CN103454580B - 一种断路器分合闸线圈特性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种断路器分合闸线圈特性测试装置，包括：控制器、线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元，所述控制器分别连接信号源、线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元，线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元通过与待测线圈进行测试，并将该测试数据传递至控制器，控制器实时对断路器分合闸线圈进行故障诊断，从而实现对断路器分合闸线圈的实时监测。本发明通过对线圈的特性测试来评估线圈的性能及质量，消除质量缺陷和故障隐患，保证产品使用的可靠性和稳定性，提高电力系统运行的安全性。
Description
技术领域
本发明公开了一种断路器分合闸线圈特性测试与故障诊断技术，包括分合闸线圈稳态特性测试、分合闸线圈暂态特性测试、分合闸线圈绝缘特性测试、分合闸线圈热稳定性测试和分合闸线圈专家诊断系统。
背景技术
高压开关是电力系统中最关键的一种电器设备，尤其是高压断路器数量多，检修量大，费用高。它的可靠性直接影响着电力系统的电网安全。有关资料表明，变电站维护费用的一半以上是用在高压断路器上，而其中60％又是用于断路器的小修和例行检修上。另外据统计，50％的断路器故障是由于分合闸线圈故障造成的。在目前相对保守的检修中，分合闸线圈的质量评估缺乏一定的针对性。对断路器分合闸线圈的重要参数进行必要的跟踪检测，不仅可以提供设备现在的运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断是否存在故障的先兆，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。这方面的研究已成为世界范围内电力工业运行及制造部门越来越关注的热点问题。
为了保证设备安全运行，有针对性地开展状态检修，就有必要记录断路器分合闸线圈的各种状态下的测试数据，如稳态、暂态下分别测试的线圈电阻、线圈匝数、耐压、电流及热稳定性测试等，以判断断路器分合闸线圈的综合特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种断路器分合闸线圈特性测试装置，包括分合闸线圈稳态特性测试、分合闸线圈暂态特性测试、分合闸线圈绝缘特性测试、分合闸线圈热稳定性测试和分合闸线圈专家诊断系统。通过对线圈的特性测试来评估线圈的性能及质量，消除质量缺陷和故障隐患，保证产品使用的可靠性和稳定性，提高电力系统运行的安全性。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种断路器分合闸线圈特性测试装置，包括：
——控制器，用于对线圈电阻测试单元、线圈绝缘及匝数测试单元实时监测断路器分合闸线圈的数据进行故障诊断，实现对断路器分合闸线圈的实时监测；
——线圈电阻测试单元，用于接收控制器发出的电阻测试信号，并测试单元采集断路器分合闸线圈的电流、电压大小，将该数据传递至控制器，控制器计算出被测线圈的电阻值；
——线圈绝缘及匝数测试单元，用于接收控制器发出的绝缘强度和线圈匝数测试信号，并测试单元采集断路器分合闸线圈的电压大小，将该数据传递至控制器；
所述控制器分别连接信号源、线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元，线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元通过与待测线圈进行测试，并将该测试数据传递至控制器，控制器实时对断路器分合闸线圈进行故障诊断，从而实现对断路器分合闸线圈的实时监测。
