WO2015039458A1 - 一种继电保护用的模拟断路器测试装置及控制方法 - Google Patents

一种继电保护用的模拟断路器测试装置及控制方法 Download PDF

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WO2015039458A1
WO2015039458A1 PCT/CN2014/078501 CN2014078501W WO2015039458A1 WO 2015039458 A1 WO2015039458 A1 WO 2015039458A1 CN 2014078501 W CN2014078501 W CN 2014078501W WO 2015039458 A1 WO2015039458 A1 WO 2015039458A1
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relay
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command
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PCT/CN2014/078501
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张惠山
徐红元
杨丰
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Maintenance Branch of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
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Maintenance Branch of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers

Definitions

  • the present invention relates to an analog circuit breaker testing device and a control method thereof, and more particularly to an analog circuit breaker testing device and a control method for relay protection.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide an analog circuit breaker testing device for relay protection, which can assist in the debugging of the operating characteristics of the protection device and the transmission test of the entire circuit.
  • An analog circuit breaker testing device for relay protection comprising an acquisition module, a processor, an execution module, a display module, a power module, a setting module, an alarm module and a test jack module;
  • the test jack module comprises 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, 237C jacks;
  • a command detection point is provided at a connection between the collection module and the execution module; the command detection point includes a relay protection device 107 A command detection point KM107A1, 107B command detection point KM107BU 107C command detection point KM107CU 137A command detection point KM137AU 137B Command detection point KM137BU 137C command detection point KM137CU 237 A command detection point KM237A1, 237B command detection point KM237B1 and 237C command detection point KM237C1; the input terminal of the acquisition module is connected to the command detection point, and the output terminal is connected to the processor. Processing the acquired signal After that, the identified relay protection device command is output to the processor;
  • the processor is connected to the execution module, and after processing the received relay protection device command, instructing the execution module to perform an analog closing or opening operation;
  • the execution module is connected between the test jack module and the command detection point, and the other end is connected to the processor, and performs analog intercom or inter-division operation under the control thereof;
  • the display module includes an analog circuit breaker state display unit, connected to the processor, in which the state of the circuit breaker is controlled to be displayed; and a setting time display unit, which is connected to the set time setting unit, and displays the set of the combination and the minute
  • the setting module includes a setting current setting unit and a setting time setting unit;
  • the setting current setting unit is connected between the command detection point and the acquisition module, and sets the analog circuit breaker closing setting current and the interval setting current to limit the operating current of the execution module to the collecting
  • the module provides commands to identify the reference current
  • the setting time setting unit is connected to the processor, and stores the set combination setting time and the interval setting time into the processor;
  • the alarm module is connected to the processor and issues an alarm prompt under the control thereof;
  • the power module provides power for each of the above modules.
  • the power module provides DC +5 V, +24V, +220V, +110V, -110V, and +2.5V outputs.
  • the power module includes a switching power supply M0D1, MOD2, and MOD3, and converts an external AC 220V power supply into DC 5V, 24V, and 220V outputs, respectively;
  • the power module includes a DC 24V/2.5V conversion circuit, including a voltage regulator U1 and a resistor R10.
  • the voltage regulator U1 is grounded at 4 feet, and the 8 pin is connected to the DC +24V power supply via the resistor R10. 2.5V output is used;
  • the power module includes current sensors Ul1, 102, 202, -110V jacks.
  • the two IP- pins of the current sensor U11 are connected to the negative output terminal of the switching power supply MOD3, and the two IP+ pins are connected to the DC. +220V power connection.
  • the setting current setting unit includes a doubling setting current setting circuit and a dividing setting current setting circuit; the closing setting current setting circuit includes a 107A closing current control circuit, a 107B closing current control circuit, and
  • the reference closing current control circuit comprises a rotary switch K10 and a resistor R82-R85.
  • the resistors R82-R85 are connected in series, one end is connected to a DC 2.5V power supply positive pole, and the other end is grounded, and the voltage dividing end is respectively connected to the rotary switch.
  • the 107A closing current control circuit includes rotary switches K11 and K12, and resistors R74-R76; the rotary switch corresponds to four different closing current setting values; the entire circuit path is realized by the difference of the series-parallel relationship of the resistors. The difference in current value.
  • the 5-speed pin of the rotary switch K11 and the 5-speed pin of the rotary switch K12 are connected to the negative pole of the DC 220V power supply, and the 2-speed pin of the rotary switch K11 is connected with the 4-speed pin.
  • the resistor R75 is connected to the 107A relay protection device command detection point, and the 2nd pin of the rotary switch K12 is connected to the 3rd pin and then detected by the resistor R75 and the 107A relay protection device.
  • Point connection the resistor R74 is connected between the 107A relay protection device command detection point and the 220 DC power supply positive pole; 107B closing current control loop and 107C closing current control loop structure and the 107A closing current control loop
  • the set branch circuit structure is completely the same, and is respectively connected between the relay protection device 107B, 107C command detection point and the DC +220V power supply; the booms of the rotary switches K10 to K16 are linked;
  • the opening setting current setting circuit comprises 137A main opening current control circuit, 137B main opening current control circuit and 137C main opening current control circuit, 237 ⁇ standby opening current control circuit, 237 ⁇ standby opening current control Loop and 237C standby trip current control loop;
  • the reference trip current branch structure is exactly the same as the closing current branch structure, and the 5th gear pin is the reference trip voltage output terminal V OFF;
  • the 137A main opening current control circuit, the 137B main opening current control circuit and the 137C main opening current control circuit, the 237A standby opening current control circuit, the 237B standby opening current control circuit and the 237C standby opening current The control loop circuit structure and the 107A closing current control loop setting branch structure are completely the same, and the arm setting of the branch rotary switch of the branch setting current setting circuit is linked.
  • the setting time setting unit includes a closing setting time setting circuit and an opening setting time setting circuit;
  • the closing setting time setting circuit includes a rotation coding switch K1, and the 1st and 4th feet are grounded, 2 feet, 3
  • the pin and the 5 pin are output terminals respectively connected to the I/O ports of the single chip microcomputer; the opening setting time setting circuit is exactly the same as the closing setting time setting circuit structure.
  • the acquisition module includes 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, and 237C command detection units;
  • 107A command detection unit includes 107A voltage divider and 107A command recognition circuit, the 107A partial pressure
  • the resistors R1 and R11 are connected in series, one end is connected to the 107A relay protection device command detection point, and the other end is grounded, and the contacts of the resistors R1 and R11 are used as the voltage dividing output terminal IN ONA of the 107A voltage divider;
  • the command recognition circuit includes an operational amplifier U2A, a photocoupler N8 and a resistor R27.
  • the non-inverting input terminal of the operational amplifier U2A is connected to the voltage dividing output terminal IN ONA of the 107A voltage divider, and the inverting input terminal is connected to the setting module.
  • the reference closing voltage output terminal V ON has an output terminal connected to the cathode of the photocoupler N8, and the anode of the photocoupler N8.
  • the resistor R27 is connected to the DC +24V power supply, the emitter is grounded, and the collector is used as the output terminal, and is connected to the processor I/O port; the remaining 8 command detection units are identical in structure to the first command detection unit.
  • the execution module includes 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, 237C execution circuits;
  • the 107A execution circuit includes a relay KM5, a diode D13, a transistor coupler N10 and a resistor R51.
  • the anode of the transistor coupler N10 is connected to a DC +5V power supply via the resistor R51, and a cathode is used as a control input to connect the processor.
  • I/O port the transmitting end is grounded, the collector is terminated with the negative pole of the relay of the relay KM5, the positive pole of the relay of the relay KM5 is connected to the DC +24V power supply, and the common end is connected with the 107A jack, and the normally closed terminal is connected.
  • the relay protection device 107A commands the detection point, and the diode D13 is connected in reverse between the positive and negative poles of the coil of the relay KM5; the 107B and 107C execution circuits are identical to the circuit structure of the 107A execution circuit; The relay protection device command detection point is connected to the normally open end of the relay, and the circuit structures of the 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, and 237C are exactly the same as those of the 107A execution circuit.
  • the analog circuit breaker state display unit in the display module includes an A-phase closing indicating circuit, a B-phase closing indicating circuit, a C-phase closing indicating circuit, and a phase A which are connected in parallel between the +5V DC power supply and the ground.
  • a trip indicating circuit, a B-phase opening indicating circuit and a C-phase opening indicating circuit wherein the A-phase closing indicating circuit is composed of a field effect transistor D1, a light emitting diode D2 and a resistor R37 connected in series, a gate of the field effect transistor D1 As the control terminal, it is connected to the I/O port of the processor.
  • the setting time display unit in the display module includes a closing setting time display circuit and an opening setting time display circuit;
  • the closing setting time display circuit includes a digital tube LED1, a shift register U8, and a resistor R29-R36. 7 feet to 1 feet of the shift register U8 are respectively connected to the A pin to the G pin of the digital tube LED1 via the resistors R29-R35, and the 15 pins are connected to the DP of the digital tube LED1 via the resistor R36.
  • the alarm module includes a transistor array U7 and a buzzer ZD; the 8th pin of the transistor array U7 is connected to a +5V DC power supply, 9 feet are grounded, 4 feet to 7 feet are connected with the I/O port of the single chip microcomputer, 13 feet connect to the buzzer.
  • the DIG1 pin to the DIG3 pin of the digital tube LED1 in the closing setting time display circuit are respectively connected with the corresponding pins of the digital tube LED2 in the opening and setting time display circuit, and the alarm module Transistor array U7 is connected from pin 10 to pin 12.
  • a control method for a simulated circuit breaker testing device for relay protection includes the following steps: (1) Initialization: Pull the K5, Kl, ⁇ 2 relays, release ⁇ 3, ⁇ 4, ⁇ 6, ⁇ 7, ⁇ 8, ⁇ 9 relays, the opening indicator light is on, the closing indicator light is off, and the initial state of the circuit breaker is the inter-divided state, read Take the setting time and the interval setting time;
  • step (2) Determine whether the command from the relay protection device is received, and if not, repeat step (2);
  • Receive processing 107C command including the following sub-steps:
  • step (5-4) Determine whether the duration of the action with the last C-phase opening is greater than 0.01s, if no, turn to step (5-4);
  • Receive processing 237A command including the following sub-steps:
  • Release 137A, 237A executes the relay in the circuit, pulls the 107A to execute the relay in the circuit, turns off the A-phase closing indicator, and lights up the A-phase opening indicator;
  • Receive processing 137B command including the following sub-steps:
  • the invention can simulate the functions of the actual circuit breakers of the voltage level substation on the action mechanism of the relay protection device, can replace the actual circuit breaker to perform the performance test of the protection device, and realize the on-site relay protection device to the primary circuit breaker.
