專利名稱：特種斷路器機械特性測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
特種斷路器機械特性測試裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種對電力系統(tǒng)中使用的特種斷路器的機械特性進(jìn)行校驗的設(shè)備；尤其涉及一種適用于帶合閘電阻的斷路器和西門子公司的石墨觸頭斷路器機械特性測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]斷路器是電力系統(tǒng)中重要的控制與保護(hù)設(shè)備，對電網(wǎng)的安全運行起著至關(guān)重要的作用，斷路器的可靠性在很大程度上取決于其機械操作系統(tǒng)的可靠性。按照GB50150-2006 《電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》要求，交接試驗必須進(jìn)行機械特性參數(shù)試驗。[0003]斷路器種類繁多，其中帶合閘電阻的斷路器和西門子公司的石墨觸頭斷路器測試方法特殊，數(shù)據(jù)分析復(fù)雜，對相關(guān)的測試儀器性能要求高，目前尚無有效方便的測試系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實用新型的目的是提供一種滿足現(xiàn)場對帶合閘電阻的斷路器和西門子公司的石墨觸頭斷路器的試驗要求、測試精確度高的特種斷路器機械特性測試裝置。[0005]為實現(xiàn)此目的，本實用新型所設(shè)計的特種斷路器機械特性測試裝置，包括測試電流源、電流傳感器、恒流源、斷口電壓傳感器、多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路、多通道AD轉(zhuǎn)換器速度傳感器、速度測量電路、分合閘控制電路、斷口錄波電路、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、PC 104 總線接口、工控機、觸摸顯示器；[0006]所述測試電流源輸出端連接電流傳感器，所述IOA恒流源輸出端連接斷口電壓傳感器，電流傳感器和斷口電壓傳感器的輸出端連接到多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路，多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路輸出端連接多通道AD轉(zhuǎn)換器，多通道AD轉(zhuǎn)換器輸出端連接所述現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA ；[0007]所述速度傳感器的輸出端連接速度測量電路，速度測量電路輸出端連接現(xiàn)場可編程門陣列FPGA ；[0008]所述斷口錄波電路輸出端連接到現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，可編程門陣列FPGA的輸出端連接分合閘控制電路的輸入端；[0009]所述現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、PC104總線接口、工控機和觸摸顯示器依次相連接。[0010]在上述技術(shù)方案中，所述測試電流源通過內(nèi)部限流電阻R與內(nèi)部直流恒壓源電路相串聯(lián)，再與被測斷路器的合閘電阻串聯(lián)，產(chǎn)生O-IOOmA的直流測試電流，在測試電流源的輸出測試回路中設(shè)有用于連接帶合閘電阻斷路器斷口的接線端子。[0011]進(jìn)一步地，所述恒流源為輸出IOA電流的直流源，在恒流源的輸出測試回路中設(shè)有用于連接斷路器石墨觸頭端口的接線端子。[0012]進(jìn)一步地，設(shè)有六路測試電流源，每路測試電流源通過內(nèi)部限流電阻R與內(nèi)部直流恒壓源電路相串聯(lián)，再與被測斷路器的合間電阻串聯(lián)，產(chǎn)生O-IOOmA的直流測試電流，在每個測試電流源的輸出測試回路中設(shè)有用于連接帶合閘電阻斷路器斷口的接線端子。[0013]進(jìn)一步地，設(shè)有六路恒流源電路，每路恒流源電路為輸出IOA電流的直流源，在每路恒流源的輸出測試回路設(shè)有用于連接斷路器石墨觸頭端口的接線端子。[0014]在上述技術(shù)方案中，多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路分別對六路電流傳感器輸出的電流信號進(jìn)行電流到電壓的變換，并對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)行信號調(diào)理。