微型断路器磁脱扣特性测试系统

技术领域

本公开涉及磁脱扣特性测试技术领域，尤其涉及一种微型断路器磁脱扣特性测试系统。

背景技术

目前发电厂、变电站直流电源系统作为继电保护及安全自动装置、调速器、励磁及开关控制供电电源，其重要性不言而喻。直流电源系统大多数采用辐射状供电，从蓄电池到用电设备，一般经过三级配电，每级配电大多采用直流断路器作为保护电器，级差按2～4级配合，这就存在直流断路器上下级间选择性保护的配合问题，直接关系到能否把直流电源的故障控制在最小范围内，以防止直流电源系统破坏、事故扩大和设备损坏。

目前微型断路器磁脱扣特性测试主要通过将直流断路器与负载电阻串联，通过调整负载电阻大小来获取大电流方式实现直流断路器磁脱扣，这种方式回路负载电流大、发热量大，对电源设备、串联电阻、电缆等要求高，电阻串并联组合多操作复杂，存在一定的安全风险。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本公开第一方面实施例提出了一种微型断路器磁脱扣特性测试系统，包括：控制模块、电源模块、IGBT模块、电流互感器、反并联晶闸管及单相变压器，其中，

所述控制模块用于采集所述电源模块的电源电压波形，并在所述电源电压的波形达到预设相位时控制所述IGBT模块工作截止，控制所述单相变压器剩磁最小；

所述控制模块还用于获取不同的合闸角度下待测微型短路器所在回路中的各个励磁涌流，以及实测断路器脱扣电流与所述待测微型断路器的脱扣时间。

可选的，所述控制模块包括开关量采集单元、模拟量采样单元、输出控制单元、微处理单元、上位机管理单元，

其中，所述微处理单元和所述上位机管理单元之间通过RS485通讯；

所述开关量输入单元、所述模拟量采样单元和所述输出控制单元通过内部总线和所述微处理器单元连接。

可选的，所述模拟量采样单元用于采集电流互感器二次侧电流及电源电压并实现模数转换；

所述开关量采集单元用于采集待测断路器通断信号。

可选的，所述控制输出单元用于接收所述微处理单元发送的微处理信号，并将所述微处理器信号进行转换放大驱动控制晶闸管和IGBT半导体器件。

可选的，所述上位机管理单元包含触摸屏和键盘，其中，

所述上位机管理单元用于进行参数设置、命令下发和数据显示。

可选的，所述控制模块还用于：

获取不同容量的单相变压器在不同合闸角度下的励磁涌流；

建立每个所述单相变压器对应的映射关系表，其中，所述映射关系表中有所述励磁涌流与合闸角度对应关系。

可选的，所述电流互感器和所述模拟量采样单元相连，

所述反并联晶闸管与所述输出控制单元相连。

可选的，所述微处理单元用于接收所述上位机管理单元发送的所述合闸角度进行合闸，并记录所述回路中的励磁涌流。

可选的，所述微处理单元还用于：

在进行合闸之后，控制所述单相变压器剩磁最小。

可选的，所述模拟量采样单元用于采集流过所述待测微型断路器的断路器脱扣电流，并实测所述断路器脱扣电流与所述待测微型断路器的脱扣时间。

本公开提供的微型断路器磁脱扣特性测试系统，存在如下有益效果：

本公开实施例中的微型断路器磁脱扣特性测试系统，利用变压器空载充电时产生的励磁涌流作为微型断路器脱扣电流，励磁涌流存在衰减快，回路发热量小，对试验设备要求低，试验过程安全，利用不同合闸角度下励磁涌流大小不同产生不同大小的脱扣电流，只需控制晶闸管导通时刻即可实现，避免了传统磁脱扣校验装置多种电阻串并联组合操作复杂性，通过控制变压器分闸时刻调整变压器剩磁，从而保证在同一角度时刻变压器空充合闸时励磁电流分散性小，提升测试准确度与成功率，测试微型断路器脱扣电源范围广，只需更换不同容量变压器即可实现不同容量等级断路器特性测试。

本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本公开一实施例所提供的一种微型断路器磁脱扣特性测试系统的结构示意图；

图2为本公开一实施例所提供的又一种微型断路器磁脱扣特性测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。

下面参考附图描述本公开实施例的微型断路器磁脱扣特性测试系统。

需要说明的是，励磁涌流是由于变压器空载投运时，铁芯中的磁通不能突变，出现非周期分量磁通，使变压器铁芯饱和，励磁电流急剧增大而产生的。变压器励磁涌流最大值，可以达到变压器额定电流的6～8倍，并且跟变压器的容量大小有关，本公开实施例的微型断路器磁脱扣特性测试系统，主要通过控制变压器空载分闸角度时刻、变压器空载合闸角度时刻从而实现剩磁控制、励磁涌流大小控制从而调节电流大小实现微型断路器磁脱扣特性测试。