  • the equipment is subjected to protection verification and loop transmission debugging. After the condition of the circuit breaker equipment is completed, the simple protection device jump and closing test can achieve the process quality and requirements of the whole set of switching transmission test of the protection device, and reduce the switch.
  • the number of actions has improved labor efficiency.
  • the invention can provide the circuit breaker control power supply by itself.
  • the circuit breaker operation box does not need to be connected to the power supply of the substation DC system, so that the circuit breaker trip circuit and the scene of the protection device can be completely completed at the site.
  • the actual circuit breaker DC operation control system is isolated. Even if the actual application instrument fails in the field, it will not cause interference to the entire substation DC operation system, ensuring the safety of the actual equipment and the secondary system, and improving the safety of the actual application.
  • the invention can check the correctness of the opening and closing of the protection device and the secondary circuit of the relevant part and the anti-skip test of the circuit breaker operation box, and has an alarm function.
  • the present invention is the same as the actual circuit breaker operating characteristics, and the three phases of the instrument are independent of each other and have no correlation.
  • the invention can cooperate with the circuit breaker required for the relay protection equipment of the relay protection training base to carry out training teaching Work.
  • the invention can set the closing and opening setting current and time for the actual circuit breaker condition, can reliably simulate the operation condition of the field circuit breaker, and perform debugging of the protection device.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a current module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram of an acquisition module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic circuit diagram of an execution module of Embodiment 1 of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic diagram of a closing setting current setting circuit of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a trip setting current setting circuit of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic circuit diagram of a display module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic circuit diagram of an alarm module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic circuit diagram of a display module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Figure 10 is a schematic diagram of a processor circuit of Embodiment 1 of the present invention.
  • Figure 11 is a flow chart of Embodiment 2 of the present invention.
  • an analog circuit breaker testing device for relay protection includes an acquisition module 1 , a processor 2 , an execution module 3 , a display module 4 , a power module 5 , and a setting module 6 .
  • the test jack module 8 includes 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, 237C jacks;
  • the command detection point 9 is provided at the connection between the acquisition module 1 and the execution module 3; the command detection point 9 includes the relay protection device 107A, the command detection point KM107A1, 107B, the command detection point KM107B1, 107C, the command detection point KM107CU 137A, the command detection.
  • the input end of the acquisition module 1 is connected to the command detection point 9, and the output end is connected to the processor 2. After processing the collected signal, the recognized relay protection device command is output to the processor 2 ;
  • the processor 2 is connected to the execution module 3, and after processing the received relay protection device command, instructing the execution Module 3 performs an analog closing or opening operation;
  • the execution module 3 is connected between the test jack module 8 and the command detection point 9 and the other end is connected to the processor 2, and performs analog intercom or inter-division operation under the control thereof;
  • the display module 4 includes an analog circuit breaker state display unit, and the processor 2 is controlled to display the state of the analog circuit breaker; further comprising a setting time display unit, connecting the setting time setting unit, and displaying the setting thereof Closing and opening time;
  • the setting module 6 includes a setting current setting unit and a setting time setting unit;
  • the setting current setting unit is connected between the command detection point 9 and the acquisition module 1, and sets the analog circuit breaker closing setting current and the opening setting current to limit the operating current of the execution module 3,
  • the acquisition module 1 provides a command to identify a reference current;
  • the setting time setting unit is connected to the processor 2, and stores the set combination setting time and the interval setting time into the processor 2;
  • the alarm module 7 is connected to the processor 2, and issues an alarm prompt under the control thereof;
  • the power module 5 provides power for each of the above modules.
  • the power module 5 provides DC +5V, +24V, +220V, +110V, -110V, and +2.5V outputs.
  • the power module 5 includes switching power supplies M0D1, MOD2, and MOD3, and converts external AC 220V power supplies into DC +5V, +24V, and -220V outputs, respectively;
  • the power module 5 includes a DC +24V/+2.5V conversion circuit, including a voltage regulator U1 and a resistor R10.
  • the voltage regulator U1 is grounded at 4 feet, and the 8 pin is connected to the DC +24V power supply via the resistor R10. Used as an output of DC +2.5V;
  • the power module 5 includes current sensors U11, 102, 202, -110V jacks.
  • the two IP- pins of the current sensor U11 are connected to the negative output terminal of the switching power supply MOD3, and the two IP+ pins are connected and grounded.
  • the 102, 202, -110V jacks are all grounded;
  • the power module 5 further includes 101, 201, +110V and ground terminal jacks, and the 101, 201, +110V jacks are connected together and grounded via a resistor R95 and a ground terminal jack, and the ground terminal jack is connected Positive output of switching power supply MOD3.
  • the positive and negative terminals are connected by a voltage dividing resistor, and the neutral point leads to the grounding terminal. (Note: This grounding terminal is inconsistent with the internal grounding point of the switching power supply, and the two cannot be short-circuited).
  • each test circuit 101, 102 terminals as the first group of control circuit power output of the circuit breaker, access to the first group of control power supply of the circuit breaker operation box, 201, 202 terminals as the second group of control circuit power output of the circuit breaker, access circuit breaker Operation box second group control electric Source.
  • the voltage regulator U1 is IM285-2.5
  • the current sensor U11 is ACS712
  • the resistor R10 is 4k ohm
  • both R95 and R96 are 200k ohms.
  • the setting current setting unit includes a doubling setting current setting circuit and a dividing setting current setting circuit; as shown in FIG. 5, the closing setting current setting circuit includes a reference closing current branch, 107A closing current The control loop setting branch, the 107B closing current control loop setting branch and the 107C closing current control loop setting branch; the reference closing current sub-branch comprises a rotary switch K10, a resistor R82-R85, The resistors R82-R85 are connected in series, one end is connected to the DC +2.5V power supply, the other end is grounded, and the voltage dividing end is respectively connected to the first gear of the rotary switch K10 to
  • the 4-speed pin; the 5th pin of the rotary switch K10 is the reference closing voltage output terminal V ON; in the embodiment 1, the resistors R82-R85 are lk ohms.
  • the 107A closing current control loop setting branch includes rotary switches K11 and K12, resistors R74-R76, the 5-speed pin of the rotary switch K11 and the 5-speed pin of the rotary switch K12 are connected to the DC +220 V power supply, the 2-speed pin of the rotary switch K11 is connected with the 4-speed pin, and is connected to the 107A relay protection device command detection point via the resistor R75, and the 2-position pin of the rotary switch K12 After being connected to the 3-speed pin, the resistor R75 is connected to the 107A relay protection device command detection point, and the resistor R74 is connected between the 107A relay protection device command detection point and the DC +220V power supply; 107B
  • the closing current control loop and the 107C closing current control loop structure are identical to the 107A closing current control loop setting branch structure, respectively connected to the relay protection device 107B, 107C command detection point and the DC +220V power supply.
  • the booms of the rotary switches K10 to K16 are interlocked;
  • the opening setting current setting circuit includes a reference opening current branch, a 107A main opening current control circuit, a 107B main opening current control circuit, and a 107C main opening current control.
  • Circuit 107A standby trip current control loop, 107B standby trip current control loop and 107C standby trip current control loop;
  • the reference trip current branch structure is identical to the closing current branch structure, 5 gears
  • the pin is the reference opening voltage output terminal V OFF;
  • the acquisition module 1 replaces the current information of the relay protection device opening control circuit with the voltage information and the reference closing comparison voltage to analyze, determine whether it is normal operation information or protection device The closing command information issued.
  • the circuit structure of the opening current control circuit is exactly the same as the setting branch circuit of the 107A closing current control circuit, and the arm of each branch rotary switch in the opening setting current setting circuit is linked.
  • the setting time setting unit includes a closing setting time setting circuit and an opening setting time setting circuit;
  • the closing setting time setting circuit includes a rotation coding switch K1, and 1 and 4 feet thereof. Ground, 2 feet, 3
  • the pin and the 5 pin are output terminals respectively connected to the I/O ports of the single chip microcomputer; the opening setting time setting circuit is exactly the same as the closing setting time setting circuit structure.
  • the acquisition module replaces the current information of the relay protection device opening control circuit with the voltage information and the reference closing comparison voltage to analyze, determine whether it is normal operation information or the closing of the protection device.
  • Command information The acquisition module 1 includes 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, and 237C command detection units; 107A command detection unit includes a 107A voltage divider and a 107A command recognition circuit, the 107A voltage divider The resistors R1 and R11 are connected in series, one end is connected to the 107A relay protection device command detection point, and the other end is connected to the DC-220V power supply; the contact of the resistors R1 and R11 is used as the voltage dividing output terminal IN ONA of the 107A voltage divider;
  • the 107 A command recognition circuit includes an operational amplifier U2A, a photocoupler N8 and a resistor R27.
  • the non-inverting input terminal of the operational amplifier U2A is connected to the voltage dividing output terminal IN ONA of the 107A voltage divider, and the inverting input terminal is connected.
  • the reference multiplex voltage output terminal V ON in the setting module is connected to the cathode of the photocoupler N8, and the anode of the photocoupler N8 is connected to the DC +24V power supply via the resistor R27, and the emitter is grounded.
  • the collector is used as an output terminal, and is connected to the processor I/O port; the remaining eight command detection units are identical in structure to the first command detection unit.
  • the operational amplifier U2A is the LM393 chip, and the photocoupler N8 is the TLP127 chip.
  • the resistance R1 is 200k ohms
  • the R11 is 4.5k ohms
  • the R27 is 5k ohms.
  • the execution module 3 includes 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, 237C execution circuits;
  • the 107A execution circuit includes a relay KM5, a diode D13, a transistor coupler N10 and a resistor R51.
  • the anode of the transistor coupler N10 is connected to a DC +5V power supply via the resistor R51, and a cathode is used as a control input to connect the processor.
  • I/O port the transmitting end is grounded, the collector is terminated with the negative pole of the relay of the relay KM5, the positive pole of the relay of the relay KM5 is connected to the DC +24V power supply, and the common end is connected with the 107A jack, and the normally closed terminal is connected.