多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路分別對六路電流傳感器輸出的電流信號進(jìn)行電流到電壓的變換，并對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)行信號調(diào)理。同時，多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路還分別對六路斷口電壓傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行調(diào)理。經(jīng)過信號調(diào)理后的12通道電壓信號由6通道的信號繼電器的動作進(jìn)行切換。完成石墨觸頭斷口斷路器或者帶合閘電阻斷口斷路器的測試。[0015]所述多通道AD轉(zhuǎn)換器同時對六路電壓信號進(jìn)行同步模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的多通道數(shù)據(jù)高速輸出到現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)[0016]所述分合閘控制電路由恒壓源，動作電流傳感器和功率開關(guān)組成，動作電流傳感器穿心連接在恒壓源與功率開關(guān)相串聯(lián)的測試回路中，測試回路連接到控制輸出端，當(dāng)功率開關(guān)導(dǎo)通時將恒定的電壓施加到被測的分閘線圈或合閘線圈。同時，動作電流傳感器完成對分合閘線圈電流的隔離轉(zhuǎn)換和處理。[0017]所述斷口錄波電路由光電隔離器完成斷口電壓的隔離轉(zhuǎn)換，并對轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行離散采樣。得到斷口的動作波形。[0018]由上述技術(shù)方案可知，特種斷路器機械特性測試裝置通過分合間控制電路完成斷路器的分間和合間。速度測量電路完成斷路器動作過程中機械運動部分運行速度的測量。 斷口錄波電路完成記錄斷路器動作時斷口的實時波形。多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路完成測試項目所需通道的切換，后由多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行實時的大動態(tài)范圍的采樣。再由現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)將各數(shù)據(jù)進(jìn)行高速暫存到數(shù)據(jù)存儲器中，數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)根據(jù)觸摸顯示器的人機交互的指令，通過PC104總線接口將暫存的數(shù)據(jù)高速傳入工控機，由工控機分析、 計算及結(jié)果顯示等。[0019]因此，本實用新型采用上述技術(shù)方案，具有以下的有益效果和優(yōu)點[0020]1、本實用新型測試裝置滿足國標(biāo)GB50150-2006《電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》中斷路器機械特性參數(shù)試驗的要求；[0021]2、通過多通道大容量數(shù)據(jù)的高速采集，后臺數(shù)據(jù)的自動處理與計算，取代特種斷路器復(fù)雜的人工分析工作，減少試驗數(shù)據(jù)的隨意性；[0022]3、集成特種斷路器與傳統(tǒng)斷路器試驗項目于一體，滿足現(xiàn)場斷路器各種試驗要求；[0023]4、測試系統(tǒng)能自動記憶和管理不同型號的斷路器配置參數(shù)，從而加強現(xiàn)場試驗的規(guī)范性，提高現(xiàn)場試驗的工作效率。


[0024]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)方框圖；[0025]圖2是單路帶合閘電阻的斷路器機械特性測量原理圖；[0026]圖3是單路石墨觸頭斷路器機械特性測量原理圖。[0027]其中[0028]I-測試電流源；[0029]2-電流傳感器；[0030]3-IOA 恒流源；[0031]4-斷口電壓傳感器；[0032]5-多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路；[0033]6-多通道AD轉(zhuǎn)換器；[0034]7-速度傳感器；[0035]8-速度測量電路；[0036]9-分合閘控制電路，[0037]10-斷口錄波電路；[0038]11-現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)；[0039]12-PC104 總線接口；[0040]13-工控機；[0041]14-觸摸顯示器。
