吳獻(xiàn)東 仇高賀 徐小品

（溫州出入境檢驗(yàn)檢疫局，浙江 溫州325000）

0 引言

塑殼斷路器是一種能夠接通、承載及分?jǐn)嗾ｋ娐窏l件下電流，也能在所規(guī)定的非正常電路（例如短路）下一定時(shí)間內(nèi)接通、承載和分?jǐn)嚯娏鞯臋C(jī)械開(kāi)關(guān)電器，其在電力系統(tǒng)運(yùn)行中起控制和保護(hù)的作用，因此，塑殼斷路器的運(yùn)行、維護(hù)和檢修情況與整個(gè)電力系統(tǒng)密切相關(guān)。塑殼斷路器的操作性能試驗(yàn)是GB14048.2中的重要內(nèi)容，其試驗(yàn)結(jié)果與塑殼斷路器的產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)。但是，目前塑殼斷路器的產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)繁多，如何開(kāi)發(fā)出一種能用于各種規(guī)格型號(hào)的塑殼斷路器操作性能試驗(yàn)的裝置，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)以及檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室都是相當(dāng)重要的，這樣就能以最小的設(shè)備投入解決多種規(guī)格型號(hào)的塑殼斷路器操作性能的試驗(yàn)問(wèn)題。同時(shí)，要求新開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)裝置操作系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單，人機(jī)界面友好、簡(jiǎn)潔、大方。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

針對(duì)目前同類測(cè)試裝置的缺陷，研究和開(kāi)發(fā)出一套基于PLC控制的新型塑殼斷路器操作性能試驗(yàn)設(shè)備，以提高電氣實(shí)驗(yàn)室對(duì)外承接塑殼斷路器電壽命試驗(yàn)、機(jī)械壽命試驗(yàn)和操作性能試驗(yàn)項(xiàng)目檢測(cè)委托業(yè)務(wù)的能力。整套系統(tǒng)由變壓器、試驗(yàn)調(diào)節(jié)阻抗、操作機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。系統(tǒng)模塊控制如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊控制示意圖

（1）試驗(yàn)電源：直接采用辦公大樓變壓器作為試驗(yàn)電源。

（2）操作機(jī)構(gòu)：采用氣動(dòng)元件和伺服電機(jī)相結(jié)合的方式，伺服電機(jī)作為操作行程的調(diào)節(jié)器，對(duì)不同規(guī)格型號(hào)的塑殼斷路器的操作行程進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同外觀尺寸的塑殼斷路器試驗(yàn)需求；氣動(dòng)元件作安裝定位和操作斷路器分合閘用。這種方式能充分發(fā)揮這2種元件的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到安裝試驗(yàn)方便、操作簡(jiǎn)單和維護(hù)量小等效果。

（3）控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能：1）控制回路分合閘，采用氣動(dòng)元件作為分合閘元件；2）在帶電和不帶電操作性能試驗(yàn)時(shí)，采用2種不同的方式判斷試驗(yàn)樣品是否發(fā)生故障；3）在觸摸屏上設(shè)置相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)，調(diào)試和進(jìn)行相應(yīng)操作；4）安裝有3只電流互感器和3只電壓互感器，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的電參數(shù)進(jìn)行采集和計(jì)算。為保證操作簡(jiǎn)單可靠，控制核心采用1臺(tái)西門子的PLC，通過(guò)時(shí)序控制各器件的動(dòng)作。

（4）調(diào)節(jié)阻抗：由于間歇通電操作，且通電時(shí)間占整個(gè)試驗(yàn)周期的不到10%，因此調(diào)節(jié)阻抗不需要使用可長(zhǎng)期通電的元件。

（5）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：由于采用數(shù)字儀表和示波器都有其固有缺陷，而市場(chǎng)上成熟的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)因?yàn)閮r(jià)格和操作的原因不能采用，因此本系統(tǒng)使用PCI8344B采集卡（8通道、16位、采樣率100 k B／s）配合計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)測(cè)量的核心，使用VC＋＋設(shè)計(jì)了一套對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件，整套系統(tǒng)成本低，可以方便直觀地對(duì)電壓、電流和功率因數(shù)進(jìn)行測(cè)量和波形顯示。功率因數(shù)采用相角差法進(jìn)行計(jì)算。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總成本不超過(guò)10 000元，大大低于市場(chǎng)上現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的價(jià)格。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

PLC和觸摸屏作為試驗(yàn)裝置的控制器件和人機(jī)交互接口，工控機(jī)作為數(shù)據(jù)采集的硬件平臺(tái)?；赑LC的控制系統(tǒng)可根據(jù)不同產(chǎn)品和不同用戶的試驗(yàn)需求，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并控制試驗(yàn)過(guò)程以完成操作性能試驗(yàn)的相應(yīng)要求。同時(shí)，觸摸屏上可以對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的狀態(tài)進(jìn)行顯示和監(jiān)控，人機(jī)界面簡(jiǎn)單明了，功能全面，達(dá)到了簡(jiǎn)化試驗(yàn)操作過(guò)程的目的。試驗(yàn)過(guò)程的參數(shù)可以在工控機(jī)中進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算和打印。系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行界面

（1）通過(guò)回路計(jì)算，合理確定電源變壓器到試驗(yàn)裝置的走線位置和導(dǎo)線截面積。

（2）根據(jù)通電時(shí)間和電壓降等參數(shù)，確定三相調(diào)節(jié)阻抗的阻值范圍和功能特性。

（3）采用氣動(dòng)元件和伺服電機(jī)相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)出試驗(yàn)裝置的操作機(jī)構(gòu)。

（4）使用PLC作為系統(tǒng)控制核心，觸摸屏作為人機(jī)交互界面，進(jìn)行各種試驗(yàn)操作的控制。

（5）使用PCI8344B采集卡，通過(guò)編程來(lái)研制一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以此作為試驗(yàn)裝置的結(jié)果處理核心。

3 系統(tǒng)運(yùn)行效果

按照標(biāo)準(zhǔn)GB14048.2要求，本系統(tǒng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）輸出電流：在系統(tǒng)輸出電壓范圍內(nèi)，電流63～630 A可調(diào)。

（2）試驗(yàn)范圍：可對(duì)額定電流63～630 A范圍內(nèi)的各種塑殼斷路器進(jìn)行操作性能測(cè)試。

（3）控制系統(tǒng)：按照標(biāo)準(zhǔn)要求可以完成2種操作，即不帶電和帶電操作性能試驗(yàn)，出現(xiàn)異常時(shí)通過(guò)保護(hù)電器對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行保護(hù)。

（4）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以完成100 k Hz速率電流采樣，并能計(jì)算通電電壓、電流、試驗(yàn)時(shí)間、功率因數(shù)，生成word報(bào)告并打印等。

4 結(jié)語(yǔ)

將實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與新研發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證該系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。之后在溫州出入境檢驗(yàn)檢疫局低壓電器實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了多批試驗(yàn)樣品的測(cè)試，結(jié)果表明，設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，填補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室在這一項(xiàng)目上的空白。

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