  • the relay protection device 107A commands the detection point, and the diode D13 is connected in reverse between the positive and negative poles of the coil of the relay KM5; the 107B and 107C execution circuits are identical to the circuit structure of the 107A execution circuit; The relay protection device command detection point is connected to the normally open end of the relay, and the circuit structures of the 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, and 237C are exactly the same as those of the 107A execution circuit.
  • the relay KM5 is a 943-1C-XDS chip
  • the diode D13 is an IN4007 chip
  • the transistor coupler N10 is a TLP181 chip
  • the resistor R51 is lk ohm.
  • the analog circuit breaker state display unit in the display module 4 includes an A-phase closing indicating circuit, a B-phase closing indicating circuit, a C-phase closing indicating circuit, and A, which are connected in parallel between the +5V DC power supply and the ground.
  • a phase opening indicating circuit, a B phase opening indicating circuit and a C phase opening indicating circuit wherein the A phase closing indicating circuit is a field effect transistor D1, the light-emitting diode D2 and the resistor R37 are connected in series, and the gate of the field effect transistor D1 serves as a control end, and is connected to the I/O port of the processor.
  • the field effect transistor D1 is a 2n7002 chip
  • the light emitting diode D2 is an LED diode
  • the resistor R37 is 300 ohms.
  • the setting time display unit in the display module 4 includes a closing setting time display circuit and an opening setting time display circuit; the closing setting time display circuit includes a digital tube LED1, a shift register U8, and a resistor R29- R36; the pins 7 to 1 of the shift register U8 are respectively connected to the A pin to the G pin of the digital tube LED1 via the resistors R29-R35, and the 15 pins are connected to the digital tube LED1 via the resistor R36.
  • the shift register U10 14 feet and the shift register U8 After the 9-pin is short-circuited, the I/O port of the processor is connected, and the 11-pin and 12-pin of the shift register U10 are short-circuited with the 11-pin and 12-pin of the shift register U8, and then connected to the I/O port of the single-chip microcomputer.
  • the shift register U8 is an hc595 chip, and the resistors R29 to R36 are both 300 ohms.
  • the alarm module includes a transistor array U7 and a buzzer ZD; the 8-pin of the transistor array U7 is connected to a +5V DC power supply, 9-pin grounding, 4-pin-7-pin and the single-chip microcomputer I/O port, pin 13 is connected to the buzzer.
  • the transistor array U7 is a ULN2003 chip.
  • the DIG1 pin to the DIG3 pin of the digital tube LED1 in the closing setting time display circuit of the display module 4 are respectively connected with the corresponding pins of the digital tube LED2 in the opening and setting time display circuit. It is then connected to pins 10 to 12 of the transistor array U7 in the alarm module 7.
  • the processor is an STC 48 single chip microcomputer, 41 feet are connected with a DC +2.5V power supply, 18 feet are grounded, 15 feet and 16 feet are connected to a crystal oscillator circuit, and 40 feet are connected to a power supply module 5
  • the ACS712 chip 7 pin, 8 pin, 39-31 pin, 43 pin are connected to the output terminals of the 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, 237C command recognition circuit; 20-24 feet, 26-28
  • the feet, 44 feet are connected to 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, 237C to execute the control end of the circuit; 45-47 feet, 2-4 feet are respectively connected to the A phase closing indication circuit and the B phase closing indication circuit , C-phase closing indication circuit, A-phase opening indicating circuit, B-phase opening indicating circuit and C-phase opening indicating circuit control
  • Embodiment 2 As shown in FIG. 11, a control method for a test device for simulating a circuit breaker for relay protection includes the following steps:
  • step (2) Determine whether the command from the relay protection device is received, and if not, repeat step (2);
  • step (3-2) Determine whether the duration of the simultaneous action of the last phase A opening is greater than 0.01s, and if not, turn to step (3-4);
  • Receive processing 107C command including the following sub-steps:
  • step (5-4) Determine whether the duration of the action with the last C-phase opening is greater than 0.01s, if no, turn to step (5-4);
  • Receive processing 237A command including the following sub-steps:
  • Release 137A, 237A executes the relay in the circuit, pulls the 107A to execute the relay in the circuit, turns off the A-phase closing indicator, and lights up the A-phase opening indicator;
  • Receive processing 137B command including the following sub-steps:
  • 107A, 107B, 107C, 137A, 137B, 137C, 237A, 237B, 237C perform relays in the circuit are relays KM5, KM1, KM2, KM3, KM4, KM6, KM7, KM8, KM9.
  • the present invention is connected to the closing circuit and the opening circuit of the relay protection operation box through the secondary circuit test line connection.
  • the circuit breaker state is set to the open state, the opening indicator light is turned on, and the closing indicator light is turned off.
  • the set gear is short-circuited with the rotary switch boom, and the voltage provided by the corresponding voltage divider resistor is sent to the inverting input terminal of the operational amplifier in the acquisition module as the reference closing and opening voltage.
  • the closing and opening setting time set by the rotary dial switch is sent to the MCU storage. Under the control of the MCU, the digital tube LED1 and LED2 respectively display the closing and opening setting time.
  • the closing operation process of the present invention will be described below by taking the 107A closing operation as an example.
  • the relay KM5 is shorted to the 107A jack and the 107A command detection point.
  • the relay protection operation box issues the closing command
  • the 107A secondary circuit test line has a large current, and the normally closed end of the relay KM5 flows to the 107A command. Detect the node, and then output the voltage to the non-inverting input terminal of the operational amplifier U2A via the 107A divider. If the voltage of the non-inverting input of U2A is higher than the input of the inverting input.
  • the MCU control relays K5, ⁇ 3 and ⁇ 7 are closed, the opening indicator light is turned on, and the closing indicator light is turned off. Otherwise, the MCU control relays ⁇ 5, ⁇ 3 and ⁇ 7 are released, the closing indicator light is turned on, and the opening indicator light is turned off.
  • the closing operation of the present invention will be described below by taking the opening operation of 137A as an example.
  • the analog circuit breaker When the analog circuit breaker is started, the circuit between the 137A jack and the 137A command detection point is broken. At this time, the relay protection operation box is not detected to issue the opening command.
  • the relay ⁇ 3 After the analog circuit breaker is closed, the relay ⁇ 3 is in the pull-in state, and the 137A jack and the 137A command detection point are connected together. Then, when the relay protection operation box issues the opening command again, the 137A secondary circuit test line appears large.
  • the current flows through the normally closed end of the relay ⁇ 5 to the 137A command detection node, and then is outputted to the non-inverting input terminal of the operational amplifier U3B via the 137A voltage divider, if the voltage of the non-inverting input terminal of U3B is higher than the reference input from the inverting input terminal.
  • the opening voltage V OFF is detected, it is recognized that the A-phase opening command appears, and is input to the processor P37 via the optocoupler, and the time interval between the MCU and the last A phase action is less than 0.5 s. If not less than 0.5 s, then The MCU controls the relays K5, ⁇ 3 and ⁇ 7 to pull in. After delaying the set opening time, the opening indicator light is turned off, and the closing indicator light is turned on. Otherwise, the MCU control relay ⁇ 5, ⁇ 3, ⁇ ⁇ 7 is released, the closing indicator light is turned off, and the opening indicator light is illuminated.
  • the present invention also simulates the anti-jump function of the circuit breaker, that is, when the split and close circuit are short-circuited at the same time, the circuit breaker should be placed in the open state and cannot be closed.
  • the time of simultaneous conduction may be no more than 10ms.
  • the MCU of the present invention determines whether the simultaneous action occurs by checking whether the interval between the last action and the last action time is greater than a preset threshold of 0.1s. . When it is detected that there is a tripping and closing command simultaneously input, the corresponding relay is immediately driven, and the circuit breaker is placed in the inter-divided state.
  • the action behaviors of the protection device operating the circuit breaker are basically below the millisecond level.
  • the single-chip microcomputer used by the instrument requires that the main frequency should be above 100 MHz.
  • the MCU should include input and output data interfaces and RAM, ROM, EPROM and other memories, including A ⁇ D conversion interface.

