合成試驗同步控制系統的研究

陳慧欣 ，林 杰 ，羅 園

（1.甘肅電器科學研究院，甘肅天水741018；2.甘肅省高低壓電氣研發檢測技術重點實驗室，甘肅天水741018）

合成試驗同步控制系統的研究

陳慧欣1，2，林 杰1，2，羅 園1，2

（1.甘肅電器科學研究院，甘肅天水741018；2.甘肅省高低壓電氣研發檢測技術重點實驗室，甘肅天水741018）

介紹了同步控制器在合成試驗過程中的作用和工作原理，提出了一種基于計算機技術的同步控制系統的全新設計方法，并闡述了該系統的工作原理和設計思路。實際運行表明，該控制系統極大提高了控制精度，提升了合成試驗的成功率。

合成試驗；同步控制；LabVIEW平臺；PCI采集

1 引言

合成試驗對于高壓大容量試驗室是致關重要的一種試驗方法，而同步控制器則是影響合成試驗成敗的關鍵因素，對主電壓回路及延弧回路的準確投入，都是由同步控制器來控制實現。在試驗過程中要求同步控制能準確的在短路電流零點前的T0時刻前發出點火命令，對于較大的直流分量也能準確判斷電流零點并投入。同步控制的超前時間T0是自動跟隨檢測電流零點并在一定范圍內連續可調的［7］。其分散性在標準正弦波信號下極小，通常在≤±10μs以內［3］。對于同步控制器而言同步信號直接通過電纜傳輸，抗干擾能力差；時間調準存在控制精度低、控制點位少、延時調整難的情況，三相合成試驗存在配合困難等特點。近年來，隨著計算機技術以及傳感器技術的快速發展，使得同步控制器用計算機測控技術替代成為可能。本文設計了一套基于LabVIEW平臺開發的合成同步控制系統。控制信號全部采用光纖傳輸，將短路電流信號采集輸入后進行數字化處理，再通過精確計算輸出信號給點火裝置完成同步控制，實現了集信號采集、數據轉換、同步控制等功能于一體的功能集成，能很好地完成合成試驗任務。

2 同步控制系統的基本原理

在合成試驗中，根據斷路器開斷過程中大電流和高電壓在不同時刻出現在觸頭上這一特點，使得開斷過程短路電流和恢復電壓由兩套獨立電源分別提供。如圖1所示采用并聯電流引入法的合成回路，電壓回路在熄弧半波電流零點前的T0時刻前投入［1］，使原處于電流回路下的試品以等價的形式過渡到電壓回路中。圖中HK為合閘開關、FD為輔助斷路器、GQ為高壓回路點火球、YQ為延弧回路點火球、SP為試品、LH為電流線圈、FL為分流器。為了使電壓回路準確適時地投入，就要求同步控制器能精準控制［2］。

圖1 合成試驗回路同步控制原理圖

試品單獨處于電壓回路電流作用下的時間T是影響合成試驗等價性的關鍵因素［3］。在標準IEC62271－101：2012［4］、GB 1984－2014［5］和 GB/T4473－2008［6］中明確規定引入時間為200μs－500μs。為滿足等價性要求同步控制器在接受到同步信號和開鎖信號后，要在引入時間的1/2至3/4時間段內準確地輸出點火信號，使得點火裝置動作。對于同步控制而言要在一個電流的周期中做出判斷并在要求的時間段內準確動作是一種挑戰。

本文開發的同步控制系統主要用在合成試驗中，提供延弧點火和主點火投入的精準控制和投入時刻的計算和分析。同步控制系統是基于計算機技術開發的一套系統，對采集到的信號通過采集卡和PCI總線送入LabVIEW程序做出處理。LabVIEW作為一種交互式語言，有便捷的編程功能和可視化界面，能完成數據采集、實時輸出等控制功能，能很好地應用于控制系統設計。程序將數據塊用快速傅里葉算法進行處理，直接由程序判斷di/dt等于0的位置。如果此時接收到開鎖信號，在下一個di/dt等于0的時刻的前T0位置做出延弧點火出發命令，在下一個零點前T0位置發出主點火命令。延弧點火和主點火命令的輸出可以在程序中選擇。可以把試驗過程中的動作波形圖讀取到電腦桌面上，方便查看和設置動作。如圖2所示是其中的一段循環程序段。

圖2 LabVIEW程序循環段

3 同步控制系統的設計思路及分析

同步控制系統的硬件組成主要由：①工控機；②分流器或Rogowski線圈；③通頻器；④數據采集板PCI－1714U；⑤電光和關電轉換設備；⑥點火裝置。首先用分流器或Rogowski線圈采集電流信號，用通頻器過濾掉高次干擾波形，再通過PCI－1714U對采集信號進行采樣，每一路采集通道都有獨立的A/D高速轉換器芯片，可以達到10MS/s的穩定采樣速率。將采集到的數據送入計算機程序中，事先在桌面上設置好運行參數，使得計算機接受都時序的解鎖信號后在相應的時刻發出點火命令。圖3所示為系統硬件原理圖。