进一步地，所述控制器经DA信号源连接放大器，并经信号开关分别连接线圈绝缘及匝数测试单元和线圈电阻测试单元；或直接通过信号开关分别连接线圈绝缘及匝数测试单元和线圈电阻测试单元。
进一步地，所述线圈电阻测试单元包括分别与控制器连接的AC-DC转换电路和两个模数转换电路；所述AC-DC转换电路连接至电流传感器，电流传感器通过快速放电单元连接至被测线圈a-b端；所述两个模数转换电路分别连接有放大器，其中，一个模数转换电路经放大器连接至电流传感器，一个模数转换电路经放大器连接至电压传感器，再经电压传感器连接被测线圈a-b端。
进一步地，所述线圈电阻测试单元采用4线法测试，线圈电阻测试单元并联在被测线圈a-b两端。
进一步地，所述快速放电单元电路包括一二极管D1,与二极管D1相串联的三极管Q，所述三极管Q的三个极上分别并接有电阻。
进一步地，所述线圈绝缘及匝数测试单元包括分别与控制器相连的升压变压器和两个模数转换电路；所述升压变压器经短路保护电路连接电压传感器连接至被测线圈耦合卡钳A-B端；所述两个模数转换电路分别连接有放大器，其中，一个模数转换电路经放大器连接电压传感器至被测线圈耦合卡钳A-B端，另一个模数转换电路经放大器连接电压传感器至被测线圈a-b端。
进一步地，所述短路保护电路包括一放大器IC1，放大器IC1输入端分别连接有电阻R2和R4，电阻R2和R4并联一电阻R1，在放大器IC1输出端串接一电阻R5，放大器IC1输入端与输出端之间并联有电阻R3；所述电阻R5输出端连接有一对反向的第一稳压二级管D1和第二稳压二级管D2，在第二稳压二级管D2的输出端分别与第一三级管Q1和第二三极管Q2的基极相连，第一三级管Q1和第二三极管Q2的集电极分别接电压的正负端，第一三级管Q1和第二三极管Q2的发射极接光耦IC2；光耦IC2的输出端分别接第三三级管Q3的基极和发射极，第三三级管Q3的发射极接地，第三三级管Q3的集电极接电源Vcc。
进一步地，所述第一三级管Q1和第二三极管Q2的发射极上并接一二极管后接地。
本发明的有益效果在于：
1)线圈匝数测试采用电磁感应原理，以低频信号测试，提高了测试的准确性和抗干扰能力，消除了线圈电感造成的测试误差，保证测试的准确性。
2)分合闸线圈暂态测试包含线圈充放电时的特性测试，快速放电电路来释放线圈中储存的能量，通过充放电前后对线圈基本特性的测试、记录和对比，可以对线圈的所用的材质、绕制工艺、匝间绝缘进行测试和评估。
3)分合闸线圈绝缘特性测试单元采用电磁感应，以耦合方式给线圈施加电压，可以保证足够的测试电压，线圈几乎是空载运行状态。避免了直接施加测试电压时，随着电压的升高，电流也随之增大，使得线圈严重超负荷。保证了足够的测试电压，又不至于对试品造成损害。施加过程中监控随着电压的升高电流的变化，并设计有短路保护电路，一旦电流异常增大或击穿立即启动保护，停止升压并回零。
4)分合闸线圈热稳定性测试单元是向线圈施加一定的电流并保持设定的时间，然后对线圈的基本特性进行测试，再和冷态测试的结果进行比较。
5)综合实现数字化、图形化监控与管理，可以清晰的显示当前分合闸线圈的运行状态。
本发明断路器分合闸线圈综合特性测试仪检测数据全面，传输稳定，实现了分合闸线圈的特性综合测试；仪器设计小巧便携，接线简单，适合各种现场测试需要；通过对线圈的特性测试来评估线圈的性能及质量，消除质量缺陷和故障隐患，保证产品使用的可靠性和稳定性，提高电力系统运行的安全性。该测试仪的研制成功将填补现有断路器检测技术的空白，可以对断路器的运行状况进行更为全面的运行状态分析，也为合理制定断路器的维修计划提供科学的技术依据。
本发明断路器分合闸线圈综合特性测试仪适用于电力系统及各厂矿、企业、发电厂、变电站，应用于6KV～35KV各种类型断路器的检测，为保证电力系统电网的安全运行，早期发现断路器的电气、机械回路异常，提供了可靠的数据参考，提供断路器检修预警信号，从而提高了对断路器的运行管理水平。
