一种基于无线技术的弧光保护装置测试仪及测试系统的制作方法

本发明涉及电弧光保护装置测试技术领域，特别是一种基于无线技术的弧光保护装置测试仪及测试系统。

背景技术：

近几年来，弧光保护产品在各级电力公司、火力发电厂、新能源发电、冶金、石化等行业得到了广泛的应用，特别是国产弧光保护产品在技术上发展迅速，紫外光传感器技术远远优于进口产品，国产产品的市场占有率也是逐年提高，弧光保护产品的作用也是日益显现。产品质量不断提高，现场投运率大大提高。

但是对于众多弧光保护产品的试验、校验目前还没有统一的方法和专用仪器，目前弧光保护装置的纯弧光单判据校验试验和弧光、电流双判据校验试验，基本都是通过继电保护测试仪施加电流和人工加检测光来测试动作时间的。其主要试验过程是先通过外加一个普通光源照射弧光传感器，同时继电保护测试仪输出电流，由继电保护测试仪显示动作时间，这种测试校验试验存在的缺点主要有：

1）、光源输出值的不确定性和随意性；

2）、光源光谱范围随意，不能模拟弧光光谱；

3）、人为手动外加一个普通光源给弧光传感器，纯弧光逻辑的动作时间无法测量；

4）、人为手动外加光源，其触发时间和电流输出的同步性也难以控制，导致测试出来的动作时间存在较大的差异，人为影响因素大；

5）、动作时间的读取完全靠人工，试验结果无法自动储存，实验结果无法记录和查询。

因此需要一个专门的标准测试校验仪器，来检测弧光保护装置和传感器的功能是否正常，同时避免人为因素及光源输入的不确定性及随意性等缺点。

随着电弧光保护装置的不断发展，作为电弧光保护装置的测试校验仪器也应运而生，现阶段国内对电弧光保护装置的测试校验仪的研究还处于刚刚起步阶段，弧光保护测试校验仪是一个新产品，国外企业暂时还没有对测试校验仪进行研发和生产。目前国内虽然也有几家企业对此产品进行研发，但产品还是试制阶段，功能和性能还有待优化升级。且在需要进行开关柜内弧光故障模拟时，则无法实现模拟和检测校准，难以保证弧光保护装置在投入使用后，能够达到与开关柜外测试校准时同样的保护作用效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为：在综合弧光发生功能、电流输出功能以及检测功能，以能够产生弧光光源和电流信号的基础上，结合无线传输技术，以适应开关柜母线室内的弧光故障模拟，以及对弧光保护装置的检测，提高被测弧光保护装置的可靠性。

本发明采取的技术方案具体为：一种弧光保护装置测试仪，包括控制模块、人机接口模块、电源模块、交流电流输出模块、1个以上无线传输模块和1个以上弧光光源模块；

控制模块连接人机接口模块以接收测试命令和输出测试结果数据；控制模块上设有用于接收待测保护装置动作时间信号的动作时间开入信号端口；

交流电流输出模块包括电源输入端、控制端和输出端，电源输入端连接电源模块，控制端连接控制模块，输出端用于连接待测弧光保护装置；

各弧光光源模块分别连接一个无线传输模块，控制模块通过无线传输模块向各弧光光源模块发送控制命令；

所述各弧光光源模块分别包括微控制器、光源输出控制电路和光源；微控制器连接无线传输模块以接收控制命令，并通过光源输出控制电路控制光源产生相应的弧光光源信号。

本发明中，控制模块可采用现有微控制器产品如DSP，无线模块采用现有的无线收发产品，其中无线发送部分位于开关柜外并连接控制模块，无线接收部分位于开关柜内并连接弧光光源模块，弧光光源模块中的微控制器可采用现有微控制器产品如单片机。现有技术中采用微控制器对光源进行有线式定量输出控制的控制及驱动技术为成熟技术，因此本发明弧光光源模块中各部分功能实现可参考现有有线式弧光光源定量发生技术。为了适应控制指令的无线传输，本发明设置了控制模块用于直接接收控制指令，然后控制模块通过无线传输技术将控制指令传输至封闭空间内的弧光光源模块微控制器，由微控制器实现对光源的定量输出控制。光源产生的定量弧光可为白光或紫光，以使得检测校准更全面。对于弧光光源模块的光源输出可在产品成型前标定，为现有技术。

