一种直流断路器通断特性测试方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103424692 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103424692 A *CN103424692A* (21)申请号 201310381990.3 (22)申请日 2013.08.28 G01R 31/327(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 江苏省电力公司徐州供电公司 江苏省电力公司 河北创科电子科技有限公司 (72)发明人 王浩 徐敦彬 李建军 王敏 刘豪杰 张利 胡凯 袁田 单小勇 马建辉 (74)专利代理机构 徐州市三联专利事务所 32220 代理人 周爱芳 (5

2、4) 发明名称 一种直流断路器通断特性测试方法 (57) 摘要 本发明公开了一种直流断路器通断特性测试 方法， 涉及直流断路器通断特性测试技术领域。 该 方法有一上位管理机， 上位管理机通过 RS485 通 讯连接一直流断路器通断特性测试模块 ； 直流断 路器通断特性测试模块由数据采集单元、 控制调 节单元和试验电源模块组成 ； 数据采集单元包括 分流器、 存储记录体、 微处理器和键盘及显示装 置 ； 控制调节单元包括遥控继电器、 时间继电器、 急停按钮、 直流接触器、 并联电阻 R1Rn、 IGBT 管 K1Kn 和光耦 ； 试验电源模块包括 AC/DC 整流模 块和超级电容。优点 ： 能够

3、测试不同短路电流下 断路器脱扣时间， 从而及时发现直流系统断路器 分散性和内阻不一致、 级差配合不合理等直流系 统隐患， 有效避免了直流断路器可能存在的拒动 和误动。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103424692 A CN 103424692 A *CN103424692A* 1/1 页 2 1. 一种直流断路器通断特性测试方法， 其特征在于 ： 包括上位管理机， 上位管理机通 过 RS485 通讯连接一直流断路器通断特性测

4、试模块 ； 所述的直流断路器通断特性测试模 块由数据采集单元、 控制调节单元和试验电源模块组成 ； 所述的数据采集单元包括分流器 （6） 、 存储记录体 （10） 、 微处理器 （12） 和键盘及显示装置 （13） ； 所述的控制调节单元包括遥 控继电器 （3） 、 时间继电器 （4） 、 急停按钮 （5） 、 直流接触器 （7） 、 并联电阻 R1Rn （8） 、 IGBT 管 K1Kn（9） 和光耦 （11） ； 所述的试验电源模块包括 AC/DC 整流模块 （1） 和超级电容 （2） ； 其中， 交流 AC220V 连接 AC/DC 整流模块 （1） 的交流输入端， AC/DC 整流模块

5、 （1） 的直流输出 和超级电容 （2） 并联作为试验电流源， 并联后的正极和待测断路器的上口的 “+” 相连， 待测 断路器的下口的 “+” 和 “-” 短路， 上口的 “-” 经分流器 （6） 和直流接触器 （7） 的触点与并 联电阻 R1Rn （8） 的一端相连， 并联电阻 R1Rn （8） 的另一端对应串联 IGBT 管 K1Kn （9） 的集电极， 发射极并联后与超级电容 （2） 的负极连接， 基极通过直流接触器 （7） 的线圈 接 AC220V 交流电源， 构成测试主回路 ； AC220V 交流电源输出一端经遥控继电器 （3） 的触点 与时间继电器 SJ（4） 线圈串接， 另一端经

6、急停按钮 （5） 和时间继电器的触点 （41） 与直流 接触器 （7） 的线圈串接构成控制回路， 控制回路的 AC220V 交流电源通过遥控继电器 （3） 的 线圈、 光耦 （11） 与数据采集单元中微处理器 （12） 连接， 微处理器 （12） 分别连接存储记录体 （10） 和键盘及显示装置 （13） ， 存储记录体 （10） 和数据采集单元中分流器 （6） 的二次输出端 连接 ； 具体步骤如下 ： 通过上位管理机通讯或键盘设定参数直接控制微处理器 （12） 微处理器 （12） 经光耦 （10） 控制遥控继电器 （3） 启动时间继电器， 这样经急停按钮 （5） 和时间继电器的常开触点 （41

