专利名称：特种断路器机械特性测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对电力系统中使用的特种断路器的机械特性进行校验的设备；尤其涉及一种适用于带合闸电阻的断路器和西门子公司的石墨触头断路器机械特性测试系统。
背景技术：
断路器是电力系统中重要的控制与保护设备，对电网的安全运行起着至关重要的作用，断路器的可靠性在很大程度上取决于其机械操作系统的可靠性。按照GB50150-2006 《电气设备交接试验标准》要求，交接试验必须进行机械特性参数试验。断路器种类繁多，其中带合闸电阻的断路器和西门子公司的石墨触头断路器测试方法特殊，数据分析复杂，对相关的测试仪器性能要求高，目前尚无有效方便的测试系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种满足现场对带合闸电阻的断路器和西门子公司的石墨触头断路器的试验要求、测试精确度高的特种断路器机械特性测试装置。为实现此目的，本发明所设计的特种断路器机械特性测试装置，包括测试电流源、 电流传感器、恒流源、断口电压传感器、多通道数据调理电路、多通道AD转换器速度传感器、速度测量电路、分合闸控制电路、断口录波电路、现场可编程门阵列(FPGA)、PC104总线接口、工控机、触摸显示器；所述测试电流源输出端连接电流传感器，所述IOA恒流源输出端连接断口电压传感器，电流传感器和断口电压传感器的输出端连接到多通道数据调理电路，多通道数据调理电路输出端连接多通道AD转换器，多通道AD转换器输出端连接所述现场可编程门阵列 FPGA ；所述速度传感器的输出端连接速度测量电路，速度测量电路输出端连接现场可编程门阵列FPGA ；所述断口录波电路输出端连接到现场可编程门阵列FPGA，可编程门阵列FPGA的输出端连接分合闸控制电路的输入端；所述现场可编程门阵列FPGA、PC104总线接口、工控机和触摸显示器依次相连接。在上述技术方案中，所述测试电流源通过内部限流电阻R与内部直流恒压源电路相串联，再与被测断路器的合闸电阻串联，产生O-IOOmA的直流测试电流，在测试电流源的输出测试回路中设有用于连接带合闸电阻断路器断口的接线端子。进一步地，所述恒流源为输出IOA电流的直流源，在恒流源的输出测试回路中设有用于连接断路器石墨触头端口的接线端子。进一步地，设有六路测试电流源，每路测试电流源通过内部限流电阻R与内部直流恒压源电路相串联，再与被测断路器的合间电阻串联，产生O-IOOmA的直流测试电流，在每个测试电流源的输出测试回路中设有用于连接带合闸电阻断路器断口的接线端子。
进一步地，设有六路恒流源电路，每路恒流源电路为输出IOA电流的直流源，在每路恒流源的输出测试回路设有用于连接断路器石墨触头端口的接线端子。在上述技术方案中，多通道数据调理电路分别对六路电流传感器输出的电流信号进行电流到电压的变换，并对转换后的电压信号进行信号调理。多通道数据调理电路分别对六路电流传感器输出的电流信号进行电流到电压的变换，并对转换后的电压信号进行信号调理。同时，多通道数据调理电路还分别对六路断口电压传感器输出的电压信号进行调理。经过信号调理后的12通道电压信号由6通道的信号继电器的动作进行切换。完成石墨触头断口断路器或者带合闸电阻断口断路器的测试。所述多通道AD转换器同时对六路电压信号进行同步模数转换，并将转换的多通道数据高速输出到现场可编程门阵列(FPGA)所述分合闸控制电路由恒压源，动作电流传感器和功率开关组成，动作电流传感器穿心连接在恒压源与功率开关相串联的测试回路中，测试回路连接到控制输出端，当功率开关导通时将恒定的电压施加到被测的分闸线圈或合闸线圈。同时，动作电流传感器完成对分合闸线圈电流的隔离转换和处理。所述断口录波电路由光电隔离器完成断口电压的隔离转换，并对转换后的信号进行离散采样。得到断口的动作波形。