基于程控恒流源的母線槽溫升試驗(yàn)測試方法研究

林承志

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350002）

1 引言

母線槽，英文為“Bus-Way-System”，是一種美國開發(fā)的新型電路方式。母線槽產(chǎn)品適用于交流50Hz，額定電壓380V，額定電流250A～6300A的三相四線，三相五線制供配電系統(tǒng)工程中，為所有類型的負(fù)載配電和控制電能，適用于工業(yè)、商業(yè)和類似用途，導(dǎo)體系統(tǒng)形式的封閉成套設(shè)備。母線槽由管道、槽或相似外殼中絕緣材料間隔和支撐的母線構(gòu)成。由于母線槽以銅排或鋁作為導(dǎo)電體，電流容量很大且電氣和機(jī)械性能好；另外以金屬槽作為外殼，具有不燃燒、安全可靠性高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的配電比較，母線槽所占面積顯著減少，并且外觀美觀，設(shè)計(jì)施工周期短、裝拆方便，對于大型建筑物的施工和配電非常有利。

2 溫升試驗(yàn)

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7251.6－2015《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第6部分：母線干線系統(tǒng)（母線槽）》中條款10.10溫升驗(yàn)證要求可知：在分接箱前的母線干線通道通以額定電流，分接單元通以分接單元的額定電流，分接箱后的母線干線通道的電流為[1]。實(shí)際的溫升測量圖如圖1所示，圖中a1～a7為測溫點(diǎn)。

圖1 母線槽溫升測試接線原理圖

3 程控恒流源

程控恒流源的工作原理：交流電源輸入到調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)電壓，調(diào)壓器包括兩個(gè)調(diào)壓器，一個(gè)粗調(diào)調(diào)壓器與一個(gè)微調(diào)調(diào)壓器[2-3]，粗調(diào)調(diào)壓器的可調(diào)范圍為0V～250V，微調(diào)調(diào)壓器的可調(diào)范圍為±5V，再通過升流變壓器輸出到母線槽樣品上，電流測量模塊采集母線槽樣品上的電流送入PLC控制中心，與設(shè)定的電流進(jìn)行比較，再控制伺服模塊來對調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出電流的調(diào)節(jié)，保證電流的穩(wěn)定。程控恒流源輸出的電流大小由調(diào)壓器輸出的電壓大小決定。觸摸屏界面上進(jìn)行參數(shù)設(shè)定與電流實(shí)時(shí)顯示。具體原理圖見圖2。

圖2 程控恒流源框圖

該測試方法采用的程控恒流源以可編程控制器PLC作為中心處理器，對交流信號進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測和閉環(huán)控制，并實(shí)現(xiàn)回路電流限制在程控恒流源的設(shè)定值。程控恒流源采用大容量隔離變壓器，將系統(tǒng)電源與試驗(yàn)電源進(jìn)行隔離，并在初級與次級之間加裝屏蔽層，能在外界電網(wǎng)電源產(chǎn)生波動(dòng)或用電符合阻抗特性發(fā)生變化時(shí)仍能使輸出電流保持恒定的交流電源。交流調(diào)壓裝置保護(hù)采用微機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制和機(jī)械微動(dòng)限位開關(guān)雙重保護(hù)，確保恒流電源正常工作。

程控恒流源軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，除了主程序模塊，子程序模塊分別有：設(shè)定和顯示程序模塊、電流調(diào)節(jié)程序模塊、電流信號測量反饋程序模塊和PID控制模塊。這樣程序設(shè)計(jì)更加清晰，便于今后各個(gè)程序升級維護(hù)，另外模塊化的程序在擴(kuò)展功能方面也提供了便利，這種編程方式結(jié)構(gòu)清晰、拓展性強(qiáng)、易維護(hù)、易修改。

4 測試方法

4.1 主輔程控恒流源并機(jī)運(yùn)行

母線槽設(shè)備溫升試驗(yàn)系統(tǒng)基本原理如圖1所示。由圖1、圖2可知，為了實(shí)現(xiàn)溫升試驗(yàn)，需要兩臺程控恒流源進(jìn)行并機(jī)運(yùn)行。圖1中，母線槽輸入端連接主程控恒流源，分接箱輸出端接輔助程控恒流源作為輔機(jī)，母線槽末端直接短接。為實(shí)現(xiàn)母線槽末端回路的測試電流達(dá)到要求值，輔助程控恒流源與主程控恒流源利用同相電壓差來控制兩臺程控恒流源輸出電流實(shí)現(xiàn)相減的功能，即當(dāng)主程控恒流源輸出電壓幅值越來越高，末端母線槽電流和分接箱回路電流不斷增大，則分接箱回路的電勢也不斷增大，當(dāng)分接箱回路電流達(dá)到設(shè)定電流時(shí)輔助程控恒流源調(diào)壓器根據(jù)微機(jī)控制單元判斷開始調(diào)整輸出電壓，控制分接箱回路的電勢值，使主機(jī)與輔機(jī)在分接箱回路上的壓差控制在一定范圍內(nèi)，相當(dāng)于調(diào)節(jié)分接箱回路的阻阬，主機(jī)和輔機(jī)恒流源電流實(shí)現(xiàn)相減功能，實(shí)現(xiàn)調(diào)整母線槽三個(gè)回路的電流，并對母線槽溫升試驗(yàn)過程監(jiān)控的全自動(dòng)化管理。

4.2 軟件流程設(shè)計(jì)

主輔兩臺程控恒流源的硬件結(jié)構(gòu)幾乎相同，軟件控制上存在不同，主要是輔助程控恒流源的輸出邏輯方式與主程控恒流源的輸出邏輯方式不同，主程控恒流源通過現(xiàn)場總線方式控制輔程控恒流源，為實(shí)現(xiàn)主輔程控恒流源并機(jī)運(yùn)行，具體流程如圖3所示。兩個(gè)程控恒流源開機(jī)進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定界面，進(jìn)行輸出電流設(shè)定，設(shè)定完成后主機(jī)先啟動(dòng)輸出電流，當(dāng)母線槽主回路電流達(dá)到設(shè)定值后主機(jī)控制輔機(jī)啟動(dòng)輸出電流，同時(shí)主輔機(jī)監(jiān)測各自的回路電流并調(diào)節(jié)以達(dá)到設(shè)定的要求值，當(dāng)兩個(gè)回路均達(dá)到設(shè)定值后，則母線槽的末端電流值也就符合要求了，之后進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并微調(diào)回路電流，以符合試驗(yàn)要求的電流精度，整個(gè)試驗(yàn)過程可保證回路電流誤差不大于±1.5%。

圖3 主輔機(jī)并機(jī)運(yùn)行流程圖

5 結(jié)語

本測試方法是母線槽溫升試驗(yàn)中需要電源容量較小，試驗(yàn)電壓較低的試驗(yàn)方法。采用倒輸入法程控恒流源額定輸出低壓只需2V～5V，本身設(shè)備功耗小，利用母線槽主回路末端短路的測試方式產(chǎn)生的損耗也小。該測試方法進(jìn)行溫升試驗(yàn)，整個(gè)試驗(yàn)的接線方便、操作簡單、節(jié)能。通過實(shí)際試驗(yàn)的測試與數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該測試方法提高了母線槽溫升試驗(yàn)的測量精度與測試效率。