低壓斷路器過載保護可靠性試驗裝置試驗電流調(diào)節(jié)方法

低壓斷路器過載保護可靠性試驗裝置試驗電流調(diào)節(jié)方法

低壓力損失的可靠性試驗和試驗電流的產(chǎn)生和穩(wěn)定是確保其可靠性結(jié)果正確的關(guān)鍵。提出一種新的試驗電流調(diào)節(jié)方法,該方法利用試品回路預(yù)調(diào)電流,利用平衡電阻回路完成對試品旁路,實現(xiàn)單臺試品試驗或多臺試品同時試驗;以調(diào)壓率和調(diào)流率作為控制參數(shù)進行電流調(diào)節(jié),并根據(jù)電動調(diào)壓器輸出電壓大小劃分穩(wěn)流準(zhǔn)確度等級,有效地減少了調(diào)流時間,提高了穩(wěn)流準(zhǔn)確度;同時對互感器二次側(cè)開路進行判斷,增強了裝置工作的安全性。應(yīng)用該方法研制的試驗裝置的試驗電流調(diào)節(jié)范圍0~750A,穩(wěn)流準(zhǔn)確度達±0.5%,調(diào)流時間控制在10s以內(nèi),可對225A及以下斷路器進行過載保護可靠性試驗。低壓斷路器作為低壓配電回路、電動機等設(shè)備的電源控制及保護開關(guān),負(fù)責(zé)接通、承載以及分?jǐn)嗾l件或非正常條件(如短路)下的電流。隨著用電系統(tǒng)的日益復(fù)雜,對低壓斷路器的性能和功能要求不斷提高,則對其可靠性也提出更高的要求。過載保護是低壓斷路器等保護類電器的重要功能,為了考核與評價斷路器的可靠性,要對其的過載保護特性進行考核［1，2］?？煽啃栽囼炇菣z測產(chǎn)品能否在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi),完成規(guī)定功能的手段,而在過載保護可靠性試驗中,過載保護可靠性試驗裝置試驗電流的產(chǎn)生及穩(wěn)定是保障考核結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。參考文獻中設(shè)計的可靠性試驗裝置試驗電流由大電流變壓器產(chǎn)生,利用工控機或者CPU控制電動調(diào)壓器實現(xiàn)電流的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定,但試驗裝置的調(diào)流準(zhǔn)確度低,且會出現(xiàn)電動調(diào)壓器電刷一直左右搖擺的尷尬局面,導(dǎo)致調(diào)流失?。?-5］。文章在分析了原有試驗裝置優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,采用新的調(diào)流方法,分三步即電流預(yù)調(diào)、調(diào)壓及調(diào)流對試驗電流進行調(diào)節(jié)。該方法將試品回路和平衡電阻回路相結(jié)合,實現(xiàn)單臺試品試驗或多臺試品同時試驗;以調(diào)壓速率和調(diào)流速率作為控制參數(shù),并根據(jù)電動調(diào)壓器輸出電壓大小劃分穩(wěn)流準(zhǔn)確度等級,有效地解決了調(diào)流時間與調(diào)流準(zhǔn)確度的矛盾,提高了試驗裝置工作的穩(wěn)定性。試驗電流產(chǎn)生電路低壓斷路器過載保護可靠性的試驗電流由大電流變壓器產(chǎn)生,通過工業(yè)控制用計算機控制電動調(diào)壓器輸出電壓的大小實現(xiàn)電流的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定,試驗電流產(chǎn)生電路框圖如圖1所示。利用25/5、75/5、250/5和750/5四組不同比例的電流互感器將試驗回路電流轉(zhuǎn)換為0~5A的小電流信號,再通過信號調(diào)理電路、研華數(shù)據(jù)采集卡將信號送入工控機,工控機將測量值換算為實際電流值與設(shè)定值進行比較,并控制電動調(diào)壓器輸出電壓的升或降,對試驗電流進行調(diào)節(jié)。1.試驗結(jié)果的描述為了使試驗裝置可進行單臺試品試驗,也可同時對多臺試品進行試驗,試驗裝置設(shè)計了平衡電阻回路,成功地解決了試品不在相同時刻動作引起的試驗電流中斷和變化等因素產(chǎn)生的試驗誤差。試驗中,所有試品各個極串行連接,當(dāng)某個試品發(fā)生故障需要剔除時,利用工控機控制交流接觸器KM1~KM4的吸合,完成對試品的旁路。