劉 嶸

一種基于LabVIEW的斷路器分合閘電阻測試系統(tǒng)研究

劉 嶸

劉 嶸1沈慶河1劉 輝1雍 軍2楊 波2

1.山東電力研究院；2.國網(wǎng)山東省電力公司

引言

在電力系統(tǒng)中，線路合閘是常見的操作。斷路器故障大部分是由于操作過電壓引起。通過測量斷路器的分合閘電阻值，能夠判斷斷路器的健康狀態(tài)?！峨娏υO(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求對(duì)高壓斷路器進(jìn)行合閘電阻值及投入時(shí)間的測試，通過測試，可以提前發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題，減少電網(wǎng)突發(fā)事故發(fā)生。

目前國內(nèi)只有少數(shù)儀器設(shè)備能成功地在斷路器操作時(shí)測量其合閘電阻，而且絕大多數(shù)只能測量無并聯(lián)電阻的斷路器的合閘時(shí)間，而無法直接測量帶并聯(lián)電阻的斷路器的合閘電阻值及投入時(shí)間。國外也只有少數(shù)斷路器生產(chǎn)廠商有相應(yīng)的測試設(shè)備，但價(jià)格相當(dāng)昂貴。因此，研發(fā)斷路器分合閘電阻測試系統(tǒng)勢在必行。

斷路器分合閘電阻測試系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)概述

斷路器的合閘電阻一般放置于斷路器內(nèi)部，因此對(duì)其測量有一定難度。為了更加準(zhǔn)確、有效地評(píng)價(jià)斷路器的自身健康狀態(tài)。方便現(xiàn)場測量斷路器的分合閘電阻，本系統(tǒng)采用了先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，虛擬儀器功能靈活性強(qiáng)，不但可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的測量功能，還提供了大量豐富的庫函數(shù)。這些函數(shù)功能十分強(qiáng)大，包括從信號(hào)的采集到數(shù)字信號(hào)的分析計(jì)算，以及網(wǎng)絡(luò)通信等。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器合閘電阻、隔離開關(guān)分合閘電阻以及電阻投入時(shí)間測量的同時(shí)，用戶還可以將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、生成報(bào)表等更多功能的操作。方便用戶快速準(zhǔn)確各現(xiàn)場斷路器的健康狀況，保證了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

斷路器分合閘電阻測試系統(tǒng)是運(yùn)用了當(dāng)今國際上測控領(lǐng)域先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，采用PC-DAQ結(jié)構(gòu)，用LabVIEW軟件平臺(tái)編程，完成對(duì)斷路器合閘電阻、隔離開關(guān)分合閘電阻以及電阻投入時(shí)間的測量，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器和隔離開關(guān)的工作狀況做出預(yù)測。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，從系統(tǒng)測量單元引出的測試線通過掛桿分別掛接在A相、B相和C相的斷路器（隔離開關(guān)）上，當(dāng)斷路器合閘（隔離開關(guān)分合閘）時(shí)，經(jīng)過掛桿輸出信號(hào)，通過測試線傳到系統(tǒng)測量單元，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集，最后采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳至筆記本電腦中，測試儀通過軟件設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的分析處理、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)查詢、生成報(bào)表等功能。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)測量原理

測試系統(tǒng)的電路原理示意圖如圖2所示。

測量合閘的測量原理為：設(shè)U0為電源電壓。當(dāng)斷路器（隔離開關(guān)）的電阻觸頭S2閉合，主觸頭S1斷開時(shí)，測量信號(hào)輸出點(diǎn)的電壓值UX為UX1；當(dāng)斷路器的主觸頭S1和電阻觸頭S2都閉合時(shí)，測量信號(hào)輸出點(diǎn)的電壓值UX為UX2。

經(jīng)計(jì)算得出，二極管D1的壓降Ud為：

圖2 電路原理示意圖

在斷路器的電阻觸頭S2閉合，主觸頭S1斷開時(shí)，R3和Rx的并聯(lián)電阻值R合為：

合閘電阻的計(jì)算公式為：

分閘的測量原理為：當(dāng)斷路器（隔離開關(guān)）的主觸頭S1斷開，電阻觸頭S2仍閉合時(shí)，測量信號(hào)輸出點(diǎn)的電壓為UX1；當(dāng)電阻觸頭S2斷開，即兩觸頭都斷開處于分閘狀態(tài)時(shí)，斷口處于斷路狀態(tài)，測量信號(hào)輸出點(diǎn)的電壓為UX2。

經(jīng)計(jì)算，二極管D1的壓降Ud為：

在斷路器的電阻觸頭S2閉合，主觸頭S1斷開時(shí)，R3和Rx的并聯(lián)阻值R合為：

分閘電阻的計(jì)算公式為：

當(dāng)測量信號(hào)輸出點(diǎn)測得的電壓值UX發(fā)生改變時(shí)，說明有觸頭動(dòng)作，分別記下觸頭動(dòng)作的時(shí)間T1、T2，因此電阻的投入時(shí)間T即為T=T2-T1。

硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

測試儀的硬件部分包筆記本電腦、基于網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)采集卡和系統(tǒng)測量單元。硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效獲取，使整個(gè)儀器穩(wěn)定、可靠的工作。

圖3 軟件總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)測量單元主要由電源模塊、信號(hào)隔離取樣模塊、信號(hào)濾波放大模塊組成，測量信號(hào)輸出點(diǎn)輸出測量信號(hào)，并將其送到數(shù)據(jù)采集卡。

基于網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)采集卡具有單端輸入32路，雙端輸入16路的16位模擬輸入通道，100Kbs/s的采樣速率；16路I/O。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件采用美國國家儀器有限公司的LabVIEW軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)而成。該軟件特點(diǎn)是性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間短。其圖形化開發(fā)環(huán)境，內(nèi)置信號(hào)采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，提供強(qiáng)大功能的同時(shí)還保證了系統(tǒng)靈活性。將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個(gè)環(huán)境中，可在該平臺(tái)上無縫地集成一套完整的應(yīng)用方案。測試軟件界面友好，清晰易懂，操作簡便。

測試軟件主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)分析計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理、生成報(bào)表等功能。測試軟件軟件結(jié)構(gòu)合理，功能齊全。其總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，系統(tǒng)軟件功能模塊可以分為兩大部分：信號(hào)采集計(jì)算以及數(shù)據(jù)查詢。

結(jié)語

本文介紹了一種基于LabVIEW的斷路器分合閘電阻測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了斷路器分合閘電阻的現(xiàn)場快速、準(zhǔn)確測量，提高了現(xiàn)場檢測效率，方便用戶及時(shí)掌握斷路器設(shè)備的運(yùn)行狀況，減少電網(wǎng)突發(fā)事故的發(fā)生，節(jié)省了維護(hù)和檢測成本。通過實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證和現(xiàn)場實(shí)際測試，證明系統(tǒng)的可行性、測量準(zhǔn)確性，幫助用戶找出故障斷路器，提前制定應(yīng)對(duì)措施，取得非常好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.054