綜合保護裝置測試儀設(shè)計

王團結(jié) 封錦 宋紅衛(wèi)

【摘要】介紹了綜合保護裝置測試儀的組成原理和工作過程，詳細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，增加了綜合保護裝置潛伏缺陷的可能性。綜合保護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)計的合理性、元器件的性能，而且與整個制造過程及工藝控制手段具有很大的關(guān)系。目前綜合保護裝置主要使用人工控制和手動調(diào)整的測試方式，不能自動的進行參數(shù)設(shè)置，需要專用的電流信號源和電壓信號源。綜合保護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裝置檢驗和測試方法，并研制出綜合保護裝置智能測試儀，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)驗判斷，極大降低勞動強度和提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保綜合保護裝置功能良好、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠。

2.硬件組成

2.1 整機組成原理

綜合保護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

主控制器負責(zé)整個測試儀中的各個模塊之間的調(diào)度和控制處理，負責(zé)信號分析和處理，負責(zé)顯示數(shù)據(jù)的傳送，與三相電壓信號產(chǎn)生單元、三相電流信號產(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，可與遠程計算機相連接，也可與手持式設(shè)備相連接。具有高速的系統(tǒng)總線，可與三相電壓信號產(chǎn)生單元、三相電流信號產(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，信號輸入輸出接口，RS485通信接口。網(wǎng)絡(luò)接口可以與遠程計算機相連，可以對測試儀進行遠程配置和數(shù)據(jù)讀取。USB接口支持鼠標(biāo)和存儲設(shè)備，用戶可以通過USB連接鼠標(biāo)對測試儀進行操作，也可以接入U盤等存儲設(shè)備，讀取測試數(shù)據(jù)，以便對測試結(jié)果進行分析。

圖2 主控制器原理框圖

信號輸入輸出接口，將電壓電流信號送至輸出接口，檢測外部開關(guān)量信號輸入，將開關(guān)量狀態(tài)送至主控制器進行處理后送至組態(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裝置進行通信，實現(xiàn)對綜合保護裝置的參數(shù)進行自動設(shè)定，自動恢復(fù)出廠設(shè)置，讀取綜合保護裝置內(nèi)的實時數(shù)據(jù)和故障狀態(tài)。

第一路RS485接口與被測的綜合保護裝置通過專用協(xié)議進行通信，可以實現(xiàn)對綜合保護裝置的基本參數(shù)、保護定制、工作狀態(tài)進行配置，可以讀取被測綜合保護裝置的實時數(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)屏進行通信，將讀取被測綜合保護裝置的實時數(shù)據(jù)、故障狀態(tài)、歷史記錄等信息送至組態(tài)顯示屏進行顯示，同時組態(tài)顯示屏可以存儲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裝置進行配置。

2.3 各個部件介紹

控制切換單元實現(xiàn)對三相電壓、三相電流、零序電流等信號的自動投斷和切換控制。

三相電壓信號源主要產(chǎn)生三相電壓信號，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，電流輸出范圍為0～90A，每項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90A。電流信號調(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、欠壓保護、短路保護、過載保護、缺相保護、漏電保護等保護功能，三相電流源具有過載保護、過熱保護等功能，當(dāng)任何一項保護功能動作時，測試儀立即聲光報警，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，漏電保護功能可以有效保護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。

零序電流信號由電流信號經(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。用戶可以計算機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)備與綜合保護裝置測試儀（以下簡稱測試儀）連接，測試儀上電后自動加載上次存儲的電壓、電流、零序電流等信號源的數(shù)值和角度，用戶根據(jù)需要設(shè)置電壓和電流值。設(shè)置完畢后按信號啟動按鈕，三相電壓電流信號送至信號輸出接口，測試儀的設(shè)置界面自動隱藏，并將新設(shè)置電壓電流參數(shù)存儲，此時測試儀進入測試界面。用戶可以對綜合保護裝置的功能進行參數(shù)設(shè)置和功能測試，按下自動測試按鈕后，測試儀先對綜合保護裝置進行參數(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，會進行聲音提示和顯示提示。測試完畢后自動將測試結(jié)果存儲，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500條的測試記錄，當(dāng)測試記錄存儲滿時，自動覆蓋最早的一組歷史記錄。如果連接遠程計算機，可以將測試記錄傳輸至遠程計算機，此時組態(tài)顯示屏內(nèi)的測試記錄自動清空。用戶操作測試儀時既可以用手直接觸摸操作，也可以通過USB鼠標(biāo)進行操作

4.結(jié)語

綜合保護裝置測試儀，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?？蛇h程和本地讀取測試數(shù)據(jù)和測試記錄，可實時查看測試數(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)品特點自己設(shè)計顯示界面，操作按鈕，自定義產(chǎn)品標(biāo)識和企業(yè)標(biāo)識，操作簡單，不需要有編程基礎(chǔ)。測試儀內(nèi)集成了電源信號源和電流信號源，無需外接任何信號源，一體成型，節(jié)約用戶投入成本。綜合保護裝置測試儀是一款適合不同用戶要求，滿足不同綜合保護裝置的專用測試設(shè)備，具有良好的市場前景。

參考文獻

[1]郭曉甫.繼電保護裝置單板老化工藝及實施[J].電子工藝技術(shù)，2009（05）.

[2]金仁才，潘邦全.變配電微機型綜合保護測控裝置調(diào)試工法[J].安裝，2005（11）.

[3]葉志瓊.電子設(shè)備的電磁兼容技術(shù)[J].通信電源技術(shù)，2005（01）.

[4]孫繼平，潘濤，田子建.煤礦井下電磁兼容性探討[J].煤炭學(xué)報，2006（03）.

[5]秦國華，張衛(wèi)紅.一種全新的夾具定位方案設(shè)計算法[J].測試技術(shù)報，2008（03）.

作者簡介：

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