CN215866963U - 一种敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，包括上位机、可编程电源、数据采集卡、单片机、继电器以及推拉式电磁铁，其中上位机通过LAN口与可编程电源连接，负责控制可编程电源的输出；可编程电源输出端接在被测设备上，负责向被测设备提供测试电压；上位机通过RS232接口与单片机相连，向单片机发送控制指令，单片机与继电器相连，单片机根据上位机的指令控制继电器。继电器与推拉式电磁铁相连，根据单片机的指令模拟点击操作，启动被测设备。本实用新型能够有效而准确的针对敏感设备进行自动测试，为行业以及用户制定设备电压暂降耐受特性测试标准、有针对性地采取治理和预防措施打下实验基础。

Description

一种敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置

技术领域

本实用新型属于电力设备电压检测技术领域，具体涉及一种敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置。

背景技术

电压暂降是指输出电压的有效值在某个时间段突然下降，并维持一段时间后，最终恢复到正常的输出电压的情况，其持续时间多为半个周波到数秒钟。随着电力工业的不断发展，半导体制造、精密加工、航空航天装备等高端制造对电能质量的要求越来越高，电压暂降事故将在设备生产、运维等方面造成难以估计的损失。

交流接触器(AC contactor，ACC)、变频调速***(adjustable speed drive，ASD)、可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)等设备被应用于电力***中各个场合。这些设备在提高实际工作效率的同时，也因这些设备对电压暂降的不耐受使得实际电力***用户更加容易受到电能质量的影响。大量的电压暂降事件调查表明，当相关设备经受电压暂降时，相关过程控制***可能被中断，因而会造成生产线中断和用户的巨大的经济损失。为了了解这些敏感设备对电压暂降的耐受能力，从而能够采取有效的预防和治理方案，国内外相关机构对不同电压暂降类型和不同设备进行了大量机理、仿真和试验研究。

目前有人综合了在现有标准测试项目与试验方案，将电压暂降特征、敏感设备类型、敏感设备属性及负载状态等多个特征向量都列入考虑范围，列举了常见的典型敏感设备的电压暂降耐受特性测试方法。最后并就试验结果的问题，提出试验结果概率统计分析方法。但该测试方法考虑特征向量太多，每个特征量都需人工进行多次测试，同时，设备的复位也需要人工复位，测试结果也需人工记录，在实际场合中费事费力，测试结果也存在人为的误差。有人对当前常见品牌PLCs进行电压暂降敏感度试验，以Chroma 61860回收式电网模拟电源，分别考察电压暂降基本特征量以及奇次谐波等因素对PLCs暂降敏感度的影响，利用人工绘制PLCs电压暂降敏感度曲线。但这种方法每次改变测试向量都需要人工修改输出电压，人工读取测试结果，对于测试向量较多和设备品牌较多的实验需耗费太多时间。也有人分析ASD电压暂降耐受特性受ASD自身(保护、控制方式)、负荷侧(负荷特性)以及源侧(电压暂降前/后电压幅值、暂降形状)因素的影响机理；并通过大量实验得到ASD的电压暂降耐受曲线。但每次修改源侧电压暂降特性向量以及设备故障复位是都需人工处理，按照国际测试标准的话需要重复数千次的复位，工作量巨大。

目前对该领域的研究都是基于人工设置电压参数，人工读取测试结果，人工绘制暂降耐受曲线，耗用人力和时间成本巨大，而且人工通过示波器波形计算电压暂降下设备正常工作的持续时间误差较大。为了完成对单个敏感设备的测试，从电压暂降特征向量的编辑到示波器记录结果，人工计算持续时间，到人工绘制暂降曲线，大约需要一个月左右。对典型敏感设备的电压暂降耐受能力进行自动测试，尚未看到有文献对此进行研究。

实用新型内容

为了克服现有的测试实验都需要人工的改变测试向量，人工读取测试结果以及人工复位的不足，本实用新型基于交流可编程电源，构建敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，在现有标准测试项目与试验方案的基础上，对于ACC、ASD及PLC的典型试验电路，通过改变电压暂降特征量，同时读取设备电压暂降的耐受时间，在提高测试准确性的同时有助于减少人的工作量，能够实现电压暂降耐受实验的自动测试，填补现有测试都是人工测试记录结果，无法自动记录的空白。为量化设备的电压暂降耐受能力提供实验基础，同时为了解敏感设备耐受水平、制定设备耐受水平测试标准奠定基础。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，包括上位机、可调电源、负载、数据采集卡、单片机、继电器、推拉式电磁铁，其中上位机通过LAN口与可调电源连接，可调电源输出端用于连接被测设备，上位机与单片机连接，单片机与继电器连接，继电器与推拉式电磁铁连接，推拉式电磁铁触头与被测设备复位开关对齐，推拉式电磁铁触头能根据单片机的指令模拟点击操作，能用于启动被测设备；电压探头分别接于电源的输出侧、测试设备的输出端以及数据采集卡，数据采集卡与上位机的数据输入端相连。

