专利名称：一种选相合闸测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于对选相合闸控制器进行测试的电子仪器，特别是既具有测试 功能，又具有学习训练功能的选相合闸测试仪。
背景技术：
国外在20世纪90年代中期即提出选相合闸的方法。随着断路器制造技术提高， 断路器合闸时间离散减小，我国在500kV换流站也使用了选相合闸技术，其目的是解决换 流站500kV交流滤波器、无功补偿电容器中电容器元件故障率偏高的问题。选相合闸控制器用做断路器的合闸相位控制，是一种智能型断路器分、合闸控制 技术。对线路断路器，选择恰当的断路器合闸相位，可以降低空载长线路充电引起的合闸暂 态过电压；对控制无功补偿电容器、滤波器投切的断路器，控制断路器合闸相位可以减小合 闸对电力电容器造成的涌流冲击。选相合闸控制器是实现断路器选相合闸功能的控制设备。选相合闸控制器以输入 的参考电压Uck为基准，在接到操作人员发出的断路器合闸命令后，按照既定控制目标，根 据接到合闸命令时参考电压相位和每相断路器合闸时间thz，发出分相合闸命令(A相断路 器合间命令、B相断路器合间命令、C相断路器合间命令)。选相合闸控制器是一种智能型控制设备。为适用于不同厂家、不同型号断路器的 控制，选相合闸控制器一般采用“学习型”控制策略。“学习型”控制策略的含义是选相合 闸控制器可以针对所控制的断路器(可以是不同厂家、不同型号的断路器)通过“学习过 程”确定合间补偿时间，使三相断路器合间相位满足设计要求。一般情况下，通过3-6次的 合闸操作，选相合闸控制器就可以完成“学习过程”。在选相合闸控制技术使用中有两个问题需要解决。这两个问题是1、由于没有辅助“学习”工具，目前选相合闸控制器的“学习过程”只能在断路器 带全电压操作时进行。对无功补偿电容器而言，未完成“学习过程”的选相合间控制器还不 具有减小涌流冲击的功能，而一次足够强大的涌流冲击则可能对电容器造成损伤。解决问 题的办法之一是使选相合间控制器在正式使用前就具有满足要求的选相合间功能，为此， 需要有辅助“学习”工具。2、目前还没有可以对选相合闸控制器性能进行测试的仪器。由于断路器合闸时间 可能受环境温度、操作电压大小影响，选相合闸控制器需对这些影响进行补偿，为检查选相 合闸控制器是否具备需要的温度补偿、电压补偿功能，需要专门的设备对其进行测试。此 外，也需要能检测选相合闸控制器的仪器，以便检测产品是否达到了要求的技术功能和性 能。目前未见能用作选相合闸控制器性能测试的专用仪器，也未见能用作选相合闸控 制器辅助学习工具的设备。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种选相合闸测试仪，以通过建立断路器模型，模拟断
3路器预击穿现象，模拟环境温度、操作电压对断路器合闸时间的影响，从而对选相合闸控制 器进行测试，同时，为选相合间控制器提供辅助学习工具，完成预学习过程，供选相合闸控 制器在第一次正式使用时能满足设计要求的选相合闸功能，改变现有“学习过程”又能在断 路器带全压操作条件下进行的现状，避免了对无功补偿电容器造成的涌流冲击。本实用新型的目的是这样实现的一种选相合闸测试仪，笔记本电脑与工控机经 二者的网口连接，工控机与DSPM02板经二者的HPI 口连接；笔记本电脑al)、输入断路器模型的参考合闸时间thj、温度补偿曲线、操作电压补偿曲线，并 将数据下装到工控机；bl)、输入环境温度T参数、操作电压参数，并将数据下装到工控机；Cl)、输入试验电压、电流参数，并将试验参数下装到工控机；dl)、接受试验人员输入的“合闸”命令；el)、接收来自工控机的采样值数据，显示试验电压Ua以及三相电流la、lb、Ic波 形，显示开关量“合闸、合Α、合B、合C”的状态，试验人员根据显示波形中“预击穿”发生时 