一种继电器动作特性测量装置的制作方法

1.本实用新型属于电力系统高压断路器二次回路继电器测试技术改进领域，尤其涉及一种继电器动作特性测量装置。


背景技术：

2.在电力系统的一次设备中，开关类设备是电力系统中重要的控制和保护设备，系统正常运行时，它能切断、接通线路和各种电气设备，系统发生故障时，它和继电器保护配合，迅速切断故障电流，防止扩大事故范围。若开关类设备无法正常运行，会造成线路、设备受损，电量损失，用户大面积停电，影响正常生活与社会生产。因此，对开关类设备进行维护与检修，确保其正常运行显得至关重要。
3.开关类设备机构二次回路继电器是控制回路中的关键部件，在运行现场高热、高湿、振动、粉尘、电磁干扰的严酷工况下，受到苛刻电磁环境、户外恶劣大气环境、动作机械应力等多因素影响，其继电器触点长期运行后触点氧化或者烧蚀，继电器动作电压、动作时间和触点接触电阻发生变化，造成动作不可靠，严重影响开关类设备的可靠性。
4.目前工作现场常采用“继电保护校验仪”、“机械特性测试仪”等非专用仪器对继电器进行检验，仅能测试出动作时间和动作电压等少量参数，且现有的动作时间和动作电压测量装置针对的继电器类型有限，缺乏针对继电器动作特性及检测特点的专门优化，测量动作特性时，以开关量方式或者固定电位方式判断继电器触点的合分状态，进而获取动作特性参数，对触点的开合过程反映不完整，对触点开合性能不能充分评价，对继电器线圈特性和触点接触性能不能进行测试，不能完整反映继电器的整体性能，也没有科学的状态评价参数和评价方法，缺乏可供分析比较的纵向、横向数据，继而判定继电器动作是否可靠。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种继电器动作特性测量装置，旨在解决上述的技术问题。本项目针对开关类设备机构二次回路继电器性能检测评价开展研究，把现代传感器技术和检测技术、故障诊断技术等多学科成果综合运用于开关类设备机构二次元器件检修决策，将研究掌握控制回路可靠性判断及评价核心技术。
6.本实用新型是这样实现的，一种继电器动作特性测量装置，所述继电器动作特性测量装置包括继电器控制信号输出模块、控制信号高速采样模块、触点信号高速采样模块、触点信号电源模块、处理器模块、通讯模块、显示模块及电源管理模块，所述继电器控制信号输出模块的输出端、控制信号高速采样模块的输出端、触点信号高速采样模块的输出端、触点信号电源模块的输出端及电源管理模块的输出端分别连接所述微处理模块的输入端，所述微处理模块的输出端连接所述显示模块的输入端，所述微处理模块连接所述通讯模块双向通信。
7.本实用新型的进一步技术方案是：所述继电器控制信号输出模块包括三态缓冲器oc、电阻r65、门驱动光电耦合器u21、电阻r66、电阻r64、三极管q2及接线端子j1，所述门驱
动光电耦合器u21的第3脚连接所述三态缓冲器oc的第二脚，所述门驱动光电耦合器u21的第2脚连接所述电阻r65的一端，所述门驱动光电耦合器u21的第6、7脚分别连接所述电阻r66的一端，所述电阻r66的另一端分别连接所述电阻r64的一端及三极管q2的基极，所述接线端子ji的第1脚分别连接所述门驱动光电耦合器u21的第5脚、电阻r64的另一端及三极管q2的发射极。
8.本实用新型的进一步技术方案是：所述控制信号高速采样模块包括电流采集单元及电压采集单元，所述电流采集单元包括运算放大器u19、电阻r9、电阻r12及电阻r61，所述运算放大器u19的正输入连接所述电阻r12的一端，所述运算放大器u19的负输入分别连接所述电阻r9的一端及电阻r61的一端；所述电压采集单元包括隔离放大器u2、运算放大器u22、电阻r63、电阻r62、接线端子j7及电阻r67，所述运算放大器u22的正输入分别连接所述电阻r62的一端及接线端子j7的第1脚，所述运算放大器u22的负输入分别连接所述电阻r63的一端及电阻r67的一端，所述隔离放大器u2的第27脚分别连接所述运算放大器u22的输出端及电阻r63的另一端。
