用于开关设备的双侧接地式在线测试系统的制作方法

本实用新型涉及电力设备测试技术领域，具体涉及一种对输、变、配电线路开关设备进行综合试验的双侧接地式在线测试设备及测试方法。

背景技术：

开关设备包括断路器、刀闸、开关柜、空气断路器、低压开关等线路分合闸设备，是输、变、配电系统中的重要设备，并且使用量非常大。以断路器为例，一般一座220kV变电站内的断路器大约在20-30台。根据要求，供电公司应定期对开关设备进行试验，以判断开关设备状况，排除系统隐患。开关设备的试验主要包括机械特性试验和回路电路试验等。现有对在线的开关设备进行停电试验时，主要存在以下问题：a）开关设备停电时需要在其双侧悬挂接地线，即双侧接地，但进行停电试验时又往往需要拆除单侧接地线，工序多；b）拆除接电线需要频繁举绝缘杆，容易发生倒杆至相邻带电间隔，导致触电事故，风险高；c）拆除接电线需要经过调控、运维和检修三部门同意，管理效率不易提高，准备周期长；d）对在线设备的停电试验，因为其安装位置高，试验时往往需要多名工作人员在地面或操作平台上举3至5米长的绝缘杆进行拆挂工作，拆挂工作必须符合规定，一次操作时间较长，试验效率低；e）不同试验的试验仪器和电缆不同，接线方式一般也不同，所以在停电试验时，现场容易布线乱，标准化管理难。

现有技术中对双端接地的开关设备的回路电阻试验设备，都认为地网电阻远大于开关设备的回路电阻，因此是可忽略的，但实际操作中，这种测量形式存在漏检缺陷。在很多盐碱地区及铜地网区域（尤其是变电站低压开关处），地网电阻很小，仅仅是开关设备回路电阻的几倍、几十倍，当通过电流时，地网部分通流很大，这部分电流是不可忽略的，如果还采用之前的算法或接线，就存在很大误差，导致对设备的误判。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种提高开关设备停电试验效率、优化试验流程、降低操作风险的在线测试系统。

本实用新型所采用的具体技术方案是：

一种用于开关设备的双侧接地式在线测试系统，包括被测开关设备和控制被测开关设备分合闸的动作驱动器，还包括：

主机，所述主机内部设置有中央处理器以及分别与中央处理器连接的恒流源、通讯模块、显示模块、操作面板以及插接面板，所述主机与动作驱动器连接并控制动作驱动器驱动被测开关设备分合闸；

连接电缆，所述连接电缆一端通过插接面板与主机可拆卸连接，另一端固定有与接地焊桩卡接固定的卡接头；

接地线，所述接地线一端与被测开关设备的接线柱电连接，另一端与接地焊桩电连接；

电流传感器，所述电流传感器通过插接面板与主机连接，设置于被测开关设备回路，用于检测流过被测开关设备的电流；所述被测开关设备回路是指其各相触点所在回路，或者各相触点通过接地点并联后的回路；

其中，连接被测开关设备同一侧接线柱的接地线与同一接地焊桩电连接，所述接地焊桩分别通过所述连接电缆与主机内的恒流源输出端电连接。

该技术方案的进一步改进在于：恒流源为交流/直流恒流源。

该技术方案的进一步改进在于：机内还设置有电压传感器，所述电压传感器输入端分别通过所述连接电缆与所述接地焊桩连接。

该技术方案的进一步改进在于：中央处理器中设有存储测量记录的存储单元。

在本实用新型技术方案中的一个实施例中，所述被测开关设备为三相开关设备，接地时，每测三相接线柱连接于同一个接地点。

在本实用新型技术方案中的一个实施例中，所述恒流源为工频交流恒流源。

以本实用新型实施例中具体说明，本实用新型可带来的有益效果是：

1）在被测开关设备完成停电动作后，可保留接地线进行随后的机械特性试验、回路电阻试验、回路电压试验同时检测现场接地点的接地导通；2）本实用新型技术方案可以在同一试验过程中完成上述四个测试任务；3）减少了开关设备周期性试验的分合闸次数，延长了开关设备的使用寿命；4）减少了拉杆操作，减小了倒杆风险，缩短了试验时间。

本实用新型技术方案具有创新的工作方式，摒弃了传统拆线方可测试的工作方法；改良了测试原理，由拆线监测电压变化改为免拆线监测电流变；保证了工作安全，不再拆挂接地线，规避感应电伤人，倒杆触电的工作风险；提升工作效率，节约3/4的拆挂工作，工作时间由缩短70%，试验人员减少一半，试验仪器减少一半。