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Abstract

一种继电保护用模拟断路器测试装置，它包括采集模块（1）、处理器（2）、执行模块（3）、显示模块（4）、设置模块（6）、报警模块（7）和电源模块（5）。处理器（2）在内嵌程序的控制下，接收处理采集模块（1）输入的继电器保护装置命令指示执行模块（3）模拟实际断路器分闸、合闸操作及显示相关状态变化。设置模块（6）依据设定的分闸、合闸整定电流，调整采集模块（1）中的命令识别基准电压，并将设置的分闸、合闸时间存储到处理器（2）中。显示模块（4）在处理器（2）的控制下显示模拟断路器状态。可以实现对继电保护设备的单相跳合闸及三相跳合闸的测试及断路器操作箱防跳测试，能更可靠模拟现场断路器针对于继电保护设备的相关运行情况及进行保护设备的调试。

Description

一种继电保护用的模拟断路器测试装置及控制方法 技术领域
[0001] 本发明涉及一种模拟断路器测试装置及控制方法， 尤其涉及一种继电保护用模拟断 路器测试装置及控制方法。
背景技术
[0002] 在变电站继电保护装置预试、 改造时， 常常由于一次断路器设备不具备传动条件而 无法进行保护装置的动作特性调试和回路整组传动试验工作。 一次断路器设备具备传动条件 需要经过检修、 试验后等多套工序流程， 这当中还不包括处理开关临时缺陷等所耗用的时 间。 等一次断路器设备具备传动条件后， 留给保护进行开关整组传动试验的时间常常已所剩 无几。 因此， 经常会由于抢工期而省略保护性能测试， 回路整组试验工作等作业步骤， 留下 安全隐患。 但是减少一次开关设备的检修、 试验时间又不现实。 即使时间充裕， 也会因为停 工等待， 影响工作效率； 同时由于对保护设备性能测试需传动多次开关， 增加了断路器发生 故障的概率， 对一次设备的安全性也会造成一定程度的影响。
[0003] 另外， 许多继电保护装置实训基地仅配有单一装置， 没有实际的断路器， 不能正确 模拟现场设备运行状态， 进行保护性能测试、 回路整组试验工作。 因此， 实训基地迫切需要 适用于保护装置用的能够模拟实现断路器性能的仪器设备， 从而达到更好的培训教学的目 的。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种继电保护用的模拟断路器测试装置， 能够辅助 进行保护装置的动作特性调试和回路整组传动试验。
[0005] 本发明所采取的技术方案是：
一种继电保护用模拟断路器测试装置， 包括采集模块、 处理器、 执行模块、 显示模块、 电源 模块、 设置模块、 报警模块和测试插孔模块； 所述测试插孔模块包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C插孔；
所述采集模块与执行模块的连接处设有命令检测点； 所述命令检测点包括包括继电保护装置 107 A命令检测点 KM107A1、 107B命令检测点 KM107BU 107C命令检测点 KM107CU 137A命令检测点 KM137AU 137B命令检测点 KM137BU 137C命令检测点 KM137CU 237 A命令检测点 KM237A1、 237B命令检测点 KM237B1和 237C命令检测点 KM237C1； 所述采集模块的输入端接所述命令检测点， 输出端接所述处理器， 对采集到的信号进行处理 后， 将识别出的继电保护装置命令输出至所述处理器；
所述处理器接所述执行模块， 对所接收的继电保护装置命令进行处理后， 指示所述执行模块 进行模拟合闸或分闸操作；
所述执行模块接在所述接所述测试插孔模块和命令检测点之间， 另一端接所述处理器， 在其 控制下完成模拟合间或分间操作；
所述显示模块包括模拟断路器状态显示单元， 接所述处理器， 在其控制显示断路器的状态； 还包括整定时间显示单元， 连接所述整定时间设置单元， 显示其设置的合间和分间时间； 所述设置模块， 包括整定电流设置单元和整定时间设置单元；
所述整定电流设置单元， 连接在所述命令检测点和采集模块之间， 设定所述模拟断路器合闸 整定电流和分间整定电流， 限制所述执行模块的工作电流， 向所述采集模块提供命令识别基 准电流；
所述整定时间设置单元接所述处理器， 将所设定的合间整定时间和分间整定时间存储至所述 处理器中；
所述报警模块接所述处理器， 在其控制下发出报警提示；
所述电源模块为上述各模块提供电源。
[0006] 所述电源模块提供直流 +5 V、 +24V、 +220V、 +110V、 -110V和 +2.5V输出。
[0007] 所述电源模块包括开关电源 M0D1、 MOD2、 MOD3 , 将外部交流 220V 电源分别经 转换为直流 5V、 24V、 220V输出；
所述电源模块包括直流 24V/2.5V转换电路， 包括电压调节器 U1和电阻 R10， 所述电压调节 器 U1的 4脚接地， 8脚经所述电阻 R10接直流 +24V电源， 同时作为直流 +2.5V的输出端使 用；
所述电源模块包括电流传感器 Ul l， 102、 202、 -110V插孔， 所述电流传感器 U11 的两个 IP-引脚连接后接开关电源 MOD3 的负极输出端， 两个 IP+引脚连接与直流 +220V 电源连 接。
[0008] 所述整定电流设置单元包括合间整定电流设置电路和分间整定电流设置电路； 所述合闸整定电流设置电路包括 107A合闸电流控制回路、 107B 合闸电流控制回路和
107C合闸电流控制回路；
所述基准合闸电流控制回路包括旋转开关 K10， 电阻 R82-R85 组成， 所述电阻 R82-R85 依次串联后一端接直流 2.5V电源正极， 另一端接地， 其分压端分别接所述旋转开关 K10的
1档至 4档引脚； 所述旋转开关 K10的 5档引脚为基准合闸比较电压输出端 V ON; 所述 107A合闸电流控制回路包括旋转开关 K11和 K12， 电阻 R74-R76; 旋转开关对应于 四个不同的合闸电流设定值； 通过各电阻的串并联关系的不同， 实现了整个电路通路电流值 的不同。 以图示为例， 所述旋转开关 K11 的 5档引脚和旋转开关 K12的 5档引脚连接后接 直流 220V电源负极， 所述旋转开关 K11的 2档引脚与 4档引脚连接后经所述电阻 R75与所 述 107A继电保护装置命令检测点连接， 所述旋转开关 K12的 2档引脚与 3档引脚连接后经 所述电阻 R75与所述 107A继电保护装置命令检测点连接， 所述电阻 R74连接在所述 107A 继电保护装置命令检测点和 220直流电源正极之间； 107B合闸电流控制回路和 107C合闸电 流控制回路结构与所述 107A合闸电流控制回路设定支路结构完全相同， 分别连接在所述继 电保护装置 107B、 107C命令检测点和直流 +220V电源之间； 所述旋转开关 K10至 K16的 动臂联动；
所述分闸整定电流设置电路包括 137A主用分闸电流控制回路、 137B主用分闸电流控制回 路和 137C主用分闸电流控制回路、 237Α备用分闸电流控制回路、 237Β备用分闸电流控制 回路和 237C备用分闸电流控制回路；
所述基准分闸电流支路结构与所述合闸电流支路结构完全相同， 其 5档引脚为基准分闸电 压输出端 V OFF;
所述 137A主用分闸电流控制回路、 137B主用分闸电流控制回路和 137C主用分闸电流控 制回路、 237A备用分闸电流控制回路、 237B备用分闸电流控制回路和 237C备用分闸电流 控制回路电路结构和所述 107A合闸电流控制回路设定支路结构完全相同， 所述分闸整定电 流设置电路中各支路旋转开关的动臂联动。
[0009] 所述整定时间设置单元包括合闸整定时间设置电路和分闸整定时间设置电路； 所 述合闸整定时间设置电路包括旋转编码开关 Kl， 其 1脚和 4脚接地， 2脚、 3脚和 5脚作为 输出端， 分别接所述单片机的 I/O 口； 所述分闸整定时间设置电路与所述合闸整定时间设置 电路结构完全相同。
[0010] 所述采集模块包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B 和 237C命令检测单元； 107A命令检测单元包括 107A分压器和 107A命令识别电路， 所述第 107A分压器由电阻 R1和 R11串联组成， 一端接所述 107A继电保护装置命令检测点， 另一 端接地， 所述电阻 R1和 R11的接点作为 107A分压器的分压输出端 IN ONA; 所述 107A命 令识别电路包括运算放大器 U2A、 光电耦合器 N8和电阻 R27， 所述运算放大器 U2A的同 相输入端接所述 107A分压器的分压输出端 IN ONA, 反相输入端接所述设置模块中的基准 合闸电压输出端 V ON， 其输出端接所述光电耦合器 N8的阴极， 所述光电耦合器 N8的阳极 经所述电阻 R27 接直流 +24V 电源， 发射极接地， 集电极作为输出端， 接所述处理器 I/O 口； 其余 8个命令检测单元与第一命令检测单元结构完全相同。
[0011] 所述执行模块包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C 执行电路；
所述 107A执行电路包括继电器 KM5、 二极管 D13， 晶体管耦合器 N10和电阻 R51， 所 述晶体管耦合器 N10的正极经所述电阻 R51接直流 +5V电源， 负极作为控制输入端， 连接 所述处理器 I/O 口， 发射端接地， 集电极端接所述继电器 KM5 的线圈负极， 所述继电器 KM5 的线圈正极接直流 +24V电源， 其公共端与所述 107A插孔连接， 常闭端接所述继电保 护装置 107A命令检测点， 所述二极管 D13反向连接联在继电器 KM5的线圈正极与负极之 间； 所述 107B和 107C执行电路与所述 107A执行电路的电路结构完全相同； 除所述继电保 护装置命令检测点接在继电器的常开端外， 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C 执行 电路与所述 107A执行电路的电路结构完全相同。
[0012] 所述显示模块中模拟断路器状态显示单元包括并联在 +5V直流电源和地之间， 结 构完全相同的 A相合闸指示电路、 B相合闸指示电路、 C相合闸指示电路、 A相分闸指示电 路、 B相分闸指示电路和 C相分闸指示电路， 所述 A相合闸指示电路由场效应晶体管 Dl、 发光二极管 D2和电阻 R37串联组成， 所述场效应晶体管 D1 的栅极作为控制端， 接处理器 的 I/O口。
[0013] 所述显示模块中的整定时间显示单元包括合闸整定时间显示电路和分闸整定时间 显示电路； 所述合闸整定时间显示电路包括数码管 LED1、 移位寄存器 U8 和电阻 R29- R36; 所述移位寄存器 U8的 7脚至 1脚分别经所述电阻 R29-R35接所述数码管 LED1的 A 脚至 G脚， 其 15脚经所述电阻 R36接所述数码管 LED1的 DP脚， 8脚接地， 16脚接直流 +5V电源； 所述分闸整定时间显示电路结构与合闸整定时间显示电路结构完全相同； 所述移 位寄存器 U10的 14脚与移位寄存器 U8的 9脚短接后连接处理器的 I/O 口， 所述移位寄存 器 U10的 11脚、 12脚与移位寄存器 U8的 11脚和 12脚短接后连接所述单片机的 I/O口。
[0014] 所述报警模块包括晶体管阵列 U7和蜂鸣器 ZD; 所述晶体管阵列 U7的 8脚接 +5V 直流电源， 9脚接地， 4脚至 7脚与所述单片机的 I/O口， 13脚接所述蜂鸣器。
[0015] 所述显示模块中合闸整定时间显示电路中的数码管 LED1 的 DIG1脚至 DIG3脚分 别与分闸整定时间显示电路中的数码管 LED2的对应引脚连接后与所述报警模块中晶体管阵 列 U7的 10脚至 12脚连接。
[0016] 一种继电保护用模拟断路器测试装置的控制方法， 包括如下步骤： ( 1 ) 初始化： 吸合 K5、 Kl、 Κ2继电器， 释放 Κ3、 Κ4、 Κ6、 Κ7、 Κ8、 Κ9继电器， 分 闸指示灯亮， 合间指示灯灭， 置断路器初始状态为分间状态， 读取合间整定时间和分间整定 时间；
(2) 判断是否接收到来自继电保护装置的命令， 如果否， 重复执行步骤 （2);
(3 ) 接收处理 107A命令， 包括以下子步骤：
(3-1 ) 判断是否接收到 107A命令， 如果否转向步骤 （4);
(3-2) 判断与最近一次 Α相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （3-4);
(3-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中 的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 并报警， 转向步骤 （4);
