基于GB22794標(biāo)準(zhǔn)的剩余電流斷路器檢測裝置的設(shè)計(jì)

/浙江方圓電氣設(shè)備檢測有限公司 吳衛(wèi)東 矯財(cái)東 王國忠 浙江永繼電氣限公司 龔根華/

基于GB22794標(biāo)準(zhǔn)的剩余電流斷路器檢測裝置的設(shè)計(jì)

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針對GB22794標(biāo)準(zhǔn)的要求，本文進(jìn)行了與標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的功能分析，并研發(fā)了一種智能型剩余電流測試裝置。該設(shè)備集測量、控制和通信于一體，可靠性高，自動化程度高及使用方便等特點(diǎn)，可提高檢測的效率和質(zhì)量。

GB22794；智能化；檢測

0 引言

隨著以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、變頻器技術(shù)以及電動汽車充電技術(shù)為應(yīng)用對象的電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，直交變換及交直交變換技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用，多種復(fù)合型的剩余電流如純直流剩余電流、高頻剩余電流等新剩余電流也隨之產(chǎn)生，B型剩余電流保護(hù)器（也稱全電流保護(hù)器）也就應(yīng)運(yùn)而生。

IEC標(biāo)委會在2007年推出了IEC 62423：2007《家用和類似用途不帶和帶過電流保護(hù)的B型剩余電流動作斷路器（B型RCCB和B型RCBO）》，我國于2008年推出了GB 22794—2008國標(biāo)，等同采用IEC 62423：2007。2009年，IEC標(biāo)委會修改了IEC 62423：2007，推出了IEC 62423：2009《家用和類似用途不帶和帶過電流保護(hù)的F型和B型剩余電流動作斷路器》，主要補(bǔ)充增加了F型剩余電流裝置類別。為此，我國于2016年完成GB 22794—XXXX/ IEC62423：2009國標(biāo)的送審稿。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB22794規(guī)定要求：“B型RCCB和B型RCBO在1000Hz及以下的正弦交流剩余電流、脈動直流剩余電流以及三相供電時(shí)的平滑直流剩余電流均能提供保護(hù)”[1]。該標(biāo)準(zhǔn)要求該類剩余電流裝置須“如GB16916.1—2003或GB16917.1—2003（使用時(shí)）的A型那樣確保脫扣，此外，還能在下列電流下確保脫扣的剩余電流裝置：——1000Hz及以下的正弦交流剩余電流；——交流剩余電流疊加平滑直流剩余電流；——脈動直流剩余電流疊加平滑直流剩余電流；——兩相或多相整流電路產(chǎn)生的脈動直流剩余電流；——平滑直流剩余電流。”此類產(chǎn)品的核心技術(shù)多為國外大公司掌控，國內(nèi)可生產(chǎn)此類產(chǎn)品的企業(yè)較少。同樣，具有此類檢測能力的試驗(yàn)設(shè)備也少之又少。隨著電力電子產(chǎn)品的應(yīng)用，該類產(chǎn)品會越來越多，與之配套的檢測設(shè)備與檢測能力建設(shè)也就勢在必行。該試驗(yàn)項(xiàng)目是剩余電流斷路器檢測試驗(yàn)的關(guān)鍵項(xiàng)目之一，也是剩余電流斷路器認(rèn)證的重點(diǎn)。為此，本文研究并設(shè)計(jì)了一種可滿足GB22794標(biāo)準(zhǔn)要求檢測的試驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備智能化程度高、操作簡單，可提高檢測質(zhì)量，加快產(chǎn)品研發(fā)速度。

1 試驗(yàn)設(shè)備的開發(fā)

考慮到GB22794標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求，本智能型斷路器試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)如下。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)的具體的架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

本智能型斷路器試驗(yàn)系統(tǒng)主要由剩余電流發(fā)生系統(tǒng)、數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)、剩余電流調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸及通信系統(tǒng)組成。剩余電流發(fā)生系統(tǒng)、數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)和剩余電流調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要用于產(chǎn)生試驗(yàn)所需的試驗(yàn)電流和試驗(yàn)電壓；其中：剩余電流發(fā)生系統(tǒng)主要用來產(chǎn)生試驗(yàn)時(shí)所需的剩余電流；數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)主要是用來監(jiān)測剩余電流發(fā)生回路所輸出的剩余電流大小；電流調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要是按照用戶設(shè)定的試驗(yàn)方案調(diào)整輸出剩余電流大小，以滿足試驗(yàn)要求；人機(jī)交互系統(tǒng)主要用于進(jìn)行人機(jī)交互，接受操作人員指令并自動進(jìn)行相關(guān)操作和顯示界面的更新；數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要用于數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)，用于將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳遞，可滿足系統(tǒng)測試及系統(tǒng)擴(kuò)展使用。

1.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目研制設(shè)備需要產(chǎn)生的電流種類見表1。直接輸入，并配備阻抗，直接輸出為試驗(yàn)要求的電壓與電流要求，實(shí)現(xiàn)方法為傳統(tǒng)方法，此處不再贅述。

