基于LabVIEW的塑殼斷路器短路分斷能力檢測系統(tǒng)

蘇景賢，王建生，林木峰，謝惠琴

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基于LabVIEW的塑殼斷路器短路分斷能力檢測系統(tǒng)

蘇景賢1，王建生1，林木峰2，謝惠琴1

（1. 五邑大學 機電工程學院，廣東 江門 529020；2. 中山職業(yè)技術學院 電子信息工程系，廣東 中山 528404）

基于虛擬軟件LabVIEW平臺，選用ABB Tmax T2N160型號塑殼斷路器作為試驗對象，采用短接塑殼斷路器的三相觸點方法，開發(fā)了基于LabVIEW軟件的短路電流分斷能力的測試系統(tǒng). 三相瞬間采集波形表明測試系統(tǒng)是可行的；尖峰檢測結果表明系統(tǒng)能在短路情況下及時進行分斷；另外，系統(tǒng)可通過遠程上位機進行遠程控制并由虛擬軟件記錄相關數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)批量、自動和精準的檢測，有較高的實用價值.

LabVIEW；ABB Tmax T2N160塑殼斷路器；短路測試

塑殼斷路器具有過載長延時、短路瞬動的二段保護功能，常在低壓配電系統(tǒng)做終端開關或支路開關. 其中Tmax系列塑殼斷路具有極高的性能水平，能極大地限制允通能量、減少電流峰值、避免裝置過熱、降低電動應力，多用于交流和直流用電工廠的主配電和子配電中. 塑殼斷路器的短路電流分斷能力直接影響著電力系統(tǒng)的安全，目前，國內(nèi)外對其分斷能力的測試研究重視程度不高、相關研究較少. 本文以新會低壓開關有限公司研發(fā)的ABB塑殼斷路器Tmax T2N160為短路測試對象，用ABB公司提供的三相短路試驗臺做試驗平臺，瞬間通斷用遠程上位機控制，相關數(shù)據(jù)的處理使用LabVIEW，通過對測試斷路器短路電流分斷能力的檢驗，驗證了基于LabVIEW的檢測系統(tǒng)的可行性以及產(chǎn)品性能的可靠性.

1 系統(tǒng)設計與組件選用

本試驗的目標是開發(fā)一個通用的塑殼斷路器短路分斷能力檢測系統(tǒng)，并將其應用于主流塑殼斷路器產(chǎn)品的檢測. 本研究選用新會低壓開關有限公司研發(fā)的Tmax T2N160塑殼斷路器為試驗對象，其基本技術指標：額定電壓（Ue）690 V，額定電流（In）160 A，額定短路分斷電流（Icu）36 kA，工作頻率50 Hz.

以ABB公司提供的三相短路電器試驗臺作為基礎試驗平臺，在此基礎上開發(fā)控制斷路器開關的模塊，實現(xiàn)被測塑殼斷路器與試驗臺的連接. 在短路條件下進行通斷試驗，測試其在規(guī)定條件下能否分斷短路電流. 試驗品主回路電壓由沖擊變壓器供給，輸入110～690 V的三相交流電，與回路負載連接組成測試電路；短路測試電流最高可達到50 kA（大于被測產(chǎn)品的額定電流36 kA），并能實時顯示測試主回路的三相負載電壓、被試品三相開路電壓和三相回路電流等9個波形. 利用LabVIEW軟件[1-2]，開發(fā)了短路測試系統(tǒng)程序，該程序包括數(shù)據(jù)采集、運算、存儲、測試結果分析等子模塊，并與試驗物理測試平臺組成斷路器短路分斷能力檢測系統(tǒng). 試驗系統(tǒng)的設計框圖如圖1所示.

圖1 塑殼斷路器短路測試系統(tǒng)框圖

圖2 三相電器短路接通和分斷原理圖

物理試驗臺主要由ABB三相短路電器試驗臺、被測塑殼斷路器、電壓變送器模塊、電流傳感器模塊和記錄測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊等構成. 本試驗利用氣缸實現(xiàn)被測塑殼斷路器三相觸點的短路，瞬間通斷的短路大電流的采集采用自動控制方法. 為保證測試精度，選用穩(wěn)定性高的電壓變送器和電流傳感器對短路情況下的三相電壓和三相電流進行測量. 三相電器短路接通和分斷原理如圖2所示.

試驗品主回路電壓由沖擊變壓器供給，考慮低功耗和抗干擾能力，選用瑞士LEM公司生產(chǎn)的電壓變送器[3]，型號是AV100-750，原邊測量有效值最大為750 V，對應的輸出最大值2.5 V、頻率13 kHz. 三相交流電短路瞬間產(chǎn)生的大電流可實現(xiàn)瞬態(tài)電流的測量，本試驗選用德陽蜀電電力技術有限公司生產(chǎn)的羅氏線圈[4]為電流傳感器.

用NI公司的高精度PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡采集試驗數(shù)據(jù). 依據(jù)短路測試技術的要求，短路測試電流最高要求達到50 kA，采集電流的輸入電壓要求±10 V，單通道采樣的數(shù)據(jù)頻率為100 kHz.

因測試電流過大，為保證測試人員的安全，試驗借助遠程上位機進行操控.