可调电源采用可编程电源，上位机与可编程电源通过上位机LAN口和可编程电源LAN口相连。

上位机和单片机通过RS232接口相连。

单片机I/O口与继电器相连，继电器与推拉式电磁铁的供电回路相连。

被测设备的电压输出连接负载的电压输入。

被测设备为单相设备或三相设备，被测设备上设置复位开关；负载为单相或三相。

当被测设备为三相设备时，电源电压的A相和C相分别接于第一通道模拟量输入口、和第三通道模拟量输入口，设备电压接于第二通道模拟量输入口。

可编程电源的地线接口、被测设备的地线接口、负载的地线接口、数据采集卡的地线接口共同接地。

数据采集卡的数据输出口与上位机的数据输入口通过USB线相连。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：可编程电源能提供多种测试电压，有助于实现自动控制和输出，将被测设备接入，数据采集卡通过电压探头获取到相应的电压，并实时将采集的电压数据发送至上位机，为上位机提供实时准确的数据，用本申请所述敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置对ACC和PLC进行测试，单个电压暂降特征向量完整的测试仅需五分钟左右，和传统测试方法所需大量人工操作数天的时间相比，大大提高测试效率。

进一步的，利用敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置对ASD进行测试，通过自动复位模块来实现设备的复位，不需要人工等待复位，大大释放了生产力。

附图说明

图1是敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置整体结构。

图2是电压暂降示意图。

图3是PLC电压实测波形。

图4是变频器实测电压波形。

附图中，1为上位机，2为可编程电源，3为被测设备，4为负载，5为单片机，6为继电器，7为推拉式电磁铁，8为数据采集卡，9为电压探头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

基于敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置能够实现自动测试，对于ACC、ASD及PLC的典型试验电路，自动生成所需的电压暂降特征量，同时通过滑窗算法读取设备电压暂降的耐受时间，对于需要复位的被测试设备，通过单片机和上位机通讯，能通过单片机控制行程开关来控制被测试设备的开关，从而能实现设备的自动复位。最后，测试数据导入上位机模块为自动绘制电压暂降耐受曲线提供实时数据。所有测试均能实现自动化，在提高测试准确性的同时减少人的工作量，填补了现有测试都是人工测试记录结果，无法自动测试的空白。为量化设备的电压暂降耐受能力提供测试基础，同时为了解敏感设备耐受水平、制定设备耐受水平测试标准奠定基础。

如图1所示为敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置的总体结构框架。上位机1与可编程电源2通过上位机LAN口1.1和可编程电源LAN口2.1相连。上位机的串口1.3连接单片机的串口5.1，上位机1和单片机5通过串口利用RS232接口相连。单片机I/O口5.2与继电器6相连，继电器6与推拉式电磁铁7的供电回路相连。可编程电源的的地线接口2.5、被测设备的地线接口3.7、负载的地线接口4.4、数据采集卡的地线接口8.4共同接地。可编程电源的第一电源输出端口2.2、可编程电源的第二电源输出端口2.3和可编程电源的第三电源输出端口2.4分别为A、B和C相。

被测设备的第一电压输入端口3.1、被测设备的第二电压输入端口3.2和被测设备的第三电压输入端口3.3分别为被测设备3的A、B和C相电压输入端口，被测设备的第一电压输出端口3.4、被测设备的第二电压输出端口3.5和被测设备的第三电压输出端口3.6分别为3的A、B和C相电压输出端口；被测设备3上的第二电压输入端口3.2、第三电压输入端口3.3、第二电压输出端口3.5以及第三电压输出端口3.6为虚线框，表示可能不存在，当这四个端口不存在时，被测设备3为单相设备，虚线框存在时被测设备3为三相设备。复位开关3.8为虚线框，当复位开关3.8不存在时表示3可以自动复位，存在时则表示复位开关3需要手动复位。负载第一电压输入端口4.1、负载第二电压输入端口4.2以及负载第三电压输入端口4.3为负载的A、B和C相电压输入端口，负载上的负载第二电压输入端口4.2以及负载第三电压输入端口4.3为虚线表示可能不存在，虚线表示的负载第二电压输入端口4.2以及负载第三电压输入端口4.3两个端口不存在时负载4为单相负载，虚线表示的负载第二电压输入端口4.2以及负载第三电压输入端口4.3存在则负载4为三相负载。

