CN207440180U - 一种高压断路器综合测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压断路器综合测试仪，包括动态电阻测量模块、数据采集及控制模块以及数据处理及显示模块，所述动态电阻测量模块包括合闸电阻电压信号传感器、欧姆级标准电阻电压信号传感器、回路电阻电压信号传感器和分流器电压信号传感器，所述数据采集及控制模块包括高速数据采集卡和与所述高速数据采集卡电性相连的继电器输出板，所述数据处理及显示模块包括与所述高速数据采集卡电性相连的工控机和与所述工控机电性相连的显示器。本实用新型能完整实现检测高压断路器回路电阻、合闸电阻及合闸电阻预***时间，能提高测试数据的精度和准确度，具有测试速度快、效率高的特点。

Description

一种高压断路器综合测试仪

技术领域

本实用新型涉及高压断路器检测技术领域，具体而言，涉及一种高压断路器综合测试仪。

背景技术

高压电力***中的重要一次元件除了变压器、发电机外，还包括各种开关设备，高压断路器是高压电力***中最重要的开关元件，它不仅可以控制正常工作电流的开断，还能在故障状态下切断短路电流，将故障元件从***中切除，防止故障的扩大。如果高压断路器出现故障，***的安全运行将面临极大的风险。因此，高压断路器的性能对高压电力***的安全运行有极其重要的意义。

根据DL/T596—1996《电力***预防性试验规程》，高压断路器需定期测量各项与其运行状态相关的特性参数。高压断路器的重要电气参数有：反映断路器动静触头接触状况的回路电阻值，在高压电网有限制操作过电压作用的合闸电阻值以及其预***时间等。

回路电阻是高压断路器一项非常重要的性能指标。随着断路器通断次数的增加，动静触头可能会出现接触不够紧密的现象，且由于与空气接触，触头上会由于氧化膜的存在，这些都会对回路电阻值产生影响。根据焦耳定律，发热量与电阻值成正比，因此，触头发热量会增大，温度升高可能导致回路电阻继续增大，最终导致事故发生。相关规程规定，电力***需定期采用直流压降法检测高压断路器回路电阻，电流不应小于100A，1.5倍出厂规定值是判断性能好坏的限值。目前的回路电阻测试仪通常采用恒流开关电源，体积大且便携性差，不利于测量工作的开展。由于高压断路器回路电阻通常在几百微欧以下，通过100A电流产生的电压降不过几十毫伏，在现场强电磁干扰的情况下不利于测量。而且从国内外对回路电阻测试研究来看，电流越大测得的回路电阻值更能反映触头的接触状况，故应采用大电流检测回路电阻。

当空载线路进行计划性合闸还是自动重合闸操作时，都会在线路中产生操作过电压，危害***的安全，限制这类操作过电压最有效的措施就是加装合闸电阻。加装合闸电阻后，进行合闸操作时，辅助开关首先闭合，使合闸电阻接通，过8～12ms再接通主触头，这样合闸过程的震荡能量将被合闸电阻吸收，从而达到限制操作过电压的目的。当通流次数过多后，电流的冲击可能引起合闸电阻变形，阻值改变。不合格的合闸电阻是电力***中很大的隐患。因此需定期测量合闸电阻，保证其值在安全范围内。

国内测量断路器回路电阻、合闸电阻和合闸电阻预***时间的仪器琳琅满目，但普遍存在测量功能单一、测量精度不高、仪器操作过程复杂、仪器重量过大等问题，而国外进口的仪器价格又非常昂贵的问题。这些问题将大大降低电网工作人员的劳动效率。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种高压断路器综合测试仪，能精确测量高压断路器的合闸电阻、回路电阻以及合闸电阻预***时间，有利于降低故障的发生概率。