图1为本公开实施例所提供的一种微型断路器磁脱扣特性测试系统的示意图。

如图1所示，该微型断路器磁脱扣特性测试系统10包括：控制模块11、电源模块12、IGBT模块13、电流互感器14、反并联晶闸管15及单相变压器16，其中，

微型断路器磁脱扣特性测试系统控制模块用于采集微型断路器磁脱扣特性测试系统电源模块的电源电压波形，并在微型断路器磁脱扣特性测试系统电源电压的波形达到预设相位时控制微型断路器磁脱扣特性测试系统IGBT模块工作截止，控制微型断路器磁脱扣特性测试系统单相变压器剩磁最小。

其中，电源电压波形可以为交流正弦波。

其中，预设相位可以为90°相位，在此不做限定。

具体的，控制模块11、电源模块12、IGBT模块13、电流互感器14、反并联晶闸管15及单相变压器16可以构成测试主回路。

其中，IGBT模块(Insulated Gate Bipolar Transistor Module)是一种集成了IGBT(绝缘栅双极晶体管)和其他相关组件的电子器件。要截止IGBT模块，可以采取以下步骤：

断开控制信号：将IGBT的控制信号或驱动信号断开，以停止在其门极上施加控制电压。断开功率源：切断IGBT模块上的功率源，通常是其电源输入线路中的电源开关。降低温度：IGBT模块在操作过程中会产生热量，为了确保安全截止，应当通过适当的散热机构将其温度降低到安全范围内。

具体的，通过控制单相变压器剩磁最小，可将同一角度下励磁涌流离散性最大化降低。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统控制模块还用于获取不同的合闸角度下待测微型短路器所在回路中的各个励磁涌流，以及实测断路器脱扣电流与微型断路器磁脱扣特性测试系统待测微型断路器的脱扣时间。

可选的，可以在每个合闸角度下，进行一次励磁涌流测试。将电流传感器或电流钳表与待测微型短路器所在回路相连，然后合闸并记录相应的励磁涌流数值。

需要说明的是，单片机控制模块包含：开关量采集单元，采集待测断路器通断信号；模拟量采样单元，采集回路中电流互感器二次侧电流及电源电压并实现模数转换；输出控制单元，用来将微处理器信号进行转换放大驱动控制晶闸管、IGBT半导体器件；微处理单元，主要实现对上对下信号采集、电源电压相位检测、数据处理、逻辑运算、命令输出等；上位机管理单元：主要由触摸屏、键盘组成，实现参数设置、命令下发、结果与数据显示等。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统控制模块包括开关量采集单元、模拟量采样单元、输出控制单元、微处理单元、上位机管理单元，

其中，微型断路器磁脱扣特性测试系统微处理单元和微型断路器磁脱扣特性测试系统上位机管理单元之间通过RS485通讯。上位机管理单元与单片机控制测试模块通过RS485通讯，将测试数据上传并显示，将合闸角度等预设参数下发至单片机测试模块，将测试控制指令下发至单片机控制单元。RS485是一种串行通信协议，也是一种物理层标准。它支持多点通信和远距离通信，并具有抗干扰能力强的特点。

微型断路器磁脱扣特性测试系统开关量输入单元、微型断路器磁脱扣特性测试系统模拟量采样单元和微型断路器磁脱扣特性测试系统输出控制单元通过内部总线和微型断路器磁脱扣特性测试系统微处理器单元连接。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统模拟量采样单元用于采集电流互感器二次侧电流及电源电压并实现模数转换；