由上述技术方案可知，特种断路器机械特性测试装置通过分合间控制电路完成断路器的分间和合间。速度测量电路完成断路器动作过程中机械运动部分运行速度的测量。 断口录波电路完成记录断路器动作时断口的实时波形。多通道数据调理电路完成测试项目所需通道的切换，后由多通道AD转换器进行实时的大动态范围的采样。再由现场可编程门阵列(FPGA)将各数据进行高速暂存到数据存储器中，数据存储器中的数据根据触摸显示器的人机交互的指令，通过PC104总线接口将暂存的数据高速传入工控机，由工控机分析、 计算及结果显示等。因此，本发明采用上述技术方案，具有以下的有益效果和优点1、本发明测试装置满足国标GB50150-2006《电气设备交接试验标准》中断路器机械特性参数试验的要求；2、通过多通道大容量数据的高速采集，后台数据的自动处理与计算，取代特种断路器复杂的人工分析工作，减少试验数据的随意性；3、集成特种断路器与传统断路器试验项目于一体，满足现场断路器各种试验要求；4、测试系统能自动记忆和管理不同型号的断路器配置参数，从而加强现场试验的规范性，提高现场试验的工作效率。
图1是本发明的结构方框图；图2是单路带合闸电阻的断路器机械特性测量原理图；图3是单路石墨触头断路器机械特性测量原理图。其中I-测试电流源；
2-电流传感器；3-IOA 恒流源；4-断口电压传感器；5-多通道数据调理电路；6-多通道AD转换器；7-速度传感器；8-速度测量电路；9-分合闸控制电路，10-断口录波电路；11-现场可编程门阵列(FPGA)；12-PC104 总线接口；13-工控机；14-触摸显示器。
具体实施例方式以下结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明一、总体结构如图1所示的特种断路器机械特性测试装置，包括测试电流源1、电流传感器2、 IOA恒流源3、断口电压传感器4、多通道数据调理电路5、多通道AD转换器6、速度传感器 7、速度测量电路8、分合闸控制电路9、断口录波电路10、现场可编程门阵列FPGAl 1、PC104 总线接口 12、工控机13和触摸显示器14 ；测试电流源1输出端连接电流传感器2，IOA恒流源3输出端连接断口电压传感器4，电流传感器2和断口电压传感器4的输出端连接到多通道数据调理电路5，多通道数据调理电路5输出端连接多通道AD转换器6，多通道AD转换器6输出端连接现场可编程门阵列FPGA11。现场可编程门阵列FPGA11、PC104总线接口 12、工控机13和触摸显示器14依次相连。设有六路测试电流源1，如图2所示，每路测试电流源通过内部限流电阻R与内部直流恒压源电路相串联，再与被测断路器的合闸电阻串联，产生六路O-IOOmA的直流测试电流，六个电流传感器通过穿心的方式连接到六路输出测试回路中。在每个测试电流源的输出测试回路中设有用于连接带合闸电阻断路器断口的接线端子。可同时完成带六路合闸电阻的断路器的机械特性的测试。设有六路IOA恒流源3，如图3所示，每路IOA恒流源分别输出一个不随负载变化的电流恒定为IOA的直流电流。六路IOA恒流源输出测试回路分别通过用于连接石墨触头断口断路器的接线端子引出。测试时，分别连接到被测的石墨断口。六个断口电压传感器分别并联在连接断路器石墨触头断口的接线端子的两端。可同时完成六路石墨触头断口断路器的机械特性的测试。现场可编程门阵列FPGA11，由一块FPGA芯片及与其相连的片外SDRAM组成，通过现场可编程门阵列FPGAll对多通道AD转换器进行时序精确的控制采集，同时，现场可编程门阵列FPGAll对多通道AD转换器输出的高速数字流的数据进行处理、传输和保存。工控机13由工业控制计算机组成，由现场可编程门阵列FPGAll控制的高速采集的数据通过PC104接口 12传输到工控机13进行信号录波，可对应时间坐标显示断口状态波形、分合闸线圈的电流波形、行程-时间S-t曲线、带过渡电阻断路器的合闸电阻值、预插入时间和石墨触头断路器的分合闸时间、弹跳次数、相间同期等，有利于对断路器机构故障的准确判断。