2）1000Hz及以下的正弦交流剩余電流：根據(jù)GB22794標(biāo)準(zhǔn)要求，此處要求輸出的為150Hz、400Hz、1000Hz交流剩余電流。此處為高頻正弦波且其頻率都小于1MHz，因此采用RC橋

表1 剩余電流類型表

針對應(yīng)用需求以及GB227494標(biāo)準(zhǔn)的測試需求，實(shí)際設(shè)計(jì)的剩余電流發(fā)生系統(tǒng)原理如圖2所示，本裝置采用以主控制器（PLC）單元為核心控制單元，配備了測量模塊、控制模塊、負(fù)載單元等。相關(guān)檢測人員通過人機(jī)交互界面輸入相關(guān)測試要求，電流發(fā)生系統(tǒng)則會根據(jù)實(shí)際需求輸出所需的電流和電壓，并按照要求測試并記錄分?jǐn)嚯娏骱头謹(jǐn)鄷r(shí)間。各種類型剩余電流的實(shí)現(xiàn)過程如下：

圖2 電流發(fā)生系統(tǒng)原理圖

1）AC型剩余電流：此處測試模塊為傳統(tǒng)的AC型剩余電流斷路器剩余電流所要求的測試電流。本裝置采用220V/50Hz式值激震蕩電路比較合適。其原理圖如圖3所示。本部分采用的自激振蕩電路主要包括放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)及穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)組成。同時(shí)設(shè)置了不同的RC（阻容阻抗）組合以實(shí)現(xiàn)不同的試驗(yàn)頻率要求[2-3]。

圖3 高頻信號發(fā)生原理圖

3）交流剩余電流疊加平滑直流剩余電流：此處為了實(shí)現(xiàn)比較經(jīng)濟(jì)的性能采用了交流整流電路+交流輸出疊加的實(shí)現(xiàn)形式。

4）脈動直流剩余電流疊加平滑直流剩余電流：脈動直流電流模塊采用了晶閘管可控整流電流的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，為了實(shí)現(xiàn)對合閘角度的試驗(yàn)要求，須配備鎖相裝置，以實(shí)現(xiàn)對0°、90°及135°波形的選擇。平滑直流剩余電流實(shí)現(xiàn)方式同前。鎖相電路如圖4所示，注意此處須增加C820電容以防止電網(wǎng)過零點(diǎn)彈跳帶來的影響。通過兩次CMPUA兩次信號變化來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率周期的采集，并根據(jù)采集結(jié)果，調(diào)整合閘角度，以實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)剩余電流的接入角度控制。

圖4 鎖相電路原理圖

5）兩相或多相整流電路產(chǎn)生的脈動直流剩余電流：通過不可控整流得到相應(yīng)的波形，其輸出為電壓源，通過調(diào)整負(fù)載大小可以得到相應(yīng)的不同大小的試驗(yàn)電流。

1.3 軟件流程設(shè)計(jì)

軟件具體流程如圖5所示。

2 設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證及設(shè)備使用狀況

該測試設(shè)備可滿足現(xiàn)階段所有類型的剩余電流測試需求，可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的如AC型剩余電流、A型及B型斷路器試驗(yàn)要求。經(jīng)相關(guān)校準(zhǔn)部門，對本試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了校準(zhǔn)，該測試數(shù)據(jù)誤差明顯低于國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，具體的測試數(shù)據(jù)如表2所示。

首臺測試設(shè)備已在浙江方圓檢測集團(tuán)股份有限公司投入使用，用戶反映良好，已經(jīng)多次為國內(nèi)外客戶提供了認(rèn)證及測試研發(fā)服務(wù)，經(jīng)驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和性能基本可滿足實(shí)際使用需求。

3 結(jié)束語

本文針對標(biāo)準(zhǔn)條款的需求分析，設(shè)計(jì)了滿足GB22794標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。敘述了標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)內(nèi)容，針對實(shí)際要求設(shè)計(jì)了相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備。該裝置不僅能滿足試驗(yàn)要求，也能為相關(guān)企業(yè)人員進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)提供參考。該設(shè)備集測量、控制和通信于一體，具有可操作性強(qiáng)、自動化程度高及使用方便等特點(diǎn)，可顯著提高檢測的效率和質(zhì)量。據(jù)用戶反饋，該測試設(shè)備運(yùn)行良好可廣泛運(yùn)用于相關(guān)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的剩余電流斷路器相關(guān)試驗(yàn)。

圖5 軟件流程圖

表2 測試儀的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)表

[1] GB 22794—2008 家用及類用途的不帶和帶過電流保護(hù)的B型剩余電流（B型RCCB和B型RCBO）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2] 邱關(guān)源. 電路（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，1999.

[3] 張冠英，楊曉光，王堯，等. 一種智能剩余電流檢測裝置的開發(fā)[J].低壓電器，2011（2）.