带剩余电流保护功能自动合闸断路器检测装置及测试方法与流程

本发明涉及一种用于检测带剩余电流保护功能的自动合闸断路器的检测装置及采用该检测装置的测试方法。

背景技术：

对于漏电保护断路器，导致其误动作的原因很多，如雷电在线路中引起浪涌电压、电子设备在线路中引起的高次谐波、长导线对地的电容电流等等，诸如此类的断路器误动作，给一些应用领域(如通信基站、隧道系统、光伏领域以及楼宇系统等)的日常故障检测评估及维护带来了很高的管理运营成本，于是自动合闸断路器产品受到了普遍的关注。与此同时，对自动合闸断路器的检测装置及检测方法也提出了需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于检测带剩余电流保护功能的自动合闸断路器的检测装置。本发明的另一个目的是提供一种采用上述检测装置的测试方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种带剩余电流保护功能的自动合闸断路器检测装置，其特征在于，包括控制及信息处理单元、人机交互单元、试验电流输出单元、试验回路选择单元、被试品状态检测单元，其中：

用户通过人机交互单元进行实验数据的设置，由人机交互单元将用户设置的数据发送给控制及信息处理单元，控制及信息处理单元将处理后的实时试验数据反馈给人机交互单元，由人机交互单元进行实时显示；

控制及信息处理单元通过模拟信号端口与试验电流输出单元连接，控制及信息处理单元根据用户的设定发送一定幅度的模拟电压信号，试验电流输出单元根据接收到的模拟电压信号产生相应大小的试验电流，试验电流输出至试验回路选择单元，通过改变模拟电压信号的幅度来调节试验电流的大小；

控制及信息处理单元通过数字信号端口与试验回路选择单元相连，控制及信息处理单元根据用户的设定通过试验回路选择单元选择被测试的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器中的a、b、c三相中的任意一相进行试验，使得试验电流输出单元输出的试验电流通过试验回路输出至自动合闸断路器中的a、b、c三相中的任意一相，从而实现对自动合闸断路器任意一极进行试验；

控制及信息处理单元通过数字信号端口与被试品状态检测单元连接，被试品状态检测单元检测到自动合闸断路器的合/分闸状态后，将状态信号反馈给控制及信息处理单元。

优选地，所述试验电流输出单元包括滤波电路、隔离电路、电压电流变换电路以及电流采样反馈电路，其中：滤波电路对控制及信息处理单元发送过来的模拟电压信号进行低通滤波，隔离电路对经过低通滤波的模拟电压信号进行隔离，由电压电流变换电路将隔离电路输出的模拟电压信号变换成负载上的电流信号，该电流信号作为试验电流输出至所述试验回路选择单元，电流采样反馈电路对负载电流进行采样，将负载电流变换成模拟电压信号，经隔离电路后形成反馈信号传送至控制及信息处理单元，控制及信息处理单元将反馈信号与用户的设定值进行比较，若误差超过预先设定的阈值，则控制及信息处理单元对输出的模拟电压信号进行调节。

优选地，所述滤波电路的截止频率为1khz；所述隔离电路的隔离电压>2.5kv、线性失真度<0.05％。

优选地，试验回路选择单元由多路选择开关构成，多路选择开关的控制端由控制及信息处理单元通过数字信号控制，带剩余电流保护功能的自动合闸断路器中的a、b、c三相端口的上端通过多路选择开关中的一组开关与所述试验电流输出单元的输出正极相连，带剩余电流保护功能的自动合闸断路器中的a、b、c三相端口的下端通过多路选择开关中的另一组开关与所述试验电流输出单元的输出负极相连，控制及信息处理单元通过一组开关中的某个开关及另一组开关中的相应开关闭合，使得带剩余电流保护功能的自动合闸断路器中的a、b、c三相中的相应一相导通，或者控制及信息处理单元通过一组开关中的某个开关及另一组开关中的相应开关断开，使得带剩余电流保护功能的自动合闸断路器中的a、b、c三相中的相应一相截止。

本发明的另一个技术方案是提供了一种带剩余电流保护功能自动合闸断路器的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、用户通过人机交互单元进行实验数据的设置，设置时同步在人机交互单元上进行显示，并将用户设置的数据发送给控制及信息处理单元；