其中KM1~KM4所在的回路為平衡電阻回路,用于試品切除或沒有試品時增加回路電阻,回路電阻值與試品的內(nèi)阻相近,便于電流控制和穩(wěn)定。根據(jù)不同規(guī)格試品的試驗電流不同,將平衡電阻回路分為四組,如圖1所示的電阻R1~R4。平衡回路電阻值及所承受的電流范圍如表1所示。2.預(yù)調(diào)50%額定電流測量電動調(diào)壓器輸入電壓為AC220V,輸出電壓為5.5~250V,試驗裝置根據(jù)試品的額定電流和試驗電流自動選擇平衡電阻回路,使電動調(diào)壓器工作在高壓區(qū),以提高電流調(diào)節(jié)的相對準(zhǔn)確度。平衡電阻回路選擇流程如下。1)分?jǐn)嗨性嚻?按照表1規(guī)定范圍根據(jù)試品額定電流自動閉合平衡電阻回路。2)在所選平衡電阻回路預(yù)調(diào)50%額定電流,電流調(diào)節(jié)成功后測量當(dāng)前電動調(diào)壓器輸出電壓。3)根據(jù)試驗設(shè)定電流與額定電流之比判定產(chǎn)生50%額定電流時,調(diào)壓器輸出電壓是否超過規(guī)定電壓上限,若超過則平衡回路選擇電阻過大,減小平衡回路電阻;若小于等于則保持原平衡回路不變。其中,當(dāng)電流比大于1.25,電壓上限取60V,電流比小于等于1.25,電壓上限取80V。4)再次判斷平衡電阻回路,若試驗電流小于額定電流的1.5倍,則保持原平衡回路選擇不變。若大于則根據(jù)以下規(guī)則繼續(xù)上調(diào)平衡回路:試驗電流大于250×1.1,選擇平衡回路四;試驗電流大于100×1.1,選擇平衡三;試驗電流大于50×1.1,選擇平衡回路二。上述平衡回路選擇保證產(chǎn)生試驗電流的調(diào)壓器輸出電壓落在60~200V。表2為實際測量的試驗電流對應(yīng)的電動調(diào)壓器輸出電壓值。試驗電流在同一平衡回路調(diào)節(jié)時,調(diào)壓器輸出電壓成比例,如表2中30A和50A同在平衡回路一進行調(diào)節(jié),調(diào)壓器輸出電壓成比例,150A和200A同在平衡回路三進行調(diào)節(jié),調(diào)壓器輸出電壓成比例。試驗電流調(diào)節(jié)方法1.確定正常調(diào)流速率通過實際測量,7s電動調(diào)壓器輸出電壓由5.5V上升到250V,而在實際設(shè)計過程中,按照調(diào)壓速率0.03V/ms來計算升壓或降壓的最長時間,電流調(diào)節(jié)流程圖如圖2所示。針對圖2電流調(diào)節(jié)過程,關(guān)鍵點如下。1)判斷調(diào)流成功的標(biāo)志。考慮到互感器在其整個量程內(nèi)的線性度和調(diào)壓器輸出電壓的大小,將穩(wěn)流準(zhǔn)確度進行分段處理。其中當(dāng)試驗電流小于對應(yīng)互感器檔位滿量程的20%時,電流的絕對誤差小于20%滿量程的2%,調(diào)流成功;當(dāng)試驗電流大于等于滿量程的20%時,如表3所示,根據(jù)表3規(guī)定的穩(wěn)流準(zhǔn)確度上下限進行判定,在穩(wěn)流準(zhǔn)確度范圍內(nèi),調(diào)流成功。上述的穩(wěn)流準(zhǔn)確度分段處理,減小了調(diào)流時間,提高了試驗電流的穩(wěn)定性。2)計算預(yù)調(diào)電壓值U2為式中,I1為當(dāng)前電流值;I2為試驗電流值;U1為當(dāng)前電壓值。根據(jù)式(1)得到U2,并以VV=0.03V/ms的調(diào)壓速率,按計算最長電壓調(diào)節(jié)時間。3)計算調(diào)流速率。如果是第一次進行電流調(diào)節(jié),則需計算實際調(diào)流速率,在計算過程中讓調(diào)壓器升壓或降壓200ms(考慮到調(diào)壓器慣性,將用于計算的時間修正為300ms)。讀取調(diào)壓前后電流值I3和I4,根據(jù)(I4-I3)/300的絕對值計算實際調(diào)流速率VC。而因在實際調(diào)流過程中電流差會出現(xiàn)極小值,導(dǎo)致調(diào)流速率作為分母計算調(diào)流時間時出現(xiàn)變量溢出,所以以30s上升到互感器檔位滿量程的最低速率作為調(diào)流速率的下限,如在750/5檔位,調(diào)流速率下限為750A/30000ms=0.025A/ms。