李 野，謝曉玲，謝豐琴

（1.甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅天水741018；2.重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶401120）

直流電器測試控制設(shè)備研究

李 野1，謝曉玲1，謝豐琴2

（1.甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅天水741018；2.重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶401120）

根據(jù)GB 14048.1－2012等標準的要求，研發(fā)了用于直流配電電器及控制電器的大容量檢測裝置。根據(jù)標準要求在直流大容量試驗設(shè)備的開發(fā)中借鑒了調(diào)速控制的方式，用調(diào)速器來控制可控硅，實現(xiàn)了直流大容量試驗的數(shù)字化控制，電壓的調(diào)節(jié)也更加簡單。在直流大容量試驗中實現(xiàn)了電壓從0V－938V的平滑調(diào)節(jié)，提高了直流電器的測試水平。

直流電器；電器測試；控制設(shè)備

1 引言

21世紀被稱為可再生能源的世紀，預(yù)計可再生能源利用技術(shù)、新型發(fā)電技術(shù)將會有重大突破，其在工業(yè)應(yīng)用中的規(guī)模將有大幅度提高［1］。據(jù)統(tǒng)計全世界有66%的能源被白白浪費掉，因此能源的高效利用技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。節(jié)約技術(shù)、節(jié)能技術(shù)將是未來發(fā)展的重要技術(shù)，這些技術(shù)包括：聯(lián)合循環(huán)、聯(lián)電聯(lián)產(chǎn)、熱泵、高效節(jié)能燈、建筑節(jié)能技術(shù)、電力電子技術(shù)、能源效益審計等。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，要實現(xiàn)節(jié)約型社會目標，最主要的是采用直流供電技術(shù)，它將在各個領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展迎來了通訊電源、EPS、UPS等直流電源行業(yè)的大發(fā)展，直流斷路器作為直流電源中各級饋電回路中最重要的操作和保護元器件，以其可靠的選擇性分級配合對保護設(shè)備、限制事故范圍起著非常重要的作用。目前我國的城市軌道交通體系均采用直流系統(tǒng)供電，而其直流電源大多由大功率硅整流裝置提供，硅整流裝置元器件因過載能力低，對直流電網(wǎng)保護元器件的要求更高［2］?？焖俜謹嗟闹绷鲗Ｓ脭嗦菲魇擒壍澜煌ㄖ械闹匾骷?/p>

直流供電技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，是電力系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，與之配套的直流電器產(chǎn)品種類會越來越多，電壓、電流的等級也會越來越多，因此，直流電器產(chǎn)品最終將成為電器產(chǎn)品的主要構(gòu)成部分。

2 總體思路

通斷能力試驗是模擬性試驗，主要模擬電路中發(fā)生各種過載或短路故障時，電路中安裝的開關(guān)電器是否能及時可靠地接通和分斷此故障電流；并且開關(guān)電器除必須可靠通斷所有故障電流外，還要能頻繁地通斷正常的工作電流，即非故障電流［3］。

直流通斷能力試驗是考核或研究用于直流電路中的開關(guān)電器的接通和分斷能力的。直流通斷能力試驗除電源和部分試驗設(shè)備與交流通斷能力試驗有所不同外，其它都很接近［4］。

3 直流通斷能力試驗系統(tǒng)

直流通斷能力試驗的試驗設(shè)備包括電源、保護開關(guān)和合閘開關(guān)、控制和測量設(shè)備、負載阻抗等幾個部分。圖1所示給出了直流通斷能力試驗的主電路原理圖。

圖1 直流通斷能力試驗的主電路原理圖

3.1 試驗電源設(shè)備

直流通斷能力試驗的電源設(shè)備有三種：蓄電池組、直流發(fā)電機組和整流裝置。蓄電池組作為直流試驗電源的優(yōu)點是電壓很穩(wěn)定，不會受外界的干擾和影響，且電壓和電流紋波系數(shù)都為零。缺點是蓄電池組需要反復(fù)充電、維修麻煩及使用壽命較短等［5］。因此，蓄電池組一般只在特殊情況下才采用。直流發(fā)電機組作為直流試驗電源的優(yōu)點是電壓可以均勻調(diào)節(jié)，電壓的脈動分量很小，電壓值比較穩(wěn)定，而且對電網(wǎng)影響小；直流發(fā)電機組作為直流試驗電源的缺點是機組有機械轉(zhuǎn)動部分，因此噪音大，維修也麻煩，而且過載能力也差。除上述兩種試驗電源外，目前用得更普遍的是整流裝置。整流電源裝置的整流部分主要由硅整流二極管串并聯(lián)組成，并配有可變換電壓的整流變壓器。整流電源裝置的優(yōu)點是無機械轉(zhuǎn)動部分，也不必像蓄電池組那樣要經(jīng)常充電，維修和使用都比較方便。

