合成试验同步控制系统的研究

陈慧欣 ，林 杰 ，罗 园

（1.甘肃电器科学研究院，甘肃天水741018；2.甘肃省高低压电气研发检测技术重点实验室，甘肃天水741018）

合成试验同步控制系统的研究

陈慧欣1，2，林 杰1，2，罗 园1，2

（1.甘肃电器科学研究院，甘肃天水741018；2.甘肃省高低压电气研发检测技术重点实验室，甘肃天水741018）

介绍了同步控制器在合成试验过程中的作用和工作原理，提出了一种基于计算机技术的同步控制系统的全新设计方法，并阐述了该系统的工作原理和设计思路。实际运行表明，该控制系统极大提高了控制精度，提升了合成试验的成功率。

合成试验；同步控制；LabVIEW平台；PCI采集

1 引言

合成试验对于高压大容量试验室是致关重要的一种试验方法，而同步控制器则是影响合成试验成败的关键因素，对主电压回路及延弧回路的准确投入，都是由同步控制器来控制实现。在试验过程中要求同步控制能准确的在短路电流零点前的T0时刻前发出点火命令，对于较大的直流分量也能准确判断电流零点并投入。同步控制的超前时间T0是自动跟随检测电流零点并在一定范围内连续可调的［7］。其分散性在标准正弦波信号下极小，通常在≤±10μs以内［3］。对于同步控制器而言同步信号直接通过电缆传输，抗干扰能力差；时间调准存在控制精度低、控制点位少、延时调整难的情况，三相合成试验存在配合困难等特点。近年来，随着计算机技术以及传感器技术的快速发展，使得同步控制器用计算机测控技术替代成为可能。本文设计了一套基于LabVIEW平台开发的合成同步控制系统。控制信号全部采用光纤传输，将短路电流信号采集输入后进行数字化处理，再通过精确计算输出信号给点火装置完成同步控制，实现了集信号采集、数据转换、同步控制等功能于一体的功能集成，能很好地完成合成试验任务。

2 同步控制系统的基本原理

在合成试验中，根据断路器开断过程中大电流和高电压在不同时刻出现在触头上这一特点，使得开断过程短路电流和恢复电压由两套独立电源分别提供。如图1所示采用并联电流引入法的合成回路，电压回路在熄弧半波电流零点前的T0时刻前投入［1］，使原处于电流回路下的试品以等价的形式过渡到电压回路中。图中HK为合闸开关、FD为辅助断路器、GQ为高压回路点火球、YQ为延弧回路点火球、SP为试品、LH为电流线圈、FL为分流器。为了使电压回路准确适时地投入，就要求同步控制器能精准控制［2］。

图1 合成试验回路同步控制原理图

试品单独处于电压回路电流作用下的时间T是影响合成试验等价性的关键因素［3］。在标准IEC62271－101：2012［4］、GB 1984－2014［5］和 GB/T4473－2008［6］中明确规定引入时间为200μs－500μs。为满足等价性要求同步控制器在接受到同步信号和开锁信号后，要在引入时间的1/2至3/4时间段内准确地输出点火信号，使得点火装置动作。对于同步控制而言要在一个电流的周期中做出判断并在要求的时间段内准确动作是一种挑战。

本文开发的同步控制系统主要用在合成试验中，提供延弧点火和主点火投入的精准控制和投入时刻的计算和分析。同步控制系统是基于计算机技术开发的一套系统，对采集到的信号通过采集卡和PCI总线送入LabVIEW程序做出处理。LabVIEW作为一种交互式语言，有便捷的编程功能和可视化界面，能完成数据采集、实时输出等控制功能，能很好地应用于控制系统设计。程序将数据块用快速傅里叶算法进行处理，直接由程序判断di/dt等于0的位置。如果此时接收到开锁信号，在下一个di/dt等于0的时刻的前T0位置做出延弧点火出发命令，在下一个零点前T0位置发出主点火命令。延弧点火和主点火命令的输出可以在程序中选择。可以把试验过程中的动作波形图读取到电脑桌面上，方便查看和设置动作。如图2所示是其中的一段循环程序段。

图2 LabVIEW程序循环段

3 同步控制系统的设计思路及分析

同步控制系统的硬件组成主要由：①工控机；②分流器或Rogowski线圈；③通频器；④数据采集板PCI－1714U；⑤电光和关电转换设备；⑥点火装置。首先用分流器或Rogowski线圈采集电流信号，用通频器过滤掉高次干扰波形，再通过PCI－1714U对采集信号进行采样，每一路采集通道都有独立的A/D高速转换器芯片，可以达到10MS/s的稳定采样速率。将采集到的数据送入计算机程序中，事先在桌面上设置好运行参数，使得计算机接受都时序的解锁信号后在相应的时刻发出点火命令。图3所示为系统硬件原理图。