步骤2、控制及信息处理单元根据被试品状态检测单元提供的被试品状态信号判断被测试的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器是否处于合闸状态，若被处于分闸状态，则由人机交互单元提示用户将被测试的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器合闸后进入步骤3，当处于合闸状态，进入步骤3；

步骤3、控制及信息处理单元根据用户设置的试验电流值，输出一个模拟电压信号至试验电流输出单元，在模拟电压信号的控制下试验电流输出单元产生电流并将该电流转换成电压信号后形成反馈信号反馈至控制及信息处理单元，判断输出电流值与用户设置的试验电流值误差是否超过预先设定的阈值，若超过，则控制及信息处理单元对模拟电压信号进行微调以使输出电流值与用户设置的试验电流值误差在阈值以内，进入步骤4，若未超过，直接进入步骤4；

步骤4、控制及信息处理单元根据用户设置的试验选相，通过数字信号端口向试验回路选择单元发送数字信号，使得对应相位的试验电流回路导通，试验电流输出单元产生的试验电流通过试验回路选择单元加载到被测试的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器的试验端口上，处于合闸状态的自动合闸断路器在试验电流作用下应脱扣分闸，进入步骤5；

步骤5、控制及信息处理单元根据被试品状态检测单元提供的被试品状态信号判断自动合闸断路器是否分闸，若超过预先设定的时间阈值一自动合闸断路器还未分闸，则停止试验，判定被测试的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器不合格，若自动合闸断路器在时间阈值一范围内分闸，则控制及信息处理单元停止输出模拟电压信号，试验电流输出单元停止输出电流，控制及信息处理单元开始计时，并根据被试品状态检测单元提供的被试品状态信号判断自动合闸断路器是否自动合闸，若自动合闸断路器超过预先设定的时间阈值二仍未自动合闸，则判定被测试的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器不合格，若被试品在预先设定的时间阈值三的范围内自动合闸，则判定被测试的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器不合格，时间阈值三<时间阈值二，如被试品在时间阈值三～时间阈值二的时间范围内自动合闸，则判定被测试的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器合格，试验结束。

本发明的有益效果是：本发明的带剩余电流保护功能的远程合闸断路测试装置，用于检测与记录断路器的特性，包括手动合闸模式测试、自动合闸断路器功能测试、自动合闸断路器闭锁功能测试。

附图说明

图1为根据本发明的一实施例的带剩余电流保护功能的自动合闸断路器测试装置结构示意图；

图2为根据本发明的一实施例的试验电流输出单元的电路结构示意图；

图3为根据本发明的一实施例的试验回路选择单元的电路结构示意图；

图4为根据本发明的一实施例的被试品试验端口与被试品状态检测单元的连接方式示意图；

图5为根据本发明的一实施例的被试品状态检测的电路结构示意图；

图6为测试模式流程图；

图7为手动合闸测试子流程；

图8为额定剩余动作电流情况下自动合闸子流程；

图9为10倍额定剩余动作电流情况下自动合闸子流程；

图10为10倍额定剩余动作电流情况下闭锁子流程；

图11为额定剩余动作电流情况下闭锁子流程。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本实施公开的带剩余电流保护的远程合闸断路器测试装置结构包括控制及信息处理单元101、人机界面102、试验电流输出单元103、试验回路选择单元104、被试品状态检测单元105和被试品试验端口106。

人机界面102通过半双工通信接口107与控制及信息处理单元101连接，进行用户设置数据及实时试验数据的传输显示。控制及信息处理单元101通过模拟信号端口108与试验电流输出单元103连接，通过改变模拟电压信号110幅度来调节试验电流大小。控制及信息处理单元101通过数字信号端口109与试验回路选择单元104连接，用于实现对被试品任意一极进行试验。控制及信息处理单元101通过数字信号端口109与被试品状态检测单元105连接，接收被试品状态信号113，以此来确定被试品合/分闸状态。试验电流输出单元103通过导线与试验回路选择单元104直连。试验回路选择单元104通过导线与被试品试验端口106直连。被试品试验端口106通过导线与被试品状态检测单元105直连。

