压开关动特性测试仪的部分电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的高压开关动特性测试仪包括直线位移传感器、信号调理电路、AD转换电路及单片机，直线位移传感器安装于高压开关的直线运动机构上，如图2所示，AD转换电路包括AD780芯片、AD976A芯片及电阻R40～R41。直线位移传感器的输出端依次经信号调理电路、电阻R40连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端同时连接AD976A芯片的REF引脚、AD780芯片的VOUT引脚，电阻R40与电阻R41的的公共端连接AD976A芯片的VIN引脚，AD780芯片的+VIN引脚接入+5V电源，AD780芯片的8号引脚悬空，AD976A芯片的D0～D15引脚连接单片机。

本实施例中，直线位移传感器可为KTC系列拉杆式直线位移传感器，用于检测高压开关的行程信号；单片机可为S3C2410芯片，用于完成数字量的采集、分析和计算，得到有关行程的数据。AD780是一款高精度的电压基准，可以提供2.5V或3.0V电压输出，输出电压的精度可达±1mV，将其8脚悬空，则输出电压为2.5V，用于给AD976A提供基准电压源，有利于保证A/D转换精度。AD976A是一款16位高精度、高速、低功耗的ADC，采用逐次逼近式工作原理，单一+5V供电，单通道输入，输入电压范围+/-10V，采样速率是200KSPS，采样速率高，适用于高压开关分合闸速度快的场景，高压开关行程信号的采样精准性高。

如图3所示，本实施例的信号调理电路包括稳压二极管D2及电压跟随器。直线位移传感器的输出端连接电压跟随器的同相端，电压跟随器为信号调理电路的输出端并连接电阻R40，电压跟随器的同相端还经稳压二极管D2接地。图3中，J1为直线位移传感器，3脚接+12V的电源信号，1脚接地，2脚输出传感器信号，然后进入电压跟随器的同相输入端。电压跟随器由运放O1构成，稳压二极管D2用于避免输入到运放O1的电压过高而烧毁电压跟随器，电压跟随器用于阻抗匹配，提高带后级负载的能力。

一般的，高压开关的动特性测试还包括分合闸线圈电流信号的检测，从而如图1所示，本实施例的高压开关动特性测试仪还包括霍尔电流传感器，高压开关分合闸线圈回路线穿过霍尔电流传感器，霍尔电流传感器的输出端经信号调理电路连接单片机的模拟输入端。如图4所示，信号调理电路还包括同相放大器及电阻R6，霍尔电流传感器的输出端经电阻R6接地，电阻R6的远地端经同相放大器连接单片机的模拟输入端。高压开关的分、合闸线圈的模拟信号通过霍尔传感器变换成了电流信号，再通过测量电阻R6可以将电流信号转换为电压信号，然后经过同相放大器进行信号放大处理，最后将放大后的电流信号送入微处理器S3C2410内置的A/D转换器中进行模数转换处理，完成对高压开关分、合闸线圈电流的采集。其中，电阻R7、R8、R10及运放O2构成同相放大器。

本实施例中，霍尔电流传感器可为了闭环磁补偿式霍尔电流传感器CHB-50SF，对信号反应非常敏感，能够测量波形的电流信号，如直流、交流、脉冲等波形，甚至对瞬态峰值的测量，副边电路都能够真实准确地反映出原边电流的波形。图4中的H4是霍尔电流传感器，被测分合闸线圈电流经霍尔电流传感器CHB-50SF变换为输出电流，输出电流的最大值是50mA，再经过25欧姆的测量电阻R6转换为-1.25V～+1.25V的电压信号输出。为了得到0～+2.5V的信号，本实施例优选信号调理电路还包括+1.25V电源，同相放大器的输入端还接入+1.25V电源的输出，这样在运放O2的输入端加一个+1.25V的电压信号进行叠加，可将霍尔电流传感器的输出转化至S3C2410内置A/D转换器的量程内。