本实用新型采用的技术方案是：提供一种高压断路器综合测试仪，用于检测高压断路器动态电阻测量回路中的回路电阻、合闸电阻和合闸电阻预***时间，所述高压断路器综合测试仪包括动态电阻测量模块、数据采集及控制模块以及数据处理及显示模块，所述动态电阻测量模块包括合闸电阻电压信号传感器、欧姆级标准电阻电压信号传感器、回路电阻电压信号传感器和分流器电压信号传感器，所述数据采集及控制模块包括分别与所述合闸电阻电压信号传感器、欧姆级标准电阻电压信号传感器、回路电阻电压信号传感器和分流器电压信号传感器电性相连的高速数据采集卡和与所述高速数据采集卡电性相连的继电器输出板，所述数据处理及显示模块包括与所述高速数据采集卡电性相连的工控机和与所述工控机电性相连的显示器。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，所述高速数据采集卡的型号为PCI-1716L，其通过接线板与所述动态电阻测量模块相连接。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，所述合闸电阻电压信号传感器、欧姆级标准电阻电压信号传感器、回路电阻电压信号传感器和分流器电压信号传感器均为霍尔电压传感器。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，所述霍尔电压传感器为WBV121S07磁补偿式霍尔电压传感器。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，所述继电器输出板为16路继电器输出板PCLD-785。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，所述高压断路器动态电阻测量回路包括充电模块、超级电容器、晶闸管、分流器、标准电阻以及断路器，所述超级电容器、晶闸管、分流器和断路器依次连接形成串联回路，所述充电模块与所述超级电容器并联，所述标准电阻与所述晶闸管和分流器并联。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，所述充电模块与所述工控机电性相连。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，所述晶闸管与所述继电器输出板电性相连。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，所述晶闸管的型号为MTC500。

在本实用新型所述的高压断路器综合测试仪中，采用铜绞线作为引线材料，采用带电装卸线夹为引线夹子。

本实用新型提供的高压断路器综合测试仪通过合理设计和选配元器件，能完整实现检测高压断路器回路电阻、合闸电阻及合闸电阻预***时间，能提高测试数据的精度和准确度，采用高性能数据采集卡和工业控制计算机作为核心元件，实现多路数据的采集处理功能，具有测试速度快、效率高的特点；以工业触摸显示器作为人机交互的媒介，性能完善，操作方便；采用铜绞线作为引线材料，采用带电装卸线夹为引线夹子，大大提高了测试仪的热稳定性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例中高压断路器动态电阻测量回路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中高压断路器综合测试仪的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供的高压断路器综合测试仪需要检测高压断路器动态电阻测量回路中的回路电阻、合闸电阻和合闸电阻预***时间，该测试仪采用工控机和高性能数据采集卡作为硬件***核心元件，由传感器采集电量信号，由采集卡将这些信号采集到工控机中，以得到我们需要的数据。如图1所示，本实用新型实施例中的高压断路器动态电阻测量回路包括充电模块、超级电容器1、晶闸管2、分流器3、标准电阻4以及断路器5，超级电容器1、晶闸管2、分流器3和断路器5依次连接形成串联回路，充电模块与超级电容器1并联，标准电阻4与晶闸管2和分流器3并联。如图2所示，高压断路器综合测试仪包括动态电阻测量模块、数据采集及控制模块以及数据处理及显示模块，其中，高压断路器动态电阻测量模块包括合闸电阻电压信号传感器111、欧姆级标准电阻电压信号传感器112、回路电阻电压信号传感器113和分流器电压信号传感器114，数据采集及控制模块包括分别与合闸电阻电压信号传感器111、欧姆级标准电阻电压信号传感器112、回路电阻电压信号传感器113和分流器电压信号传感器114电性相连的高速数据采集卡121和与高速数据采集卡121电性相连的继电器输出板122，数据处理及显示模块包括与高速数据采集卡121电性相连的工控机131和与工控机131电性相连的显示器132。其中，充电模块包括充电器61和充电控制器62，充电控制器62为继电器，充电控制器62的输入端与工控机131的输出端相连接，由工控机131控制其的通断路。由于高速数据采集卡121输出信号电流过小无法直接控制晶闸管2的通断，需要用可直接控制的继电器输出板122来间接控制，本实施例中的晶闸管2与继电器输出板122电性相连，并由继电器输出板122直接控制晶闸管2的通断。

具体的，动态电阻测量模块包括合闸电阻电压信号传感器111、欧姆级标准电阻电压信号传感器112、回路电阻电压信号传感器113和分流器电压信号传感器114，所述合闸电阻电压信号传感器111、欧姆级标准电阻电压信号传感器112、回路电阻电压信号传感器113和分流器电压信号传感器114分别用于测量高压断路器动态电阻测量回路中的断路器5合闸电阻电压信号、标准电阻4电压信号、回路电阻电压信号以及分流器3电压信号。