触摸显示器14与工控机相13连接，显示各种测试数据和波形。本发明的工作原理及功能实现特种断路器测试是指针对两种断路器的测试，一种是带合闸电阻的断路器，一种是西门子公司的石墨触头断路器。它们的测试方法不同于常规的断路器测试方法。带合间电阻的断路器有两个动触头，一个是主触头，另一个是辅触头，辅触头上带有一个合间电阻。合间时，辅触头先合上，随即主触头再合上，主触头合上后，经很短时间延时，辅触头会自动缩回来，即只靠主触头通流；分闸时，由主触头分断。这种断路器主要用在输电线路超过100公里以上的高压线路，目的是限制合闸过程的操作过电压。单路过渡电阻测试原理如图2。测试装置内部有一路恒压源电路Vcc，通过一个限流电阻R、电流传感器和外部断口连接。合闸测试时，当辅触头和主触头都未合上时，测试回路无电流，电流传感器无输出。当辅触头合上时，断路器过渡电阻接入测试回路，测试回路有电流I，电流传感器有输出。当主触头合上时，断路器过渡电阻被主触头短接，电流I会增大，并保持为一定值。测试回路电流范围Ο-lOOmA，最大测试过渡电阻为^Ω。设内部恒压源的电压为Vcc，内部限流电阻的阻值为R，流过测试回路的电流为I。测试的过渡电阻阻值 Rx为Rx = Vcc/1-R根据上式可知，当内部恒压源电压和限流电阻确定后，通过现场可编程门阵列 FPGA对多通道AD转换器进行时序精确的高速模数转换，得到测试回路电流和采样时刻。由工控机对测试数据进行分析、计算出过渡电阻阻值、过渡电阻接入时间、主触头合上时间等参数。分闸同理。测试装置内部有6路相同的测量回路，可同时测量6路带合闸电阻断路器的断口。而石墨触头断路器的结构特殊，它的动触头前端大致有22mm的石墨段，主要用来承受分合闸过程的电弧作用，减少触头金属部分的烧损程度，延长触头寿命。石墨触头段的特点是大电流时呈现良导体特性，而小电流时呈现的非金属特性。单路石墨触头测试原理见图3，在每路测试回路中，IOA恒流源输出开口电压5V， 短路电流恒定IOA的测试电流，通过连接端子连接到被测石墨触头的断口，在被测石墨触头的断口的两端并联量程为250mV的断口电压传感器，通过测量电压传感器二次电压，可得到断口电压。石墨触头断路器合闸时，石墨弧触头和静触头金属导流桥接触，IOA恒定的测试电流I击穿石墨弧触头，导通测试回路。因石墨弧触头的半导体特性，石墨弧触头接触面积小，接触电阻值R较大，断口电压U也大。随着石墨弧触头的滑动，断口电压U减小到等于IOmV时，根据欧姆定律有R = U/I = IOmV/IOA = Ιι Ω当石墨弧触头接触电阻减小到等于ΙπιΩ，可判定动触头石墨段已完全与静触头接触，呈现动触头后段金属短接特性，通过对金属短接时刻的测量，可获得石墨触头断路器的合闸动作时间。分闸过程同样的原理，随着石墨触头的滑动，石墨触头接触电阻增大到大于ΙπιΩ，断口电压大于IOmV时，可判定动触头金属部分已完全与静触头分离，呈现为石墨触头接触的特性。通过对金属分离时刻的测量，可获得石墨触头断路器的分闸动作时间。测试装置内部有六路IOA恒流源，可同时给石墨触头断路器六个断口提供测试电流，进行西门子六断口石墨触头断路器机械特性的测试。现场可编程门阵列FPGA由一块FPGA芯片及与其相连的片外SDRAM组成。现场可编程门阵列FPGA控制多通道AD转换器进行时序精确的信号同步转换。同时，现场可编程门阵列FPGAll对多通道AD转换器输出的高速数字流的数据进行处理、传输和保存。工控机由工业控制计算机组成。与触摸显示器相连。触摸显示器完成测试过程中的人机交互工作，显示各种测试数据、波形和指令输入。由现场可编程门阵列FPGA控制多通道AD转换器高速采集的数据通过PC104接口传输到工控机进行信号数据的计算、分析、 保存和输出。装置可对应时间坐标显示断口状态波形、分合闸线圈的电流波形、行程-时间 S_t曲线，有利于对断路器机构故障的准确判断。通过对波形的计算分析可获得辅触头合上时间、主触头合上时间、合闸电阻接入时间、合闸电阻值、合闸弹跳次数、相间同期等，从而完成对带合闸电阻断路器的测试工作；以及获得石墨触头断路器金属短接时刻，断路器分合闸时间、弹跳次数、相间同期等，从而完成对石墨触头断路器的测试工作。