3.2 保護開關(guān)和合閘開關(guān)

保護開關(guān)有3個作用：一是經(jīng)常用于空載接通或分斷試驗電源；二是在試驗過程中，如果試品不能分斷試驗電流時，可用保護開關(guān)及時切斷此電流；三是一旦試驗電路發(fā)生短路故障，保護開關(guān)可瞬時分斷此故障電流［6］。合閘開關(guān)只擔(dān)任“合閘”試驗電流的任務(wù)，它只要具備能可靠接通最大可能的試驗電流的能力即可。

3.3 測量設(shè)備

通斷能力試驗過程中必須測量的參數(shù)主要有電壓、電流、功率因數(shù)、燃弧時間等［7］。這些被測參數(shù)多是瞬變量。因此，除采用常規(guī)測量儀表外，還要有專用的示波器，即既要測量被測參數(shù)的量值，還要顯示和記錄被測參數(shù)的波形和瞬變過程。

3.4 負載阻抗

通斷能力試驗所用的負載阻抗由可調(diào)電抗器和可調(diào)電阻器二者串聯(lián)組成。它的作用是調(diào)節(jié)試驗電流大小和試驗電路功率因數(shù)大小。

4 直流電源系統(tǒng)研究

目前，國內(nèi)外大功率整流電源輸出直流電壓的控制方式有兩種，即大功率二極管整流機組的調(diào)壓和大功率晶閘管整流機組的調(diào)壓方式。目前國外大功率整流電源中，采用6英寸硅片的大功率整流二極管或晶閘管，如 ABB、FUJI等公司［8］。那么，選用合適的直流通斷能力試驗的電源設(shè)備，需要對市場上常用的整流電路和電源輸出方式作比較，比較情況如表1所示。

表1 各種整流電路優(yōu)缺點比較

從表1對比可以看出，直流通斷能力試驗可采用電容濾波的三相不可控整流電路，在電路中，最常用的是三相橋式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 三相橋式電路結(jié)構(gòu)模型

三相橋式電路結(jié)構(gòu)采用晶閘管三相全控橋整流電路，由T1T3T5組成共陰極，T4T6T2組成共陽極。共陰極組和共陽極組的每兩個晶閘管相互換流，為了形成電流回路，必須使兩組中（正組晶閘管T1T3T5和反組晶閘管T4T6T2）應(yīng)導(dǎo)通的那兩個晶閘管同時有觸發(fā)脈沖［9］。其電路在工作時產(chǎn)生的整流電壓、電流波形如圖3所示。

圖3 整流電路電壓、電流波形

直流通斷能力試驗系統(tǒng)中采用直流調(diào)速裝置6RA70，兩片高性能微處理器80C163和80C167，來完成電樞和勵磁回路所有從速度設(shè)定到觸發(fā)脈沖形成的各種調(diào)節(jié)、傳動控制功能，以及信息控制等各種輔助功能，是新一代高性能的全數(shù)字直流調(diào)速裝置［10］，其硬件模板按圖4所示的接線方式邊連接。

圖4 6RA70硬件模板連接示意圖

晶閘管作為整流電路的核心，在本直流通斷能力試驗系統(tǒng)中占據(jù)至關(guān)重要的位置，一旦由于過電流、過電壓而導(dǎo)致晶閘管被擊穿，就會造成重大的運行事故。因此，必須對整流主電路采取相應(yīng)保護措施。本系統(tǒng)選用直流調(diào)速裝置6RA70，其控制方式采用可控硅觸發(fā)的控制，具有可控硅的保護、過電流保護等性能特點，能有效提高本直流通斷能力試驗系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