附图说明

以下结合实施例及附图对本实用新型作出具体描述：

图1为本实用新型系统实施例的工作原理图；

图2为图1系统的接线示意图；

图3为图2中主机中接口部分的局部电路示意图；

图4为使用图1中系统实现本实用新型方法的流程示意图；

其中，101、被测开关设备，102、动作驱动器，103、接地焊桩，104、主机，105、接地线，201、恒流源，202、连接电缆，203、中央处理器，204、电流传感器，205、电压传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型的技术方案做出进一步的描述。

如图1、图2所示，本实施例是一种用于开关设备的双侧接地式在线测试系统，包括：被测开关设备、控制被测开关设备分合闸的动作驱动器、测试主机、连接线缆、接地线以及电流传感器。

本实施例中，主机内部设置有中央处理器以及分别与中央处理器连接的恒流源、通讯模块、显示模块、电压传感器以及操作面板。具体实现时，中央处理器选用具有高精度AD采集端口和DA输出端口的32位单片处理器，恒流源采用基于IGBT的交直流两用可调电流源，当恒流源工作于交流状态时，输出频率为50Hz工频，中央处理器通过调制脉冲控制恒流源输出电流大小和波形；显示模块为由中央处理器控制的液晶显示屏幕，操作模块为A/D编码键盘；通讯模块为WIFI芯片或者zigbee通讯芯片，插接面板上有与驱动控制器连接的接口，用于向驱动控制器发送分合闸信号，使驱动控制器控制开关设备分合闸。

本实用新型的另一实施例中，中央处理器内置有无线通讯模块，通过与无线通讯模块连接的射频天线进行无线通讯。

本实施例中，被测开关设备为三相开关设备，接地线的一端与被测开关设备的接线柱电连接，另一端与接地焊桩103电连接。具体实施时，接地线为六根，分为两组，每组三根，其中，第一组的三根接电线一端分别连接在与被测开关设备第一侧三相接线柱连接的一次线缆上，即，不拆除原有被测开关设备第一侧的接线，第一组的三根接电线的另一端共同连接于第一接地焊桩；第二组的三根接电线一端分别连接在与被测开关设备第二侧三相接线柱连接的一次线缆上，即，不拆除原有被测开关设备第二侧的接线，第二组的三根接电线的另一端共同连接于第二接地焊桩。

本实施例中，电流传感器通过插接面板与主机连接，设置于被测开关设备回路，用于检测流过被测开关设备的电流；具体实施中，电流传感器为开口式非接触电流传感器，因采用上述第一电缆的固定形式，所以在使用第一夹钳卡接接地焊桩时，带有电流传感器线圈一侧套在靠近被测开关设备的回路一侧即可。

本实施例中，连接电缆一端通过插接面板与主机可拆卸连接，另一端固定有可与接地焊桩卡接固定的卡接头。具体实施时，被测开关设备为三相开关设备；所述卡街头可为电力常用三相夹钳，该卡接头既能通过电流用于电流测量，也具有电压测量触点对三相电压进行测量；连接电缆包括：第一电缆，所述第一电缆一端固定有与第一接地焊桩紧密连接的第一夹钳，另一端固定有与插接面板上配套插孔插接的接头，所述第一夹钳上固定有本实施例所述的电流传感器，电流传感器为三个并在第一夹钳固定在接地焊桩同时分别套住三相开关触点所在的回路，所述非接触式电流传感器与中央处理器连接；第二电缆，所述第二电缆一端固定有与第二接地焊桩紧密连接第二夹钳，另一端固定有与插接面板上配套插孔插接的接头。第一电缆和第二电缆的接头分别与恒流源的输出端连接。

本实用新型的另一实施例中，设置于三相开关设备同一侧的三根接地线与接地焊桩连接点前的分支处，三个电流传感器单独设置，分别通过导线连接到插接面板，并与中央处理器连接。

本实用新型的另一实施例中，被测开关设备为单相开关设备，第一电缆上设置的电流传感器为一个。

本实施例中，主机内还设置有电压传感器，第一电缆和第二电缆的夹钳分别与所述电压传感器的测量端连接，电压传感器用于测量恒流源两端电压；电压传感器采集间隔小于0.1ms，通过中央处理器可计算出与恒流源输出电流的工频相位差。