本实用新型实施例中的合闸电阻电压信号传感器111、欧姆级标准电阻电压信号传感器112、回路电阻电压信号传感器113和分流器电压信号传感器114均为霍尔电压传感器。霍尔电压传感器具有如下优点：

a)动态性能好。直测式霍尔传感器动态响应时间t<3μs，磁补偿式霍尔传感器动态响应时间t<1μs。

b)测量精度高。普通互感器精度一般为4％左右，而霍尔传感器精度能做到<1％。

c)线性度好。霍尔传感器线性度<0.1％。

d)测量量程大，工作频带宽。可在0～100kHz的频率范围内工作，且可以测量如直流、交流等各种类型波形的电压信号。

e)温度漂移小。直测式霍尔传感器温度漂移<±0.04％/℃，而磁补偿式霍尔传感器温度漂移<±0.01％/℃。

f)过载能力强，可靠性高，平均无故障工作时间大于5万小时。

g)尺寸小，重量轻，易于安装。

霍尔电压传感器包括直测式霍尔电压传感器和磁补偿式霍尔电压传感器，两者均采用霍尔原理。磁平衡式霍尔电压传感器相对于直测式具有不受霍尔元件最大灵敏度、非线性度的优点，且磁平衡式霍尔电压传感器过载能力很强，可达20倍，故本实施例中的电压传感器进一步采用磁平衡式霍尔电压传感器。

电压传感器采用磁补偿式霍尔电压传感器，其原理与磁补偿式霍尔电流传感器类似，也是工作在磁场补偿原理基础上的。当主回路中的被测电压U作用于绕在铁芯上的多匝线圈(匝数为N₁)，产生感应磁场并作用于霍尔元件，使其输出霍尔电势。该电压信号经放大器放大后，输入到功率放大器，功率放大器输出输出补偿电流I₂。该补偿电流作用绕在铁芯上的多匝绕组(匝数为N₂)所产生的磁场与主回路电压U所产生的磁场方向相反，因而将补偿原来的磁场，使霍尔元件的输出逐渐减少，最后当I₂与匝数N₂的乘积所产生的磁场与主回路电压U所产生的磁场相等时，I₂不再增加，此时霍尔元件达到了零磁通状态。当被测电压U变化时，平衡受到破坏，霍尔元件就会有信号输出，补偿电流I₂随之变化，开始重复上述补偿与平衡过程，最后使霍尔元件重新达到新的平衡，处于零磁通状态。从宏观上看，磁补偿式霍尔电压传感器的输出电压能实时跟踪被测电压U。

优选的，本实用新型中的合闸电阻电压信号传感器、欧姆级标准电阻电压信号传感器、回路电阻电压信号传感器和分流器电压信号传感器均采用WBV121S07磁补偿式霍尔电压传感器，其参数如下所示：测量范围自选，输出电压输出额定值5V，对应原边额定电压，精度±1.0％，线性度0.1％，反应时间40μs，工作温度0～70℃。

数据采集及控制模块包括分别与合闸电阻电压信号传感器111、欧姆级标准电阻电压信号传感器112、回路电阻电压信号传感器113和分流器电压信号传感器114电性相连的高速数据采集卡121和与高速数据采集卡121电性相连的继电器输出板122。由于高速数据采集卡121的数字量输出信号较弱，无法直接控制晶闸管2的通断，需要利用继电器输出板122对晶闸管2进行间接控制，另外继电器输出板122还可以控制传感器投入。数据采集部分的核心是A/D转换***及CPU，其对采集卡的性能参数包括：采集速率、分辨率、输入动态范围、接入端及相应的触发方式、标准总线规范等。本实用新型需要采集14路模拟量数据以及控制2路数字量通道，所需要的通道数量较多，因此高速数据采集卡121采用研华公司研制的PCI-1716L多功能数据采集卡来完成数据采集的任务。PCI-1716L是一款高分辨率多功能PCI数据采集卡。它带有一个250KS/s16位A/D转换器，1K用于A/D的采样FIFO缓冲器。PCI-1716/1716L可实现16路单端模拟量输入或者8路差分模拟量输入，也可以组合输入。自带2个16位D/A输出通道、16路数字量输入/输出通道和1个10MHz的16位计数器通道。电压信号通过接线板传输到PCI-1716L后接到工控机中进行数据计算。对于继电器输出板122，本实用新型选用与PCI-1716L配套生产的16路继电器输出板PCLD-785。该继电器输出板122上带有16个继电器，可由高速数据采集卡121直接控制通断。

而高压断路器动态电阻测量回路中的晶闸管2的选择主要考虑过流能力，本实用新型要求峰值电流达到1000A，考虑到放电电路中的电流为冲击波，电流衰减较快，故可选择MTC500晶闸管，额定电流为500A。