5 回路阻抗設(shè)備

一般來說，電器試驗站的設(shè)計就是盡量減少回路固有阻抗而達到利用最小的成本出力最大的目的，所以試驗變壓器一般都放置于離通斷試驗室盡量近的地方，對于電路中的保護開關(guān)、合閘開關(guān)一般都在安裝在墻上以減小阻抗，而前級電感、前級電阻的出線端設(shè)置短路試驗工位，而在短路試驗工位旁設(shè)置帶有后級阻抗的通斷試驗工位，根據(jù)業(yè)務(wù)量或者用戶的需要設(shè)置通斷試驗工位的數(shù)量［11］。選相用的檢測設(shè)備主要采用的技術(shù)是通過機械式開關(guān)，靠人工操作來實現(xiàn)，傳統(tǒng)的機械式開關(guān)無法實現(xiàn)任意開通角度和輸出波形的控制。

6 開發(fā)特點及適用范圍

6.1 開發(fā)特點

為了適應(yīng)行業(yè)電器產(chǎn)品發(fā)展的需要，建立了直流大容量試驗設(shè)備，在直流大容量試驗設(shè)備的開發(fā)中，借鑒調(diào)速控制的方式用調(diào)速器來控制可控硅。采用調(diào)速器來控制可控硅，實現(xiàn)了直流大容量試驗的數(shù)字化控制，電壓的調(diào)節(jié)也更加簡單，電壓輸出更為靈活。該系統(tǒng)有廣闊的發(fā)展前景，可以滿足交直流通斷能力、耐受電流能力等開關(guān)電器試驗，并可進一步擴充，其特點如下。

在直流大容量試驗設(shè)備的開發(fā)中借鑒了調(diào)速控制的方式用調(diào)速器來控制可控硅。

由于采用了調(diào)速器來控制可控硅，實現(xiàn)了直流大容量試驗的數(shù)字化控制，電壓的調(diào)節(jié)也更加簡單。在直流大容量試驗中實現(xiàn)了電壓從0V－938V的平滑調(diào)節(jié)。

根據(jù)電源及設(shè)備參數(shù)配置了高精度電阻器以及電抗器，既滿足了標準要求，也保證了電流調(diào)節(jié)的精度。

6.2 適用范圍

該設(shè)備電壓調(diào)節(jié)簡單，范圍靈活，在測試的可靠性與準確性、試驗方法的科學(xué)性和提高直流電器的測試水平等方面具有明顯優(yōu)勢，在低壓電器試驗領(lǐng)域中，技術(shù)進步創(chuàng)新并帶來了明顯的社會效益。滿足電廠、變電站直流系統(tǒng)；工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的直流系統(tǒng)；公商建直流監(jiān)控系統(tǒng)等的應(yīng)用要求，全面保證直流場合的供電及負載的安全穩(wěn)定［12］。

7 結(jié)束語

在設(shè)備的開發(fā)中借鑒了調(diào)速控制的方式，采用調(diào)速器來控制可控硅。采用了調(diào)速器來控制可控硅，實現(xiàn)了直流大容量試驗的數(shù)字化控制，電壓的調(diào)節(jié)也變得更加簡單。在直流大容量試驗中實現(xiàn)了電壓從0V－938V的平滑調(diào)節(jié)。根據(jù)電源及設(shè)備參數(shù)配置了高精度電阻器以及電抗器，既滿足了標準要求，也保證了電流調(diào)節(jié)的精度。該成果使直流系統(tǒng)更加安全、可靠。同時，也以更全面、有效的解決方案服務(wù)于市場需求，滿足最苛刻的安全性、可靠性、能效及環(huán)境要求。電壓調(diào)節(jié)簡單，范圍靈活，在測試的可靠性與準確性、試驗方法的科學(xué)性和提高直流電器的測試水平等方面具有明顯效果。

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Research on test control device of DC electric appliance

LI Ye1，XIE Xiao－ling1，XIE Feng－qin2
（1.Gansu Electric Apparatus Research Institute，Tianshui 741018，China；2.Chongqing Rail Transit（Group）Co.，Ltd.，Chongqing 401120，China）

According to the requirements of standards such as GB 14048.1－2012，a large capacity test device for DC distribution appliance and control device is developed.According to the standard requirements，in the development of DC large capacity test device，the speed control method is used for reference and the SCR is controlled by governor to realize digital control for DC large capacity test，and voltage adjustment is also simpler.The voltage smooth adjustment from 0 V to 938 V is realized in the DC large capacity test，and the test level of DC electric appliance is improved.

DC electric appliance；appliance test；control device

TM301.2

A

李 野（1973－），男，本科，助理工程師，研究方向為電工電氣控制。

2017－05－01

1005—7277（2017）02—0019—04