断路器机械特性测试平台及测试方法
【专利摘要】本发明公开了断路器机械特性测试平台，包括有电脑主机，电脑主机连接有接口面板，电脑主机分别通过导线连接有多个测试装置，测试装置通过测试线连接有传感器。本发明还公开了上述的测试方法，将断路器与测试平台连接好后，利用主控板内嵌的实时数据处理算法对断路器进行测试。本发明的断路器机械特性测试平台与以往断路器机械特性测试仪器相比，能够有效提高断路器机械特性测试精度和测试效率，减小测试误差，及时发现产品缺陷，避免不合格产品投入运行。
【专利说明】断路器机械特性测试平台及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于断路器机械特性测试设备及方法【技术领域】，涉及一种断路器机械特性测试平台，本发明还涉及断路器机械特性测试平台的测试方法。
【背景技术】
[0002]随着电力系统的飞速发展，尤其是智能变电站的大力建设，对高压开关设备的可靠性提出了更严格的要求。断路器作为电力系统中最主要的控制和保护设备，其重要性不言而喻。断路器的控制作用主要体现为:能可靠地投入或退出相应的电气设备和线路，以满足电网的实时需求；断路器的保护作用主要体现为:能够快速有效地切除线路和电气设备发生故障的部分，保证没有发生故障的线路和电气设备能够安全运行。
[0003]故障是指系统或设备不能正常工作，也包括系统的瑕疵。断路器故障主要包括有:拒合、拒分、误合和误分等几种故障类型。其中，机构卡涩、铁芯松动或卡涩、部件变形或损坏以及脱扣失灵等故障表现为操动机构故障。电源故障、二次接线接触不好、辅助开关切换不灵以及端子松动表现为电气故障(主控制或辅助部分)。
[0004]以往的断路器机械特性测试主要是通过光线示波器进行，但由于其本身精度不高、数据存储困难不易进行后续处理等原因逐渐淘汰。后来又出现了采用数字存储示波器的测试系统和配以笔记本电脑的测试仪，其更适用于用户的现场测试，但它们极易产生死区时间，造成数据丢包的危险，具有测量的数据信号不精确的缺点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种断路器机械特性测试平台，不仅能够有效提高断路器机械特性测试精度和测试效率，还及时发现产品缺陷，避免不合格产品投入运行。
[0006]本发明的另一目的在于提供断路器机械特性测试平台的测试方法。
[0007]本发明所采用的第一种技术方案是，断路器机械特性测试平台，包括有电脑主机，电脑主机连接有接口面板，电脑主机分别通过导线连接有多个测试装置，测试装置通过测试线连接有传感器。
[0008]本发明第一种技术方案的特点还在于；
[0009]测试装置，包括有通过导线依次连接的数字量输入输出板、模拟信号采集板、通信板、主控板及电源板；数字量输入输出板连接有辅助触头；通信板采用CAN总线与电脑主机连接。
[0010]主控板内设置有DSP数字处理芯片和A/D转换芯片。
[0011]传感器由光电编码器、精密电流传感器和分合闸控制信号线组成；光电编码器通过磁性底座吸附于断路器的主轴上，光电编码器的输出线连接于接口面板上的触头行程信号处理接口上；精密电流传感器的输入端与断路器的合、分闸线圈及储能电机电流线圈串接，精密电流传感器的输出端通过分合闸控制信号线与接口面板上的电流信号处理接口连接。[0012]接口面板上分别设有触头行程信号处理接口、电流信号处理接口、公共接口 ；触头行程信号处理接口、电流信号处理接口、公共接口分别通过CAN总线与电脑主机连接。
[0013]精密电流传感器采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器。
[0014]本发明所采用的第二种技术方案是，断路器机械特性测试平台的测试方法，具体按照以下步骤实施:
[0015]步骤1、将传感器3与断路器4连接，具体连接方式如下:
[0016]将传感器3内的光电编码器通过磁性底座吸附于断路器4的主轴上，将光电编码器的输出线连接于接口面板上的触头行程信号处理接口上；
[0017]将精密电流传感器的输入端与断路器4的合、分闸线圈及储能电机电流线圈串接，精密电流传感器的输出端通过分合闸控制信号线与接口面板上的电流信号处理接口连接;
[0018]将分合闸控制信号线的输出接口分别与断路器4的合分闸回路和储能电机回路相连。
[0019]步骤2、经步骤I将断路器4与测试平台的传感器3连接好后，利用主控板8内嵌的实时数据处理算法对断路器4进行测试，最终显示测试结果。
[0020]本发明第二种技术方案的特点还在于:
[0021]步骤2具体按照以下步骤实施:
[0022]步骤2.1、通过主控板内嵌的实时数据处理算法，读取断路器当前分合闸状态:
[0023]若读取的断路器当前状态为分闸状态，则进入步骤2.2 ；
[0024]步骤2.2、经步骤2.1判断断路器处于分闸状态，通过实时数据处理算法界面操作测试装置，由测试装置发出断路器合闸指令；
[0025]步骤2.3、将步骤2.2，断路器接收到合闸指令后产生合闸，由传感器内的光电编码器采集合闸行程信号，并通过测试线将合闸行程信号传输至测试装置；
[0026]与此同时，测试装置采集传感器内精密电流传感器输出的电流信号；
[0027]步骤2.4、测试装置对经步骤2.3采集到的合闸行程信号和电流信号进行处理，调用实时数据处理算法计算出相应的特性参数，特性参数具体为:分闸线圈电流最大值、合闸线圈电流最大值、储能电机电流最大值、刚分时刻及刚合时刻；
[0028]步骤2.5、电脑主机通过通信接口与测试装置通信，接收触头行程数据和电流数据，并通过CCStudio软件进行图谱绘制，分别得到分闸电流波形、合闸电流波形、分闸位移、合闸位移和辅助触点变化曲线；
[0029]步骤2.6、将经步骤2.5得到触头行程数据、电流数据及分闸电流波形、合闸电流波形、分闸位移、合闸位移和辅助触点变化曲线通过电脑主机对合、分闸电流、储能电机电流、触头行程参数在CCStudio软件界面上进行展示。
[0030]步骤2.4中的特性参数具体按照以下算法实施:
[0031]分闸线圈电流最大值，具体按照以下算法实施:
[0032]I = I (tl)*Kl*K2 ;
[0033]其中，I(tl)为分闸线圈采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;[0034]合闸线圈电流最大值，具体按照以下算法实施:
[0035]I = I(t2)*Kl*K2 ;
[0036]其中，I(t2)为合闸线圈采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;
[0037]储能电机电流最大值，具体按照以下算法实施:
[0038]I = I (t3)*Kl*K2 ;
[0039]其中，I(t3)为储能电机采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;
[0040]刚分时刻，具体按照以下算法实施:
[0041]分闸过程中V = s/t ；
[0042]其中，V为瞬时速度，S为相邻两点的差值，即位移差，t为0.0001秒，将采样时间内的速度值V进行比较，速度V最大的时刻即为刚分时刻；
[0043]刚合时刻，具体按照以下算法实施:
[0044]合闸过程中V = s/t ;
[0045]其中，V为瞬时速度，S为相邻两点的差值，即位移差，t为0.0001秒，将采样时间内的速度值V进行比较，速度V最大的时刻即为刚合时刻。
[0046]本发明的有益效果在于:
[0047](I)本发明断路器机械特性测试平台中设置有测试装置，测试装置通过16位AD采样，将模拟信号转换成数字信号，采用测试精度高、抗震性能好的光电编码器进行触头行程测试，利用电脑主机上的专用软件进行数据分析和功能检查；
[0048](2)本发明断路器机械特性测试平台提供断路器控制功能，可通过电脑主机上的软件进行相应的合闸、分闸操作。
[0049](3)采用本发明断路器机械特性测试平台进行测试时，具有测试过程简洁、方便及测试精度高的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1是本发明的断断路器机械特性测试平台的结构示意图；
[0051]图2是本发明的断断路器机械特性测试平台中测试装置的结构示意图。
[0052]图中，1.电脑主机，2.测试装置，3.传感器，4.断路器，5.数字量输入输出板，
6.模拟信号采集板，7.通信板，8.主控板，9.电源板。
【具体实施方式】
[0053]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0054]本发明断路器机械特性测试平台，其结构如图1所示，包括有电脑主机1，电脑主机I连接有接口面板，电脑主机I分别通过导线连接有多个测试装置2，测试装置2通过测试线连接有传感器3。
[0055]测试装置2，其结构如图2所示，包括有通过导线依次连接的数字量输入输出板5、模拟信号采集板6、通信板7、主控板8及电源板9 ;其中数字量输入输出板5连接有辅助触头，通信板7采用CAN总线与电脑主机I连接，主控板8内采用DSP数字处理芯片作为主控芯片，并采用A/D转换芯片将采集到的模拟信号转化成数字信号。
[0056]接口面板上分别设有触头行程信号处理接口、电流信号处理接口、公共接口，触头行程信号处理接口、电流信号处理接口、公共接口分别通过CAN总线与电脑主机I连接，完成与电脑主机I之间进行信号传输。