9.本实用新型的进一步技术方案是：所述触点信号高速采样模块包括多路动合和动分触点回路构成，每路动合和动分触点回路包括电阻r7、电阻r68、光电藕合器u18-a、电阻r69及开关s1，所述光电耦合器u18-a的第一脚连接所述电阻r68的一端，所述电阻r68的另一端分别连接所述电阻r7的一端及开关s1的第1脚，所述光电耦合器u18-a的第2脚连接所述开关s1的第3脚，所述光电耦合器u18-a的第3脚连接所述电阻r69的一端。
10.本实用新型的进一步技术方案是：所述触点信号电源模块采用的是具有可控电阻的恒压开关电源。
11.本实用新型的进一步技术方案是：所述电源管理模块包括工控机电源单元、adc电源单元、系统电源单元及锂电池电源管理单元，所述工控机电源单元包括电容c94、电容c97级芯片p3，所述芯p3的第1脚连接所述电容c94的一端，所述芯片p3的第2脚连接所述电容c94的另一端，所述芯片p3的第6脚连接所述电容c97的一端，所述芯片p3的第5脚连接所述电容c97的另一端；所述adc电源单元包括电容c100、芯片p1、电容c106、电容c107、电容c46、电容c47、电容c55、电容c56、电容c50、电容c52、电容c48、电容c49、芯片u18、电阻r102、电阻r99、电感l200及电感l1，所述芯片p1的第1脚连接所述电容c100的一端，所述芯片p1的第2脚连接所述电容c100的另一端，所述芯片p1的第5脚分别连接所述电容c107的正极、电容c46的一端及电感l200的一端，所述芯片p1的第3脚分别连接所述电容c106的负极、电容c47的一端及电感l1的一端，所述芯片p1的第4脚分别连接所述电容c107的负极、电容c106的正极、电容c46的另一端、电容c47的另一端及电阻r99的一端，所述电感l200的另一端分别连接搜书电容c55的一端、电容c48的正极及电阻r102的一端，所述电感l1的另一端分别连接搜书电容c56的另一端及电容c49的负极，所述电阻r102的另一端分别连接所述电容c50的一端及芯片u18的第3脚，所述芯片u18的第1脚连接所述电容c52的一端。
12.本实用新型的进一步技术方案是：所述系统电源单元包括电容c53、芯片p2、发光二极管led2、电阻r2、芯片u13及电容c51，所述芯片p2的第1脚连接所述电容c53的一端，所述芯片p2的第2脚连接所述电容c53的另一端，所述芯片p2的第5脚连接所述发光二极管led2的阳极，所述发光二极管led2的负极连接所述电阻r2的一端，所述电阻r2的另一端连接所述芯片p2的第4脚，所述芯片u13的第2脚连接所述电容c51的一端，所述芯片u13的第1
脚连接所述电容c51的另一端；所述锂电池电源管理单元包括电阻r101、电阻r104、电阻r116、电阻r100、电阻r105、电容c57、二极管d4、二极管d5、可控硅z1、电阻r43及放大器u14，所述放大器u14的第3脚分别连接所述电阻r101的一端及电阻r104的一端，所述放大器u14的第2脚分别连接所述可控硅z1的第3脚及电阻r116的一端，所述放大器u14的第1脚通过所述电阻r100连接所述放大器u14的第8脚，所述放大器u14的第6脚连接所述电阻r105的一端，所述电阻r105的另一端分别连接所述电容c57的一端、二极管d5的阴极、二极管d4的阳极及电阻r43的一端。
13.本实用新型的进一步技术方案是：所述处理器模块采用的是工业计算机。
14.本实用新型的进一步技术方案是：所述通讯模块采用的是蓝牙通信芯片。
15.本实用新型的进一步技术方案是：所述显示模块采用的是显示器或液晶显示屏。
16.本实用新型的有益效果是：该装置结构简单，通过该装置能够对继电器线圈特性和触点接触性能不能进行测试，能完整反映继电器的整体性能，提供了可供分析比较的纵向、横向数据，继而判定继电器动作的可靠性。该装置拥有2路1～250v交流或直流电压输出，可适用于双线圈继电器的测试。装置拥有4路触点信号恒压源输出，可同时完成继电器的4路触点性能测试。。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例提供的继电器动作特性测量装置的试验结构图。