具體實施方式
[0042]
以下結(jié)合附圖和實例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明[0043]一、總體結(jié)構(gòu)[0044]如圖1所示的特種斷路器機械特性測試裝置，包括測試電流源1、電流傳感器2、 IOA恒流源3、斷口電壓傳感器4、多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路5、多通道AD轉(zhuǎn)換器6、速度傳感器 7、速度測量電路8、分合閘控制電路9、斷口錄波電路10、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA11、PC104 總線接口 12、工控機13和觸摸顯示器14 ；測試電流源1輸出端連接電流傳感器2，IOA恒流源3輸出端連接斷口電壓傳感器4，電流傳感器2和斷口電壓傳感器4的輸出端連接到多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路5，多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路5輸出端連接多通道AD轉(zhuǎn)換器6，多通道AD轉(zhuǎn)換器6輸出端連接現(xiàn)場可編程門陣列FPGA11?，F(xiàn)場可編程門陣列FPGA11、PC104總線接口 12、工控機13和觸摸顯示器14依次相連。[0045]設(shè)有六路測試電流源1，如圖2所示，每路測試電流源通過內(nèi)部限流電阻R與內(nèi)部直流恒壓源電路相串聯(lián)，再與被測斷路器的合閘電阻串聯(lián)，產(chǎn)生六路O-IOOmA的直流測試電流，六個電流傳感器通過穿心的方式連接到六路輸出測試回路中。在每個測試電流源的輸出測試回路中設(shè)有用于連接帶合閘電阻斷路器斷口的接線端子?？赏瑫r完成帶六路合閘電阻的斷路器的機械特性的測試。[0046]設(shè)有六路IOA恒流源3，如圖3所示，每路IOA恒流源分別輸出一個不隨負(fù)載變化的電流恒定為IOA的直流電流。六路IOA恒流源輸出測試回路分別通過用于連接石墨觸頭斷口斷路器的接線端子引出。測試時，分別連接到被測的石墨斷口。六個斷口電壓傳感器分別并聯(lián)在連接斷路器石墨觸頭斷口的接線端子的兩端。可同時完成六路石墨觸頭斷口斷路器的機械特性的測試。[0047]現(xiàn)場可編程門陣列FPGA11，由一塊FPGA芯片及與其相連的片外SDRAM組成，通過現(xiàn)場可編程門陣列FPGAll對多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行時序精確的控制采集，同時，現(xiàn)場可編程門陣列FPGAll對多通道AD轉(zhuǎn)換器輸出的高速數(shù)字流的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、傳輸和保存。[0048]工控機13由工業(yè)控制計算機組成，由現(xiàn)場可編程門陣列FPGAll控制的高速采集的數(shù)據(jù)通過PC104接口 12傳輸?shù)焦た貦C13進(jìn)行信號錄波，可對應(yīng)時間坐標(biāo)顯示斷口狀態(tài)波形、分合閘線圈的電流波形、行程-時間S-t曲線、帶過渡電阻斷路器的合閘電阻值、預(yù)插入時間和石墨觸頭斷路器的分合閘時間、彈跳次數(shù)、相間同期等，有利于對斷路器機構(gòu)故障的準(zhǔn)確判斷。[0049]觸摸顯示器14與工控機相13連接，顯示各種測試數(shù)據(jù)和波形。[0050]本實用新型的工作原理及功能實現(xiàn)[0051]特種斷路器測試是指針對兩種斷路器的測試，一種是帶合閘電阻的斷路器，一種是西門子公司的石墨觸頭斷路器。它們的測試方法不同于常規(guī)的斷路器測試方法。[0052]帶合間電阻的斷路器有兩個動觸頭，一個是主觸頭，另一個是輔觸頭，輔觸頭上帶有一個合間電阻。合間時，輔觸頭先合上，隨即主觸頭再合上，主觸頭合上后，經(jīng)很短時間延時，輔觸頭會自動縮回來，即只靠主觸頭通流；分閘時，由主觸頭分?jǐn)?。這種斷路器主要用在輸電線路超過100公里以上的高壓線路，目的是限制合閘過程的操作過電壓。