本发明的弧光保护装置测试仪设置了多个光源输出通道，可分别对应开关柜内的多处弧光故障模拟，及相应的弧光保护装置测试，能够大大提高模拟和测试效率。

本发明的弧光保护装置测试仪在应用时，弧光光源模块产生的弧光光源，将被待测保护装置弧光探头，即弧光传感器检测到，从而使得待测弧光保护装置动作。本发明可通过动作时间开入信号端口获取待测弧光保护装置的动作时间信号，从而通过显示模块输出动作时间，或根据获取到的动作时间信号判断待测保护装置的性能，达到弧光模拟和弧光保护装置的检测目的。

本发明在测试时，动作时间检测原理参考现有技术，当控制模块向弧光光源模块发出控制命令即开始计时，当动作时间开入信号端口获取到动作时间信号，则计时结束，此时通过从总的时间减掉系统本身的时间误差，即可得到弧光保护装置的实际动作时间。

进一步的，本发明弧光保护装置测试仪还包括操作按键，操作按键包括开始键和停止键；控制模块上设有分别用于连接开始键和停止键的控制端口。在测试仪本体上，开始键可表示为START按键，停止键可表示为STOP按键。开始键和停止键分别用来控制控制模块开始测试工作和停止测试工作，可根据需要通过按键启动或停止测试仪的测试校准工作，使得测试校准过程更加方便。对于现有微控制器芯片来说，对芯片的开始和停止控制为现有技术。

进一步的，本发明弧光保护装置测试仪还包括指示灯模块，指示灯模块包括电源指示灯和测试状态指示灯，测试状态指示灯包括测试中指示灯和测试结束指示灯。具体的，电源指示灯在测试仪本体上可表示为POWER指示灯，当电源开关打开装置上电时亮起，测试中指示灯在测试仪本体上可表示为START指示灯，当按下START按键投入试验时亮起，测试结束指示灯在测试仪本体上可表示为STOP指示灯，当按下STOP按键，停止试验时亮起。可使得测试过程状态一目了然。

为了适应某些弧光保护装置具有的电压测量功能，或用于弧光故障时的其它保护装置。本发明弧光保护装置测试仪还包括交流电压输出模块，交流电压输出模块包括控制端和电压输出端，控制端连接控制模块，电压输出端向待测保护装置输出参考电压信号。

进一步的，本发明弧光保护装置测试仪的控制模块上还设有用于接收外部控制指令的指令输入端口。此端口可用于通过232等通信方式与上位机连接，以通过上位机软件控制弧光保护装置测试仪的测试工作，并将测试数据反馈至上位机。

进一步的，本发明弧光保护装置测试仪的控制模块上还设有外部同步开入信号端口。优选为，外部同步开入信号端口包括2路同步无源干接点输入触发端口，用于与其它测试仪实现同步联动；和置1路同步有源12V接点输入触发端口，用于与其他测试仪实现同步联动。

进一步的，本发明弧光保护装置测试仪的控制模块上还设有开出信号端口，此端口用于弧光测试的同步输出接口，可以联动其他测试仪；或作为测试用。输出无源干接点信号。优选为配置两路独立开出信号输出端口，接点容量分别设置为：AC250V，5A；DC30V，5A。

优选的，本发明弧光保护装置测试仪中，控制模块采用DSP。DSP具有快速的中断处理和硬件I/O支持，可以快速实现各种数字信号处理算法。使得控制模块可以通过无线模块控制光源的输出，同时直接控制电流、电压以及开关量等其它输出，并实现人机界面和通信等功能。

优选的，本发明弧光保护装置测试仪中，显示模块采用人机交互式触摸显示屏。可参考现有技术配置全中文触摸形式，通过触摸显示屏实现人机交互，使得用户可通过人机界面观察到弧光输出值、电流输出值、动作时间等测试信息。

本发明还公开一种弧光保护装置测试系统，包括上位机、弧光保护装置测试仪，1个以上弧光传感器；各弧光传感器的输出端分别连接待测弧光保护装置；

上位机连接弧光保护装置测试仪，以向弧光保护装置测试仪发送测试指令和接收弧光保护装置测试仪反馈的测试结果信号；

所述弧光保护装置测试仪包括控制模块、电源模块、交流电流输出模块、1个以上无线传输模块和1个以上弧光光源模块；各弧光光源模块分别对应可向一个弧光传感器发出弧光光源信号；

交流电流输出模块包括电源输入端、控制端和输出端，电源输入端连接电源模块，控制端连接控制模块，输出端连接待测弧光保护装置；

各弧光光源模块分别连接一个无线传输模块，控制模块通过无线传输模块向各弧光光源模块发送控制命令；

所述各弧光光源模块分别包括微控制器、光源输出控制电路和光源；微控制器连接无线传输模块以接收控制命令，并通过光源输出控制电路控制光源产生相应的弧光光源信号，以使得相应的弧光传感器感测到弧光光源，进而触发相应的待测弧光保护装置动作；