刻参考电压瞬时值，即可判断选相合闸控制器功能是否满足使用要求；工控机a2)、将来自笔记本电脑的断路器合闸参数和试验电压、电流参数下装到DSP 5402 板；1^2)、向DSP M02板转发来自笔记本电脑的“合闸”命令；c2)、接收来自DSPM02板的采样值数据，提供存储功能，并将采样值数据上传到 笔记本电脑；DSP 5402 板分别与第一至第四A/D转换以及第七、第八D/A转换连接；DSP M02板分别与第 一至第六光电隔离连接；a3)、根据输入的断路器合闸参数，建立能模拟预击穿现象并完成合闸时间温度补 偿和操作电压补偿的断路器模型；b3)、根据输入的环境温度参数，计算温度传感器输出电流It ；c3)、计算试验电压信号Ua(t)以及三相电流Ia(t)、Ib (t)、Ic (t)的时间序列，并 将其送到对应D/A转换单元；d3)、接受来自工控机的“合闸”指令，并通过第五光电隔离、第五继电器将命令送 至被试的选相合间控制器；e3)、接受来自第六光电隔离的合A、合B、合C的命令；f3)、接收来自第一光电隔离、第二光电隔离、第三光电隔离、第四光电隔离的瞬时 值采样信号，并将采样值上送至工控机；还具有第一 A/D转换、第一低通滤波器和第一电压放大器顺次级联接收来自DSP 5402 板的数字量形式输出电压Uck(t)的时间序列，将其转换成随时间变化的模拟电压，放大并 输出；第一电压转换、第一 A/D采样和第一光电隔离顺次级联，且第一电压转换的输入 端与第一电压放大器的输出端连接将检测的电压信号Uck(t)转变成最大幅值为5V的电压信号，将模拟量转换成数字量，经光电隔离后送到DSP 5402板；第二 A/D转换、第二低通滤波器和第二电流放大器顺次级联接收来自DSP 5402 板的数字量形式输出电流Ia(t)的时间序列，将其转换成随时间变化的模拟量电流，放大 并输出；第二电流/电压转换、第二 A/D采样和第二光电隔离顺次级联，且第二电流/电压 转换的输入端与第二电流放大器的输出端连接将检测的电流信号Ia(t)转变成最大幅值 为5V的电压信号，将模拟量转换成数字量，经光电隔离后送到DSP 5402板；第三A/D转换、第三低通滤波器和第三电流放大器顺次级联接收来自DSP 5402 板的数字量形式输出电流rt (t)的时间序列，将其转换成随时间变化的模拟量电流，放大 并输出；第三电流/电压转换、第三A/D采样和第三光电隔离顺次级联，且第三电流/电压 转换的输入端与第三电流放大器的输出端连接将检测的电流信号转变成最大幅值 为5V的电压信号，将模拟量转换成数字量，经光电隔离后送到DSP 5402板；第四A/D转换、第四低通滤波器和第四电流放大器顺次级联接收来自DSP 5402 板的数字量形式输出电流Ic (t)的时间序列，将其转换成随时间变化的模拟量电流，放大 并输出；第四电流/电压转换、第四A/D采样和第四光电隔离顺次级联，且第四电流/电压 转换的输入端与第四电流放大器的输出端连接将检测的电流信号Ic(t)转变成最大幅值 为5V的电压信号，将模拟量转换成数字量，经光电隔离后送到DSP 5402板；第五光电隔离和第五继电器组成的电路接收来自DSP 5402板的“合闸”命令，经 光电隔离后送到被试的选相合闸控制器；第六光电隔离接收来自被试选相合闸控制器的“合A、合B、合C”命令，经光电隔 离后送到DSP 5402板；第七D/A转换和第七电压放大器顺次级联接收来自DSP M02板的控制命令，输 出试验用操作电压；第八D/A转换和第八电压/电流转换顺次级联接收来自DSP M02板的数字量信 号，转换成与试验温度对应的温度传感器电流。与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和优点1、提出“用于选相合闸控制器测试的断路器模型”。