如果不是第一次調(diào)流,則根據(jù)上次調(diào)流結(jié)果超調(diào)與否修正調(diào)流速率,增大或減小當(dāng)前調(diào)流速率。4)對調(diào)流時間進行修正,調(diào)流時間的上限為T1、實際計算調(diào)流時間T2和當(dāng)前調(diào)壓器輸出電壓值升到最高或降到最低限的時間T3三者中的最小值。下限為T1×2/5、T2和調(diào)壓器的最小動作時間25ms三者中的最大值。5)電流調(diào)節(jié)過程最高限循環(huán)99次,用于防止電流調(diào)節(jié)失敗,程序進入死循環(huán)。如果99次后電流仍沒有達到規(guī)定準(zhǔn)確度范圍,則認(rèn)為電流調(diào)節(jié)失敗,退出電流調(diào)節(jié)程序并提示用戶。2.電流預(yù)調(diào)和調(diào)整試驗電流整個調(diào)節(jié)過程采用試驗電流預(yù)調(diào)、調(diào)節(jié)電壓及調(diào)節(jié)電流的先后順序。試驗電流預(yù)調(diào)值等于試驗電流乘以調(diào)流倍數(shù),其中初始調(diào)流倍數(shù)st計算如下,SCurrent為試驗電流,ECurrent為額定電流。如果調(diào)流失敗,st則以0.05累加,直到預(yù)調(diào)電流值達到額定電流的80%,如果依舊調(diào)流失敗,則切換到平衡回路進行電流預(yù)調(diào),此預(yù)調(diào)電流值最大不超過平衡回路所能承受的最大電流值的1.1倍。電流預(yù)調(diào)成功后,測量當(dāng)前電流值I1和當(dāng)前電壓值U1,根據(jù)式(1)計算預(yù)調(diào)電壓值U2。將試驗主回路斷開,直接將調(diào)壓器輸出電壓升至U2,防止電流在觸頭產(chǎn)生的熱積累對試驗結(jié)果造成影響。電壓調(diào)節(jié)成功后,閉合試驗主回路,根據(jù)試驗電流值穩(wěn)定電流。在整個試驗過程中,裝置實時自動調(diào)節(jié)試驗電流,保證電流偏差在規(guī)定范圍之內(nèi)。供電技術(shù)1.油路故障判斷在試驗電流調(diào)節(jié)過程中,工控機通過采集電流互感器二次電流,經(jīng)換算后與試驗電流值進行比較,根據(jù)比較結(jié)果控制調(diào)壓器升壓或降壓。為了防止調(diào)流過程中,互感器二次側(cè)開路,導(dǎo)致試驗主回路電流一直增大,產(chǎn)生嚴(yán)重后果,軟件設(shè)計中加入判斷試驗主回路和互感器二次回路開路程序。依據(jù)電壓、電流比例原則,并考慮在低電壓小電流時不會產(chǎn)生危險,且容易產(chǎn)生誤判,則在調(diào)壓器輸出電壓大于70V時開始進行開路故障判斷。開路故障判斷原則是當(dāng)前電壓值大于所處檔位電壓上限而當(dāng)前電流值小于所處檔位電流下限值時,認(rèn)為主回路或互感器二次回路開路,程序自動切斷主回路并提示用戶對裝置進行檢修。其中,電壓上限與電流下限如表4所示。另外,試驗裝置的軟件中增加了線性校正菜單,如果裝置計量的電流值不在規(guī)定的測量準(zhǔn)確度范圍內(nèi),可通過軟件,將測量值校正到規(guī)定準(zhǔn)確度范圍。根據(jù)不同檔位的互感器,將校正表分為四檔25/5、75/5、250/5及750/5,每檔分為5段,對應(yīng)互感器二次側(cè)的0A、1A、2A、3A、4A和5A。2.試驗工作和測試系統(tǒng)為了使上述算法更好的被應(yīng)用,提高調(diào)壓準(zhǔn)確度和調(diào)流準(zhǔn)確度,對試驗裝置的硬件進行如下改進。1)調(diào)壓器電動機的供電電壓為±12V,通過在供電電壓端加濾波電解電容和在供電回路串0.5W分壓電阻,使加在電動機上的電壓在±10~±12V之間,保證電動機可對調(diào)壓器輸出電壓實現(xiàn)微調(diào)。2)試驗裝置所用電流互感器容量在3.75~5V·A之間,電流互感器二次側(cè)采用4mm2的導(dǎo)線連接,使電流互感器二次側(cè)回路電阻在0.5Ω以內(nèi),保證互感器工作在線性范圍內(nèi)。3)增加同步脈沖電路,對試驗電流和電壓進行同步采集。通過對試驗裝置的軟硬件設(shè)計,經(jīng)相關(guān)單位進行計量,計量結(jié)果如表5所示