2 基于LabVIEW的短路測試系統(tǒng)流程

根據(jù)測量系統(tǒng)配置和三相短路通斷原理，用LabVIEW軟件創(chuàng)建的測試系統(tǒng)主程序流程圖[5]和部分主程序分別如圖3和圖4所示. 從圖3可知：系統(tǒng)首先判斷16 ms峰的峰值與標準電壓的誤差是否合理，以此判斷電壓器主回路中是否有不符合的電壓上下限值；其次，測試2 000 ms的9路電壓和電流，以解決測試接通和分斷瞬間采樣時間的問題；最后，保存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，以便日后檢查.

圖3 測試系統(tǒng)主程序流程圖

圖4 測試系統(tǒng)的部分主程序圖

3 試驗數(shù)據(jù)采集與分析

在電源端加載380 V三相交流電，把線路的電流調整到預期的短路電流值，利用氣缸控制模塊短接三相觸點測試其短路電流. 重復多次.

3.1 三相瞬間采集波形分析

根據(jù)三相電壓理論，三相電壓相互之間的相位差為120°，其理論波形如圖5所示. 通過大量的測試試驗波形分析，本文開發(fā)的測試程序所測得的三相負載電壓相互之間的相位差和三相開路電壓相互之間的相位差也都為120°，如圖6所示. 由此可見，本文開發(fā)的塑殼斷路器的短路測試系統(tǒng)是可行的.

圖5 三相電壓理論波形

圖6 三相負載電壓、三相開路電壓和三相電流波形

3.2 三相電流的尖峰問題

根據(jù)試驗要求對短路測試采集2 000 ms的數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次試驗，截取其中一次的波形圖，如圖6所示：當測試時間146～226 ms時，電流波形出現(xiàn)了一處非常明顯的尖峰（如圖6中的圈內(nèi)），經(jīng)計算，尖峰起始的時間差為80 ms；在出現(xiàn)尖峰現(xiàn)象之后，三相電流又處于穩(wěn)定狀態(tài)，這表明此時斷路器已完全分斷.

尖峰現(xiàn)象是含塑殼斷路器的電路中是否出現(xiàn)短路情況的判斷標志. 若波形中沒有出現(xiàn)尖峰，則說明試驗沒有出現(xiàn)短路的情況，這可能是系統(tǒng)中的氣缸控制模塊出現(xiàn)了問題，檢查程序中數(shù)字信號對氣缸控制的子程序模塊即可判斷檢修.

注意，測試發(fā)生尖峰現(xiàn)象的瞬間，塑殼斷路器的三相接觸點處會出現(xiàn)冒火花的現(xiàn)象，這是個危險報警信號：若火花持續(xù)時間長，會燒壞斷路器的觸點，同時造成其他用電器的損壞，嚴重時還易引發(fā)火災.

4 結論

利用遠程控制，基于LabVIEW的測試平臺在多次短路大電流接通和分斷情況下的測試結果表明：本文開發(fā)的塑殼斷路器短路測試系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)波形與預期設想的理論波形吻合，能在短路情況下及時進行分斷. 此外，本測試系統(tǒng)的采樣時間1μs，遠小于電壓變送器和電流傳感器的反應時間；同時，其斷路器分斷能力最高值可達50 kA，遠大于安全標準的36 kA；本測試系統(tǒng)測得的波形數(shù)據(jù)準確性和精度值更高（如NI PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡可以達到16位精度，而其他數(shù)據(jù)采集卡只能達到12位精度），比傳統(tǒng)的檢測方法更可靠；本系統(tǒng)能實時分析和處理測試數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品性能檢測的自動化和智能化，具有較好的應用前景.

[1] 龍華偉，顧永剛. LabVIEW 8.2.1與DAQ數(shù)據(jù)采集[M]. 北京：清華大學出版社，2008: 127-145.

[2] 陳錫輝，張銀鴻. LabVIEW 8.20程序設計從入門到精通[M]. 北京：清華大學出版社，2007: 55-75.

[3] 徐會明，佟為明，韓衛(wèi)群. LEM電流電壓傳感器模塊及其應用[J]. 電測與儀表，1992(2): 41-44.

[4] 龔勇鎮(zhèn). 羅氏線圈電流傳感檢測技術研究概況[J]. 機械與電氣，2011(2): 54-56.

[5] 李江全，劉恩博，胡蓉. LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應用實戰(zhàn)[M]. 北京：人民郵電出版1 社，2010: 190-198.

A Short Circuit Breaking Capacity Test System for the Tmax Molded Case Circuit Breaker Based on LabVIEW

SUJing-xian1, WANGJian-sheng1, LINMu-feng2, XIE Hui-qin1

(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China;2. Department of Electronic and information Engineering, Zhongshan Polytechnic College,Zhongshan 528404, China)

By using the ABB Tmax T2N160 molded case circuit breaker as the test object and adopting the three-phase contact method for short connected molded case circuit breaker, a testing system based on the virtual LabVIEW platform is constructed for short circuit breaking capacity. The three-phase instantaneous acquisition waveform indicates the testing system is feasible; spikes detection results show that the system can timely segment under short circuit conditions; in addition, the system can conduct remote control through remote host control, record related data using virtual software and realize batch, automatic and accurate detection and is therefore of high practical value.

LabVIEW; ABB Tmax T2N160 molded case circuit breaker; short-circuit testing

1006-7302（2012）02-0069-05

TM561

A

2012-01-06

蘇景賢（1986—），男，福建漳州人，碩士研究生，主要從事自動化測試與控制的研究；王建生，教授，博士，碩士生導師，通信作者，從事機電一體化、特種機械等研究.