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?jǐn)嗾ｋ娐窏l件下電流，也能在所規(guī)定的非正常電路（例如短路）下一定時間內(nèi)接通、承載和分?jǐn)嚯娏鞯臋C械開關(guān)電器，其在電力系統(tǒng)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(tǒng)密切相關(guān)。塑殼斷路器的操作性能試驗是GB14048.2中的重要內(nèi)容，其試驗結(jié)果與塑殼斷路器的產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)。但是，目前塑殼斷路器的產(chǎn)品規(guī)格型號繁多，如何開發(fā)出一種能用于各種規(guī)格型號的塑殼斷路器操作性能試驗的裝置，對于生產(chǎn)企業(yè)以及檢測實驗室都是相當(dāng)重要的，這樣就能以最小的設(shè)備投入解決多種規(guī)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(fā)的試驗裝置操作系統(tǒng)盡量簡單，人機界面友好、簡潔、大方。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路

針對目前同類測試裝置的缺陷，研究和開發(fā)出一套基于PLC控制的新型塑殼斷路器操作性能試驗設(shè)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(yè)務(wù)的能力。整套系統(tǒng)由變壓器、試驗調(diào)節(jié)阻抗、操作機構(gòu)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。系統(tǒng)模塊控制如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)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(gòu)：采用氣動元件和伺服電機相結(jié)合的方式，伺服電機作為操作行程的調(diào)節(jié)器，對不同規(guī)格型號的塑殼斷路器的操作行程進行調(diào)節(jié)，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(fā)揮這2種元件的優(yōu)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(tǒng)實現(xiàn)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(fā)生故障；3）在觸摸屏上設(shè)置相應(yīng)的試驗參數(shù)，調(diào)試和進行相應(yīng)操作；4）安裝有3只電流互感器和3只電壓互感器，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對試驗過程的電參數(shù)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)阻抗不需要使用可長期通電的元件。

（5）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：由于采用數(shù)字儀表和示波器都有其固有缺陷，而市場上成熟的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)因為價格和操作的原因不能采用，因此本系統(tǒng)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(shù)據(jù)測量的核心，使用VC＋＋設(shè)計了一套對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件，整套系統(tǒng)成本低，可以方便直觀地對電壓、電流和功率因數(shù)進行測量和波形顯示。功率因數(shù)采用相角差法進行計算。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總成本不超過10 000元，大大低于市場上現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的價格。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

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(shù)據(jù)采集的硬件平臺。基于PLC的控制系統(tǒng)可根據(jù)不同產(chǎn)品和不同用戶的試驗需求，對試驗過程的參數(shù)進行設(shè)置，并控制試驗過程以完成操作性能試驗的相應(yīng)要求。同時，觸摸屏上可以對試驗過程的狀態(tài)進行顯示和監(jiān)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(shù)可以在工控機中進行存儲、計算和打印。系統(tǒng)運行界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)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(dǎo)線截面積。

（2）根據(jù)通電時間和電壓降等參數(shù)，確定三相調(diào)節(jié)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(jié)合的方式，設(shè)計出試驗裝置的操作機構(gòu)。

（4）使用PLC作為系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以此作為試驗裝置的結(jié)果處理核心。

3 系統(tǒng)運行效果

按照標(biāo)準(zhǔn)GB14048.2要求，本系統(tǒng)達到的技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）輸出電流：在系統(tǒng)輸出電壓范圍內(nèi)，電流63～630 A可調(diào)。

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

（3）控制系統(tǒng)：按照標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)異常時通過保護電器對試驗電路進行保護。

（4）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shù)，生成word報告并打印等。

4 結(jié)語

將實驗室現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與新研發(fā)系統(tǒng)進行比對，驗證該系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)對試驗系統(tǒng)的設(shè)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(jié)果表明，設(shè)備各項指標(biāo)達到了標(biāo)準(zhǔn)要求，填補了實驗室在這一項目上的空白。

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［4］司海立，程武山，孫鑫，等.塑料外殼式斷路器智能測試系統(tǒng)［J］.低壓電器，2008（19）

［5］GB14048—2006 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備［S］