数据采集卡8上设第一通道模拟量输入口8.1、第二通道模拟量输入口8.2和第三通道模拟量输入口8.3。可编程电源第一电源输出端口2.2和第三电源输出端口2.4端口与电压探头9相连，电压探头9测得第一电源输出端口2.2和第三电源输出端口2.4电压后接于第一通道模拟量输入口8.1和第三通道模拟量输入口8.3。被测设备的第一电压输出端口3.4接于电压探头9,电压探头9将第一电压输出端口3.4的电压测得后接于第二通道模拟量输入口8.2。第一电源输出端口2.2与第一电压输入端口3.1，第二电源输出端口2.3与第二电压输入端口3.2,第三电源输出端口2.4与第三电压输入端口3.3，第一电压输出端口3.4与负载第一电压输入端口4.1，第二电压输出端口3.5与负载第二电压输入端口4.2,第三电压输出端口3.6与负载第三电压输入端口4.3相连，图中虚线连线代表可能不存在，当虚线不存在时代表单相设备的测试接线，当虚线存在时代表三相设备的测试接线。推拉式电磁铁7的触头与被测设备的复位开关3.8接触对齐。数据采集卡的数据输出口8.5与上位机的数据输入口1.2通过USB线相连。变压器的变比为200。

手动测试处理流程

手动测试时，后台根据前端传过来的参数，按照可编程电源通信协议，将前端传过来的参数按照对应格式拼接成字符串，利用TCP/IP协议将字符串发送到可编程电源，可编程电源收到信息后根据所设置参数，输出对应电压量，将该电压加到测试设备上，同时后台调用数据采集卡进行数据采集，测试结束后调用数据处理算法进行处理，计算出设备在暂降情况下持续正常工作的时间，并将该数据存储于数据库，存储结束将数据返回给浏览器，本次请求即处理结束。

自动测试处理流程

自动测试与手动测试类似，根据初始幅值和减小步长，逐步的生成对应测试参数，按照协议拼接成字符串，传给可编程电源，之后便开始进行测试，数据采集卡便开始采集数据，每一步测试结束，数据采集卡获取数据，如果设备故障，若设备无法自动重启，则自动通过RS232串口向单片机传送对应指令，单片机收到指令后控制推拉式电磁铁重启设备，若设备可自行重启，则不必这一步。当测试幅值减小到0后结束测试，将分析完毕的数据存入数据库，存储结束后将其返回给浏览器，本次请求即处理结束。

(1)电源暂降起始点判别

利用滑窗算法对数据采集卡采集的数据进行分析，以图2可编程电源输出电压暂降波形为例，电压暂降发生时该相位电压值相对于上一个周波电压相同相位的电压值势必会发生突变，

(2)设备故障判据选择

1)ACC和PLC故障的判别

ACC和PLC不需要人工复位，电压暂降恢复时，ACC和PLC自动从故障状态恢复到正常工作，发生电压暂降时，设备只有正常工作和故障两种状态，正常工作时ACC触头闭合，电路中输出电压为接入主电路电压源电压，故障时ACC断开，电路中输出电压为零；PLC正常工作时，选取PLC中常闭端子，主电路输出为接入主电路的电压源电压，故障时端子断开，主电路输出电压为零。故本申请检测主电路的输出电压作为ACC和PLC是否正常工作的判据，正常时前一周波和后一周波电压值总是相等，而故障发生时该时刻当前电压周波和前一周波相同位置时电压产生较大的差值，只要差值大于设定的阈值，即认为发生了故障。

如图3，A点为电源电压暂降起始时刻，B点为PLC故障时刻，分析出二者之间的时间，即为持续时间。

2)ASD设备故障的判别

根据ASD工作原理分析可知，正常工作状态输出电压是高频PWM调制电压，对于PWM调制电压来说，由数据采集卡采集回来的数据前后两个数据点差值很大，由于变频器带有大电容的缘故，暂降发生后电容供电使得变频器仍然可以工作一段时间，一旦电容电压无法提供足够的电压，变频器停止工作，由于变频器所带负载为电机的缘故，电机因为惯性转动，最后转速到零停机，这个过程中设备电压缓慢下降到零，如图4所示，采集的电压数据点前后两个差值会很小。根据这个特征，判断数据采集卡前后两个数据点电压差值，当差值小于一个阈值时，认为设备故障了，差值大于阈值时，设备处于正常工作状态。

