一種塑殼斷路器試驗裝置的研發

吳獻東 仇高賀 徐小品

（溫州出入境檢驗檢疫局，浙江 溫州325000）

0 引言

塑殼斷路器是一種能夠接通、承載及分斷正常電路條件下電流，也能在所規定的非正常電路（例如短路）下一定時間內接通、承載和分斷電流的機械開關電器，其在電力系統運行中起控制和保護的作用，因此，塑殼斷路器的運行、維護和檢修情況與整個電力系統密切相關。塑殼斷路器的操作性能試驗是GB14048.2中的重要內容，其試驗結果與塑殼斷路器的產品質量密切相關。但是，目前塑殼斷路器的產品規格型號繁多，如何開發出一種能用于各種規格型號的塑殼斷路器操作性能試驗的裝置，對于生產企業以及檢測實驗室都是相當重要的，這樣就能以最小的設備投入解決多種規格型號的塑殼斷路器操作性能的試驗問題。同時，要求新開發的試驗裝置操作系統盡量簡單，人機界面友好、簡潔、大方。

1 系統總體設計思路

針對目前同類測試裝置的缺陷，研究和開發出一套基于PLC控制的新型塑殼斷路器操作性能試驗設備，以提高電氣實驗室對外承接塑殼斷路器電壽命試驗、機械壽命試驗和操作性能試驗項目檢測委托業務的能力。整套系統由變壓器、試驗調節阻抗、操作機構、控制系統、數據采集系統組成。系統模塊控制如圖1所示。

圖1 系統模塊控制示意圖

（1）試驗電源：直接采用辦公大樓變壓器作為試驗電源。

（2）操作機構：采用氣動元件和伺服電機相結合的方式，伺服電機作為操作行程的調節器，對不同規格型號的塑殼斷路器的操作行程進行調節，以滿足不同外觀尺寸的塑殼斷路器試驗需求；氣動元件作安裝定位和操作斷路器分合閘用。這種方式能充分發揮這2種元件的優點，達到安裝試驗方便、操作簡單和維護量小等效果。

（3）控制系統實現如下功能：1）控制回路分合閘，采用氣動元件作為分合閘元件；2）在帶電和不帶電操作性能試驗時，采用2種不同的方式判斷試驗樣品是否發生故障；3）在觸摸屏上設置相應的試驗參數，調試和進行相應操作；4）安裝有3只電流互感器和3只電壓互感器，利用數據采集系統對試驗過程的電參數進行采集和計算。為保證操作簡單可靠，控制核心采用1臺西門子的PLC，通過時序控制各器件的動作。

（4）調節阻抗：由于間歇通電操作，且通電時間占整個試驗周期的不到10%，因此調節阻抗不需要使用可長期通電的元件。

（5）數據采集系統：由于采用數字儀表和示波器都有其固有缺陷，而市場上成熟的數據采集系統因為價格和操作的原因不能采用，因此本系統使用PCI8344B采集卡（8通道、16位、采樣率100 k B／s）配合計算機作為數據測量的核心，使用VC＋＋設計了一套對應的數據采集軟件，整套系統成本低，可以方便直觀地對電壓、電流和功率因數進行測量和波形顯示。功率因數采用相角差法進行計算。數據采集系統的總成本不超過10 000元，大大低于市場上現有數據采集系統的價格。

2 系統功能實現

PLC和觸摸屏作為試驗裝置的控制器件和人機交互接口，工控機作為數據采集的硬件平臺。基于PLC的控制系統可根據不同產品和不同用戶的試驗需求，對試驗過程的參數進行設置，并控制試驗過程以完成操作性能試驗的相應要求。同時，觸摸屏上可以對試驗過程的狀態進行顯示和監控，人機界面簡單明了，功能全面，達到了簡化試驗操作過程的目的。試驗過程的參數可以在工控機中進行存儲、計算和打印。系統運行界面如圖2所示。

圖2 系統運行界面

（1）通過回路計算，合理確定電源變壓器到試驗裝置的走線位置和導線截面積。

（2）根據通電時間和電壓降等參數，確定三相調節阻抗的阻值范圍和功能特性。

（3）采用氣動元件和伺服電機相結合的方式，設計出試驗裝置的操作機構。

（4）使用PLC作為系統控制核心，觸摸屏作為人機交互界面，進行各種試驗操作的控制。

（5）使用PCI8344B采集卡，通過編程來研制一套數據采集系統，以此作為試驗裝置的結果處理核心。

3 系統運行效果

按照標準GB14048.2要求，本系統達到的技術指標如下：

（1）輸出電流：在系統輸出電壓范圍內，電流63～630 A可調。

（2）試驗范圍：可對額定電流63～630 A范圍內的各種塑殼斷路器進行操作性能測試。

（3）控制系統：按照標準要求可以完成2種操作，即不帶電和帶電操作性能試驗，出現異常時通過保護電器對試驗電路進行保護。

（4）數據采集系統可以完成100 k Hz速率電流采樣，并能計算通電電壓、電流、試驗時間、功率因數，生成word報告并打印等。

4 結語

將實驗室現有數據采集系統與新研發系統進行比對，驗證該系統符合標準對試驗系統的設計要求。之后在溫州出入境檢驗檢疫局低壓電器實驗室進行了多批試驗樣品的測試，結果表明，設備各項指標達到了標準要求，填補了實驗室在這一項目上的空白。

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