本实施例中，中央处理器中具有掉电非易失存储器，其中，部分存储空间用于存储应用程序，部分控件用于存储测量记录的存储单元，存储的测量记录可由应用程序运行时通过通讯模块发送到与主机通讯连接的PC或平板设备，由PC或平板设备上运行的应用程序处理并显示。

如图3所示，本实用新型实施例中所述主机设有A/D键盘作为操作模块，设有液晶作为显示模块，操作模块和显示模块分别与中央处理器（CPU）连接；CTC为主机插接面板上的电流传感器接口，KC、KN为主机插接面板上的驱动控制器接口，用于与驱动控制器的输入端连接，其中KC接驱动控制器输入信号端，KN接驱动控制器公共端。

本实施例还包括一种用于开关设备的双侧接地式在线测试方法，该测试方法使用上述系统完成，可完成被测开关设备的机械特性试验和回路电阻试验以及连接被测开关设备的接地焊桩处的接地导通，同时评估地网指标。该测试方法主要包括：将连接有动作驱动器的被测开关设备两侧接线柱分别与两个以上的接地焊桩链接，使被测开关设备两侧分别接地；在被测开关设备两侧分别连接恒流源输出端，使被测开关设备与恒流源并联，中央处理器控制恒流源输出指定大小、方向、波形和频率的电流，并使用上述电流传感器测量开关设备回路的第一电流；通过恒流源的电流和第一电流计算开关设备两侧接地导通的第二电流；通过第一电流的出现判断被测开关设备机械特性试验中合闸过程的的结束时间，通过第一电流的消失判断被测开关设备机械特性试验中分闸过程的结束时间；通过第一电流计算被测设备的回路电阻；通过第二电流计算与被测开关设备连接的接地点的接地导通。

具体以使用本实施例上述系统对以三相断路器为被测开关设备进行试验测试为例，如图4所示，步骤如下：

S01：在试验测试前，依常规步骤完成三相断路器的停电措施，将其两侧的接线柱分别通过接地线与两个接地焊桩连接。具体的，保留三相断路器原有一次接线，将第一组三根接地线的一端分别与连接三相断路器的第一侧接线柱的三根一次接线连接，第一组三根接地线的另一端共同连接到第一接地焊桩；将第二组三根接地线的一端分别与连接三相断路器的第二侧接线柱的三根一次接线连接，第二组三根接地线的另一端共同连接到第二接地焊桩。三相断路器的第一侧与第二侧之间的三组触点在其合闸时形成并联关系，第一侧与第二侧之间的等效电阻即图1中的Z1。

S02：分别将第一电缆和第二电缆的夹钳与所述接地焊桩连接。具体的，第一电缆固定有第一夹钳的一端与第一接地焊桩可靠卡接，另一端插入主机插接面板与中央处理器连接；第二电缆固定有第二夹钳的一端与第二接地焊桩可靠卡接，另一端插入主机插接面板与中央处理器连接；连接完成后形成图1中恒流源201、三相断路器中任一路触点的等效电阻Z1、电压传感器和地网等效电阻Z2并联电路，第一夹钳上的电流传感器套在Z1所在的回路中，另外通过绝缘杆的拉杆操作，在三相断路器上固定驱动控制器，驱动控制器可通过机械结构驱动三相断路器分合闸。

S03：令被测开关设备分闸，令主机控制恒流源稳定输出第一电流，并获取被测开关设备两侧第一电压，使用第一电流和第一电压获得被测开关设备两侧的接地导通。具体的，中央处理器向驱动控制器发出分闸指令，驱动控制器通过机械结构控制三相断路器完成分闸后，中央处理器控制恒流源输出工频50Hz正弦电流，电流有效值为300A，通过电压传感器测得当前第一电压，通过第一电流和第一电压测出地网阻抗，即地网等效电阻的交流阻抗Z2，Z2是第一接地焊桩与地网间接地导通、第二接地焊桩与地网间接地导通以及地网阻抗的和，Z2体现了第一接地焊桩和第二接地焊桩的接地导通，以及地网杂散电容的大小，如果Z2合格，则相关接地导通和地网评价指标均达标。