附图说明
图1为本发明的测试原理框图；
图2为线圈电阻测试单元线路图；
图3为电磁感应测试线圈示意图；
图4为短路保护电路图；
图5为快速放电单元电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明断路器分合闸线圈特性测试装置，设置有线圈电阻测试单元、线圈绝缘及匝数测试单元，由控制器进行控制。
其中，控制器用于对线圈电阻测试单元、线圈绝缘及匝数测试单元实时监测断路器分合闸线圈的数据进行故障诊断，实现对断路器分合闸线圈的实时监测；线圈电阻测试单元用于接收控制器发出的电阻测试信号，并控制单元采集断路器分合闸线圈的电阻大小，将该数据传递至控制器；线圈绝缘及匝数测试单元用于接收控制器发出的绝缘强度和线圈匝数测试信号，并控制单元采集断路器分合闸线圈的电阻大小，将该数据传递至控制器；控制器分别连接信号源、线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元，线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元通过与待测线圈进行测试，并将该测试数据传递至控制器，控制器实时对断路器分合闸线圈进行故障诊断，从而实现对断路器分合闸线圈的实时监测。
结合附图1所示，当通过键盘选择线圈电阻测试时，控制器启动DA信号源产生150HZ的信号，经放大器后，信号开关接通AC-DC转换电路，将信号转换成直流信号，施加到被测线圈a-b上。按照4线测试电阻法测试线圈电阻，输出的电流幅值经快速放电单元由电流传感器测量，测量值经放大器放大后由模数转换器3输入到控制器；被测线圈a-b两端的电压差由电压传感器测量，经放大器放大后由模数转换器2输入到控制器，控制器根据输出到线圈上的电流幅值的大小和线圈两端电压差的幅值就可以计算出被测线圈a-b的电阻值，并显示到屏幕上。
控制器可以经DA信号源连接放大器，并经信号开关分别连接线圈绝缘及匝数测试单元和线圈电阻测试单元；或直接通过信号开关分别连接线圈绝缘及匝数测试单元和线圈电阻测试单元。
分合闸线圈绝缘特性测试单元采用电磁感应，以耦合方式给线圈施加电压，可以保证足够的测试电压，线圈几乎是空载运行状态。避免了直接施加测试电压时，随着电压的升高，电流也随之增大，使得线圈严重超负荷。保证了足够的测试电压，又不至于损害试品。可以用同样的方法测试被测线圈的匝数。
结合附图1所示，当通过键盘选择线圈绝缘测试时，控制器启动DA信号源产生150HZ的信号，经放大器后，信号开关接通升压变压器，变压器可以将信号进一步升压并起到隔离作用，信号经过短路保护单元、电压传感器后接到耦合卡钳A-B端上；这时的被测线圈就会以电磁感应的方式获得电压。输出到耦合卡钳A-B端上的电压经过电压传感器、信号放大器、模数转换器1输入到控制器上，感应到被测线圈a-b端上的电压大小经过电压传感器、信号放大器、模数转换器2输入到控制器上，卡钳上的电压和被测线圈上的电压通过屏幕显示。
当通过键盘选择线圈匝数测试时，控制器启动DA信号源产生30HZ(为了能够准确测试，选择的信号频率偏离工频)的频率信号，经放大器后，信号开关接通升压变压器，变压器可以将信号进一步升压并起到隔离作用，信号经过短路保护单元、电压传感器后接到耦合卡钳A-B端上，耦合钳卡在被测线圈上，这时的被测线圈就会以电磁感应的方式获得电压。输出到耦合卡钳A-B端上的电压经过电压传感器、信号放大器、模数转换器1输入到控制器上，感应到被测线圈a-b端上的电压大小经过电压传感器、信号放大器、模数转换器2输入到控制器上，控制器根据测量到的信号变比以及耦合钳A-B上的已知匝数就可以计算出被测线圈a-b的匝数，通过屏幕显示。
