低压电器的通断能力和电寿命试验控制系统的设计与实现

2013-08-20蔡燕峰

科技视界 2013年7期

蔡燕峰

（上海大学机电工程与自动化学院控制工程，中国上海200444）

早期的通断能力试验控制系统由于当时设计原因和技术上的限制，设备外观差、操作不方便，特别是测量采用了指针式电表和16 线光线示波器进行参数测量，波形记录，利用人的目光观察，测量误差较大，影响了产品性能的正确判断。为实现工艺技术要求，通过考察国内其他一些低压电器检测所的检测设备状况，借鉴并汲取了一些经验和教训，经过反复比较讨论，结合具体情况，形成了以下几个主要的技改措施：

（1）满足我厂低压电器产品电性能试验，且能一机多用进行多个项目的电性能试验，例如额定通断试验、短路通断试验、电寿命试验、接通分断试验等；

（2）短路容量：电压在交流380V 时最大电流达到12000A，电压在交流电流660V 时最大电流达到6000A，且满足测量精度≤1%；

（3）程序控制器对于电寿命试验过程中出现的异常情况能做到实时记录保存；

（4）使得试验操作方便、直观、性能可靠、参数测量精度提高，波形记录更为方便，记录保存、调用方便长久。以下是设备的结构框图：

整个控制系统选择的都是抗干扰能力强、稳定性好的工控机。内置于工控机的多功能、高精度数据采集卡，采用能与虚拟仪器软件平台良好兼容的PCI 型多功能数据采集卡，具有多路数字量I/O 通道、多路模拟器I/O 通道、高精度定时和技术功能。测试信号产生模块用于为被测产品提供高精度电流、电压测试信号，以模拟其实际工作环境。

电压信号的采集通过4 个串联的25K 的珐琅电阻然后串2 个并联的22K 珐琅电阻来实现。当试品两端电压为Un 时，至隔离放大器的电压为Ux，则Un 和Ux 的关系满足Un:Ux=101/1≈100，且每个珐琅电阻均经过老化试验后存留下的。

在低压电器的电寿命试验中需要用到陪试品，辅助完成试验工作。陪试品分为有触点式（即接触器）与无触点（即晶闸管开关）。传统的试验设备均采用匹配容量的接触器，因此使用成本也随着上升，并且接触器的电寿命测试设备陪试品的可靠性也有待得到加强。随着晶闸管开关的技术在低压电器试验技术中的应用越来越广，目前逐渐取代了传统的接触器陪试品。本系统采用无触点（晶闸管）开关作为陪试品，它目前最大容量为：690V、12kA，寿命上百万次免维护没有噪音，没有有毒气体，回路的切换时间<20ms，相比较接触器陪试品的整个过程10～20 次的更换运行成本，晶闸管陪试品属于成本一次性投入免维护。

目前，在低压电器检测机构中所用的选相合闸开关本体分为两类：有触点式和无触点式。所有有触点式选相合闸开关就是采用传统的触头来接通试验电路；无触点式选相合闸开关就是采用晶闸管导通来接通试验电路。两者都是通过控制装置来实现在不同相位角度的合闸功能，电压检零—延时一定相角—发生脉冲—触发合闸开关——预储能合闸装置。本设备选用晶闸管选相合闸开关，它有开关本体及接通能力高、寿命上百万次免维护、准确度高、误差稳定，不需要人为调整、通电时间的控制精度<10ms 等特点。

在低压电器试验中，特别是在电寿命试验中，一般都要测定主电路电流、触头两端电压以及电源电压等信号的波形，使用传统测量设备，即以感光纸进行记录的光线示波器。由于光线示波器振子采用悬丝结构，机械惯性大，所以其测量的电信号频率不能太高，无法正确测量及显示触头断开时的过电压信号。此外，电器试验时试验电路的功率因数、时间常数、电源频率、焦耳积分（I2t）、燃弧时间等试验参数也无法直接得出。本系统采用美国尼高力生产的BE256 系列瞬态记录仪，该仪器与传统的检测仪器相比，具有很多方面的优点。首先在测量的精度方面要比传统检测设备高；第二可以多种试验集成于一体相比；第三对于传统设备的手动抄表，数据纸质保存，具有数据自动生成和保存并且可以进行数据分析的优点；第四能够自动根据产品的信息实现参数的自动调节。

程序控制器的I/O 板采用PIO-32/32L(PCI)板，PIO-32/32L(PCI)板通过欧姆龙继电器来控制接触器。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。系统中通过欧姆龙继电器来控制小容量的接触器，小容量接触器再去控制主回路接触器。该板具有操作方便、可靠性强等特点。试验室采用计算机控制的试验设备采用该I/O 板进行数据的输入输出，它的输出为35V、100mA,可以直接驱动24V、52mA 的欧姆龙继电器。通过欧姆龙继电器控制通断能力试验控制设备的J1、J2、JS1、JS2、JS3、JS4 等交流接触器（J1 为6 倍Ie 电流合分信号，J2 为1 倍电流合分信号，JS1～JS4 为#1～#2 试品合分信号），程序控制器可以直接在操作界面上完成对以上接触器的模拟合分信号，也可以调整各个接触器的合分时间节点，满足试验周期要求后投入正式试验。主程序包括两个窗口和五个模块，两个窗口分别为程序控制器界面和程序控制器帮助界面。五个模块分别为I/O 板设置模块、函数定义模块、控制继电器输出子程序库模块、时间递减模块、试验参数模块、延时模块。通过一段时间的运行和几昼夜的连续试验，完全能够满足日常试验需要。

展望未来，我国是一个用电大国，而且对电力的需求还在与日俱增，低压电器试验是保证产品质量的重要手段，而低压电器检测设备是保障电力系统正常运行的一块护心镜，也是改进产品设计的重要途径。在测试项目、测试参数的能力水平、可靠性和安全性等方面有了更高的要求。低压电器检测装置将向网络化和集成化方向发展。随着低压电器产品开发技术手段的不断提高，产品的开发周期也大为缩短。相应的产品标准也得到不断更新和换版，我们的检测设备也应根据标准作出相应的更改。低压电器性能和可靠性在电力行业中被不断的强调着它们的重要性。

［1］李仁,主编.电器控制[M].机械工业出版社.

［2］王爱国,阮于东.低压电器产品检测新技术[J].低压电器,2008(15):45-49.

［3］陆俭国,李志刚,主编.电器试验技术与试验方法[M].机械工业出版社,1995.

［4］陆俭国,李奎,主编.低压电器的试验与检测[M].中国电力出版社.

［5］GB 14048.1-2006 低压开关设备和控制设备,第一部分：总则[S].

［6］苗本健,何东升.低压电器试验中选相合闸开关的应用[J].低压电器,2009(17):50-52.

［7］崔洪庆.选相开关在实际应用中一些问题的探讨[J].华通技术,1994(4):45-47.术,2002,21(3):53-56.

［8］CNAS-CL11 检测和校准实验室能力认可准则在电气检测领域的应用说明[S].

［9］方鸿发,贾继钧,主编.电器测试技术[M].机械工业出版社.

［10］陈天翔,王寅仲,编著.电气试验[M].中国电力出版社.

［11］邱关源,主编.电路[M].高等教育出版社.

［12］刘松强,主编.数字信号处理系统及其应用[M].清华大学出版社.