(3-4) 吸合 137A、 237A执行回路中的继电器， 释放 107A执行回路中的继电器， 输出 驱动点亮 A相合闸指示灯， 熄灭 A相分闸指示灯；
(4) 接收处理 107B命令， 包括以下子步骤：
(4-1 ) 判断是否接收到 107B命令， 如果否转向步骤 （5 );
(4-2) 判断与最近一次 B相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （4-4);
(4-3 ) 判定同时动作， 吸合 107B执行回路中的继电器，释放 137B1、 237B1执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （5 );
(4-4) 吸合 137B、 237B执行回路中的继电器， 释放 107B执行回路中的继电器， 熄灭 B相分闸指示灯灭， 点亮 B相合闸指示灯；
( 5 ) 接收处理 107C命令， 包括以下子步骤：
( 5-1 ) 判断是否接收到 107C命令， 如果否转向步骤 （6);
( 5-2) 判断与最近一次 C相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 ( 5-4)；
( 5-3 ) 判定同时动作， 吸合 107C执行回路中的继电器， 释放 137C、 237C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （6);
( 5-4) 释放继电器 107C 执行回路中的继电器， 吸合 137C、 237C 执行回路中的继电 器， 熄灭 C相分闸指示灯， 点亮 C相合闸指示灯；
(6) 接收处理 137A命令， 包括以下子步骤：
(6-1 ) 判断是否接收到 137A命令， 如果否转向步骤 （7); (6-2) 判断与最近一次 A相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （6-4);
(6-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中 的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （8);
(6-4) 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 转向步骤 （8);
(7) 接收处理 237A命令， 包括以下子步骤：
(7-1 ) 判断是否接收到 237A命令， 如果否转向步骤 （8);
(7-2) 判断与最近一次 A相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （7-4);
(7-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中 的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （8);
(7-4) 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯；
( 8) 接收处理 137B命令， 包括以下子步骤：
( 8-1 ) 判断是否接收到 137B命令， 如果否转向步骤 （9);
( 8-2) 判断与最近一次 B相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （8-4);
( 8-3 ) 判定同时动作， 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （10);
( 8-4) 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 转向步骤 （10);
(9) 接收处理 237B命令， 包括以下子步骤：
(9-1 ) 判断是否接收到 237B命令， 如果否转向步骤 （10);
(9-2) 判断与最近一次 B相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 (9-4)；
(9-3 ) 判定同时动作， 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （10);
(9-4) 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯； ( 10) 接收处理 137C1命令， 包括以下子步骤：
( 10-1 ) 判断是否接收到 137C1命令， 如果否转向步骤 （11 );
( 10-2) 判断与最近一次 C相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 ( 10-4)；
( 10-3 ) 判定同时动作， 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （2);
( 10-4) 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中的继电器， 熄 灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 转向步骤 （2);
( 11 ) 接收处理 237C命令， 包括以下子步骤：
( 11-1 ) 判断是否接收到 237C命令， 如果否转向步骤 （2);
( 11-2) 判断与最近一次 C 相合闸同时动作持续间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步骤 ( 11-4)；
( 11-3 ) 判定同时动作， 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （2);
( 11-4) 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中的继电器， 熄 灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 如果否转向步骤 （2)。
[0017] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、 本发明能够模拟各电压等级变电站现场实际的断路器针对继电保护设备动作机理所具有 的功能， 能代替实际断路器进行保护装置的性能测试工作， 实现现场继电保护装置对一次断 路器设备进行保护校验、 回路传动调试， 待一次断路器设备具备条件后只需进行简单的保护 装置跳、 合闸试验就可以达到保护装置整组开关传动试验的工序质量和要求， 并减少了开关 的动作次数， 提高了劳动效率。
[0018] 2、 本发明能够自行提供断路器控制电源， 变电站现场使用时， 断路器操作箱无需再 接入变电站直流系统电源， 这样在现场可完全将保护装置的断路器跳合闸回路与现场实际的 断路器直流运行控制系统隔离， 即使现场实际应用仪器发生故障， 也不会对整个变电站直流 运行系统产生干扰， 保证了实际设备及二次系统的安全性， 提高了实际应用的安全性。
[0019] 3、 本发明可进行检查保护装置合分闸及相关部分二次回路的正确性及断路器操作箱 的防跳试验,并具有报警功能。
[0020] 4、 本发明如同实际断路器动作特性一样， 本仪器三相之间互相独立， 没有相关性。
[0021] 5、 本发明可配合继电保护培训基地的继电保护设备所需要的断路器进行培训教学工 作。
[0022] 6、 本发明能够针对实际断路器的情况， 设定合闸、 分闸整定电流和时间， 能可靠模 拟现场断路器的运行情况， 进行保护设备的调试。
[0023] 7、 处理器中的内嵌程序及其精简， 运算速度快， 符合现场调试要求。
附图说明
[0024] 图 1 是本发明的电路方框图；
图 2 是本发明实施例 1的电流模块原理图；
图 3 是本发明实施例 1的采集模块电路原理图；
图 4 是本发明实施例 1的执行模块电路原理图；
图 5 是本发明实施例 1的合闸整定电流设置电路原理图；
图 6 是本发明实施例 1的分闸整定电流设置电路原理图；
图 7 是是本发明实施例 1的显示模块电路原理图；
图 8 是本发明实施例 1的报警模块电路原理图；
图 9 是本发明实施例 1的显示模块电路原理图；
图 10 是本发明实施例 1的处理器电路原理图；
图 11 是本发明实施例 2的流程图。
具体实施方式
[0025] 实施例 1 : 如图 1所示， 一种继电保护用模拟断路器测试装置， 包括采集模块 1、 处 理器 2、 执行模块 3、 显示模块 4、 电源模块 5、 设置模块 6、 报警模块 7和测试插孔模块 8；
所述测试插孔模块 8 包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C 插孔；
所述采集模块 1与执行模块 3的连接处设有命令检测点 9; 所述命令检测点 9包括继电保护 装置 107A 命令检测点 KM107A1、 107B 命令检测点 KM107B1、 107C 命令检测点 KM107CU 137A命令检测点 KM137AU 137B 命令检测点 KM137BU 137C 命令检测点 KM137CU 237A命令检测点 KM237A1、 237B命令检测点 KM237B1和 237C命令检测点 KM237C1 ;
所述采集模块 1 的输入端接所述命令检测点 9， 输出端接所述处理器 2， 对采集到的信号进 行处理后， 将识别出的继电保护装置命令输出至所述处理器 2;
所述处理器 2接所述执行模块 3， 对所接收的继电保护装置命令进行处理后， 指示所述执行 模块 3进行模拟合闸或分闸操作；
所述执行模块 3接在所述接所述测试插孔模块 8和命令检测点 9之间， 另一端接所述处理器 2， 在其控制下完成模拟合间或分间操作；
所述显示模块 4包括模拟断路器状态显示单元， 接所述处理器 2， 在其控制显示模拟断路 器的状态； 还包括括整定时间显示单元， 连接所述整定时间设置单元， 显示其设置的合闸和 分闸时间；
所述设置模块 6， 包括整定电流设置单元和整定时间设置单元；
所述整定电流设置单元， 连接在所述命令检测点 9和采集模块 1之间， 设定所述模拟断路器 合闸整定电流和分闸整定电流， 限制所述执行模块 3的工作电流， 向所述采集模块 1提供命 令识别基准电流；
所述整定时间设置单元接所述处理器 2， 将所设定的合间整定时间和分间整定时间存储至所 述处理器 2中；
所述报警模块 7接所述处理器 2， 在其控制下发出报警提示；
所述电源模块 5为上述各模块提供电源。
[0026] 如图 2 所示， 所述电源模块 5 提供直流 +5V、 +24V、 +220V、 +110V、 -110V 和 +2.5V输出。
[0027] 所述电源模块 5包括开关电源 M0D1、 MOD2、 MOD3 , 将外部交流 220V电源分别 经转换为直流 +5V、 +24V、 -220V输出；
所述电源模块 5包括直流 +24V/+2.5V转换电路， 包括电压调节器 U1和电阻 R10， 所述电压 调节器 U1的 4脚接地， 8脚经所述电阻 R10接直流 +24V电源， 同时作为直流 +2.5V的输出 端使用；
所述电源模块 5包括电流传感器 Ull， 102、 202、 -110V插孔， 所述电流传感器 U11的两个 IP-引脚连接后接开关电源 MOD3 的负极输出端， 两个 IP+引脚连接后接地， 所述 102、 202、 -110V插孔均接地；
所述电源模块 5还包括 101， 201 , +110V和地端子插孔， 所述 101， 201 , +110V插孔连接 在一起后经电阻 R95和地端子插孔接地， 所述地端子插孔连接开关电源 MOD3 的正极输出 端。 如同变电站直流系统一样， 在正、 负及之间通过分压电阻连接， 中性点引出接地端子 (注： 此接地端子与开关电源内部接地点不一致， 二者不能短接）， 方便使用时测量各测试 回路的电位； 101、 102 端子作为断路器第一组控制电源输出， 接入断路器操作箱第一组控 制电源， 201、 202 端子作为断路器第二组控制电源输出， 接入断路器操作箱第二组控制电 源。 在实施例 1 中， 所述电压调节器 U1 为 IM285-2.5 , 电流传感器 U11 为 ACS712, 电阻 R10为 4k欧姆， R95和 R96均为 200k欧姆。
[0028] 所述整定电流设置单元包括合间整定电流设置电路和分间整定电流设置电路； 如图 5 所示， 所述合闸整定电流设置电路包括基准合闸电流支路、 107A合闸电流控制回 路设定支路、 107B合闸电流控制回路设定支路和 107C合闸电流控制回路设定支路； 所述基准合闸电流子支路包括旋转开关 K10， 电阻 R82-R85组成， 所述电阻 R82-R85依 次串联后一端接直流 +2.5V电源， 另一端接地， 其分压端分别接所述旋转开关 K10的 1档至