如图2所示，线圈电阻测试单元采用4线法测试，被测线圈a-b端并联在被测线圈两端。A-RX-B是电流通路，当流过通路的电流是恒流I，则在电阻RX上的电压降就是V＝I*RX。准确地测试回路电流和电阻压降，就可以得到被测电阻值RX。
电阻测试采用4线法测试，消除了线圈电感造成的测试误差，保证测试的准确性。线圈匝数测试采用电磁感应原理，以低频信号测试，提高了测试的准确性和抗干扰能力。
如图3所示，为电磁感应测试线圈绝缘特性和线圈匝数示意图。A-A是激励线圈，设计成可开合式，可以方便的卡入被测线圈上，a-b是被测线圈。
进行线圈绝缘测试时，控制器启动DA信号源产生150HZ频率信号，该信号经放大器后驱动升压变压器，使得信号电压进一步升高，该信号输出到耦合钳上A-B端，耦合钳卡在被测线圈上，以这种电磁感性的方式就可以对被测线圈a-b端施加电压，并进一步升高电压到设定值。测试过程中监测耦合钳上A-B端和被测线圈a-b端的电压值。当线圈绝缘不好或有短路现象时停止升压，并退出测试。
绝缘特性测试单元采用电磁感应，以耦合方式给线圈施加电压，可以保证足够的测试电压，线圈几乎是空载运行状态。避免了直接施加测试电压时，随着电压的升高，电流也随之增大，使得线圈严重超负荷。以耦合方式给线圈施加电压，保证了足够的测试电压，又不至于给试品造成损害。施加过程中监控随着电压的升高电流的变化，并设计有短路保护电路，一旦电流异常增大或击穿立即启动保护，停止升压并回零。
如图4所示，为短路保护电路图。
短路保护电路包括一放大器IC1，放大器IC1输入端分别连接有电阻R2和R4，电阻R2和R4并联一电阻R1，输入端电流I0经电阻R1和R2分流后输入至放大器IC1，在放大器IC1输出端串接一电阻R5，放大器IC1输入端与输出端之间并联有电阻R3；电阻R5输出端串接有一对反向相接的第一稳压二级管D1和第二稳压二极管D2，第二稳压二级管D2的输出端分别与第一三级管Q1和第二三极管Q2的基极相连，第一三级管Q1和第二三极管Q2的集电极分别通过一电阻R6和R8接电压的正负端，第一三级管Q1和第二三极管Q2的发射极接光耦IC2，在第二三级管Q2的发射极上串接有一电阻R7；光耦IC2的输出端分别接第三三级管Q3的基极和发射极，第三三级管Q3的发射极接地，第三三级管Q3的集电极接电源Vcc。在第三三级管Q3的基极与集电极之间并联连接有电阻R9和R10。
R1为输出电流取样电阻，电路正常工作时，IC1的输出电压不足以使D1，或D2击穿导通，Q1和Q2均不导通，IC2不工作，Q3导通输出低电平，EX驱动电路正常工作。如果电路有过流现象出现时，假定发生在正半周，IC输出的为负电压，使得D1击穿，D2导通，Q2导通，电流经对D3，R7，Q2，R8，使光耦IC2导通，EX输出过流信号，Q3截止输出高电平。若负半周过流发生，IC1输出为正电压，使D2击穿，D1导通，Q1导通，电流经R6，Q1，R7和D4，使光耦IC2通电工作，Q3截止输出高电平。当Q3截止输出高电平时，，EX输出过流信号。该设计具有监测交流电流短路的保护电路关断电路工作，完成设备的保护。由于PN结稳压值随温度升高而升高，而PN结正向导通值随温度升高而降低，故D1、D2反向串联具有良好温度补偿作用，使电路热稳定性相当好。
如图5所示，为快速放电单元电路图，快速放电单元电路包括一个二极管D1,与二极管D1相串联有三极管Q，三极管Q的三个极上分别并接有电阻R1、R2和R3。
测量结束时，因变压器绕组具有大电感，电流不能立即降为零，这样就会产生很大的电势，因此该设计采用自动放电回路，在本放电回路中R3为放电电阻，R1、R2为驱动三极管Q工作的分压电阻，放电回路正向不导通、方向导通。当线圈充电完成后，刚开始放电的一段时间放电电压较高，三极管Q处于导通状态，放电回路主要由放电电阻R3释放能量，随着放电电压的降低，三极管Q进入截止状态，其等效于高阻状态以快速释放完最后能量。