如图4所示，A点为电源电压暂降起始点，可见电压暂降后，变频器仍在进行PWM调制，当持续一段时间后，到达B点，变频器停止PWM调制，电机由于惯性仍在转动，即认为B点是变频器故障点。

自动复位装置设计

自动复位装置包括单片机5、继电器6、推拉式电磁铁7，敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置中，上位机发送的指令，经由标准RS232通讯端口传输到单片机模块。单片机接受相应的指令之后，控制相应继电器的通断，进而控制推拉式电磁铁的动作，由电磁铁完成对设备复位按钮的‘点击’操作，实现对敏感设备的复位操作。对于复位前需要断电的设备，同样可以通过继电器控制供电回路来实现。

本申请选用STC15W4K32S4系列的8051单片机构成控制板的控制核心。控制板上的标准RS232接口用于与上位机通讯。控制板供电电压为工程中常用的DC 24V，控制板与继电器之间采用光耦进行隔离，增强抗干扰能力。推拉式电磁铁是主要由磁芯和电磁圈构成，通过对电磁圈的通、断电，驱动磁芯完成推、拉的动作。其推拉速度较快，可以模拟人工复位时的‘点击’操作。复位装置没有使用复杂的硬件设备，控制板核心也由单片机构成，适用于工程应用。

智能分析仪由上位机，可编程电源，被测设备，数据采集卡，单片机，继电器，推拉式电磁铁构成。其中上位机通过LAN口与可编程电源连接，负责控制可编程电源的输出；可编程电源输出端接在被测设备上，负责向被测设备提供测试电压；上位机通过RS232接口与单片机相连，向单片机发送控制指令，单片机与两个继电器相连，单片机根据上位机的指令控制继电器，继电器与推拉式电磁铁相连，推拉式电磁铁触头与被测设备复位开关对齐，根据单片机的指令模拟点击操作，启动被测设备。电压探头分别接于可编程电源输出侧和被测设备输出端，将电压测得后接于数据采集卡，其中设备电压接于数据采集卡模拟输入量的第二个接口，电源电压的A,C相分别接于数据采集卡模拟输入量的第一，三接口。数据采集卡与上位机相连，直接将采集数据上传至上位机。

Claims (9)

1.一种敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，包括上位机(1)、可调电源、负载(4)、数据采集卡(8)、单片机(5)、继电器(6)、推拉式电磁铁(7)，其中上位机(1)通过LAN口与可调电源连接，可调电源输出端用于连接被测设备(3)，上位机(1)与单片机(5)连接，单片机(5)与继电器(6)连接，继电器(6)与推拉式电磁铁(7)连接，推拉式电磁铁触头与被测设备复位开关对齐，推拉式电磁铁触头能根据单片机的指令模拟点击操作，能用于启动被测设备(3)；电压探头(9)分别接于可调电源的输出侧、被测设备(3)的输出端以及数据采集卡，数据采集卡(8)与上位机(1)的数据输入端相连。

2.根据权利要求1所述的敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，可调电源采用可编程电源(2)，上位机(1)与可编程电源(2)通过上位机LAN口(1.1)和可编程电源LAN口(2.1)相连。

3.根据权利要求1所述的敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，上位机(1)和单片机(5)通过RS232接口相连。

4.根据权利要求1所述的敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，单片机I/O口(5.2)与继电器(6)相连，继电器(6)与推拉式电磁铁(7)的供电回路相连。

5.根据权利要求1所述的敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，被测设备(3)的电压输出连接负载(4)的电压输入。

6.根据权利要求1所述的敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，被测设备(3)为单相设备或三相设备，被测设备(3)上设置复位开关(3.8)；负载(4)为单相或三相。

7.根据权利要求6所述的敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，当被测设备(3)为三相设备时，电源电压的A相和C相分别接于第一通道模拟量输入口(8.1)、和第三通道模拟量输入口(8.3)，设备电压接于第二通道模拟量输入口(8.2)。

8.根据权利要求1所述的敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，可编程电源的地线接口(2.5)、被测设备的地线接口(3.7)、负载的地线接口(4.4)、数据采集卡的地线接口(8.4)共同接地。

9.根据权利要求1所述的敏感设备电压暂降耐受特性辅助自动测试装置，其特征在于，数据采集卡的数据输出口(8.5)与上位机的数据输入口(1.2)通过USB线相连。

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