本实用新型提出的“用于选相 合闸控制器测试的断路器模型”包括下述功能1)模拟断路器合闸过程及断口预击穿现象；2)模拟环境温度变化对断路器合闸时间的影响；3)模拟操作电压变化对断路器合闸时间的影响。2、利用“用于选相合闸控制器测试的断路器模型”制成《选相合闸测试仪》。本实 用新型制作的《选相合闸测试仪》可以实现下述功能1)模拟“选相合闸控制器”工作需要外部环境，包括参考电压、试验电流、环境温度 变化、操作电压变化，检测选相合间控制器的技术功能和技术性能；2)可以用作选相合闸控制器的辅助学习工具。本实用新型《选相合闸测试仪》可以用做选相合闸控制器的辅助学习工具，利用《选相合间测试仪》完成预学习过程，使选相合间控制器在第一次正式使用时既具有满足设 计要求的选相合闸功能，避免对无功补偿电容器造成涌流冲击。《选相合闸测试仪》采用的“断路器模型”可以模拟断路器预击穿现象，可以模拟环 境温度、操作电压对断路器合闸时间的影响，该仪器可以用于选相合闸控制器性能检测。
本实用新型为“选相合闸控制器”的“学习训练”和性能测试提供了方法和工具。图1是断路器动触头运动示意图；图2是断路器断口预击穿示意图；图3是断路器合闸时间温度补偿曲线示意图；图4是(与操作电压相关的)断路器合闸时间电压补偿曲线示意图；图5是利用本新型选相合闸测试仪测试选相合闸控制仪的接线示意图；图6是本实用新型选相合闸测试仪的硬件框图；图7是利用本新型对选相合闸控制器进行学习训练的流程图；具体实施方式
图8是利用本新型对选相合闸控制器进行检测的流程图。本实用新型的工作原理1)断路器预击穿模型盘形弹簧储能机构断路器动、静触头运动示意图见图1。图1中，动触头1，静触头 2，变形弹簧3合闸操作前，以为绝缘介质的断路器盘形弹簧处于压缩储能状态，动、静触头 处于分开位置。接到合闸命令后，断路器弹簧储能机构释放能量，在弹簧压力作用下断路器 动触头以速度v(m/s)向静触头运动。设FS6气体绝缘强度为Ed(kV/m)，则断路器动、静触 头间可以耐受的电压ud(t)为ud(t) = (thz-t) XvXEd (5.1.1) 设断路器动静触头间施加工频正弦电压ul (t)u\(t) = ^ilxUmx sin(wi + θ) (5.1.2)在断路器动静触头发生预击穿的时刻tjc，触头间施加电压与绝缘耐受能力间满 足下述条件(thz - tjc) XVXEd = ^X Umx | sin(w χ tjc + θ) \ (5. 1. 3)式中thz :实际环境温度、操作电压下，断路器合闸时间。t 时间参数。断路器动触头开始运动的时刻设定为“t = 0”。对表达式(5. 1. 1) 和方程(5. 1. 3)，t的取值范围为0-thz，单位秒。θ 断路器接到合闸命令时刻，动、静触头承受工频电压的相位角。ω 正弦电压的角频率。ω = 2X3. 14159Xf，f = 50Hz。Um 断路器动静触头间电压有效值，单位kV。ν 动触头运动速度，单位m/s。Ed 断路器内FS6气体绝缘强度，单位kV/m。tjc 断路器发生预击穿的时刻。[0082]预击穿现象见图2(图2中，tj为触头接触时刻)。断路器接到合闸命令后，动触 头开始向静触头运动。在tjc时刻，电源在断路器触头间施加电压等于其绝缘击穿临界电 压，断路器动静触头间绝缘气体击穿，动、静触头间流过电流。由于击穿时刻发生在动静触 头接触前，故称之为断路器“预击穿”。断路器合闸时间补偿模型在本实用新型的断路器模型中，用基准条件(环境温度T为20°C，操作电压为额定 值)下实测断路器合闸时间作为模型断路器参考合闸时间thj，用一组以基准条件为参考 测得的“温度-合闸时间变化量(T-At)曲线”(参见图3)，实现对实际工作温度下断路器 合闸时间的温度补偿。设一组实测“T-At”数值见表5. 1. 1所示，则利用两点的直线公式可以获得实际 环境温度为两点之间时所需补偿的断路器合闸时间值