微型断路器磁脱扣特性测试系统开关量采集单元用于采集待测断路器通断信号。

需要说明的是，除此之外，励磁涌流大小与下列至少一个因素有关。

(1)电源电压，变压器合闸后，铁芯中强迫磁通的幅值，电源电压越高，越大，励磁涌流越大。

(2)合闸角：在交流电路中，磁通Φ总是落后电压U 90°相位角，当合闸相位角＝0°时，励磁涌流最大，当合闸相位角＝90°时，励磁涌流等于零。

(3)剩磁：合闸之前，变压器铁芯中的剩磁越大，励磁涌流就越大。另外，当剩磁的方向与合闸之后的方向相同时，励磁涌流就大。

需要说明的是，变压器铁芯剩磁与变压器断电瞬间交流电压相位角相关，当在相位角90°时断电时剩磁最小，在相位角0°时单相变压器铁芯中剩磁最大。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统控制输出单元用于接收微型断路器磁脱扣特性测试系统微处理单元发送的微处理信号，并将微型断路器磁脱扣特性测试系统微处理器信号进行转换放大驱动控制晶闸管和IGBT半导体器件。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统上位机管理单元包含触摸屏和键盘，其中，上位机管理单元是指控制模块中，负责与上位机通信、数据处理和控制操作的单元。它作为整个控制模块中的主要控制核心，承担了与上位机进行数据交换、监视和控制的功能。以下是上位机管理单元的主要功能和特点：与上位机通信：上位机管理单元通过各种通信接口(如以太网、串口等)与上位机进行通信，实现数据的传输和交换。它能够接收来自上位机的命令、参数设定和数据请求，并向上位机发送状态、监测数据和报警信息等。数据处理与存储：上位机管理单元能够对从下位机采集到的数据进行处理和分析。它可以对数据进行统计、计算、筛选和存储，生成报表或趋势曲线供上位机或操作人员参考。控制与调度：上位机管理单元具有控制下位机设备的能力，在上位机下达的指令下，执行相应的控制操作，如开关设备、调节参数等。它还可以根据预设的逻辑和策略执行自动化控制和调度任务。实时监控与远程访问：上位机管理单元可以实时监控下位机设备的状态、运行数据和报警信息，并将这些信息通过上位机展示给操作人员。此外，它还支持远程访问功能，允许通过网络连接远程监控和操作下位机设备。故障诊断与故障记录：上位机管理单元配备故障诊断功能，能够对系统和设备的故障进行自动检测、诊断和记录，提供故障报警和维护提示，帮助快速排除故障并提高系统的可靠性和可维护性。微型断路器磁脱扣特性测试系统上位机管理单元用于进行参数设置、命令下发和数据显示。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统控制模块还用于：

获取不同容量的单相变压器在不同合闸角度下的励磁涌流；

建立每个微型断路器磁脱扣特性测试系统单相变压器对应的映射关系表，其中，微型断路器磁脱扣特性测试系统映射关系表中有微型断路器磁脱扣特性测试系统励磁涌流与合闸角度对应关系。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统电流互感器和微型断路器磁脱扣特性测试系统模拟量采样单元相连，

微型断路器磁脱扣特性测试系统反并联晶闸管与微型断路器磁脱扣特性测试系统输出控制单元相连。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统微处理单元用于接收微型断路器磁脱扣特性测试系统上位机管理单元发送的微型断路器磁脱扣特性测试系统合闸角度进行合闸，并记录微型断路器磁脱扣特性测试系统回路中的励磁涌流。微处理器模块接收上位机管理单元下发的不同的合闸角度实现不同相位角下单相变压器合闸，通过电流互感器采集合闸瞬间主回路电流送至模拟量采样单元，模拟量采样单元通过模数转换处理后传输至处理器模块，从而得到合闸瞬间在测试主回路中得到不同大小的电流(励磁涌流)。针对同一单相变压器，通过多次测试得到不同合闸角度下的励磁涌流，从而定量获得励磁涌流与合闸角度对应关系，每次进行单相变压器合闸后应重复进行剩磁控制，将单相变压器剩磁尽快降低。

具的，可以首先由开关量采集单元采集待测断路器通断信号、模拟量采样单元采集流过微型断路器脱扣时电流，待测微型断路器通断型号通过开关量采集单元传输至微处理器模块，之后测试的合闸相位角与励磁涌流对应关系，在上位机管理单元设置不同合闸时间(合闸相位角)，合闸相位角从90°至0°逐渐调整，直至微型断路器脱扣，实测断路器脱扣电流与微型断路器2脱扣时间，多次重复测试得到该微型断路器磁脱扣特性。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统微处理单元还用于：

在进行合闸之后，控制微型断路器磁脱扣特性测试系统单相变压器剩磁最小。

可选的，微型断路器磁脱扣特性测试系统模拟量采样单元用于采集流过微型断路器磁脱扣特性测试系统待测微型断路器的断路器脱扣电流，并实测微型断路器磁脱扣特性测试系统断路器脱扣电流与微型断路器磁脱扣特性测试系统待测微型断路器的脱扣时间。

本公开实施例中的微型断路器磁脱扣特性测试系统，利用变压器空载充电时产生的励磁涌流作为微型断路器脱扣电流，励磁涌流存在衰减快，回路发热量小，对试验设备要求低，试验过程安全，利用不同合闸角度下励磁涌流大小不同产生不同大小的脱扣电流，只需控制晶闸管导通时刻即可实现，避免了传统磁脱扣校验装置多种电阻串并联组合操作复杂性，通过控制变压器分闸时刻调整变压器剩磁，从而保证在同一角度时刻变压器空充合闸时励磁电流分散性小，提升测试准确度与成功率，测试微型断路器脱扣电源范围广，只需更换不同容量变压器即可实现不同容量等级断路器特性测试。

应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。