淺談繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置研發(fā)及應(yīng)用

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1 引言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁型繼電器型號(hào)種類也在不斷增加，在進(jìn)行校準(zhǔn)不同型號(hào)的繼電器時(shí)，需要配置一定的輔助元器件，這些元器件在連接時(shí)不可避免地使一些導(dǎo)線或接線柱裸露在外，此工作方式存在觸電、現(xiàn)場(chǎng)混亂等不安全因素，不符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求，工作效率不高。為此，有必要設(shè)計(jì)一套新型校準(zhǔn)裝置，提高校準(zhǔn)工作效率。

1 電磁型繼電器介紹

電磁型繼電器結(jié)構(gòu)主要包括為電磁結(jié)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。電磁型繼電器多用于繼電保護(hù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，增加觸點(diǎn)的數(shù)量和容量，在控制電路中有著傳輸和變換中間信號(hào)的作用。電磁型繼電器有良好的電隔離系統(tǒng)，通過(guò)控制方和被控方的連接來(lái)達(dá)到安全控制的目的[1-2]。電磁型中間繼電器如圖1所示。

圖1 電磁型中間繼電器

2 電磁型繼電器的工作原理

在繼電器的U 形導(dǎo)磁體內(nèi)裝上線圈，導(dǎo)磁體上面有一個(gè)銜鐵、兩側(cè)裝有兩排觸點(diǎn)單片，在不運(yùn)動(dòng)的情況下，把銜鐵往上托起，使銜鐵和導(dǎo)磁體之間保持一定的間隙與平衡。

當(dāng)間隙中的電磁力矩大于反作用力矩的情況下，銜鐵會(huì)被吸向?qū)Т朋w，并壓動(dòng)觸點(diǎn)彈片，在電磁力作用下動(dòng)作閉合，與之分離常閉觸頭，閉合常開(kāi)觸頭，當(dāng)線圈斷電時(shí)，在彈簧作用下讓動(dòng)觸點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)電路通電后，電磁力和動(dòng)鐵芯進(jìn)行磨合，從而引導(dǎo)觸點(diǎn)啟動(dòng)，讓繼電器的常閉觸點(diǎn)能夠分離，常開(kāi)觸點(diǎn)能夠閉合。當(dāng)繼電器電路斷電之后，內(nèi)部彈簧借此發(fā)揮作用，讓動(dòng)觸點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位。電磁型中間繼電器的工作原理如圖2所示。

圖2 電磁型中間繼電器工作原理

3 繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置研發(fā)的背景

中間繼電器作為一種常用的電控器件，可以根據(jù)實(shí)際電氣輸出需要對(duì)輸入量進(jìn)行設(shè)定，并長(zhǎng)久保持，然后使被控量按預(yù)定的發(fā)生階躍變化。當(dāng)輸入量降至既定限值后，并保持時(shí)間也達(dá)到要求后，再恢復(fù)至初始狀態(tài)。通常情況下，中間繼電器是通過(guò)控制電流使其經(jīng)過(guò)線圈產(chǎn)生電磁吸力，并以此來(lái)驅(qū)動(dòng)磁路內(nèi)的可動(dòng)部分來(lái)進(jìn)行觸點(diǎn)開(kāi)、關(guān)或者轉(zhuǎn)換等。繼電器是對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)及控制的關(guān)鍵因素，對(duì)保護(hù)變電安全穩(wěn)定地運(yùn)行有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

目前變電站工作中對(duì)一、二次設(shè)備預(yù)試定檢、驗(yàn)收及反饋整改過(guò)程中需要對(duì)涉及對(duì)各類繼電器線圈功率及觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)間，時(shí)間準(zhǔn)確性等進(jìn)行測(cè)試，并形成試驗(yàn)記錄作為投產(chǎn)、定檢等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。目前工作中使用傳統(tǒng)方法是使用繼保測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。使用繼保測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，容易出現(xiàn)體積大、不易攜帶、無(wú)測(cè)試記錄、測(cè)試工時(shí)較長(zhǎng)、需要多人配合、工作效率較低等問(wèn)題。

4 繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置構(gòu)成及功能

4.1 繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置構(gòu)成

裝置主要由繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器（多個(gè)），采樣漏磁脈沖電路、整形脈寬延長(zhǎng)電路、處理器等構(gòu)成[3-4]。

繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置的構(gòu)成如圖3所示。

圖3 繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置的構(gòu)成

繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，用于驅(qū)動(dòng)繼電器產(chǎn)生磁場(chǎng)信號(hào)。傳感器（多個(gè)），用于采集繼電器的磁場(chǎng)信號(hào)（線圈功率、線圈電阻、線圈溫升、觸點(diǎn)吸合/釋放時(shí)間、吸合/釋放電流、動(dòng)作電壓）。采樣漏磁脈沖電路，用于接收傳感器采集的磁場(chǎng)信號(hào)并進(jìn)行放大、調(diào)整處理。整形脈寬延長(zhǎng)電路，以此來(lái)接收通過(guò)采樣漏磁脈沖電路處理后的電磁信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行展寬。處理器主要是用來(lái)接收通過(guò)整形脈寬延長(zhǎng)電路進(jìn)行展寬之后的磁場(chǎng)信號(hào)，同時(shí)，也可以對(duì)傳感器及漏磁脈沖電路等是否采集到或接收到磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行判斷。

4.2 繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置主要功能

繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置主要功能包括以下幾點(diǎn)。

一是該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置可以在現(xiàn)場(chǎng)一次性完成對(duì)繼電器線圈的功率、電阻、溫升、觸點(diǎn)吸合/釋放時(shí)間、吸合/釋放電壓等各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試及檢驗(yàn)。