7、） 就控制了直流接触器 （7） 的线圈通断， 同时微处理器经光耦 （10） 控制 IGBT 管 K1Kn 的通断控制并联电阻 R1Rn 投切调节测试电流大小， 实现恒流输出 ； 微处理器再通过数据 存储记录体 （10） 与待测断路器的上口分流器二次输出端相连， 负责电流、 分断时间的采集、 记录和存储实时直流电压、 电流数据， 测试数据可在测试模块显示装置上实时显示， 同时通 过 RS485 总线上传上位管理机进行数据分析和保存。 权 利 要 求 书 CN 103424692 A 2 1/3 页 3 一种直流断路器通断特性测试方法 技术领域 0001 本发明涉及直流断路器通断特性测试技术领域，

8、 具体是一种新型直流断路器通断 特性测试方法。 背景技术 0002 在电力系统中， 直流电源系统作为继电保护、 自动装置、 控制操作回路、 灯光音响 信号及事故照明等电源之用， 是继电保护、 自动装置和断路器正确动作的基本保证。 由于变 电站直流系统的供电内容多， 回路分布广， 在一个直流网络中往往有许多支路需要设置断 路器或熔断器来进行保护， 并往往分成三至四级串联， 在直流系统运行过程中， 当下级用电 设备出现短路故障时， 经常引起上一级直流断路器的越级跳闸， 从而引起其它馈电线路的 断电事故， 进而引起变电站一次设备如高压开关、 变压器、 电容器等的事故。为防止因直流 断路器及其它直流保

9、护电器动作特性不匹配带来的隐患， 国家电网公司对于新装和运行中 的直流保护电器， 规定了必须进行安秒特性测试， 保证性能与设计相符， 以确保直流回路级 差配合的正确性。目前， 发电厂、 变电站的直流电源系统基本上都能按照相关标准进行设 计， 保证 2 4 个级差， 但现场运行的直流断路器级差配合是否满足选择性保护的要求， 检 修维护人员因不具备相应的测试手段和工具， 无法进行试验验证， 这就给电力系统安全运 行留下了隐患。 发明内容 0003 为了克服上述现有技术的缺点， 本发明提供一种新型直流断路器通断特性测试方 法， 可提供 1 1000A 恒定大电流， 能够测试不同短路电流下断路器脱扣时

10、间， 从而及时发 现直流系统断路器分散性和内阻不一致、 级差配合不合理等直流系统隐患， 有效避免了直 流断路器可能存在的拒动和误动。 0004 本发明是以如下技术方案实现的 ： 一种直流断路器通断特性测试方法， 包括上位 管理机， 上位管理机通过 RS485 通讯连接一直流断路器通断特性测试模块 ； 所述的直流断 路器通断特性测试模块由数据采集单元、 控制调节单元和试验电源模块组成 ； 所述的数据 采集单元包括分流器、 存储记录体、 微处理器和键盘及显示装置 ； 所述的控制调节单元包括 遥控继电器、 时间继电器、 急停按钮、 直流接触器、 并联电阻R1Rn、 IGBT管K1Kn和光耦 ； 所述

11、的试验电源模块包括 AC/DC 整流模块和超级电容 ； 其中， 交流 AC220V 连接 AC/DC 整流 模块的交流输入端， AC/DC 整流模块的直流输出和超级电容并联作为试验电流源， 并联后的 正极和待测断路器的上口的 “+” 相连， 待测断路器的下口的 “+” 和 “-” 短路， 上口的 “-” 经 分流器和直流接触器的触点与并联电阻 R1Rn 的一端相连， 并联电阻 R1Rn 的另一端对 应串联IGBT管K1Kn的集电极， 发射极并联后与超级电容的负极连接， 基极通过直流接触 器的线圈接 AC220V 交流电源， 构成测试主回路 ； AC220V 交流电源输出一端经遥控继电器的 触点