以带剩余电流保护的远程合闸断路器功能测试为例，测试装置具体工作方式如下：首先，人机界面102接收使用者设置的试验数据，在人机界面102上进行显示，同时，通过半双工通信接口107将这些试验数据传输至控制及信息处理单元101，控制及信息处理单元101先将这些试验数据存储在内部存储器中。然后，当使用者按下启动按键后，控制及信息处理单元101先根据被试品状态检测单元105提供的被试品状态信号113判断被试品是否处于合闸状态，如果被试品处于分闸状态，则显示输出用户合闸文本，提示用户将被试品合闸。当被试品处于合闸状态后，控制及信息处理单元101根据设置的试验电流值，通过模拟信号端口108输出一个模拟电压信号110传输至试验电流输出单元103，在模拟电压信号110的控制下试验电流输出单元103会产生电流并将该电流值转换成电压信号后形成反馈信号111传输至控制及信息处理单元101。如果输出电流值与用户设置的试验电流值误差超过3％，则控制及信息处理单元101对模拟电压信号110进行微调以使输出电流值与用户设置的试验电流值误差在3％以内。然后，控制及信息处理单元101根据用户设置的试验选相，通过数字信号端口109向试验回路选择单元104发送数字信号112，选择试验电流回路，试验回路一旦选通，试验电流输出单元103产生的试验电流通过试验回路选择单元104加载到被试品试验端口106上，处于合闸状态的被试品在试验电流作用下应脱扣分闸。然后，控制及信息处理单元101根据被试品状态检测单元105提供的被试品状态信号113判断被试品是否分闸，如时间超过500ms被试品还未分闸，则停止试验，判定被试品不合格。如被试品分闸且分闸用时满足标准要求，则控制及信息处理单元101停止输出模拟电压信号110，试验电流输出单元103停止输出电流，控制及信息处理单元101开始计时，并根据被试品状态检测单元105提供的被试品状态信号113判断被试品是否远程合闸断路器。如被试品超过60s时间仍未远程合闸断路器，则判定被试品不合格，如被试品在20s时间内远程合闸断路器，则判定被试品不合格，如被试品在20s～60s时间范围内远程合闸断路器，则判定被试品合格，试验结束。

如图2所示，本实施例公开的试验电流输出单元103包含滤波电路301、隔离电路302、电压电流变换电路303以及电流采样反馈电路304。滤波电路301对控制及信息处理单元101发送过来的模拟电压信号进行低通滤波，消除信号传输过程中耦合的高频干扰，由运算放大器u1a、电阻r0/r1/r2、电容c0构成，电阻r0与电容c0的参数组合将截止频率设置为1khz，电阻r1与电阻r2的参数组合将通带信号放大2倍。隔离电路302对输入输出的模拟信号进行隔离，隔离电压>2.5kv，线性失真度<0.05％，由隔离运算放大器u2、电阻r3/r4/r5/r6/r7、可变电阻vr组成，考虑到隔离运算放大器u2的放大误差一般在2％左右，因此隔离运算放大器u2仅对输入输出信号进行隔离，不进行放大，隔离运算放大器u2由单电源供电(vcc、gnd)。电阻r3用于限流，防止隔离运算放大器u2正向输入端被大电流击坏；电阻r4/r5/r6/r7和可调电阻vr组成调零网络，以保证当隔离运算放大器u2输入信号为0时，输出信号也为0。电压电流变换电路303由限流电阻r8、功率mosfet管q1及负载电阻r9组成，流过负载电阻r9的试验电流i随着功率mosfet管q1基极电压大小成比例变化，达到将隔离运算放大器u2输出的模拟电压信号变换成负载上电流信号的目的。电流采样反馈电路304包含电阻r9和隔离电路，电阻r9在此处又作为采用电阻使用，电阻r9两端电压信号大小反映试验电流i大小，隔离电路采用与隔离电路302相同的电路结构。

如图3所示，本实施例公开的试验回路选择单元104的一种多路选择开关，由解码器u3及开关s0～s7构成，解码器u3的数字输入端口si、sck、g接收来自控制及信息处理单元输入的串口数字信号，将其解码为对应的8位控制信号d0～d7并行输出，控制开关s0～s7的合分。开关s0～s3的一端并接在一起，连接试验电流输出单元输出的试验电流负端，开关s0～s3的另一端分别连接至被试品试验端口下端。开关s4～s7的一端并接在一起，连接试验电流输出单元输出的试验电流正端，开关s4～s7的另一端分别连接至被试品试验端口上端，例如，当d7～d0＝10001000时，此时试验回路表示选择了a相。