权利要求1. 一种选相合间测试仪，其特征是笔记本电脑与工控机经二者的网口连接，工控机 与DSPM02板经二者的HPI 口连接；其中，DSP M02板分别与第一至第四A/D转换以及第七、第八D/A转换连接；DSP 5402 板分别与第一至第六光电隔离连接；第一A/D转换、第一低通滤波器和第一电压放大器顺次级联接收来自DSP5402板的数 字量形式输出电压Uck(t)的时间序列，将其转换成随时间变化的模拟电压，放大并输出；第一电压转换、第一 A/D采样和第一光电隔离顺次级联，且第一电压转换的输入端与 第一电压放大器的输出端连接将检测的电压信号Uck(t)转变成最大幅值为5V的电压信 号，将模拟量转换成数字量，经光电隔离后送到DSP 5402板；第二 A/D转换、第二低通滤波器和第二电流放大器顺次级联接收来自DSP5402板的数 字量形式输出电流Ia(t)的时间序列，将其转换成随时间变化的模拟量电流，放大并输出； 第二电流/电压转换、第二 A/D采样和第二光电隔离顺次级联，且第二电流/电压转换 的输入端与第二电流放大器的输出端连接将检测的电流信号Ia(t)转变成最大幅值为5V 的电压信号，将模拟量转换成数字量，经光电隔离后送到DSPM02板；第三A/D转换、第三低通滤波器和第三电流放大器顺次级联接收来自DSP5402板的数 字量形式输出电流的时间序列，将其转换成随时间变化的模拟量电流，放大并输出； 第三电流/电压转换、第三A/D采样和第三光电隔离顺次级联，且第三电流/电压转换 的输入端与第三电流放大器的输出端连接将检测的电流信号转变成最大幅值为5V 的电压信号，将模拟量转换成数字量，经光电隔离后送到DSPM02板；第四A/D转换、第四低通滤波器和第四电流放大器顺次级联接收来自DSP5402板的数 字量形式输出电流Ic(t)的时间序列，将其转换成随时间变化的模拟量电流，放大并输出； 第四电流/电压转换、第四A/D采样和第四光电隔离顺次级联，且第四电流/电压转换 的输入端与第四电流放大器的输出端连接将检测的电流信号Ic(t)转变成最大幅值为 5V的电压信号，将模拟量转换成数字量，经光电隔离后送到DSPM02板；第五光电隔离和第五继电器组成的电路接收来自DSP M02板的“合闸”命令，经光电 隔离后送到被试的选相合闸控制器；第六光电隔离接收来自被试选相合闸控制器的“合A、合B、合C”命令，经光电隔离后 送到DSP 5402板；第七D/A转换和第七电压放大器顺次级联接收来自DSP M02板的控制命令，输出试 验用操作电压；第八D/A转换和第八电压/电流转换顺次级联接收来自DSP 5402板的数字量信号， 转换成与试验温度对应的温度传感器电流。
专利摘要一种选相合闸测试仪，其构成如下笔记本电脑与工控机经二者的网口连接，工控机与DSP 5402板经二者的HPI连接；DSP 5402板分别与第七、第八D/A转换连接，第七D/A转换和第七电压放大器顺次级联；第八D/A转换和第八电压/电流转换顺次级联；由A/D转换、低通滤波、电压放大、电流/电压转换、A/D采样和光电隔离顺次级联组成的四级电路分别处理电压信号以及三相电流信号；第五、第六光电隔离分别用于接收来自DSP 5402板的“合闸”命令，以及来自选相合闸控制器的“合A、合B、合C”命令。本实用新型专用于选相合闸控制器的性能检测，以检测选相合闸控制器是否具备需要的温度补偿和电压补偿功能。
文档编号G01R31/327GK201886123SQ20102018905
公开日2011年6月29日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者刘明忠, 向前, 甄威, 陈向宜 申请人:四川电力试验研究院