王團(tuán)結(jié) 封錦 宋紅衛(wèi)

【摘要】介紹了綜合保護(hù)裝置測試儀的組成原理和工作過程，詳細(xì)說明了測試儀的三相電壓源、三相電流源、零序電流產(chǎn)生單元、控制切換電路、可編程組態(tài)顯示屏、主控制器等各個(gè)部件的工作原理和功能。

【關(guān)鍵詞】主控器;三相電壓源;三相電流源;可編程組態(tài)顯示屏

1.前言

綜合保護(hù)裝置的集成化程度越來越高，結(jié)構(gòu)和制造工藝越來越復(fù)雜，增加了綜合保護(hù)裝置潛伏缺陷的可能性。綜合保護(hù)裝置不但要求有較高的性能指標(biāo)，而且還要有較高的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性。它的質(zhì)量穩(wěn)定性不僅取決于設(shè)計(jì)的合理性、元器件的性能，而且與整個(gè)制造過程及工藝控制手段具有很大的關(guān)系。目前綜合保護(hù)裝置主要使用人工控制和手動(dòng)調(diào)整的測試方式，不能自動(dòng)的進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，需要專用的電流信號(hào)源和電壓信號(hào)源。綜合保護(hù)裝置的功能完整性和測試數(shù)據(jù)記錄，主要依靠人工的控制和依靠經(jīng)驗(yàn)判斷。必然存在測試不完全，數(shù)據(jù)分析不完整，難以保證被測試產(chǎn)品的質(zhì)量。為了解決以上問題，提出一種解決綜合保護(hù)裝置檢驗(yàn)和測試方法，并研制出綜合保護(hù)裝置智能測試儀，通過該儀器能夠極大提高測試效率和測試質(zhì)量，基本不需要人工干預(yù)，減少依靠經(jīng)驗(yàn)判斷，極大降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保綜合保護(hù)裝置功能良好、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠。

2.硬件組成

2.1 整機(jī)組成原理

綜合保護(hù)裝置測試儀由三相電壓源、三相電流源、零序電流產(chǎn)生單元、控制切換電路、可編程組態(tài)顯示屏、主控制器等部分組成，其中主控制器上集成了輸入輸出接口、以太網(wǎng)通信接口、USB接口和RS485通信接口。各個(gè)部件之間通過系統(tǒng)總線連接，其組成原理框圖如圖1所示。

圖1 綜合保護(hù)裝置智能測試儀組成原理框圖

2.2 主控器原理

主控制器負(fù)責(zé)整個(gè)測試儀中的各個(gè)模塊之間的調(diào)度和控制處理，負(fù)責(zé)信號(hào)分析和處理，負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)的傳送，與三相電壓信號(hào)產(chǎn)生單元、三相電流信號(hào)產(chǎn)生單元、零序電流產(chǎn)生單元、可編程組態(tài)顯示屏等組件之間采用系統(tǒng)總線的方式連接。主控制器采用雙處理器結(jié)構(gòu)，CPU1主要處理慢速通信，對輸入輸出接口進(jìn)行控制。CPU2主要處理高速數(shù)據(jù)，具有USB接口，可以通過USB接口傳輸數(shù)據(jù)，具有自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口可以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)相連接，也可與手持式設(shè)備相連接。具有高速的系統(tǒng)總線，可與三相電壓信號(hào)產(chǎn)生單元、三相電流信號(hào)產(chǎn)生單元、零序電流產(chǎn)生單元、可編程組態(tài)顯示屏等模塊進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換，處理信息量較大的數(shù)據(jù)。其原理框圖如圖2所示。

主控制器上集成了網(wǎng)絡(luò)接口，USB接口，信號(hào)輸入輸出接口，RS485通信接口。網(wǎng)絡(luò)接口可以與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)相連，可以對測試儀進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和數(shù)據(jù)讀取。USB接口支持鼠標(biāo)和存儲(chǔ)設(shè)備，用戶可以通過USB連接鼠標(biāo)對測試儀進(jìn)行操作，也可以接入U(xiǎn)盤等存儲(chǔ)設(shè)備，讀取測試數(shù)據(jù)，以便對測試結(jié)果進(jìn)行分析。

圖2 主控制器原理框圖

信號(hào)輸入輸出接口，將電壓電流信號(hào)送至輸出接口，檢測外部開關(guān)量信號(hào)輸入，將開關(guān)量狀態(tài)送至主控制器進(jìn)行處理后送至組態(tài)顯示屏顯示。輸入輸出接口采用雙層隔離方式，最大程度降低輸入信號(hào)對主控器內(nèi)的CPU的干擾，保證主控制器單元工作的可靠性。

RS485通信接口與綜合保護(hù)裝置進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對綜合保護(hù)裝置的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定，自動(dòng)恢復(fù)出廠設(shè)置，讀取綜合保護(hù)裝置內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障狀態(tài)。

第一路RS485接口與被測的綜合保護(hù)裝置通過專用協(xié)議進(jìn)行通信，可以實(shí)現(xiàn)對綜合保護(hù)裝置的基本參數(shù)、保護(hù)定制、工作狀態(tài)進(jìn)行配置，可以讀取被測綜合保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障狀態(tài)、歷史記錄等。