控制模块获取待测保护装置动作时间信号，然后根据获取到的待测保护装置动作时间信号向上位机反馈测试结果。

本发明弧光保护装置测试系统中，上位机可采用计算机，针对弧光保护装置测试仪的上位机软件为现有软件。在发送测试指令和接收测试结果的基础上，测试结果以及测试指令的相关参数可通过计算机的显示界面实时显示，使得测试过程较为直观。弧光保护装置测试仪的具体实现参考前述弧光保护装置测试仪。

进一步的，本发明弧光保护装置测试系统中，所述弧光保护装置测试仪还包括人机接口模块，控制模块连接人机接口模块以接收测试命令和输出测试结果数据。控制模块可将接收到的测试指令相关参数，如光源强度、类型等，以及得到的待测保护装置动作时间及测试结果，通过人机接口模块进行显示。

更进一步的，本发明弧光保护装置测试系统中，所述弧光保护装置测试仪还包括交流电压输出模块，交流电压输出模块包括控制端和电压输出端，控制端连接控制模块，电压输出端向待测保护装置输出参考电压信号。

优选的，本发明弧光保护装置测试系统中，上位机与弧光保护装置测试仪中的控制模块通过RS232接口进行连接通信。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下进步：

1. 弧光保护测试仪采用了多通道的无线传输技术，可实现开关柜内多处弧光故障的模拟，同时分别通过各弧光光源信号模块产生定量的光，以及通过交流电流输出模块产生定量的电流信号，以达到测试弧光保护装置动作性能的目的；

2. 弧光保护装置测试仪可以在保证开关柜母线室封闭的情况下进行测试，避免有线形式需要在开关柜拆体的情况下进行测试的缺点，可完全模拟开关柜运行时的故障弧光状态；

3. 设置了弧光光源模块、交流电压和电流输出模块，使得输出逻辑多样性，可以选择纯弧光输出，也可以选择弧光+电流的同步输出，能够满足弧光保护装置不同的逻辑测试；

4. 可通过事先标定光源，避免光源输出的不确定性和随意性，由控制模块根据标定规则控制弧光光源模块输出统一的、较为标准的光源，控制命令中的光源值参数根据标定规则设定，光源的输出波长范围模拟真实弧光光谱；弧光光源信号模块可输出白光或紫外光，可以应于市场上进口和国产的不同类型传感器；

5. 测试数据可以通过测试仪的显示模块人机界面显示出来，也可以通过上位机显示，并方便在上位机端自动生成并存储报告，避免人为因素影响，实现实验结果的可查询性。

附图说明

图1所示为本发明原理结构示意框图；

图2所示为本发明弧光光源模块原理示意框图；

图中，1-无线传输模块，2-弧光光源模块，3-光源输出控制电路模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

现有技术中，弧光保护装置通过弧光传感器获取弧光信号，进而根据获取到的弧光信号进行保护动作。弧光保护装置一般安装于开关柜仪表室内，其多个弧光传感器探头安装在开关柜母线室、开关室或电缆室等会发生弧光故障的多个位置，用于接收弧光光源信号，弧光传感器的输出端连接待测弧光保护装置。在利用本发明进行弧光故障模拟时，在开关柜的母线室、开关室、电缆室处于关闭状态下，即可完成模拟和测试过程。

参考图1所示，本发明的弧光保护装置测试仪，包括控制模块、人机接口模块、电源模块、交流电流输出模块、1个以上无线传输模块和1个以上弧光光源模块；

控制模块连接人机接口模块以接收测试命令和输出测试结果数据；控制模块上设有用于接收待测保护装置动作时间信号的动作时间开入信号端口；

交流电流输出模块包括电源输入端、控制端和输出端，电源输入端连接电源模块，控制端连接控制模块，输出端用于连接待测弧光保护装置；

各弧光光源模块分别连接一个无线传输模块，控制模块通过无线传输模块向各弧光光源模块发送控制命令；

所述各弧光光源模块分别包括微控制器、光源输出控制电路和光源；微控制器连接无线传输模块以接收控制命令，并通过光源输出控制电路控制光源产生相应的弧光光源信号。

本发明中，控制模块可采用现有微控制器产品，无线模块采用现有的无线收发产品，其中无线发送部分位于开关柜外并连接控制模块，无线接收部分位于开关柜内并连接弧光光源模块。现有技术中采用微控制器对光源进行有线式定量输出控制的控制及驱动技术为成熟技术，因此本发明弧光光源模块中各部分功能实现可参考现有有线式弧光光源定量发生技术。为了适应控制指令的无线传输，本发明设置了控制模块用于直接接收控制指令，然后控制模块通过无线传输技术将控制指令传输至封闭空间内的弧光光源模块微控制器，由微控制器实现对光源的定量输出控制。光源产生的定量弧光可为白光或紫光，以使得检测校准更全面。对于弧光光源模块的光源输出可在产品成型前标定，为现有技术。