[0057]传感器3由光电编码器、精密电流传感器和分合闸控制信号线组成，光电编码器通过磁性底座吸附于断路器4的主轴上，光电编码器的输出线连接于接口面板上的触头行程信号处理接口上；精密电流传感器的输入端与断路器4的合、分闸线圈及储能电机电流线圈串接，精密电流传感器的输出端通过分合闸控制信号线与接口面板上的电流信号处理接口连接。
[0058]本发明断路器机械特性测试平台的测试方法，具体按照以下步骤实施:
[0059]步骤1、将传感器3与断路器4连接，具体连接方式如下:
[0060]将传感器3内的光电编码器通过磁性底座吸附于断路器4的主轴上，将光电编码器的输出线连接于接口面板上的触头行程信号处理接口上；
[0061]将精密电流传感器的输入端与断路器4的合、分闸线圈及储能电机电流线圈串接，精密电流传感器的输出端通过分合闸控制信号线与接口面板上的电流信号处理接口连接;
[0062]将分合闸控制信号线的输出接口分别与断路器4的合分闸回路和储能电机回路相连。
[0063]步骤2、经步骤I将断路器4与测试平台的传感器3连接好后，开始对断路器4进行测试，具体按照以下步骤实施:
[0064]步骤2.1、通过主控板8内嵌的实时数据处理算法，读取断路器4当前分合闸状态:
[0065]若读取的断路器4当前状态为分闸状态，则进入步骤2.2 ；
[0066]步骤2.2、经步骤2.1判断断路器4处于分闸状态，通过实时数据处理算法界面操作测试装置2，由测试装置2发出断路器4合闸指令；
[0067]步骤2.3、将步骤2.2，断路器4接收到合闸指令后产生合闸，由传感器3内的光电编码器采集合闸行程信号，并通过测试线将合闸行程信号传输至测试装置2 ；
[0068]与此同时，测试装置2采集传感器3内精密电流传感器输出的电流信号；
[0069]步骤2.4、测试装置2对经步骤2.3采集到的合闸行程信号和电流信号进行处理，调用实时数据处理算法计算出相应的特性参数，特性参数具体为:分闸线圈电流最大值、合闸线圈电流最大值、储能电机电流最大值、刚分时刻及刚合时刻；
[0070]分闸线圈电流最大值，具体按照以下算法实施:
[0071]I = I (tl)*Kl*K2 ;
[0072]其中，I(tl)为分闸线圈采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;
[0073]合闸线圈电流最大值，具体按照以下算法实施:[0074]I = I(t2)*Kl*K2 ;
[0075]其中，I(t2)为合闸线圈采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;
[0076]储能电机电流最大值，具体按照以下算法实施:
[0077]I = I (t3)*Kl*K2 ;
[0078]其中，I(t3)为储能电机采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;
[0079]刚分时刻，具体按照以下算法实施:
[0080]分闸过程中V = s/t ;
[0081]其中，V为瞬时速度，S为相邻两点的差值，即位移差，t为0.0001秒，将采样时间内的速度值V进行比较，速度V最大的时刻即为刚分时刻；
[0082]刚合时刻，具体按照以下算法实施:
[0083]合闸过程中V = s/t ;
[0084]其中，V为瞬时速度，S为相邻两点的差值，即位移差，t为0.0001秒，将采样时间内的速度值V进行比较，速度V最大的时刻即为刚合时刻；
[0085]步骤2.5、电脑主机I通过通信接口与测试装置2通信，接收触头行程数据和电流数据，并通过CCStudio软件进行图谱绘制，分别得到分闸电流波形、合闸电流波形、分闸位移、合闸位移和辅助触点变化曲线；
[0086]步骤2.6、将经步骤2.5得到触头行程数据、电流数据及分闸电流波形、合闸电流波形、分闸位移、合闸位移和辅助触点变化曲线通过电脑主机I对合、分闸电流、储能电机电流、触头行程参数在CCStudio软件界面上进行展示。
[0087]本发明断路器机械特性测试平台中各部件的作用:
[0088]传感器3采用光电编码器进行位移测量，采用精密电流传感器进行分合闸线圈电流和储能电机电流测量。
[0089]测试装置2中的电源板9能够将100V?240V交流电转化为直流24V、±12V、5V
三种电压供整套装置使用。
[0090]主控板8采用DSP数字处理芯片作为主控芯片，DSP数字处理芯片支持浮点运算且外设丰富；主控板8内还采用单独的高精度A/D转换芯片输入的对合分闸电流、储能电机电流、动触头行程模拟信号进行数字量转换，转换精度高数据可靠。