第二路RS485接口與可編程組態(tài)屏進(jìn)行通信，將讀取被測綜合保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障狀態(tài)、歷史記錄等信息送至組態(tài)顯示屏進(jìn)行顯示，同時(shí)組態(tài)顯示屏可以存儲(chǔ)和記錄各種故障信息。組態(tài)顯示屏可以將需要設(shè)置的信息通過該接口傳輸給主控制器，主控制器將取得的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換后通過第一路RS485接口對被測綜合保護(hù)裝置進(jìn)行配置。

2.3 各個(gè)部件介紹

控制切換單元實(shí)現(xiàn)對三相電壓、三相電流、零序電流等信號(hào)的自動(dòng)投斷和切換控制。

三相電壓信號(hào)源主要產(chǎn)生三相電壓信號(hào)，電壓調(diào)整范圍0～150V，調(diào)節(jié)步長為1V，電壓相角調(diào)節(jié)范圍-360°～+180°，調(diào)節(jié)步長為1°。三相電流源主要產(chǎn)生電流信號(hào)，電流輸出范圍為0～90A，每項(xiàng)電流源最大輸出電流為30A，三相電流源可以合并輸出，最大輸出電流可達(dá)90A。電流信號(hào)調(diào)節(jié)步長為0.1A，電流相角調(diào)節(jié)范圍-360°～+180°，調(diào)節(jié)步長為1°。

三相電壓產(chǎn)生單元具有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、缺相保護(hù)、漏電保護(hù)等保護(hù)功能，三相電流源具有過載保護(hù)、過熱保護(hù)等功能，當(dāng)任何一項(xiàng)保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，測試儀立即聲光報(bào)警，并停止電壓和電流輸出?？梢杂行У谋ＷC測試儀的工作可靠性，避免因待測設(shè)備問題導(dǎo)致儀器損壞，漏電保護(hù)功能可以有效保護(hù)操作人員的人身安全，避免因操作人員誤操作或誤觸碰而觸電。

零序電流信號(hào)由電流信號(hào)經(jīng)過零序電流互感器和濾波電路處理所得，其大小和相角受三相電流信號(hào)控制。

可編程組態(tài)顯示屏，具有用戶界面可編程和用戶程序可編程。用戶可以計(jì)算機(jī)上繪制好自己的軟件界面，設(shè)定好操作按鍵，通過USB接口下載到組態(tài)屏內(nèi)。該可編程組態(tài)屏支持觸摸功能，同時(shí)也支持USB鼠標(biāo)，方面用戶操作。

3.工作過程

將被測設(shè)備與綜合保護(hù)裝置測試儀（以下簡稱測試儀）連接，測試儀上電后自動(dòng)加載上次存儲(chǔ)的電壓、電流、零序電流等信號(hào)源的數(shù)值和角度，用戶根據(jù)需要設(shè)置電壓和電流值。設(shè)置完畢后按信號(hào)啟動(dòng)按鈕，三相電壓電流信號(hào)送至信號(hào)輸出接口，測試儀的設(shè)置界面自動(dòng)隱藏，并將新設(shè)置電壓電流參數(shù)存儲(chǔ)，此時(shí)測試儀進(jìn)入測試界面。用戶可以對綜合保護(hù)裝置的功能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和功能測試，按下自動(dòng)測試按鈕后，測試儀先對綜合保護(hù)裝置進(jìn)行參數(shù)配置，配置完畢后開始測試，在測試過程中，如果被測設(shè)備存在問題，會(huì)進(jìn)行聲音提示和顯示提示。測試完畢后自動(dòng)將測試結(jié)果存儲(chǔ)，將測試故障突出顯示，用戶可以在組態(tài)顯示內(nèi)查詢多達(dá)500條的測試記錄，當(dāng)測試記錄存儲(chǔ)滿時(shí)，自動(dòng)覆蓋最早的一組歷史記錄。如果連接遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，可以將測試記錄傳輸至遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，此時(shí)組態(tài)顯示屏內(nèi)的測試記錄自動(dòng)清空。用戶操作測試儀時(shí)既可以用手直接觸摸操作，也可以通過USB鼠標(biāo)進(jìn)行操作

4.結(jié)語

綜合保護(hù)裝置測試儀，采用雙CPU結(jié)構(gòu)，具有傳輸數(shù)據(jù)量大，結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高等特點(diǎn)?？蛇h(yuǎn)程和本地讀取測試數(shù)據(jù)和測試記錄，可實(shí)時(shí)查看測試數(shù)據(jù)和記錄。其顯示屏采用可編程組態(tài)屏，用戶可以根據(jù)自身需求和產(chǎn)品特點(diǎn)自己設(shè)計(jì)顯示界面，操作按鈕，自定義產(chǎn)品標(biāo)識(shí)和企業(yè)標(biāo)識(shí)，操作簡單，不需要有編程基礎(chǔ)。測試儀內(nèi)集成了電源信號(hào)源和電流信號(hào)源，無需外接任何信號(hào)源，一體成型，節(jié)約用戶投入成本。綜合保護(hù)裝置測試儀是一款適合不同用戶要求，滿足不同綜合保護(hù)裝置的專用測試設(shè)備，具有良好的市場前景。

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作者簡介：

王團(tuán)結(jié)（1981—），男，江蘇徐州人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及電力電子方面的研究。

封錦（1982—），男，江蘇常州人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及電力電子方面的研究。

宋紅衛(wèi)（1971—），男，安徽旌德人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及電力電子方面的研究。