本发明的弧光保护装置测试仪在应用时，弧光光源模块产生的弧光光源，将被待测保护装置弧光探头，即弧光传感器检测到，从而使得待测弧光保护装置动作。本发明可通过动作时间开入信号端口获取待测弧光保护装置的动作时间信号，从而通过显示模块输出动作时间，或根据获取到的动作时间信号判断待测保护装置的性能，达到弧光模拟和弧光保护装置的检测目的。

本发明在测试时，动作时间检测原理参考现有技术，当控制模块向弧光光源模块发出控制命令即开始计时，当动作时间开入信号端口获取到动作时间信号，则计时结束，此时通过从总的时间减掉系统本身的时间误差，即可得到弧光保护装置的实际动作时间。

实施例1

本实施例如图1所示，弧光保护装置测试仪还包括操作按键和指示灯模块：

操作按键包括开始键和停止键；控制模块上设有分别用于连接开始键和停止键的控制端口。在测试仪本体上，开始键可表示为START按键，停止键可表示为STOP按键。开始键和停止键分别用来控制控制模块开始测试工作和停止测试工作，可根据需要通过按键启动或停止测试仪的测试校准工作，使得测试校准过程更加方便。对于现有微控制器芯片来说，对芯片的开始和停止控制为现有技术；

指示灯模块包括电源指示灯和测试状态指示灯，测试状态指示灯包括测试中指示灯和测试结束指示灯。具体的，电源指示灯在测试仪本体上可表示为POWER指示灯，当电源开关打开装置上电时亮起，测试中指示灯在测试仪本体上可表示为START指示灯，当按下START按键投入试验时亮起，测试结束指示灯在测试仪本体上可表示为STOP指示灯，当按下STOP按键，停止试验时亮起。可使得测试过程状态一目了然。

为了适应某些弧光保护装置具有的电压测量功能，或用于弧光故障时的其它保护装置。本发明弧光保护装置测试仪还包括交流电压输出模块，交流电压输出模块包括控制端和电压输出端，控制端连接控制模块，电压输出端向待测保护装置输出参考电压信号。

控制模块上还设有用于接收外部控制指令的指令输入端口、外部同步开入信号端口和开出信号端口：

指令输入端口可用于通过232等通信方式与上位机连接，以通过上位机软件控制弧光保护装置测试仪的测试工作，并将测试数据反馈至上位机；

外部同步开入信号端口配置为包括2路同步无源干接点输入触发端口，用于与其它测试仪实现同步联动；和置1路同步有源12V接点输入触发端口，用于与其他测试仪实现同步联动；

开出信号端口配置为两路独立开出信号输出端口，接点容量分别设置为：AC250V，5A；DC30V，5A。

本实施例中，弧光保护装置测试仪中，控制模块采用DSP，弧光光源模块中的微控制器采用单片机，人机接口模块采用人机交互式触摸显示屏：

DSP具有快速的中断处理和硬件I/O支持，可以快速实现各种数字信号处理算法。使得控制模块可以通过无线模块控制光源的输出，同时直接控制电流、电压以及开关量等其它输出，并实现人机界面和通信等功能；

人机接口模块可参考现有技术配置全中文触摸形式，通过触摸显示屏实现人机交互，使得用户可通过人机界面观察到弧光输出值、电流输出值、动作时间等测试信息。

实施例2

本实施例为弧光保护装置测试系统，如图1所示，包括上位机、弧光保护装置测试仪，1个以上弧光传感器；各弧光传感器的输出端分别连接待测弧光保护装置；

上位机连接弧光保护装置测试仪，以向弧光保护装置测试仪发送测试指令和接收弧光保护装置测试仪反馈的测试结果信号；

所述弧光保护装置测试仪包括控制模块、电源模块、交流电流输出模块、1个以上无线传输模块和1个以上弧光光源模块；各弧光光源模块分别对应可向一个弧光传感器发出弧光光源信号；