18.图2是本实用新型实施例提供的为动作值和返回值测量流程示意图。
19.图3是本实用新型实施例提供的为动作时间测量流程示意图。
20.图4是本实用新型实施例提供的继电器控制信号输出模块的电气原理图。
21.图5是本实用新型实施例提供的电流采集单元的电气原理图。
22.图6是本实用新型实施例提供的电压采集单元的电气原理图。
23.图7是本实用新型实施例提供的动合和动分触点回路的电气原理图。
24.图8是本实用新型实施例提供的工控机电源单元的电气原理图。
25.图9是本实用新型实施例提供的adc电源单元的电气原理图。
26.图10是本实用新型实施例提供的系统电源单元的电气原理图。
27.图11是本实用新型实施例提供的锂电池电源管理单元的电气原理图。
具体实施方式
28.一种继电器动作特性测量装置，该装置使用内置电池供电，并兼容ac220v50hz交流电输入，在继电器线圈两端、常开触点两端、常闭触点两端，施加可调恒压直流源，通过高速采集模块，监测继电器动作过程中线圈的电压电流波形，和继电器常开、常闭触点的电压波形，计算对应的特征变化量，分析得出继电器的动作电压、返回电压、动作时间、释放时间、动作功率、线圈直流电阻等参数。
29.如图1-11所示，本实用新型提供的继电器动作特性测量装置，所述继电器动作特性测量装置包括继电器控制信号输出模块、控制信号高速采样模块、触点信号高速采样模块、触点信号电源模块、处理器模块、通讯模块、显示模块及电源管理模块，所述继电器控制信号输出模块的输出端、控制信号高速采样模块的输出端、触点信号高速采样模块的输出
端、触点信号电源模块的输出端及电源管理模块的输出端分别连接所述微处理模块的输入端，所述微处理模块的输出端连接所述显示模块的输入端，所述微处理模块连接所述通讯模块双向通信。
30.所述继电器控制信号输出模块包括三态缓冲器oc、电阻r65、门驱动光电耦合器u21、电阻r66、电阻r64、三极管q2及接线端子j1，所述门驱动光电耦合器u21的第3脚连接所述三态缓冲器oc的第二脚，所述门驱动光电耦合器u21的第2脚连接所述电阻r65的一端，所述门驱动光电耦合器u21的第6、7脚分别连接所述电阻r66的一端，所述电阻r66的另一端分别连接所述电阻r64的一端及三极管q2的基极，所述接线端子ji的第1脚分别连接所述门驱动光电耦合器u21的第5脚、电阻r64的另一端及三极管q2的发射极。
31.所述控制信号高速采样模块包括电流采集单元及电压采集单元，所述电流采集单元包括运算放大器u19、电阻r9、电阻r12及电阻r61，所述运算放大器u19的正输入连接所述电阻r12的一端，所述运算放大器u19的负输入分别连接所述电阻r9的一端及电阻r61的一端。
32.所述电压采集单元包括隔离放大器u2、运算放大器u22、电阻r63、电阻r62、接线端子j7及电阻r67，所述运算放大器u22的正输入分别连接所述电阻r62的一端及接线端子j7的第1脚，所述运算放大器u22的负输入分别连接所述电阻r63的一端及电阻r67的一端，所述隔离放大器u2的第27脚分别连接所述运算放大器u22的输出端及电阻r63的另一端。
33.所述触点信号高速采样模块包括多路动合和动分触点回路构成，每路动合和动分触点回路包括电阻r7、电阻r68、光电藕合器u18-a、电阻r69及开关s1，所述光电耦合器u18-a的第一脚连接所述电阻r68的一端，所述电阻r68的另一端分别连接所述电阻r7的一端及开关s1的第1脚，所述光电耦合器u18-a的第2脚连接所述开关s1的第3脚，所述光电耦合器u18-a的第3脚连接所述电阻r69的一端。
34.所述触点信号电源模块采用的是具有可控电阻的恒压开关电源。
35.所述电源管理模块包括工控机电源单元、adc电源单元、系统电源单元及锂电池电源管理单元。
36.所述工控机电源单元包括电容c94、电容c97级芯片p3，所述芯p3的第1脚连接所述电容c94的一端，所述芯片p3的第2脚连接所述电容c94的另一端，所述芯片p3的第6脚连接所述电容c97的一端，所述芯片p3的第5脚连接所述电容c97的另一端。