Claims (7)
1.一种断路器分合闸线圈特性测试装置，其特征在于，包括：
——控制器，用于对线圈电阻测试单元、线圈绝缘及匝数测试单元实时监测断路器分合闸线圈的数据进行故障诊断，实现对断路器分合闸线圈的实时监测；
——线圈电阻测试单元，用于接收控制器发出的电阻测试信号，并测试单元采集断路器分合闸线圈的电流、电压大小，将该数据传递至控制器，控制器计算出被测线圈的电阻值；
——线圈绝缘及匝数测试单元，用于接收控制器发出的绝缘强度和线圈匝数测试信号，并测试单元采集断路器分合闸线圈的电压大小，将该数据传递至控制器；
所述线圈绝缘及匝数测试单元包括分别与控制器相连的升压变压器和两个模数转换电路；所述升压变压器经短路保护电路连接电压传感器连接至被测线圈耦合卡钳A-B端；所述两个模数转换电路分别连接有放大器，其中，一个模数转换电路经放大器连接电压传感器至被测线圈耦合卡钳A-B端，另一个模数转换电路经放大器连接电压传感器至被测线圈a-b端；
线圈匝数测试以低频信号测试；
分合闸线圈绝缘特性测试采用电磁感应，以耦合方式给线圈施加电压，保证足够的测试电压，线圈是空载运行状态；施加过程中监控随着电压的升高电流的变化，并设计有短路保护电路，一旦电流异常增大或击穿立即启动保护，停止升压并回零；
所述控制器分别连接信号源、线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元，线圈电阻测试单元和线圈绝缘及匝数测试单元通过与待测线圈进行测试，并将该测试数据传递至控制器，控制器实时对断路器分合闸线圈进行故障诊断，从而实现对断路器分合闸线圈的实时监测。
2.根据权利要求1所述的断路器分合闸线圈特性测试装置，其特征在于：所述控制器经DA信号源连接放大器，并经信号开关分别连接线圈绝缘及匝数测试单元和线圈电阻测试单元；或直接通过信号开关分别连接线圈绝缘及匝数测试单元和线圈电阻测试单元。
3.根据权利要求1或2所述的断路器分合闸线圈特性测试装置，其特征在于：所述线圈电阻测试单元包括分别与控制器连接的AC-DC转换电路和两个模数转换电路；所述AC-DC转换电路连接至电流传感器，电流传感器通过快速放电单元连接至被测线圈a-b端；所述两个模数转换电路分别连接有放大器，其中，一个模数转换电路经放大器连接至电流传感器，一个模数转换电路经放大器连接至电压传感器，再经电压传感器连接被测线圈a-b端。
4.根据权利要求3所述的断路器分合闸线圈特性测试装置，其特征在于：所述线圈电阻测试单元采用4线法测试，线圈电阻测试单元并联在被测线圈a-b两端。
5.根据权利要求3所述的断路器分合闸线圈特性测试装置，其特征在于：所述快速放电单元电路包括一二极管D1,与二极管D1相串联的三极管Q，所述三极管Q的三个极上分别并接有电阻。
6.根据权利要求1所述的断路器分合闸线圈特性测试装置，其特征在于：所述短路保护电路包括一放大器IC1，放大器IC1输入端分别连接有电阻R2和R4，电阻R2和R4并联一电阻R1，在放大器IC1输出端串接一电阻R5，放大器IC1输入端与输出端之间并联有电阻R3；所述电阻R5输出端连接有一对反向的第一稳压二级管D1和第二稳压二极管D2，第二稳压二级管D2的输出端分别与第一三级管Q1和第二三极管Q2的基极相连，第一三级管Q1和第二三极管Q2的集电极分别接电压的正负端，第一三级管Q1和第二三级管Q2的发射极接光耦IC2；光耦IC2的输出端分别接第三三级管Q3的基极和发射极，第三三级管Q3的发射极接地，第三三级管Q3的集电极接电源Vcc。
7.根据权利要求6所述的断路器分合闸线圈特性测试装置，其特征在于：所述第一三级管Q1和第二三极管Q2的发射极上并接一二极管后接地。
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