二是該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置在測(cè)試時(shí)間、電流及電壓方面有著良好的精度，可以保障最后結(jié)果的精確性。

三是該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置采取的是模塊化高頻雙穩(wěn)試驗(yàn)電源，測(cè)試中可以對(duì)電壓實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)可調(diào)，具有良好的自我保護(hù)功能。

四是該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置的CPU 為2.0GHz 的高速處理CPU，芯片為并行16 位/A/D轉(zhuǎn)換芯片，可以更加地有效保障參數(shù)檢驗(yàn)的速度及精度，比如，觸點(diǎn)吸合/釋放測(cè)試中可以精確到毫秒。

五是該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置配有7 寸彩色觸摸屏，觸摸屏中集合了各種操作功能，通過(guò)觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)各種控制操作，更加人性化、智能化及簡(jiǎn)便化。同時(shí)，通過(guò)觸摸屏可以實(shí)時(shí)查看測(cè)試內(nèi)容及儲(chǔ)存的相關(guān)數(shù)據(jù)，并在檢驗(yàn)結(jié)束后可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入U(xiǎn) 盤(pán)中或者上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

六是該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置的工作電源使用的是交直兩用的供電方式，并采取多重電氣隔離，有著良好的保護(hù)功能，可以確保測(cè)試安。另外，檢驗(yàn)裝置的體積更小、重量更輕、便于攜帶使用等特點(diǎn)。

七是該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置采取模塊化功能組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于后期進(jìn)行觸點(diǎn)接觸電阻、同步觸點(diǎn)時(shí)間差、動(dòng)作壽命、絕緣強(qiáng)度等其他測(cè)試功能擴(kuò)展。

5 實(shí)際應(yīng)用測(cè)試

為驗(yàn)證該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置的實(shí)際應(yīng)用效果，以IEC255 繼電器為例，使用該檢驗(yàn)裝置對(duì)IEC255 繼電器的吸合電壓、釋放電壓、吸合時(shí)間、釋放時(shí)間、線圈電阻、觸點(diǎn)電阻等進(jìn)行了10次完整的測(cè)試。

IEC255繼電器10次參數(shù)測(cè)試值見(jiàn)表1。

表1 IEC255繼電器10次參數(shù)測(cè)試值

同時(shí)，將實(shí)測(cè)結(jié)果與IEC255繼電器相應(yīng)的理論值及上下限值進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證該繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置的檢驗(yàn)精度。IEC255 繼電器的理論參數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 IEC255型繼電器理論參數(shù)值

通過(guò)對(duì)比表1和表2數(shù)據(jù)可知，吸合電壓十次測(cè)試數(shù)據(jù)中，第2 次測(cè)得實(shí)際值為8.32V，與理論值8.20V 的相差最多，誤差率為1.4%；且十次吸合電壓測(cè)試的平均值為8.213V，與理論值8.20V 相差0.013V，誤差率為0.16%。

釋放電壓十次測(cè)試數(shù)據(jù)中，第8 次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)1.72V，與理論值1.80V 相差較大，誤差率為4.44%；而十次釋放電壓測(cè)試的平均值為1.796V，與理論值1.80V 相差0.004V，誤差率為0.22%。

吸合時(shí)間十次測(cè)試數(shù)據(jù)中，第10 次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為4.73ms，與理論值4.80ms 相差較大，誤差率為1.46%； 而十次吸合時(shí)間測(cè)試的平均值為4.791ms，與理論值4.80ms 相差0.009ms，誤差率為0.19%。

釋放時(shí)間十次測(cè)試數(shù)據(jù)中，第5 次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為5.70ms，與理論值5.60ms 相差較大，誤差率為1.79%；而十次釋放時(shí)間測(cè)試的平均值為5.611ms，與理論值5.60ms 相差0.011ms，誤差率為0.2%。

線圈電阻十次測(cè)試數(shù)據(jù)中，第6 次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為163Ω，與理論值158Ω 相差較大，誤差率為3.16%；而十次釋放時(shí)間測(cè)試的平均值為160Ω，與理論值158Ω 相差2Ω，誤差率為1.27%。

觸點(diǎn)電阻十次測(cè)試數(shù)據(jù)中，第7 次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為22mΩ，與理論值25mΩ 相差較大，誤差率為12%；而十次釋放時(shí)間測(cè)試的平均值為24.5mΩ，與理論值25mΩ 相差2mΩ，誤差率為2%。

綜上所述，吸合電壓、釋放電壓、吸合時(shí)間、釋放時(shí)間、線圈電阻、觸點(diǎn)電阻的實(shí)測(cè)值與理論值偏差不大，且均在限值范圍內(nèi)。經(jīng)對(duì)比分析可知不管實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值的誤差率，還是十次測(cè)試數(shù)據(jù)平均值與理論值的誤差率均比較小，說(shuō)明該繼電器多參數(shù)校驗(yàn)裝置的測(cè)試精度可以滿足日常工作要求，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

6 結(jié)語(yǔ)

工作人員利用繼電器多參數(shù)檢驗(yàn)裝置對(duì)繼電器多種數(shù)據(jù)進(jìn)行研究檢測(cè)，不僅速度高、效率快，而且裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、體積小、操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。另外，也可以實(shí)現(xiàn)一次性檢測(cè)，節(jié)約成本，省時(shí)省力，能夠有效解決以往繼電器參數(shù)校驗(yàn)工作中存在的諸多問(wèn)題，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，值得推廣應(yīng)用。