37.所述adc电源单元包括电容c100、芯片p1、电容c106、电容c107、电容c46、电容c47、电容c55、电容c56、电容c50、电容c52、电容c48、电容c49、芯片u18、电阻r102、电阻r99、电感l200及电感l1，所述芯片p1的第1脚连接所述电容c100的一端，所述芯片p1的第2脚连接所述电容c100的另一端，所述芯片p1的第5脚分别连接所述电容c107的正极、电容c46的一端及电感l200的一端，所述芯片p1的第3脚分别连接所述电容c106的负极、电容c47的一端及电感l1的一端，所述芯片p1的第4脚分别连接所述电容c107的负极、电容c106的正极、电容c46的另一端、电容c47的另一端及电阻r99的一端，所述电感l200的另一端分别连接搜书电容c55的一端、电容c48的正极及电阻r102的一端，所述电感l1的另一端分别连接搜书电容c56的另一端及电容c49的负极，所述电阻r102的另一端分别连接所述电容c50的一端及芯片u18的第3脚，所述芯片u18的第1脚连接所述电容c52的一端。
38.所述系统电源单元包括电容c53、芯片p2、发光二极管led2、电阻r2、芯片u13及电
容c51，所述芯片p2的第1脚连接所述电容c53的一端，所述芯片p2的第2脚连接所述电容c53的另一端，所述芯片p2的第5脚连接所述发光二极管led2的阳极，所述发光二极管led2的负极连接所述电阻r2的一端，所述电阻r2的另一端连接所述芯片p2的第4脚，所述芯片u13的第2脚连接所述电容c51的一端，所述芯片u13的第1脚连接所述电容c51的另一端。
39.所述锂电池电源管理单元包括电阻r101、电阻r104、电阻r116、电阻r100、电阻r105、电容c57、二极管d4、二极管d5、可控硅z1、电阻r43及放大器u14，所述放大器u14的第3脚分别连接所述电阻r101的一端及电阻r104的一端，所述放大器u14的第2脚分别连接所述可控硅z1的第3脚及电阻r116的一端，所述放大器u14的第1脚通过所述电阻r100连接所述放大器u14的第8脚，所述放大器u14的第6脚连接所述电阻r105的一端，所述电阻r105的另一端分别连接所述电容c57的一端、二极管d5的阴极、二极管d4的阳极及电阻r43的一端。
40.所述继电器控制信号输出模块，用于继电器动作控制，可实现2路ac 0～250v可调交流电压输出，或2路dc 0～250v可调直流电压输出，最大输出电流2a。所述继电器控制信号输出模块包括。
41.所述控制信号高速采样模块，用于继电器控制信号输出模块1的信号采样，电压信号测量分辨率0.01v，测量准确度0.5%。所述控制信号高速采样模块包括。
42.所述触点信号高速采样模块，用于触点信号电源模块4的电压采样，电压信号测量分辨率：0.01v，测量准确度：0.5%。所述触点信号高速采样模块包括。
43.所述触点信号电源模块，输出至继电器的常开和常闭触点，可实现不少于4路的dc 6v直流电压输出，并拥有短路保护功能。所述触点信号电源模块包括。
44.所述电源管理模块，用于装置的电源管理，自动切换内置电池供电和ac220v50hz市电输入，并可进行内置电池的充电管理。所述电源管理模块包括。
45.所述处理器模块采用的是工业计算机。所述工业计算机，用于继电器控制信号输出模块、触点信号电源模块的输出控制，控制信号高速采样模块、触点信号高速采样模块的信号采集处理，和测试数据分析、存储、管理、显示、外设输出等功能。
46.所述通讯模块采用的是蓝牙通信芯片。所述蓝牙通讯模块，用于外设联机通讯功能，可将工业计算机处理的数据进行手持终端通讯传输、服务器数据上传、打印机连接打印等功能。
47.所述显示模块采用的是显示器或液晶显示屏。所述显示模块，用于装置的数据结果显示。
48.结合图2所示，描述本实用新型进行继电器动作电压和继电器返回电压的测量流程。
49.电源管理模块进行装置电源输入供电模式自动选择，并为各模块分配合适的供电电源；