[0091]主控板8内还嵌有实时数据处理算法，用于读取断路器4的分合闸状态后对断路器4下达与原有状态相反的指令(例如:读取到断路器4原处于分闸状态，则实时数据处理算法界面操作测试装置2向断路器4下达合闸指令)，断路器4接到指令并执行指令后，产生的数据信号由传感器3采集并将信号传输至测试装置2，测试装置2处理并调用实时数据处理算法计算出分闸线圈电流最大值、合闸线圈电流最大值、储能电机电流最大值、刚分时亥IJ、刚合时刻特性参数，并通过CCStudio软件进行图谱绘制，各波形曲线可通过显示界面进行显示。
[0092]实时数据处理算法具体如下:[0093]1.分闸线圈电流最大值，具体按照以下算法实施:
[0094]I = I(tl)*Kl*K2 ;
[0095]其中，I(tl)为分闸线圈采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;
[0096]2.合闸线圈电流最大值:
[0097]I = I (t2)*Kl*K2 ;
[0098]其中，I(t2)为合闸线圈采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;
[0099]3.储能电机电流最大值:
[0100]I = I(t3)*Kl*K2 ;
[0101]其中，I(t3)为储能电机采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中模拟系数设为100;
[0102]4.刚分时刻:
[0103]分闸过程中V = s/t ;
[0104]其中，V为瞬时速度，S为相邻两点的差值，即位移差，t为0.0001秒，将采样时间内的速度值V进行比较，速度V最大的时刻即为刚分时刻；
[0105]5.刚合时刻:
[0106]合闸过程中V = s/t ;
[0107]其中，V为瞬时速度，S为相邻两点的差值，即位移差，t为0.0001秒，将采样时间内的速度值V进行比较，速度V最大的时刻即为刚合时刻；
[0108]通信板7采用CAN总线与电脑主机I互联，用于进行数据交换、传输数据量大及通信速率快。
[0109]模拟信号采集板6每一路采用单独的电源供电，采用线性光耦进行信号前后两级的隔离，传感器3过来的信号经过模拟信号采集板6之后被输送至主控板8内的A/D转换
-H-* I I
心/T O
[0110]数字量输入输出板5通过连接相应的辅助触头能够得到断路器4的分合状态，分闸、合闸时间。
[0111]本发明的断路器机械特性测试平台可对断路器机械特性参数中的分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流、分闸位移、合闸位移、辅助触点信号进行波形绘制，并在波形上标示出相应特性参数，特性参数有:分闸线圈电流最大值、合闸线圈电流最大值、储能电机电流最大值、刚分时刻、刚合时刻等，从而对断路器机械特性进行分析和判断。
[0112]本发明的断路器机械特性测试平台主要针对大批量断路器机械特性测试的需要，并结合现有技术的优点而开发的，经试验测试，本产品具有较大实用价值。
[0113]本发明的断路器机械特性测试平台与以往断路器机械特性测试仪器相比，能够有效提高断路器机械特性测试精度和测试效率，减小测试误差，及时发现产品缺陷，避免不合格产品投入运行。
【权利要求】
1.断路器机械特性测试平台，其特征在于，包括有电脑主机(I)，所述电脑主机(I)连接有接口面板，所述电脑主机(I)分别通过导线连接有多个测试装置(2)，所述测试装置(2)通过测试线连接有传感器(3)。
2.根据权利要求1所述的断路器机械特性测试平台，其特征在于，所述测试装置(2)，包括有通过导线依次连接的数字量输入输出板(5)、模拟信号采集板(6)、通信板(7)、主控板⑶及电源板(9)； 所述数字量输入输出板(5)连接有辅助触头； 所述通信板(7)采用CAN总线与所述电脑主机(I)连接。
3.根据权利要求2所述的断路器机械特性测试平台，其特征在于，所述主控板(8)内设置有DSP数字处理芯片和A/D转换芯片。
4.根据权利要求1所述的断路器机械特性测试平台，其特征在于，所述传感器(3)由光电编码器、精密电流传感器和分合闸控制信号线组成； 所述光电编码器通过磁性底座吸附于断路器(4)的主轴上，所述光电编码器的输出线连接于接口面板上的触头行程信号处理接口上； 所述精密电流传感器的输入端与断路器(4)的合、分闸线圈及储能电机电流线圈串接，所述精密电流传感器的输出端通过分合闸控制信号线与接口面板上的电流信号处理接口连接。