权利要求
1.一种特种断路器机械特性测试装置，其特征在于包括测试电流源(1)、电流传感器 O)、恒流源(3)、断口电压传感器G)、多通道数据调理电路(5)、多通道AD转换器(6)速度传感器(7)、速度测量电路(8)、分合闸控制电路(9)、断口录波电路(10)、现场可编程门阵列(FPGA) (11)、PC104总线接口 (12)、工控机(13)、触摸显示器(14)；所述测试电流源(1)输出端连接电流传感器O)，所述IOA恒流源C3)输出端连接断口电压传感器G)，电流传感器(2)和断口电压传感器⑷的输出端连接到多通道数据调理电路(5)，多通道数据调理电路(5)输出端连接多通道AD转换器(6)，多通道AD转换器 (6)输出端连接所述现场可编程门阵列FPGA(Il)；所述速度传感器(7)的输出端连接速度测量电路(8)，速度测量电路( 输出端连接现场可编程门阵列FPGA(Il)；所述断口录波电路(10)输出端连接到现场可编程门阵列FPGA(ll)，可编程门阵列 FPGA(Il)的输出端连接分合闸控制电路(9)的输入端；所述现场可编程门阵列FPGA(Il)、PC104总线接口(12)、工控机(13)和触摸显示器 (14)依次相连接。
2.根据权利要求1所述的特种断路器机械特性测试装置，其特征在于所述测试电流源(1)通过内部限流电阻R与内部直流恒压源电路相串联，再与被测断路器的合闸电阻串联，产生O-IOOmA的直流测试电流，在测试电流源⑴的输出测试回路中设有用于连接带合闸电阻断路器断口的接线端子。
3.根据权利要求1所述的特种断路器机械特性测试装置，其特征在于所述恒流源(3) 为输出IOA电流的直流源，在恒流源(3)的输出测试回路中设有用于连接断路器石墨触头端口的接线端子。
4.根据权利要求2所述的特种断路器机械特性测试装置，其特征在于设有六路测试电流源(1)，每路测试电流源(1)通过内部限流电阻R与内部直流恒压源电路相串联，再与被测断路器的合闸电阻串联，产生O-IOOmA的直流测试电流，在每个测试电流源⑴的输出测试回路中设有用于连接带合闸电阻断路器断口的接线端子。
5.根据权利要求3所述的特种断路器机械特性测试装置，其特征在于设有六路恒流源电路(3)，每路恒流源电路C3)为输出IOA电流的直流源，在每路恒流源(3)的输出测试回路设有用于连接断路器石墨触头端口的接线端子。
全文摘要
本发明公开了一种特种断路器机械特性测试装置，包括所述测试电流源和电流传感器依次相连，恒流源和断口电压传感器依次相连，电流传感器和断口电压传感器分别与多通道数据调理电路相连、多通道数据调理电路和多通道AD转换器依次相连后连接到现场可编程门阵列，速度传感器和速度测量电路依次相连后连接到现场可编程门阵列，分合闸控制电路和断口录波电路分别连接到现场可编程门阵列，现场可编程门阵列、PC104总线接口、工控机和触摸显示器依次相连。本发明能够满足现场对带合闸电阻的断路器和西门子公司的石墨触头断路器两种特种断路器的试验要求，具有测试全过程自动化程度高、测试结果精确高、显示直观等优点。
文档编号G01R31/327GK102411124SQ20111021931
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者严昱, 刘艳, 肖亮嘉, 袁娟, 钟国平, 韩桂芹 申请人:广东威恒输变电工程有限公司