S04：令驱动控制器控制被测开关合闸，根据被测开关设备电流出现的时间判断其机械特性合闸时间指标，同时在合闸完成后记录通过被测开关设备回路的第二电流和第二电压，使用第二电流和第二电压获得被测开关的回路电阻。具体的，中央处理器先控制恒流源输出300A直流输出，然后向驱动控制器发出合闸命令，同时开始计时，当通过电流传感器检测到通过三相接触器的第二电流时，停止计时，该计时时间差为三相断路器三组触点合闸时间，在第二电流稳定不变时，通过恒流源输出电流大小和第二电流的稳定值得到地网电流，通过地网电流、地网阻抗和第二电流，算出断路器回路阻抗，算法为：回路阻抗=地网阻抗(第二电流/地网电流)。在另一实施例中，主机通过电流传感器获取了第二电流稳定不变的时的值，同时通过电压传感器得到了三相断路器两端此时的第二电压，通过第二电流和第二电压获得回路阻抗，算法为：回路阻抗=第二电压/第二电流；本实施例中被测开关设备为三相设备，所述电流传感器分别设置于被测开关设备三相触点回路中，因此，在本步骤中实际可以得到三相的第二电流，从而得到三相触点的回路电阻，同时也得到三相第二电流的各自的稳定时间。

S05：令驱动控制器控制被测开关分闸，根据被测开关设备电流消失的时间判断其机械特性分闸时间指标。具体的，中央处理器先控制恒流源输出300A直流输出，然后向驱动控制器发出分闸命令，同时开始计时，当通过电流传感器检测到通过三相接触器的第二电流为零时，停止计时，该计时时间差为三相断路器三组触点分闸时间。

工作原理

上述实施例中，在断路器两侧均有接地线情况下，在两端加入三相独立的恒流源，形成电流闭合回路。断路器的分合动作，会引起回路中电流的变化。引入电流传感器，也可以是钳形电流表，直接卡于单侧接地线上，通过监测钳形电流表中电流信号的变化判断断路器设备分合状态、动作时间，完成断路器动作特性试验工作。

上述实施例中，通过断路器两侧的接地线，试验仪器输出的恒流源，形成的闭合电流回路，直接取电压信号，即可得到电阻值。钳形电流表又可测定断路器的分合状态、动作时间，故可同时测试断路器回路电阻与动作特性试验项目。

上述实施例中，主机对所有测试数据进行了存储并通过通讯模块与数据库连接，对接PMS系统及设备出厂信息，自动提取断路器厂家试验标准、历史试验数据以及同厂同型号设备试验数据等相关信息，通过显著性差异等算法，将试验数据进行横向、纵向对比，可以给出断路器设备状态评价分数，实时判断设备状态。

实际应用比较

本实用新型技术方案已于2018年开始广泛推广，多地电力公司已将该创新成果应用于实际工作中（包括组合电器），在安全、经济、管理、社会效益方面均有成效。

安全效益：节约了15次上下举杆拆、挂线操作，规避了感应电触电风险和倒杆触电问题，保证了人身和设备安全。

经济效益：将试验时间由3小时缩短至1小时，试验人员由4人缩短至2人，劳动生产率由（3小时*4人）/1=12小时/件，提升至（1小时*2人）/1=2小时/件。

节约用工成本=（3 -1）小时*（4 -2）人*60元/人小时* 200次=4.8万元，增加售电量收益约为19.5万元。累计2018年上半年为企业增加收益24.3万元。

管理及社会效益：避免了调控、运维、检修的三方联系，节约了断路器试验工作的停电时间，提升企业内部的管理效能，保证社会用电的可靠供应，树立公司良好形象。

该创新成果无需拆除接地线即可进行断路器试验工作，同样也可以应用在组合电器领域。该成果在安全、管理、社会成效方面值得大力推广。在经济方面，在河北南网6家地市公司应用后，将节约用工成本约：4.8万元*6家*2=57.6万元，增加售电量收益约：19.5万元*6家*2=234万元。

本实用新型提供的技术方案操作简单，可复制性强，可批量生产，利于广泛推广应用。

参照国网公司电气试验装备配置原则，地市供电公司需至少配备该装置2台，电力系统内部市场至少需配备仪器台数约为600台。根据调查，全国电力系统检修模式类似，该装置也适用于铁路、发电、钢厂等拥有断路器的所有单位推广应用，需求量约为电网系统的30%，约为180台，经价格核算，以每台利润2万元计算（定价成本由核心技术研发、硬件设备、技术支持、售后服务、产品推广等组成，约4万元，销售价格6-8万元），利润空间约为780台*2万元=1560万，推广前景广阔。