5.根据权利要求1或4所述的断路器机械特性测试平台，其特征在于，所述接口面板上分别设有触头行程信号处理接口、电流信号处理接口、公共接口 ； 所述触头行程信号处理接口、电流信号处理接口、公共接口分别通过CAN总线与所述电脑主机⑴连接。
6.根据权利要求4所述的断路器机械特性测试平台，其特征在于，所述精密电流传感器采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器。
7.断路器机械特性测试平台的测试方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施: 步骤1、将传感器3与断路器4连接，具体连接方式如下: 将传感器3内的光电编码器通过磁性底座吸附于断路器4的主轴上，将光电编码器的输出线连接于接口面板上的触头行程信号处理接口上； 将精密电流传感器的输入端与断路器4的合、分闸线圈及储能电机电流线圈串接，精密电流传感器的输出端通过分合闸控制信号线与接口面板上的电流信号处理接口连接； 将分合闸控制信号线的输出接口分别与断路器4的合分闸回路和储能电机回路相连。 步骤2、经步骤I将断路器4与测试平台的传感器3连接好后，利用主控板8内嵌的实时数据处理算法对断路器4进行测试，最终显示测试结果。
8.根据权利要求7所述的断路器机械特性测试平台，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施: 步骤2.1、通过主控板(8)内嵌的实时数据处理算法，读取断路器(4)当前分合闸状态: 若读取的断路器(4)当前状态为分闸状态，则进入步骤2.2 ； 步骤2.2、经步骤2.1判断断路器(4)处于分闸状态，通过实时数据处理算法界面操作测试装置⑵，由测试装置⑵发出断路器⑷合闸指令；步骤2.3、将步骤2.2，断路器(4)接收到合闸指令后产生合闸，由传感器(3)内的光电编码器采集合闸行程信号，并通过测试线将合闸行程信号传输至测试装置(2); 与此同时，测试装置(2)采集传感器(3)内精密电流传感器输出的电流信号； 步骤2.4、测试装置(2)对经步骤2.3采集到的合闸行程信号和电流信号进行处理，调用实时数据处理算法计算出相应的特性参数，特性参数具体为:分闸线圈电流最大值、合闸线圈电流最大值、储能电机电流最大值、刚分时刻及刚合时刻； 步骤2.5、电脑主机(I)通过通信接口与测试装置(2)通信，接收触头行程数据和电流数据，并通过CCStudio软件进行图谱绘制，分别得到分闸电流波形、合闸电流波形、分闸位移、合闸位移和辅助触点变化曲线； 步骤2.6、将经步骤2.5得到触头行程数据、电流数据及分闸电流波形、合闸电流波形、分闸位移、合闸位移和辅助触点变化曲线通过电脑主机(I)对合、分闸电流、储能电机电流、触头行程参数在CCStudio软件界面上进行展示。
9.根据权利要求8所述的断路器机械特性测试平台，其特征在于，所述步骤2.4中的特性参数具体按照以下算法实施: 分闸线圈电流最大值，具体按照以下算法实施:
I = I(tl)*Kl*K2 ； 其中，I(tl)为分闸线圈采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的 精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中丰旲拟系数设为100 ； 合闸线圈电流最大值，具体按照以下算法实施:
I = I(t2)*Kl*K2 ； 其中，I(t2)为合闸线圈采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中丰旲拟系数设为100 ； 储能电机电流最大值，具体按照以下算法实施:
I= I(t3)*Kl*K2 ； 其中，I(t3)为储能电机采样值的最大值；K1为精密电流传感器的变比，本发明中采用的是型号为CHB-50P的精密电流传感器，其变比设为200 ；K2为模拟通道的系数，在本发明中丰旲拟系数设为100 ； 刚分时刻，具体按照以下算法实施: 分闸过程中V = s/t ; 其中，V为瞬时速度，S为相邻两点的差值，即位移差，t为0.0001秒，将采样时间内的速度值V进行比较，速度V最大的时刻即为刚分时刻； 刚合时刻，具体按照以下算法实施: 合闸过程中V = s/t ; 其中，V为瞬时速度，S为相邻两点的差值，即位移差，t为0.0001秒，将采样时间内的速度值V进行比较，速度V最大的时刻即为刚合时刻。
【文档编号】G01R31/327GK104007384SQ201410200753
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】黄新波, 陶晨, 刘斌, 朱海涛, 吉树亮, 张周雄 申请人:西安工程大学