圖3 同步控制系統硬件原理圖

對于Rogowski線圈采集到的信號超前原邊電流90°，把采集到的電壓信號送入計算機，首先需要進行積分，對于分流器的信號送入計算機則不需要積分。在計算機程序中可以選擇電流信號輸入元件，選擇線圈自動帶積分處理，選擇分流器不帶積分處理。在計算機程序中電流信號自動追隨信號的每半個周期的兩個零點和du/dt＝0的這三個點，如圖4所示。在試驗過程中無論電流的直流分量怎么變化，波形的角度不會隨電流直流分量的變化而變化，也就是不管什么時候T3都約等于T4，只要能夠準確的找到兩個電流零點和du/dt＝0的這三個點，在這段時間內只要接收到開鎖信號，點火信號會在下一個零點之前的T0時刻發出點火命令。根據每一個周期的T3時刻等于T4時刻這一原理，在T4時刻的提前T0時刻動作。如圖5所示同步控制系統軟件上顯示的T60試驗過程中的動作情況。軟件系統的設計中對于du/dt＝0的這個點在這一時刻的準確找到是系統的關鍵。同步控制系統在合成試驗過程中運行的T60合成試驗示波圖如圖6所示。

圖4 不同電流下系統軟件的運行原理

圖5 T60同步控制系統采集動作圖

圖6 T60的合成試驗波形圖

4 結束語

同步控制系統是基于LabVIEW平臺開發的，以軟件系統為重點的一套合成試驗同步控制系統，在試驗室經過一年的調試和運行中已經能夠滿足合成試驗標準要求。實際運行表明，本套設計方案運行可靠、動作精度高、誤差小，能夠根據試驗要求在50us內及時準確地引入延弧和電壓回路［8］。實現了合成試驗的計算機精確控制和試驗過程的可靠配合。點火時間可以在電流零點前后任意設置，設置時間在2ms以內是有效可行的。每一次動作可以在桌面上看到動作情況，有助于對波形和試驗故障情況的分析，對合成試驗系統的控制精度更高。點火和延弧的動作成功率大于90%，系統總分散性小于50us。該系統和同步控制器相比：①解決了對同步信號的時時監控問題；②可以更直觀看到T0的位置；③有助于故障情況下的對示波圖的分析；④使得各斷路器點火精度能可靠的控制；⑤可以抑制同步強電流信號中產生的嚴重的電磁干擾信號；⑥使得三相合成試驗控制更為簡便。⑦減少了拒動或者誤動情況的發生。

［1］吳盛剛，楊海芳，李 煒.合成試驗的同步控制及誤差分析［J］.高壓電器，2005，（04）.

［2］王春雷，吳盛剛，張高潮等.三相合成試驗回路的設計及其仿真研究［J］.電氣開關，2016，（05）.

［3］李 煒，楊海芳，吳盛剛.網絡合成試驗回路及實施中的一些問題［J］.華通技術，2010.

［4］IEC62271－101，2012 High－voitage switchear and aontrolgear－Part101.Synthetic testing，MOD［S］.

［5］GB 1984－2014，高壓交流斷路器［S］.

［6］GB/T4473－2008，交流高壓斷路器的合成試驗［S］.

［7］Dufournet，Denis，Montillet，Georges.Three－phase short circuit testing of high－voltage circuit breakers using synthetic circuits［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2000.

［8］LI Debin.Research on three－phase synthetic test synchro control method of high voltage circuit－breake［J］.2009.

Research on synchronous control system of synthetic test

CHEN Hui－xin1，2，LIN Jie1，2，LUO Yuan1，2
（1.Gansu Electric Apparatus Research Institute，Tianshui 741018，China；2.Key Laboratory of High－low Voltage Electrical Apparatus Inspection Technology，Tianshui 741018，China）

This paper introduces the function and working principle of the synchronous controller in the synthetic test process，puts forward a new design method of synchronous control system based on computer technology，and expounds the working principle and design idea of the system.The actual operation shows that the control system greatly improves the control precision and improves the success rate of the synthetic test.

synthetic test；synchronous control；LabVIEW platform；PCI collection

TM571

A

1005—7277（2017）03—0056—03

陳慧欣（1986－），本科，電氣工程專業，從事高壓電器檢測和試驗方法研究工作。

林 杰（1986－），本科，電氣工程專業，從事高壓電器檢測和試驗方法研究工作。

羅 園（1989－），研究生，電氣工程專業，從事高壓電器檢測和試驗方法研究工作。

2017－01－11