4档引脚； 所述旋转开关 K10的 5档引脚为基准合闸电压输出端 V ON; 在实施例 1中， 电 阻 R82-R85均为 lk欧姆。
[0029] 所述 107A合闸电流控制回路设定支路包括旋转开关 K11和 K12， 电阻 R74-R76, 所述旋转开关 K11 的 5档引脚和旋转开关 K12的 5档引脚连接后接直流 +220 V电源， 所述 旋转开关 K11的 2档引脚与 4档引脚连接后经所述电阻 R75与所述 107A继电保护装置命令 检测点连接， 所述旋转开关 K12的 2档引脚与 3档引脚连接后经所述电阻 R75与所述 107A 继电保护装置命令检测点连接， 所述电阻 R74连接在所述 107A继电保护装置命令检测点和 直流 +220V电源之间； 107B合闸电流控制回路和 107C合闸电流控制回路结构与所述 107A 合闸电流控制回路设定支路结构完全相同， 分别连接在所述继电保护装置 107B、 107C命令 检测点和直流 +220V电源之间； 所述旋转开关 K10至 K16的动臂联动； 在实施例 1 中， 电 阻 R74和 R76为 220欧姆， R75为 440欧姆。
[0030] 如图 6所示， 所述分闸整定电流设置电路包括基准分闸电流支路、 107A主用分闸 电流控制回路、 107B主用分闸电流控制回路和 107C主用分闸电流控制回路、 107A备用分 闸电流控制回路、 107B备用分闸电流控制回路和 107C备用分闸电流控制回路； 所述基准分 闸电流支路结构与所述合闸电流支路结构完全相同， 其 5 档引脚为基准分闸电压输出端 V OFF; 采集模块 1将继电保护设备分闸控制电路的电流信息装换为电压信息与基准合闸比较 电压比较来分析、 判断是正常运行信息还是保护设备发出的合闸命令信息。
[0031] 所述 107A主用分闸电流控制回路、 107B主用分闸电流控制回路和 107C主用分闸 电流控制回路、 107A备用分闸电流控制回路、 107B备用分闸电流控制回路和 107C备用分 闸电流控制回路电路结构和所述 107A合闸电流控制回路设定支路结构完全相同， 所述分闸 整定电流设置电路中各支路旋转开关的动臂联动。
[0032] 如图 7 所示， 所述整定时间设置单元包括合闸整定时间设置电路和分闸整定时间 设置电路； 所述合闸整定时间设置电路包括旋转编码开关 Kl， 其 1脚和 4脚接地， 2脚、 3 脚和 5脚作为输出端， 分别接所述单片机的 I/O 口； 所述分闸整定时间设置电路与所述合闸 整定时间设置电路结构完全相同。
[0033] 如图 3 所示， 采集模块将继电保护设备分闸控制电路的电流信息装换为电压信息 与基准合闸比较电压比较来分析、 判断是正常运行信息还是保护设备发出的合闸命令信息。 所述采集模块 1包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B禾 P 237C命令 检测单元； 107A命令检测单元包括 107A分压器和 107A命令识别电路， 所述第 107A分压 器由电阻 R1和 R11串联组成， 一端接所述 107A继电保护装置命令检测点， 另一端接直流- 220V 电源； 所述电阻 R1 和 R11 的接点作为 107A分压器的分压输出端 IN ONA; 所述 107 A命令识别电路包括运算放大器 U2A、 光电耦合器 N8 和电阻 R27， 所述运算放大器 U2A的同相输入端接所述 107A分压器的分压输出端 IN ONA, 反相输入端接所述设置模块 中的基准合间电压输出端 V ON， 其输出端接所述光电耦合器 N8 的阴极， 所述光电耦合器 N8 的阳极经所述电阻 R27 接直流 +24V 电源， 发射极接地， 集电极作为输出端， 接所述处 理器 I/O口； 其余 8个命令检测单元与第一命令检测单元结构完全相同。 在实施例 1中， 运 算放大器 U2A为 LM393芯片， 光电耦合器 N8为 TLP127芯片， 电阻 R1 为 200k欧姆， R11为 4.5k欧姆， R27为 5k欧姆。
[0034] 如图 4 所示， 所述执行模块 3 包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C执行电路；
所述 107A执行电路包括继电器 KM5、 二极管 D13， 晶体管耦合器 N10和电阻 R51， 所 述晶体管耦合器 N10的正极经所述电阻 R51接直流 +5V电源， 负极作为控制输入端， 连接 所述处理器 I/O 口， 发射端接地， 集电极端接所述继电器 KM5 的线圈负极， 所述继电器 KM5 的线圈正极接直流 +24V电源， 其公共端与所述 107A插孔连接， 常闭端接所述继电保 护装置 107A命令检测点， 所述二极管 D13反向连接联在继电器 KM5的线圈正极与负极之 间； 所述 107B和 107C执行电路与所述 107A执行电路的电路结构完全相同； 除所述继电保 护装置命令检测点接在继电器的常开端外， 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C 执行 电路与所述 107A执行电路的电路结构完全相同。 在实施例 1 中， 继电器 KM5 为 943-1C- XDS芯片， 二极管 D13为 IN4007芯片， 晶体管耦合器 N10为 TLP181芯片， 电阻 R51为 lk欧姆。
[0035] 所述显示模块 4 中模拟断路器状态显示单元包括并联在 +5V直流电源和地之间， 结构完全相同的 A相合闸指示电路、 B相合闸指示电路、 C相合闸指示电路、 A相分闸指示 电路、 B 相分闸指示电路和 C 相分闸指示电路， 所述 A相合闸指示电路由场效应晶体管 Dl、 发光二极管 D2和电阻 R37串联组成， 所述场效应晶体管 D1的栅极作为控制端， 接处 理器的 I/O 口。 在实施例 1 中， 场效应晶体管 D1为 2n7002芯片， 发光二极管 D2为 LED 二极管， 电阻 R37为 300欧姆。
[0036] 所述显示模块 4 中的整定时间显示单元包括合闸整定时间显示电路和分闸整定时 间显示电路； 所述合闸整定时间显示电路包括数码管 LED1、 移位寄存器 U8 和电阻 R29- R36; 所述移位寄存器 U8的 7脚至 1脚分别经所述电阻 R29-R35接所述数码管 LED1的 A 脚至 G脚， 其 15脚经所述电阻 R36接所述数码管 LED1的 DP脚， 8脚接地， 16脚接直流 +5V电源； 所述分闸整定时间显示电路结构与合闸整定时间显示电路结构完全相同； 所述移 位寄存器 U10的 14脚与移位寄存器 U8的 9脚短接后连接处理器的 I/O 口， 所述移位寄存 器 U10的 11脚、 12脚与移位寄存器 U8的 11脚和 12脚短接后连接所述单片机的 I/O口。 在实施例 1中， 移位寄存器 U8为 hc595芯片， 电阻 R29至 R36均为 300欧姆。
[0037] 如图 8所示， 所述报警模块包括晶体管阵列 U7和蜂鸣器 ZD; 所述晶体管阵列 U7 的 8脚接 +5V直流电源， 9脚接地， 4脚至 7脚与所述单片机的 I/O 口， 13脚接所述蜂鸣 器。 在实施例 1中， 晶体管阵列 U7为 ULN2003芯片。
[0038] 如图 9所示， 所述显示模块 4中合闸整定时间显示电路中的数码管 LED1的 DIG1 脚至 DIG3脚分别与分闸整定时间显示电路中的数码管 LED2的对应引脚连接后与所述报警 模块 7中晶体管阵列 U7的 10脚至 12脚连接。
[0039] 如图 10所示， 在实施例 1 中， 处理器为 STC 48 单片机， 41 脚接直流 +2.5V 电 源， 18脚接地， 15脚、 16脚接晶振电路， 40脚接电源模块 5中 ACS712芯片 7脚， 8脚、 39-31脚、 43脚分别接 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C命令 识别电路的输出端； 20-24 脚、 26-28 脚、 44 脚接 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C 执行电路的控制端； 45-47 脚、 2-4 脚分别接 A相合闸指示电 路、 B相合闸指示电路、 C相合闸指示电路、 A相分闸指示电路、 B相分闸指示电路和 C相 分闸指示电路的控制端； 9 脚、 29 脚、 32 脚接合闸整定时间设置电路输出端， 5 脚、 10 脚、 30脚接分闸整定时间设置电路输出端， 10-14脚接报警模块， 7脚、 24脚、 31脚接整定 时间显示单元。
[0040]
实施例 2 : 如图 11 所示， 一种继电保护用模拟断路器测试装置的控制方法， 包括如下步 骤：
( 1 ) 初始化： 吸合 K5、 Kl、 Κ2继电器， 释放 Κ3、 Κ4、 Κ6、 Κ7、 Κ8、 Κ9继电器， 分 闸指示灯亮， 合间指示灯灭， 置断路器初始状态为分间状态， 读取合间整定时间和分间整定 时间；
(2) 判断是否接收到来自继电保护装置的命令， 如果否， 重复执行步骤 （2);
(3 ) 接收处理 107A命令， 包括以下子步骤：
(3-1 ) 判断是否接收到 107A命令， 如果否转向步骤 （4);
(3-2) 判断与最近一次 A相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s, 如果否转向步 骤 （3-4);
(3-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中 的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 并报警， 转向步骤 （4);
(3-4) 吸合 137A、 237A执行回路中的继电器， 释放 107A执行回路中的继电器， 输出 驱动点亮 A相合闸指示灯， 熄灭 A相分闸指示灯；
(4) 接收处理 107B命令， 包括以下子步骤：
(4-1 ) 判断是否接收到 107B命令， 如果否转向步骤 （5 );
(4-2) 判断与最近一次 B相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （4-4);
(4-3 ) 判定同时动作， 吸合 107B执行回路中的继电器，释放 137B1、 237B1执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （5 );
(4-4) 吸合 137B、 237B执行回路中的继电器， 释放 107B执行回路中的继电器， 熄灭 B相分闸指示灯灭， 点亮 B相合闸指示灯；
( 5 ) 接收处理 107C命令， 包括以下子步骤：
( 5-1 ) 判断是否接收到 107C命令， 如果否转向步骤 （6);
( 5-2) 判断与最近一次 C相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 ( 5-4)；
( 5-3 ) 判定同时动作， 吸合 107C执行回路中的继电器， 释放 137C、 237C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （6);
( 5-4) 释放继电器 107C 执行回路中的继电器， 吸合 137C、 237C 执行回路中的继电 器， 熄灭 C相分闸指示灯， 点亮 C相合闸指示灯；
(6) 接收处理 137A命令， 包括以下子步骤：
(6-1 ) 判断是否接收到 137A命令， 如果否转向步骤 （7);
(6-2) 判断与最近一次 A相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （6-4);
(6-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中 的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （8);
(6-4) 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 转向步骤 （8);
(7) 接收处理 237A命令， 包括以下子步骤：
(7-1 ) 判断是否接收到 237A命令， 如果否转向步骤 （8);
(7-2) 判断与最近一次 A相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s, 如果否转向步 骤 （7-4);
(7-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中 的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （8);
(7-4) 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯；