图3 同步控制系统硬件原理图

对于Rogowski线圈采集到的信号超前原边电流90°，把采集到的电压信号送入计算机，首先需要进行积分，对于分流器的信号送入计算机则不需要积分。在计算机程序中可以选择电流信号输入元件，选择线圈自动带积分处理，选择分流器不带积分处理。在计算机程序中电流信号自动追随信号的每半个周期的两个零点和du/dt＝0的这三个点，如图4所示。在试验过程中无论电流的直流分量怎么变化，波形的角度不会随电流直流分量的变化而变化，也就是不管什么时候T3都约等于T4，只要能够准确的找到两个电流零点和du/dt＝0的这三个点，在这段时间内只要接收到开锁信号，点火信号会在下一个零点之前的T0时刻发出点火命令。根据每一个周期的T3时刻等于T4时刻这一原理，在T4时刻的提前T0时刻动作。如图5所示同步控制系统软件上显示的T60试验过程中的动作情况。软件系统的设计中对于du/dt＝0的这个点在这一时刻的准确找到是系统的关键。同步控制系统在合成试验过程中运行的T60合成试验示波图如图6所示。

图4 不同电流下系统软件的运行原理

图5 T60同步控制系统采集动作图

图6 T60的合成试验波形图

4 结束语

同步控制系统是基于LabVIEW平台开发的，以软件系统为重点的一套合成试验同步控制系统，在试验室经过一年的调试和运行中已经能够满足合成试验标准要求。实际运行表明，本套设计方案运行可靠、动作精度高、误差小，能够根据试验要求在50us内及时准确地引入延弧和电压回路［8］。实现了合成试验的计算机精确控制和试验过程的可靠配合。点火时间可以在电流零点前后任意设置，设置时间在2ms以内是有效可行的。每一次动作可以在桌面上看到动作情况，有助于对波形和试验故障情况的分析，对合成试验系统的控制精度更高。点火和延弧的动作成功率大于90%，系统总分散性小于50us。该系统和同步控制器相比：①解决了对同步信号的时时监控问题；②可以更直观看到T0的位置；③有助于故障情况下的对示波图的分析；④使得各断路器点火精度能可靠的控制；⑤可以抑制同步强电流信号中产生的严重的电磁干扰信号；⑥使得三相合成试验控制更为简便。⑦减少了拒动或者误动情况的发生。

［1］吴盛刚，杨海芳，李 炜.合成试验的同步控制及误差分析［J］.高压电器，2005，（04）.

［2］王春雷，吴盛刚，张高潮等.三相合成试验回路的设计及其仿真研究［J］.电气开关，2016，（05）.

［3］李 炜，杨海芳，吴盛刚.网络合成试验回路及实施中的一些问题［J］.华通技术，2010.

［4］IEC62271－101，2012 High－voitage switchear and aontrolgear－Part101.Synthetic testing，MOD［S］.

［5］GB 1984－2014，高压交流断路器［S］.

［6］GB/T4473－2008，交流高压断路器的合成试验［S］.

［7］Dufournet，Denis，Montillet，Georges.Three－phase short circuit testing of high－voltage circuit breakers using synthetic circuits［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2000.

［8］LI Debin.Research on three－phase synthetic test synchro control method of high voltage circuit－breake［J］.2009.

Research on synchronous control system of synthetic test

CHEN Hui－xin1，2，LIN Jie1，2，LUO Yuan1，2
（1.Gansu Electric Apparatus Research Institute，Tianshui 741018，China；2.Key Laboratory of High－low Voltage Electrical Apparatus Inspection Technology，Tianshui 741018，China）

This paper introduces the function and working principle of the synchronous controller in the synthetic test process，puts forward a new design method of synchronous control system based on computer technology，and expounds the working principle and design idea of the system.The actual operation shows that the control system greatly improves the control precision and improves the success rate of the synthetic test.

synthetic test；synchronous control；LabVIEW platform；PCI collection

TM571

A

1005—7277（2017）03—0056—03

陈慧欣（1986－），本科，电气工程专业，从事高压电器检测和试验方法研究工作。

林 杰（1986－），本科，电气工程专业，从事高压电器检测和试验方法研究工作。

罗 园（1989－），研究生，电气工程专业，从事高压电器检测和试验方法研究工作。

2017－01－11