50.继电器控制信号输出模块和控制信号高速采样模块连接继电器线圈，触点信号高速采样模块连接继电器常开和常闭触点。继电器控制信号输出模块输出规定不动作值的激励信号至继电器线圈两端，触点信号高速采样模块检测触点状态，所有触点均保持原状态不变；
51.从规定不动作值开始，工业计算机控制继电器控制信号输出模块按照额定电压的5%us升压，控制信号高速采样模块测量继电器线圈电压和电流波形，如图2中t1段，触点信
号高速采样模块检测触点状态，直至继电器所有触点动作，工业计算机记录动作电压值，该值即为继电器动作电压；
52.工业计算机控制继电器控制信号输出模块1保持动作电压值输出持续时间t，然后升压至额定电压值，保持输出持续时间t；降压到规定保持值，保持输出持续时间t，触点信号高速采样模块3检测触点状态，继电器所有触点应保持动作状态；
53.从规定保持值开始，工业计算机5控制继电器控制信号输出模块按照额定电压的5%us降压，控制信号高速采样模块测量继电器线圈电压和电流波形，如图2中t2段，触点信号高速采样模块检测触点状态，直至继电器所有触点释放，工业计算机记录释放电压值，该值即为继电器返回电压；
54.工业计算机控制继电器控制信号输出模块输出的继电器线圈激励信号降为零值，工业计算机将记录的继电器动作电压和继电器返回电压进行计算处理，输出至显示模块进行结果数据显示；工业计算机将记录的继电器动作电压和继电器返回电压，通过蓝牙通讯模块，实现与外设的无线数据传输。
55.结合图3所示，描述本实用新型进行继电器动作时间和继电器释放时间的测量流程。
56.电源管理模块8进行装置电源输入供电模式自动选择，并为各模块分配合适的供电电源；
57.继电器控制信号输出模块和控制信号高速采样模块连接继电器线圈，触点信号高速采样模块和触点信号电源模块连接继电器常开和常闭触点。初始时，继电器处于释放状态如图3中s1段，继电器常开触点电压为零，继电器常闭节点电压为触点电压满量程值。
58.工业计算机控制触点信号电源模块输出dc6v直流电压至继电器常开和常闭触点，工业计算机控制继电器控制信号输出模块输出额定值的激励信号至继电器线圈两端，此时继电器动作，工业计算机记录该时刻，作为动作时间测量时刻零点（s2）。控制信号高速采样模块测量继电器线圈电压、继电器线圈电流，触点信号高速采样模块测量各个触点电压信号波形，并将测量数据交工业计算机进行处理。工业计算机记录继电器常开触点电压第一次达到90%触点电压满量程值的时刻，即为该继电器常开触点动作时间；工业计算机记录继电器常闭触点电压第一次达到10%触点电压满量程值的时刻，即为该继电器常闭触点动作时间。
59.继电器控制信号输出模块1输出保持s3时间，继电器处于动作保持状态，工业计算机根据控制信号高速采样模块测量到的继电器线圈电压和继电器线圈电流，计算动作功率和直流电阻。此动作保持状态下，继电器常开触点电压为触点电压满量程值，继电器常闭节点电压为零。
60.工业计算机控制继电器控制信号输出模块去除继电器线圈两端的激励信号，工业计算机记录该时刻，作为释放时间测量时刻零点（s4），此时继电器释放，控制信号高速采样模块测量继电器线圈电压、继电器线圈电流，触点信号高速采样模块测量各个触点电压信号波形。工业计算机记录继电器常开触点电压第一次达到10%触点电压满量程值的时刻，即为该常开触点释放时间；工业计算机记录继电器常闭触点电压第一次达到90%触点电压满量程值的时刻，即为该继电器常闭触点释放时间。
61.工业计算机将记录的继电器常闭触点动作时间、继电器常闭触点释放时间、动作
功率和直流电阻进行计算处理，输出至显示模块进行结果数据显示；工业计算机将记录的继电器常闭触点动作时间、继电器常闭触点释放时间、动作功率和直流电阻，通过蓝牙通讯模块，实现与外设的无线数据传输。继电器释放后，处于释放状态（s5）,继电器常开触点电压为零，继电器常闭节点电压为触点电压满量程值。
62.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。