12、与时间继电器 SJ 线圈串接， 另一端经急停按钮和时间继电器的触点与直流接触器的 线圈串接构成控制回路， 控制回路的 AC220V 交流电源通过遥控继电器的线圈、 光耦与数据 说 明 书 CN 103424692 A 3 2/3 页 4 采集单元中微处理器连接， 微处理器分别连接存储记录体和键盘及显示装置， 存储记录体 和数据采集单元中分流器的二次输出端连接， 具体步骤如下 ： 通过上位管理机通讯或键盘设定参数直接控制微处理器， 微处理器经光耦控制遥控继 电器启动时间继电器， 这样经急停按钮和时间继电器的常开触点就控制了直流接触器的线 圈通断， 同时微处理器经光耦控制IGBT管K1Kn的通断控

13、制并联电阻R1Rn投切调节测 试电流大小， 实现恒流输出 ； 微处理器再通过数据存储记录体与待测断路器的上口分流器 二次输出端相连， 负责电流、 分断时间的采集、 记录和存储实时直流电压、 电流数据， 测试数 据可在测试模块显示装置上实时显示， 同时通过 RS485 总线上传上位管理机进行数据分析 和保存。 0005 本发明的有益效果是 ： 1、 采用便携式结构， 适用于自动化机房及变电站现场额定 电流 63A 以下等级直流断路器、 熔断器通断能力和安秒级差配合的现场测试， 简单方便。2、 为直流系统断路器上下级之间的安秒特性研究与级差配合校验提供有效试验检测手段， 避 免了由于级差不合造成的

14、误动而造成扩大事故情况的发生。 附图说明 0006 下面结合附图和实施例进一步对本发明方法进一步说明。 0007 图 1 是本发明原理框图 ； 图 2 是直流断路器通断特性测试模块原理框图。 0008 图中 ： 1 、 AC/DC 整流模块， 2、 超级电容， 3、 遥控继电器， 4、 时间继电器， 41、 时间继 电器的 触点， 5、 急停按钮， 6、 分流器， 7、 直流接触器， 8、 可调电阻 R1Rn ， 9 、 IGBT 管 K1 Kn， 10、 存储记录体， 11、 光耦， 12、 微处理器， 13、 键盘及显示装置。 具体实施方式 0009 如图 1 所示， 一种直流断路器通断特

15、性测试方法由上位管理机、 直流断路器通断 特性测试模块两部分通过 RS485 通讯连接组成。直流断路器通断特性测试装置由上位管理 机和直流断路器通断特性测试模块两部分组成。上位管理机采用高性能工控机， Windows XP 操作系统， 键盘、 触摸板输入 （可外接 USB 鼠标） ， 操作简单、 界面美观， 所有参数一目了 然 ； 实时显示各项参数曲线图及数值， 可存储多组测试数据和波形， 实现电子存档、 报表打 印、 记录查询等功能。上位管理机是一台安装了利用 VC 语言编制的直流断路器通断特性测 试软件的计算机， 它通过 RS485 通讯控制充电机监控器。更具体地说， 上位管理机是设计了

16、一个直流断路器通断特性测试软件专用应用程序， 将它安装在相应的连接在 RS485 总线上 的计算机里， 通过操作直流断路器通断特性测试软件， 向直流断路器通断特性测试模块发 送控制指令， 并接收其上传的电压、 电流等测试数据 ； 所以准确地说， 上位管理机的关键是 一个装入已连接在 RS485 总线上的计算机里的利用 VC 语言编制的直流断路器通断特性测 试软件专用应用程序。 0010 如图 2 所示， 直流断路器通断特性测试模块包括数据采集单元、 控制调节单元和 试验电源模块三个功能单元。数据采集单元主要由分流器 6 和数据存储记录体 10 组成， 负 责电流、 分断时间的采集、 记录和存储