如图4所示，本实施例中，被试品试验端口下端n’/a’/b’/c’连接到被试品状态检测单元。如图5所示，被试品状态检测单元105由二极管d1～d4、电阻r10～r15、电容c1～c2、光耦合器u4组成，二极管d1～d4将被试品试验端口下端n’/a’/b’/c’电信号进行整流后由电容c1滤波，滤波后电压信号经电阻r10～r14组成的限流分压电阻网络分压后控制光耦合器u4输出引脚导通和截止，相应地在电容c2、电阻r15组成的阻容网络上产生高低电平数字信号x0，x0作为被试品状态信号传输至控制及信息处理单元101。

如图6所示，本发明提供的一种本发明涉及的远程合闸断路器测试装置操作模式如下：

带有远程合闸装置的断路器可以在本发明提供的带剩余电流保护功能自动合闸断路器检测装置上进行手动重合闸、自动合闸及合闸闭锁三种模式的测试。可以手动设置进行三种测试模式的任意一种，也可以按照测试流程按顺序依次自动进行三种测试模式。

当测试的断路器接上测试装置后进行如下步骤：

步骤1、测试程序进行装置系统自检；

步骤2、检测测试线路电气连接是否良好；

步骤3、接收用户输入的测试设置要求；

步骤4、判断是否检测到手动合闸测试模式，若是，则执行手动合闸测试子程序，测试通过则执行步骤5，测试不通过则执行步骤7；若未检测到手动合闸测试模式，直接执行步骤5；

步骤5、判断是否检测到自动合闸测试模式，若是，则执行自动合闸测试子程序，在自动合闸测试子程序中，如果是自动测试模式，那么程序将自动先进行1倍试验，合格后再进行10倍试验，测试通过则执行步骤6，测试不通过则执行步骤7；若未检测到自动合闸测试模式，直接执行步骤6；

步骤6、判断是否检测到闭锁测试模式，若是，则执行闭锁测试子程序后执行步骤7，若未检测到闭锁测试模式，则直接执行步骤7；在执行闭锁测试子程序中，如果是自动测试模式，那么程序将自动先进行1倍试验，合格后再进行10倍试验。

步骤7、测试结束，输出测试结果。

如图7所示，手动合闸测试子程序的主要目的是验证断路器处于手动合闸模式时，并退出了自动合闸断路器功能，当断路器加载剩余动作电流，应断开功能正常时，选择2倍漏电确保其能脱扣，包括以下步骤：

步骤1、检测断路器主回路是否处于合闸状态，且断路器控制器设置为手动合闸模式；

步骤2、测试装置输出2倍额定剩余动作电流，加载到被测断路器上；

步骤3、如果断路器脱扣分闸，则执行下一步；如果断路器不脱扣，则被测断路器不合格；

步骤4、测试装置断开2倍额定剩余动作电流的输出；

步骤5、测试装置保持现有状态，并进行180s计时；

步骤6、在180s内，如果断路器进行自动合闸，则被测断路器不合格，如果断路器未自动合闸，则通过该项测试，返回主程序。

按实际情况，断路器应是永远都不会合闸，对于测试试验，选择180s作为判断标准，即能验证功能，又能兼顾试验验证用时。

如图8所示，当装置检测到用户设置了额定剩余动作电流情况下远程合闸断路器模式，则执行额定剩余动作电流情况下自动合闸子流程，包括以下步骤：

步骤1、判断检测断路器主回路是否处于合闸状态，且断路器控制器设置为自动合闸模式；

步骤2、测试装置产生1倍额定剩余动作电流，加载到被测断路器上；

步骤3、如果断路器脱扣分闸，则执行下一步；如果断路器不脱扣，则被测断路器不合格；

步骤4、测量断路器分断时间，如果分断时间超过0.3s，则被测断路器不合格，如果分断时间在0.3s以内，执行下一步；

步骤5、测试装置断开1倍额定剩余动作电流的输出；

步骤6、测试装置保持现有状态，测量断路器重合闸延迟时间，如果断路器在20s-60s内未自动合闸，则被测断路器不合格；如果断路器在20s-60s内自动合闸，则执行下一步；

步骤7、通过该项测试，返回主程序。

对于保护人体的断路器，在1倍额定剩余动作电流经过人体时，在0.3s时间内不会造成人身伤害。对于保护设备的断路器，在1倍额定剩余动作电流经过设备时，在0.3s时间内不会造成设备损坏。