一般的，高压开关的动特性测试还包括分合闸线圈带电判别，当信号开始进行采样时，系统测试需要选择一个时间点，系统将选择分合闸线圈带电的时刻作为系统时间起点。因此如何区分是分合闸线圈是否带电，是非常重要的，具有很高的可靠性和及时性。如图5所示，本实施例的高压开关动特性测试仪还包括整流桥及光耦，整流桥的两个交流输入端分别连接高压开关分合闸线圈的两端，整流桥的直流输出端经光耦连接单片机。为了准确而快速的判断高压开关分合闸线圈带电时刻，本实施例在分合闸线圈两端并入一个触发电路，当线圈带电时，触发电路就会有电压接通，触发电路开始工作，经过一系列的措施，最终把带电时刻的信号送入S3C2410芯片中，同时在触发电路中增加光耦隔离器，隔绝触发端的高压电气信号干扰，提高系统的可靠性。图5中U为分合闸线圈的工作电压，OCIN1、OCIN2接线圈两端与其并联，D20为整流桥，U5A为光耦。进一步的，高压开关动特性测试仪还包括压敏电阻，压敏电阻的两端分别同时连接高压开关分合闸线圈的两端及整流桥的两个交流输入端。图5中V1为压敏电阻，具有一个阈值Umax，当压敏电阻两端施加的电压小于Umax时，流过的电流很小，相当于断路；当其两端施加的电压大于Umax时，流过它的电流很大，相当于短路。而线圈中分合闸的直流电压高达上百伏，可以利用压敏电阻这一特性，很好的保护电路免受过电压的影响。

一般的，高压开关的动特性测试还包括开关量的采集，可将断路器一侧通过上拉电阻接到高电平，另一侧接地来测量高压开关触头的实际位置状态，为了防止干扰信号，需要与微处理器环节相互隔离，在开关量采样部分与微处理器之间增加一个光电隔离模块，有利于数据采集的准确性。当动静触头分开时则为高电平，反之，当动静触头闭合时，则为低电平，微处理器通过检测电平的高低来判断断路器的状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，包括直线位移传感器、信号调理电路、AD转换电路及单片机，直线位移传感器安装于高压开关的直线运动机构上，其特征在于，AD转换电路包括AD780芯片、AD976A芯片及电阻R40～R41；

直线位移传感器的输出端依次经信号调理电路、电阻R40连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端同时连接AD976A芯片的REF引脚、AD780芯片的VOUT引脚，电阻R40与电阻R41的公共端连接AD976A芯片的VIN引脚，AD780芯片的+VIN引脚接入+5V电源，AD780芯片的8号引脚悬空，AD976A芯片的D0～D15引脚连接单片机。

2.如权利要求1所述的测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，其特征在于，信号调理电路包括稳压二极管D2及电压跟随器；

直线位移传感器的输出端连接电压跟随器的同相端，电压跟随器为信号调理电路的输出端并连接电阻R40，电压跟随器的同相端还经稳压二极管D2接地。

3.如权利要求1所述的测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，其特征在于，还包括霍尔电流传感器，高压开关分合闸线圈回路线穿过霍尔电流传感器，霍尔电流传感器的输出端经信号调理电路连接单片机的模拟输入端。

4.如权利要求3所述的测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，其特征在于，信号调理电路还包括同相放大器及电阻R6，霍尔电流传感器的输出端经电阻R6接地，电阻R6的远地端经同相放大器连接单片机的模拟输入端。

5.如权利要求4所述的测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，其特征在于，信号调理电路还包括+1.25V电源，同相放大器的输入端还接入+1.25V电源的输出。

6.如权利要求1所述的测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，其特征在于，还包括整流桥及光耦，整流桥的两个交流输入端分别连接高压开关分合闸线圈的两端，整流桥的直流输出端经光耦连接单片机。

7.如权利要求6所述的测量数据稳定的高压开关动特性测试仪，其特征在于，还包括压敏电阻，压敏电阻的两端分别同时连接高压开关分合闸线圈的两端及整流桥的两个交流输入端。

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