17、实时直流电压、 电流数据， 实现电压电流的高精度采 集和波形的高速录制 ； 控制调节单元是系统的操作和延时保护部分， 由遥控继电器 3、 时间 说 明 书 CN 103424692 A 4 3/3 页 5 继电器 4、 急停按钮 5、 直流接触器 7、 并联电阻 R1Rn 8、 IGBT 管 K1Kn 9 和光耦 11 组 成， 负责主回路的接通和延时保护断开， 由大功率直流接触器和时间继电器组成， 实现测试 主回路的接通和延时分断， 并具有人工急停功能， 保证测试过程安全可靠， 同时调节试验测 试电流， 实现恒流输出 ； 试验电源模块采用AC/DC整流模块1和超级电容2作为大电流放电 电源，

18、 提供测试试验所需的短时间的大电流。具体连接方式如下 ： 交流 AC220V 连接 AC/DC 整流模块 “ 1” 的交流输入端， AC/DC 整流模块的直流输出和 超级电容 2 并联， 作为试验电流源， 并联后的正极和待测断路器的上口的 “+” 相连， 待测断 路器的下口的 “+” 和 “-” 短路， 上口的 “-” 经分流器 6 和直流接触器 7 与并联电阻 R1Rn 8 的一端相连， 并联电阻 R1Rn 8 的另一端对应串联 IGBT 管 K1Kn9 的集电极， 发射极并 联后与超级电容 2 的负极连接， 基极通过直流接触器 7 的线圈接 AC220V 交流电源， 构成测 试主回路。 0

19、011 AC220V 交流电源输出一端经遥控继电器 3 的触点与时间继电器 4 的线圈串接， 另 一端经急停按钮 5 和时间继电器的触点 41 与直流接触器 7 的线圈串接而构成控制回路， 实 现对测试主回路接通和延时断开的控制 ； IGBT 管 K1Kn 9 和光耦 11 组成恒流调节回路实 现测试电流恒流输出 ； 采样回路由数据存储记录仪和分流器二次部分组成， 数据存储记 录体10连接分流器6二次输出端及待测断路器上口， 测试录波直流电压及电流数据和波形 等。微处理器 12 是整个直流断路器通断特性测试模块的核心， 连接键盘及显示装置 13、 数 据存储记录体 10 和光耦 11， 实现整

20、个测试模块按键操作及显示、 数据采集、 控制和调节， 同 时通过 RS485 总线连接上位管理机， 接受上位管理机的通讯控制。 0012 操作人员通过上位管理机通讯或键盘设定参数直接控制微处理器 12， 微处理器 12经光耦10控制遥控继电器3启动时间继电器， 这样经急停按钮5和时间继电器的常开触 点 41 就控制了直流接触器 7 的线圈通断， 同时微处理器经光耦 10 控制 IGBT 管 K1Kn 的 通断控制并联电阻 R1Rn 投切调节测试电流大小， 实现恒流输出 ； 微处理器再通过数据存 储记录体 10 与待测断路器的上口分流器二次输出端相连， 负责电流、 分断时间的采集、 记 录和存储

21、实时直流电压、 电流数据。 测试数据可在测试模块显示装置上实时显示， 同时通过 RS485 总线上传上位管理机进行数据分析和保存。 0013 利用现有的计算机技术和通信技术， 结合超级电容等内部放电装置对直流断路器 的安秒特性进行曲线记录和再现分析， 提供了一种及时发现直流断路器分散性和内阻不一 致、 级差配合不合理等直流系统隐患的装置。使用新型功率器件， 易于实现 1A 1000A 自 主设定恒流输出， 恒流精度高， 负载能力强， 可长时间稳定工作。直流断路器通断特性测试 模块采用微控制器技术， 可对断路器分断时间进行高精度测试， 测试精度可达 0.01ms， 并可 通过键盘任意设置控制电流。 过数据采集单元和控制调节单元与计算机相连， 接口采用usb 或 RS232 通讯， 管理软件可存储多组测试数据和波形， 实现电子存档、 报表打印、 记录查询 等功能 ； 实时显示各项参数曲线图及数值， 操作简单、 界面美观， 所有参数一目了然。 主控部 分采用高性能工控机， Windows XP 操作系统。 说 明 书 CN 103424692 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103424692 A 6