如图9所示，当装置检测到用户设置了10额定剩余动作电流情况下自动合闸模式，则执行10倍额定剩余动作电流情况下自动合闸子流程，包括以下步骤：

步骤1、检测断路器主回路是否处于合闸状态，且断路器控制器设置为自动合闸模式；

步骤2、测试装置产生10倍额定剩余动作电流，加载到被测断路器上；

步骤3、如果断路器脱扣分闸，则执行下一步；如果断路器不脱扣，则被测断路器不合格；

步骤4、测量断路器分断时间，如果分断时间超过0.15s，则被测断路器不合格，如果分断时间在0.15s以内，执行下一步；

步骤5、测试装置断开10倍额定剩余动作电流的输出；

步骤6、测试装置保持现有状态，测量断路器合闸延迟时间，如果断路器在20s-60s内未自动合闸，则被测断路器不合格；如果断路器在20s-60s内自动合闸，则执行下一步；

步骤7、通过该项测试，返回主程序。

对于保护人体的断路器，在10倍漏电经过人体时，在0.15s时间内不会造成人身伤害。对于保护设备的断路器，在10倍漏电经过设备时，在0.15s时间内不会造成设备损坏。

如图10所示，当装置检测到用户设置了10倍额定剩余动作电流情况下闭锁模式，则执行10倍额定剩余动作电流情况下闭锁子流程，10倍额定剩余动作电流情况下闭锁子流程主要考虑断路器在闭锁断电后，手动闭合断路器，断路器仍具有自动重合和闭锁的功能，包括以下步骤：

步骤1、检测断路器主回路是否处于合闸状态，且断路器控制器设置为自动合闸模式；

步骤2、测试装置产生10倍额定剩余动作电流，加载到被测断路器上；

步骤3、如果断路器脱扣分闸，则执行下一步；如果断路器不脱扣，则被测断路器不合格；

步骤4、保持10倍额定剩余动作电流的输出并持续加载在被测断路器上；

步骤5、测试装置计时器计时，并测量断路器合闸延时时间，如果断路器在20s-60s内未自动合闸，则被测断路器不合格；如果断路器在20s-60s内自动合闸，则执行下一步；

步骤6、由于剩余动作电流仍加载在断路器上，断路器合闸后应脱扣分闸，若断路器不脱扣，则不合格；若断路器脱扣分闸，则执行下一步；

步骤7、测量断路器分断时间，如果分断时间超过0.15s，则断路器不合格；如果分断时间不超过0.15s，则执行下一步；

步骤8、如果10min内断路器未保持在分闸状态，则断路器不合格；如果10min内保持在分闸状态，则执行下一步；

步骤9、10min后断开电源，手动闭合断路器，重复本试验，仍应符合上述要求。

如图11所示，当装置检测到用户设置了倍额定剩余动作电流情况下闭锁模式，则执行额定剩余动作电流情况下闭锁子流程，额定剩余动作电流情况下闭锁子流程主要考虑断路器在闭锁断电后，手动闭合断路器，断路器仍具有自动重合和闭锁的功能，包括以下步骤：

步骤1、检测断路器主回路是否处于合闸状态，且断路器控制器设置为自动合闸模式；

步骤2、测试装置产生1倍额定剩余动作电流，加载到被测断路器上；

步骤3、如果断路器脱扣分闸，则执行下一步；如果断路器不脱扣，则被测断路器不合格；

步骤4、保持1倍额定剩余动作电流的输出并持续加载在被测断路器上；

步骤5、测试装置计时器计时，并测量断路器重合闸延时时间，如果断路器在20s-60s内未自动合闸，则被测断路器不合格；如果断路器在20s-60s内自动合闸，则执行下一步；

步骤6、由于剩余动作电流仍加载在断路器上，断路器重合闸后应脱扣分闸，若断路器不脱扣，则不合作；若断路器脱扣分闸，则执行下一步；

步骤7、测量断路器分断时间，如果分断时间超过0.3s，则断路器不合格；如果分断时间不超过0.3s，则执行下一步；

步骤8、如果10min内断路器未保持在分闸状态，则断路器不合格；如果10min内保持在分闸状态，则执行下一步；

步骤9、10min后断开电源，手动闭合断路器，重复本试验，仍应符合上述要求。

上述步骤中设置20s-60s考虑断路器后端用电设备可承受20s～60s的电源中断，因此重合可在该时间内完成。