[0053]單路過渡電阻測試原理如圖2。測試裝置內(nèi)部有一路恒壓源電路Vcc，通過一個限流電阻R、電流傳感器和外部斷口連接。合閘測試時，當(dāng)輔觸頭和主觸頭都未合上時，測試回路無電流，電流傳感器無輸出。當(dāng)輔觸頭合上時，斷路器過渡電阻接入測試回路，測試回路有電流I，電流傳感器有輸出。當(dāng)主觸頭合上時，斷路器過渡電阻被主觸頭短接，電流I會增大，并保持為一定值。測試回路電流范圍Ο-lOOmA，最大測試過渡電阻為^Ω。設(shè)內(nèi)部恒壓源的電壓為Vcc，內(nèi)部限流電阻的阻值為R，流過測試回路的電流為I。測試的過渡電阻阻值 Rx為[0054]Rx = Vcc/I -R[0055]根據(jù)上式可知，當(dāng)內(nèi)部恒壓源電壓和限流電阻確定后，通過現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA對多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行時序精確的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到測試回路電流和采樣時刻。由工控機對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計算出過渡電阻阻值、過渡電阻接入時間、主觸頭合上時間等參數(shù)。分閘同理。測試裝置內(nèi)部有6路相同的測量回路，可同時測量6路帶合閘電阻斷路器的斷口。[0056]而石墨觸頭斷路器的結(jié)構(gòu)特殊，它的動觸頭前端大致有22mm的石墨段，主要用來承受分合閘過程的電弧作用，減少觸頭金屬部分的燒損程度，延長觸頭壽命。石墨觸頭段的特點是大電流時呈現(xiàn)良導(dǎo)體特性，而小電流時呈現(xiàn)的非金屬特性。[0057]單路石墨觸頭測試原理見圖3，在每路測試回路中，IOA恒流源輸出開口電壓5V， 短路電流恒定IOA的測試電流，通過連接端子連接到被測石墨觸頭的斷口，在被測石墨觸頭的斷口的兩端并聯(lián)量程為250mV的斷口電壓傳感器，通過測量電壓傳感器二次電壓，可得到斷口電壓。石墨觸頭斷路器合閘時，石墨弧觸頭和靜觸頭金屬導(dǎo)流橋接觸，IOA恒定的測試電流I擊穿石墨弧觸頭，導(dǎo)通測試回路。因石墨弧觸頭的半導(dǎo)體特性，石墨弧觸頭接觸面積小，接觸電阻值R較大，斷口電壓U也大。隨著石墨弧觸頭的滑動，斷口電壓U減小到等于IOmV時，根據(jù)歐姆定律有[0058]R = U/I = IOmV/IOA = Ιι Ω[0059]當(dāng)石墨弧觸頭接觸電阻減小到等于ΙπιΩ，可判定動觸頭石墨段已完全與靜觸頭接觸，呈現(xiàn)動觸頭后段金屬短接特性，通過對金屬短接時刻的測量，可獲得石墨觸頭斷路器的合閘動作時間。分閘過程同樣的原理，隨著石墨觸頭的滑動，石墨觸頭接觸電阻增大到大于ΙπιΩ，斷口電壓大于IOmV時，可判定動觸頭金屬部分已完全與靜觸頭分離，呈現(xiàn)為石墨觸頭接觸的特性。通過對金屬分離時刻的測量，可獲得石墨觸頭斷路器的分閘動作時間。測試裝置內(nèi)部有六路IOA恒流源，可同時給石墨觸頭斷路器六個斷口提供測試電流，進(jìn)行西門子六斷口石墨觸頭斷路器機械特性的測試。[0060]現(xiàn)場可編程門陣列FPGA由一塊FPGA芯片及與其相連的片外SDRAM組成?，F(xiàn)場可編程門陣列FPGA控制多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行時序精確的信號同步轉(zhuǎn)換。同時，現(xiàn)場可編程門陣列FPGAll對多通道AD轉(zhuǎn)換器輸出的高速數(shù)字流的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、傳輸和保存。[0061]工控機由工業(yè)控制計算機組成。與觸摸顯示器相連。觸摸顯示器完成測試過程中的人機交互工作，顯示各種測試數(shù)據(jù)、波形和指令輸入。由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA控制多通道AD轉(zhuǎn)換器高速采集的數(shù)據(jù)通過PC104接口傳輸?shù)焦た貦C進(jìn)行信號數(shù)據(jù)的計算、分析、 保存和輸出。裝置可對應(yīng)時間坐標(biāo)顯示斷口狀態(tài)波形、分合閘線圈的電流波形、行程-時間 S_t曲線，有利于對斷路器機構(gòu)故障的準(zhǔn)確判斷。通過對波形的計算分析可獲得輔觸頭合上時間、主觸頭合上時間、合閘電阻接入時間、合閘電阻值、合閘彈跳次數(shù)、相間同期等，從而完成對帶合閘電阻斷路器的測試工作；以及獲得石墨觸頭斷路器金屬短接時刻，斷路器分合閘時間、彈跳次數(shù)、相間同期等，從而完成對石墨觸頭斷路器的測試工作。