( 8) 接收处理 137B命令， 包括以下子步骤：
( 8-1 ) 判断是否接收到 137B命令， 如果否转向步骤 （9);
( 8-2) 判断与最近一次 B相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （8-4);
( 8-3 ) 判定同时动作， 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （10);
( 8-4) 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 转向步骤 （10);
(9) 接收处理 237B命令， 包括以下子步骤：
(9-1 ) 判断是否接收到 237B命令， 如果否转向步骤 （10);
(9-2) 判断与最近一次 B相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 (9-4)；
(9-3 ) 判定同时动作， 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （10);
(9-4) 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯；
( 10) 接收处理 137C1命令， 包括以下子步骤： ( 10-1 ) 判断是否接收到 137C1命令， 如果否转向步骤 （11 );
( 10-2) 判断与最近一次 C相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 ( 10-4)；
( 10-3 ) 判定同时动作， 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （2);
( 10-4) 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中的继电器， 熄 灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 转向步骤 （2);
( 11 ) 接收处理 237C命令， 包括以下子步骤：
( 11-1 ) 判断是否接收到 237C命令， 如果否转向步骤 （2);
( 11-2) 判断与最近一次 C 相合闸同时动作持续间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步骤 ( 11-4)；
( 11-3 ) 判定同时动作， 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （2);
( 11-4) 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中的继电器， 熄 灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 如果否转向步骤 （2)。
[0041] 在实施例 2 中， 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C 执 行回路中的继电器分别为继电器 KM5、 KM1、 KM2、 KM3、 KM4、 KM6、 KM7、 KM8、 KM9。
[0042] 本发明通过二次回路试验线接与继电保护操作箱的合闸回路和分闸回路连接在一 起。 开启电源时， 在单片机控制下， 断路器状态设置为分闸状态，点亮分闸指示灯， 熄灭合 闸指示灯。
[0043] 模拟断路器合闸、 分闸整定电流通过旋转开关设定， 在实施例 2 中设置 1A、 1.5A、
2A、 2.5A 四档， 设定档位与旋转开关动臂短接， 将对应分压电阻提供的电压送入采集模块 中运算放大器的反相输入端， 作为基准合闸、 分闸电压。 旋转拨码开关设定的合闸、 分闸整 定时间送入单片机存储， 在单片机的控制下， 数码管 LED1和 LED2分别显示合闸、 分闸整 定时间。
[0044] 下面以 107A合闸操作为例说明本发明合闸操作过程。 模拟断路器启动时， 继电器 KM5短接 107A插孔和 107A命令检测点， 继电保护操作箱发出合闸命令时， 107A二次回 路试验线出现大电流， 经继电器 KM5的常闭端流向 107A命令检测结点， 再经 107A分压器 分压输出到运算放大器 U2A的同相输入端， 如果 U2A的同相输入端电压高于反相输入端输 入的基准合闸电压 V ON, 则识别为 A相合闸命令出现， 经光电耦合器输入到处理器 P31 端， 单片机判断与上次 A相动作的时间间隔是否小于 0.5s， 如果不小于 0.5s， 延时所设定的 合闸整定时间后， 则单片机控制继电器 K5、 Κ3和 Κ7吸合， 点亮分闸指示灯， 熄灭合闸指 示灯。 否则， 单片机控制继电器 Κ5、 Κ3和 Κ7释放， 点亮合闸指示灯， 熄灭分闸指示灯。
[0045] 下面以 137A分闸操作为例说明本发明合闸操作过程。 模拟断路器仪器启动时， 故 137A插孔和 137A命令检测点之间断路， 此时检测不到继电保护操作箱发出分闸命令。 模 拟断路器合闸操作后， 继电器 Κ3 处于吸合状态， 将 137A插孔和 137A命令检测点连接在 一起， 之后， 继电保护操作箱再发出分闸命令时， 137A二次回路试验线出现大电流， 经继 电器 ΚΜ5 的常闭端流向 137A命令检测结点， 再经 137A分压器分压输出到运算放大器 U3B 的同相输入端， 如果 U3B 的同相输入端电压高于反相输入端输入的基准分闸电压 V OFF, 则识别为 A相分闸命令出现， 经光电耦合器输入到处理器 P37端， 单片机判断与上次 A相动作的时间间隔是否小于 0.5s， 如果不小于 0.5s， 则单片机控制继电器 K5、 Κ3和 Κ7 吸合， 延时所设定的分闸整定时间后， 熄灭分闸指示灯， 点亮合闸指示灯。 否则， 单片机控 制继电器 Κ5、 Κ3禾 Ρ Κ7释放， 熄灭合闸指示灯， 点亮分闸指示灯。
[0046] 本发明还模拟了断路器的防跳功能， 即当分、 合闸回路同时短接导通的状态时要 求断路器应置位于分闸状态而不能合闸。 依据运行经验， 因不同继电器的动作延时情况， 其 可能同时导通的时间不大于 10ms， 本发明单片机通过程序检验与上次动作时间间隔是否大 于预设阈值 0.1s， 来判定是否同时动作发生。 当检测到有分闸、 合闸命令同时输入时， 立即 驱动相应继电器， 将断路器置位于分间状态， 此时即使依然存在合间命令信号输入也不会发 生状态改变， 若持续时间超过 10ms， 仪器会鸣叫报警， 意味着防跳功能失败。 实现操作箱 防跳测试及报警功能也是本装置的一个优点。
[0047] 保护设备操作断路器的动作行为过程基本上都是在毫秒级以下， 为了能够精确的 检测各种控制信息， 本仪器所用单片机要求其主频率应在 100 兆赫以上。 单片机应包含输 入、 输出数据接口及 RAM、 ROM, EPROM等存储器， 含有 A\D转换接口。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 包括釆集模块 （1)、 处理器 (2)、 执行模块 （3)、 显示模块 （4)、 电源模块 （5)、 设置模块 〔6)、 报警模块 （7) 和测试插孔 模块 (8)； 所述测试插孔模块 (8) 包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C插孔；
所述采集模块 （1) 与执行模块 （3) 的连接处设有命令检测点 （9); 所述命令检测点 （9) 包括继电保护装置 107A命令检测点 KM107A1、 107B命令检测点 KM107B1、 107C命令检 测点 KM107C1、 137A命令检测点 KM137A1、 137B命令检测点 KM137B1、 137C命令检测 点 KM137C1、 237 A命令检测点 KM237A1、 237B命令检测点 KM237B1和 237C命令检测 点 KM237C1;
所述采集模块 （1) 的输入端接所述命令检测点 （9)， 输出端接所述处理器 （2)， 对采集到 的信号进行处理后， 将识别出的继电保护装置命令输出至所述处理器 （2);
所述处理器 （2) 接所述执行模块 （3)， 对所接收的继电保护装置命令进行处理后， 指示所 述执行模块 （3) 进行模拟合闸或分闸操作；
所述执行模块 （3) 接在所述接所述测试插孔模块 （8) 和命令检测点 （9) 之间， 另一端接 所述处理器 （2)， 在其控制下完成模拟合闸或分闸操作；
所述显示模块 （4) 包括模拟断路器状态显示单元， 接所述处理器 （2)， 在其控制显示断路 器的状态； 还包括整定时间显示单元， 连接所述整定时间设置单元， 显示其设置的合闸和分 闸时间；
所述设置模块 （6)， 包括整定电流设置单元和整定时间设置单元；
所述整定电流设置单元， 连接在所述命令检测点 （9) 和釆集模块 （1) 之间， 设定所述模拟 断路器合闸整定电流和分闸整定电流， 限制所述执行模块 〔3) 的工作电流， 向所述采集模 块 （1) 提供命令识别基准电流；
所述整定时间设置单元接所述处理器 （2)， 将所设定的合闸整定时间和分闸整定时间存储至 所述处理器 （2) 中；
所述报警模块 （7) 接所述处理器 （2)， 在其控制下发出报警提示；
所述电源模块 （5) 为上述各模块提供电源。
2. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述电源模块 （5) 提供直流 +5V、 +24 V, +220V. +110V、 -110V禾口 +2.5V输出。
3. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述电源模块 （5) 包括开关电源 M0D1、 MOD2、 MOD3, 将外部交流 220V 电源分别经转换为直流 5V、 24V 220V输出；
所述电源模块 （5 ) 包括直流 24V/2.5V转换电路， 包括电压调节器 U1和电阻 R10， 所述电 压调节器 U1的 4脚接地， 8脚经所述电阻 R10接直流 +24V电源， 同时作为直流 +2.5V的输 出端使用；
所述电源模块 （5 ) 包括电流传感器 Ul l， 102、 202、 -110V插孔， 所述电流传感器 U11的 两个 IP-引脚连接后接开关电源 MOD3 的负极输出端， 两个 IP+引脚连接与直流 +220V电源 连接。
4. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述整定电流设置 单元包括合间整定电流设置电路和分间整定电流设置电路；
所述合闸整定电流设置电路包括 107A合闸电流控制回路、 107B 合闸电流控制回路和 107C合闸电流控制回路；
所述基准合闸电流控制回路包括旋转开关 K10， 电阻 R82-R85组成， 所述电阻 R82-R85 依次串联后一端接直流 2.5V电源正极， 另一端接地， 其分压端分别接所述旋转开关 K10的 1档至 4档引脚； 所述旋转开关 K10的 5档引脚为基准合闸比较电压输出端 V ON;
所述 107A合闸电流控制回路包括旋转开关 K11和 K12， 电阻 R74-R76; 旋转开关对应于四 个不同的合闸电流设定值； 通过各电阻的串并联关系的不同， 实现了整个电路通路电流值的 不同； 以图示为例， 所述旋转开关 K11 的 5档引脚和旋转开关 K12的 5档引脚连接后接直 流 220V电源负极， 所述旋转开关 K11的 2档引脚与 4档引脚连接后经所述电阻 R75与所述 107A继电保护装置命令检测点连接， 所述旋转开关 K12的 2档引脚与 3档引脚连接后经所 述电阻 R75与所述 107A继电保护装置命令检测点连接， 所述电阻 R74连接在所述 107A继 电保护装置命令检测点和 220直流电源正极之间； 107B合闸电流控制回路和 107C合闸电流 控制回路结构与所述 107A合闸电流控制回路设定支路结构完全相同， 分别连接在所述继电 保护装置 107B、 107C命令检测点和直流 +220V电源之间； 所述旋转开关 K10至 K16的动 臂联动；
所述分闸整定电流设置电路包括 137A主用分闸电流控制回路、 137B主用分闸电流控制 回路和 137C主用分闸电流控制回路、 237Α备用分闸电流控制回路、 237Β备用分闸电流控 制回路和 237C备用分闸电流控制回路；
所述基准分闸电流支路结构与所述合闸电流支路结构完全相同， 其 5档引脚为基准分闸 电压输出端 V OFF;
所述 137A主用分闸电流控制回路、 137B主用分闸电流控制回路和 137C主用分闸电流 控制回路、 237A备用分闸电流控制回路、 237B备用分闸电流控制回路和 237C备用分闸电 流控制回路电路结构和所述 107A合闸电流控制回路设定支路结构完全相同， 所述分闸整定 电流设置电路中各支路旋转开关的动臂联动。
5. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述整定时间设置 单元包括合闸整定时间设置电路和分闸整定时间设置电路； 所述合闸整定时间设置电路包括 旋转编码开关 Kl， 其 1脚和 4脚接地， 2脚、 3脚和 5脚作为输出端， 分别接所述单片机的 I/O口； 所述分闸整定时间设置电路与所述合闸整定时间设置电路结构完全相同。
6. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述采集模块 （1 ) 包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B和 237C命令检测单元； 107 A 命令检测单元包括 107A分压器和 107A命令识别电路， 所述第 107A分压器由电阻 R1 和 R11 串联组成， 一端接所述 107A继电保护装置命令检测点， 另一端接地， 所述电阻 R1 和 11的接点作为 107A分压器的分压输出端 IN ONA; 所述 107A命令识别电路包括运算放大 器 U2A、 光电耦合器 N8和电阻 R27， 所述运算放大器 U2A的同相输入端接所述 107A分压 器的分压输出端 IN ONA, 反相输入端接所述设置模块 （6 ) 中的基准合闸电压输出端 V ON, 其输出端接所述光电耦合器 N8的阴极， 所述光电耦合器 N8的阳极经所述电阻 R27接 直流 +24V电源， 发射极接地， 集电极作为输出端， 接所述处理器 I/O 口； 其余 8个命令检 测单元与第一命令检测单元结构完全相同。
7. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述执行模块 （3 ) 包括 107A、 107B、 107C、 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C执行电路；
所述 107A执行电路包括继电器 KM5、 二极管 D13， 晶体管耦合器 N10和电阻 R51， 所述晶体管耦合器 N10的正极经所述电阻 R51接直流 +5V电源， 负极作为控制输入端， 连 接所述处理器 I/O 口， 发射端接地， 集电极端接所述继电器 KM5 的线圈负极， 所述继电器 KM5 的线圈正极接直流 +24V电源， 其公共端与所述 107A插孔连接， 常闭端接所述继电保 护装置 107A命令检测点， 所述二极管 D13反向连接联在继电器 KM5的线圈正极与负极之 间； 所述 107B和 107C执行电路与所述 107A执行电路的电路结构完全相同； 除所述继电保 护装置命令检测点接在继电器的常开端外， 137A、 137B、 137C、 237A、 237B、 237C 执行 电路与所述 107A执行电路的电路结构完全相同。
8. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述显示模块 （4) 中模拟断路器状态显示单元包括并联在 +5V直流电源和地之间， 结构完全相同的 A相合闸 指示电路、 B相合闸指示电路、 C相合闸指示电路、 A相分闸指示电路、 B相分闸指示电路 和 C相分闸指示电路， 所述 A相合闸指示电路由场效应晶体管 Dl、 发光二极管 D2和电阻 R37串联组成， 所述场效应晶体管 D1的栅极作为控制端， 接处理器的 I/O口。
9. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述显示模块 （4) 中的整定时间显示单元包括合闸整定时间显示电路和分闸整定时间显示电路； 所述合闸整定 时间显示电路包括数码管 LED1、 移位寄存器 U8和电阻 R29-R36; 所述移位寄存器 U8的 7 脚至 1脚分别经所述电阻 R29-R35接所述数码管 LED1的 A脚至 G脚， 其 15脚经所述电阻 R36接所述数码管 LED1 的 DP脚， 8脚接地， 16脚接直流 +5V电源； 所述分闸整定时间 显示电路结构与合闸整定时间显示电路结构完全相同； 所述移位寄存器 U10的 14脚与移位 寄存器 U8的 9脚短接后连接处理器的 I/O口， 所述移位寄存器 U10的 11脚、 12脚与移位 寄存器 U8的 11脚和 12脚短接后连接所述单片机的 I/O口。
10. 如权利要求 1 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述报警模块 ( 7) 包括晶体管阵列 U7和蜂鸣器 ZD; 所述晶体管阵列 U7的 8脚接 +5V直流电源， 9脚 接地， 4脚至 7脚与所述单片机的 I/O口， 13脚接所述蜂鸣器。
11. 如权利要求 9 所述的继电保护用模拟断路器测试装置， 其特征在于： 所述显示模块 (4) 中合闸整定时间显示电路中的数码管 LED1的 DIG1脚至 DIG3脚分别与分闸整定时间 显示电路中的数码管 LED2的对应引脚连接后与所述报警模块 （7) 中晶体管阵列 U7的 10 脚至 12脚连接。
12. 一种继电保护用模拟断路器测试装置的控制方法， 包括如下步骤：
( 1 ) 初始化： 吸合 K5、 Kl、 Κ2继电器， 释放 Κ3、 Κ4、 Κ6、 Κ7、 Κ8、 Κ9继电器， 分闸指示灯亮， 合间指示灯灭， 置断路器初始状态为分间状态， 读取合间整定时间和分闸整 定时间；
(2) 判断是否接收到来自继电保护装置的命令， 如果否， 重复执行步骤 （2);
( 3 ) 接收处理 107A命令， 包括以下子步骤：
( 3-1 ) 判断是否接收到 107A命令， 如果否转向步骤 （4);
( 3-2) 判断与最近一次 Α相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01 s， 如果否转 向步骤 （3-4);
( 3-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路 中的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 并报警， 转向步骤 （4);
( 3-4) 吸合 137A、 237A执行回路中的继电器， 释放 107A执行回路中的继电器， 输 出驱动点亮 A相合闸指示灯， 熄灭 A相分闸指示灯； (4) 接收处理 107B命令， 包括以下子步骤：
(4-1 ) 判断是否接收到 107B命令， 如果否转向步骤 （5 );
(4-2) 判断与最近一次 B相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转 向步骤 （4-4);
(4-3 ) 判定同时动作， 吸合 107B执行回路中的继电器，释放 137B1、 237B1执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （5 );
(4-4) 吸合 137B、 237B执行回路中的继电器， 释放 107B执行回路中的继电器， 熄 灭 B相分闸指示灯灭， 点亮 B相合闸指示灯；
( 5 ) 接收处理 107C命令， 包括以下子步骤：
( 5-1 ) 判断是否接收到 107C命令， 如果否转向步骤 （6);
( 5-2) 判断与最近一次 C相分闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转 向步骤 ( 5-4)；
( 5-3 ) 判定同时动作， 吸合 107C执行回路中的继电器， 释放 137C、 237C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （6);
( 5-4) 释放继电器 107C执行回路中的继电器， 吸合 137C、 237C执行回路中的继电 器， 熄灭 C相分闸指示灯， 点亮 C相合闸指示灯；
(6) 接收处理 137A命令， 包括以下子步骤：
(6-1 ) 判断是否接收到 137A命令， 如果否转向步骤 （7);
(6-2) 判断与最近一次 A相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转 向步骤 （6-4);
(6-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中 的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （8);
(6-4) 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中的继电器， 熄 灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 转向步骤 （8);
(7) 接收处理 237A命令， 包括以下子步骤：
(7-1 ) 判断是否接收到 237A命令， 如果否转向步骤 （8);
(7-2) 判断与最近一次 A相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转 向步骤 （7-4);
(7-3 ) 判定同时动作， 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中 的继电器， 熄灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （8); (7-4) 释放 137A， 237A执行回路中的继电器， 吸合 107A执行回路中的继电器， 熄 灭 A相合闸指示灯， 点亮 A相分闸指示灯；
( 8) 接收处理 137B命令， 包括以下子步骤：
( 8-1 ) 判断是否接收到 137B命令， 如果否转向步骤 （9);
( 8-2) 判断与最近一次 B相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转 向步骤 （8-4);
( 8-3 ) 判定同时动作， 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （10);
( 8-4) 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中的继电器， 熄 灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 转向步骤 （10);
(9) 接收处理 237B命令， 包括以下子步骤：
(9-1 ) 判断是否接收到 237B命令， 如果否转向步骤 （10);
(9-2) 判断与最近一次 B相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转 向步骤 (9-4)；
(9-3 ) 判定同时动作， 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中 的继电器， 熄灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （10);
(9-4) 释放 137B， 237B执行回路中的继电器， 吸合 107B执行回路中的继电器， 熄 灭 B相合闸指示灯灭， 点亮 B相分闸指示灯；
( 10) 接收处理 137C1命令， 包括以下子步骤：
( 10-1 ) 判断是否接收到 137C1命令， 如果否转向步骤 （11 );
( 10-2) 判断与最近一次 C相合闸同时动作持续时间间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 ( 10-4)；
( 10-3 ) 判定同时动作， 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （2);
( 10-4) 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 转向步骤 （2);
( 11 ) 接收处理 237C命令， 包括以下子步骤：
( 11-1 ) 判断是否接收到 237C命令， 如果否转向步骤 （2);
( 11-2) 判断与最近一次 C相合闸同时动作持续间隔是否大于 0.01s， 如果否转向步 骤 （11-4); ( 11-3 ) 判定同时动作， 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中 的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 报警， 转向步骤 （2);
( 11-4) 释放 137C， 237C执行回路中的继电器， 吸合 107C执行回路中的继电器， 熄灭 C相合闸指示灯， 点亮 C相分闸指示灯， 如果否转向步骤 （2)。
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