交流电流输出模块包括电源输入端、控制端和输出端，电源输入端连接电源模块，控制端连接控制模块，输出端连接待测弧光保护装置；

各弧光光源模块分别连接一个无线传输模块，控制模块通过无线传输模块向各弧光光源模块发送控制命令；

所述各弧光光源模块分别包括微控制器、光源输出控制电路和光源；微控制器连接无线传输模块以接收控制命令，并通过光源输出控制电路控制光源产生相应的弧光光源信号，以使得相应的弧光传感器感测到弧光光源，进而触发相应的待测弧光保护装置动作；

控制模块获取待测保护装置动作时间信号，然后根据获取到的待测保护装置动作时间信号向上位机反馈测试结果。

弧光保护装置测试系统中，上位机可采用计算机，针对弧光保护装置测试仪的上位机软件为现有软件。在发送测试指令和接收测试结果的基础上，测试结果以及测试指令的相关参数可通过计算机的显示界面实时显示，使得测试过程较为直观。弧光保护装置测试仪的具体实现参考前述弧光保护装置测试仪。

弧光保护装置测试系统中，所述弧光保护装置测试仪还包括人机接口模块，控制模块控制人机接口模块的数据输出。控制模块可将接收到的测试指令相关参数，如光源强度、类型等，以及得到的待测保护装置动作时间及测试结果，通过人机接口模块进行显示。用户根据测试需求通过人机接口模块选择所需的光设定值和电流设定值，以及选择测试模式。

弧光保护装置测试系统中，上位机与弧光保护装置测试仪中的控制模块通过RS232接口进行连接通信。

实施例3

利用本发明的弧光保护装置测试仪和测试系统进行测试时：

交流电流输出模块能够输出一路交流电流，用于弧光保护装置测试或校验；同时可以选择叠加谐波输出。可输出交流电流的范围为：0～40A可调，误差为±0.5%。同时本发明的弧光保护装置测试仪的交流电流输出模块还可配置偏磁谐波发生能力，叠加2-13次谐波分量，谐波幅值占比0%-50%可调。交流电流输出模块的电流输出接口可直接接入到待测弧光保护装置上，完成对弧光保护装置的弧光+电流双判据的测试。

各弧光光源模块根据控制命令中的光源参数，产生相应的大功率弧光光源并输出。具体可根据测试需求，通过显示模块的人机交互界面或者上位机人机交互界面选择输出“白光”或“紫外光”，以及光源强度，然后上位机根据人机交互界面发出的测试需求向控制模块发出测试指令，或者控制模块根据显示模块人机交互界面接收的测试需求选择，向各弧光光源模块发出控制命令。

各弧光光源模块中分别配置有紫外光光源或白光光源，光源的光功率可通过人机交互界面设定，误差范围不超过弧光保护国家标准规定的范围，进而表达在控制命令中，以实现相应弧光光源的输出，达到相应的测试目的。

本发明所述弧光光源的定量输出具体为：

1.白光在输出范围内连续可调，且具有光功率和光照度两种模式输出，其中光功率范围为100- 50000.00 uw/cm2，光照度范围为200-200000.00 LUX；

2.紫光在光功率输出100- 50000.00 uw/cm2范围内连续可调。

结合图1和图2所示，光源输出控制电路为现有技术，其包括依次连接的DA转换电路、信号放大电路和光源驱动电路。本实施例光源定量输出实现过程可为：先通过人机交互界面输入要输出的弧光光源的类型、光功率、光强度设定值，DSP控制模块将输入的设定值量化进行编码并加密后传输给无线传输模块，无线传输模块通过无线形式将信号发送给弧光光源模块的单片机控制器，单片机控制器接收到信号后，进行解码得到光源输出控制电路可识别的光设定值数字信号，传输给光源输出控制电路的DA转换电路芯片，然后DA转换电路芯片将数字量转化为模拟量，进而进行信号的放大，最后通过光源驱动电路驱动光源输出参数与设定值相应的光源信号。

本实施例中，弧光保护装置测试仪还包括交流电压输出模块，其能够输出一路交流电压，提供给待测弧光保护装置，或其它用于弧光故障时的可监测电压的保护装置，交流电压输出模块可输出的交流电压范围为：0～456V可调。

本发明的弧光保护装置测试仪的控制模块上可配置多个动作时间检测开入信号端口，用于测试多个通道的待测弧光保护装置的动作反应时间，提高测试效率。

动作时间检测实现过程：控制模块的动作时间检测开入信号端口连接待测保护装置的动作时间开出接口，DSP发出弧光光源设定值，即开始计时，等动作时间检测开入信号被捕捉到后DSP内部程序计时结束，然后从总的反应时间中减掉测试仪或测试系统本身的时间误差（即系统本身处理数据的时间），最终得到待测保护装置真实的动作时间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。