權(quán)利要求1.一種特種斷路器機械特性測試裝置，其特征在于包括測試電流源(1)、電流傳感器 O)、恒流源(3)、斷口電壓傳感器G)、多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路(5)、多通道AD轉(zhuǎn)換器(6)速度傳感器(7)、速度測量電路(8)、分合閘控制電路(9)、斷口錄波電路(10)、現(xiàn)場可編程門陣列(11),PC 104總線接口(12)、工控機(13)、觸摸顯示器(14)；所述測試電流源(1)輸出端連接電流傳感器O)，所述IOA恒流源C3)輸出端連接斷口電壓傳感器G)，電流傳感器(2)和斷口電壓傳感器⑷的輸出端連接到多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路(5)，多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路(5)輸出端連接多通道AD轉(zhuǎn)換器(6)，多通道AD轉(zhuǎn)換器 (6)輸出端連接所述現(xiàn)場可編程門陣列(11)；所述速度傳感器(7)的輸出端連接速度測量電路(8)，速度測量電路( 輸出端連接現(xiàn)場可編程門陣列(11)；所述斷口錄波電路(10)輸出端連接到現(xiàn)場可編程門陣列(11)，可編程門陣列(11)的輸出端連接分合閘控制電路(9)的輸入端；所述現(xiàn)場可編程門陣列(11)、PC104總線接口(12)、工控機(13)和觸摸顯示器(14)依次相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特種斷路器機械特性測試裝置，其特征在于所述測試電流源(1)通過內(nèi)部限流電阻R與內(nèi)部直流恒壓源電路相串聯(lián)，再與被測斷路器的合閘電阻串聯(lián)，產(chǎn)生O-IOOmA的直流測試電流，在測試電流源⑴的輸出測試回路中設(shè)有用于連接帶合閘電阻斷路器斷口的接線端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特種斷路器機械特性測試裝置，其特征在于所述恒流源(3) 為輸出IOA電流的直流源，在恒流源(3)的輸出測試回路中設(shè)有用于連接斷路器石墨觸頭端口的接線端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的特種斷路器機械特性測試裝置，其特征在于設(shè)有六路測試電流源⑴，每路測試電流源⑴通過內(nèi)部限流電阻R與內(nèi)部直流恒壓源電路相串聯(lián)，再與被測斷路器的合閘電阻串聯(lián)，產(chǎn)生O-IOOmA的直流測試電流，在每個測試電流源⑴的輸出測試回路中設(shè)有用于連接帶合閘電阻斷路器斷口的接線端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的特種斷路器機械特性測試裝置，其特征在于設(shè)有六路恒流源電路(3)，每路恒流源電路C3)為輸出IOA電流的直流源，在每路恒流源(3)的輸出測試回路設(shè)有用于連接斷路器石墨觸頭端口的接線端子。
專利摘要本實用新型公開了一種特種斷路器機械特性測試裝置，包括所述測試電流源和電流傳感器依次相連，恒流源和斷口電壓傳感器依次相連，電流傳感器和斷口電壓傳感器分別與多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路相連、多通道數(shù)據(jù)調(diào)理電路和多通道AD轉(zhuǎn)換器依次相連后連接到現(xiàn)場可編程門陣列，速度傳感器和速度測量電路依次相連后連接到現(xiàn)場可編程門陣列，分合閘控制電路和斷口錄波電路分別連接到現(xiàn)場可編程門陣列，現(xiàn)場可編程門陣列、PC104總線接口、工控機和觸摸顯示器依次相連。本實用新型能夠滿足現(xiàn)場對帶合閘電阻的斷路器和西門子公司的石墨觸頭斷路器兩種特種斷路器的試驗要求，具有測試全過程自動化程度高、測試結(jié)果精確高、顯示直觀等優(yōu)點。
文檔編號G01R31/327GK202256613SQ20112027783
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者嚴(yán)昱, 劉艷, 肖亮嘉, 袁娟, 鐘國平, 韓桂芹 申請人:廣東威恒輸變電工程有限公司