由于放电主回路电流峰值达到1000A，大电流会产生热效应，若引线耐热能力不够，导线的绝缘会加速老化，最终影响测试仪的安全。

a)引线类型选择

目前广泛采用的导线一般为铝制品和铜制品。以前铝导线的应用比较广泛，它阻抗小，不会生锈，便于长期放置，且经济性好。但是铝导线易折损，机械性能差，对于检测装置这种经常要移动的装置来说并不适用，且耐热能力差，高压易损坏，甚至融化。而铜导线同样电阻小，不会生锈，制作成铜绞线之后机械性能大大增强，便于移动，且寿命长。本实施例中的引线材料选用铜绞线。

b)引线夹子选择

对于引线夹子的选择要遵循以下原则：(a)引线夹子的接触面要大，以满足大电流检测的要求，否则在检测中可能会出现引线夹子因过热而产生电火花甚至烧融的后果，危及仪器及人身的安全。(b)引线夹子尺寸应与待测高压开关尺寸配套，以便测量工作的完成。为此，本实施例中的引线夹子选择接触面积大的带电装卸线夹。

本实用新型的具体检测过程如下：将由工控机131控制充电控制器62接通使超级电容器1充电至指定电压，工控机131控制充电控制器62断开，进入测试状态，接入断路器5，合闸电阻投入，超级电容器1放电，断路器5两端电压U₂由电容电压降到一定值，此时采集标准电阻4两端电压U₁，则可以根据标准电阻值计算得到合闸电阻值为R_标准电阻*(U₂/U₁)。当断路器5主回路闭合时，U₂降至接近0，这时高速数据采集卡121发出信号控制晶闸管2导通，分流器3接入电路中，由于分流器3电阻为微欧级，而标准电阻4为欧姆级，分流器3接通后标准电阻4短路，电流从分流器3上流过。由于回路电阻很小，将有峰值达上千安的大电流流过断路器主回路，测得断路器端电压U₂和分流器上电压U₃，根据分流器3的电阻便可得到回路电阻值为R_分流器*(U₂/U₃)。以U₁>0时刻为计时起点，U₂≈0为计时终点，两者之间的时间差就是合闸电阻预***时间。

本实用新型提供的高压断路器综合测试仪通过合理设计和选配元器件，能完整实现检测高压断路器回路电阻、合闸电阻及合闸电阻预***时间，能提高测试数据的精度和准确度，采用高性能数据采集卡和工业控制计算机作为核心元件，实现多路数据的采集处理功能，具有测试速度快、效率高的特点；以工业触摸显示器作为人机交互的媒介，性能完善，操作方便；采用铜绞线作为引线材料，采用带电装卸线夹为引线夹子，大大提高了测试仪的热稳定性。

以上结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种高压断路器综合测试仪，用于检测高压断路器动态电阻测量回路中的回路电阻、合闸电阻和合闸电阻预***时间，其特征在于，所述高压断路器综合测试仪包括动态电阻测量模块、数据采集及控制模块以及数据处理及显示模块，所述动态电阻测量模块包括合闸电阻电压信号传感器、欧姆级标准电阻电压信号传感器、回路电阻电压信号传感器和分流器电压信号传感器，所述数据采集及控制模块包括分别与所述合闸电阻电压信号传感器、欧姆级标准电阻电压信号传感器、回路电阻电压信号传感器和分流器电压信号传感器电性相连的高速数据采集卡和与所述高速数据采集卡电性相连的继电器输出板，所述数据处理及显示模块包括与所述高速数据采集卡电性相连的工控机和与所述工控机电性相连的显示器。

2.根据权利要求1所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，所述高速数据采集卡的型号为PCI-1716L，其通过接线板与所述动态电阻测量模块相连接。

3.根据权利要求1所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，所述合闸电阻电压信号传感器、欧姆级标准电阻电压信号传感器、回路电阻电压信号传感器和分流器电压信号传感器均为霍尔电压传感器。

4.根据权利要求3所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，所述霍尔电压传感器为WBV121S07磁补偿式霍尔电压传感器。

5.根据权利要求1所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，所述继电器输出板为16路继电器输出板PCLD-785。

6.根据权利要求1所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，所述高压断路器动态电阻测量回路包括充电模块、超级电容器、晶闸管、分流器、标准电阻以及断路器，所述超级电容器、晶闸管、分流器和断路器依次连接形成串联回路，所述充电模块与所述超级电容器并联，所述标准电阻与所述晶闸管和分流器并联。

7.根据权利要求6所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，所述充电模块与所述工控机电性相连。

8.根据权利要求6所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，所述晶闸管与所述继电器输出板电性相连。

9.根据权利要求8所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，所述晶闸管的型号为MTC500。

10.根据权利要求1所述的高压断路器综合测试仪，其特征在于，采用铜绞线作为引线材料，采用带电装卸线夹为引线夹子。