綜合保護裝置測試儀設計

王團結 封錦 宋紅衛

【摘要】介紹了綜合保護裝置測試儀的組成原理和工作過程，詳細說明了測試儀的三相電壓源、三相電流源、零序電流產生單元、控制切換電路、可編程組態顯示屏、主控制器等各個部件的工作原理和功能。

【關鍵詞】主控器;三相電壓源;三相電流源;可編程組態顯示屏

1.前言

綜合保護裝置的集成化程度越來越高，結構和制造工藝越來越復雜，增加了綜合保護裝置潛伏缺陷的可能性。綜合保護裝置不但要求有較高的性能指標，而且還要有較高的質量穩定性和可靠性。它的質量穩定性不僅取決于設計的合理性、元器件的性能，而且與整個制造過程及工藝控制手段具有很大的關系。目前綜合保護裝置主要使用人工控制和手動調整的測試方式，不能自動的進行參數設置，需要專用的電流信號源和電壓信號源。綜合保護裝置的功能完整性和測試數據記錄，主要依靠人工的控制和依靠經驗判斷。必然存在測試不完全，數據分析不完整，難以保證被測試產品的質量。為了解決以上問題，提出一種解決綜合保護裝置檢驗和測試方法，并研制出綜合保護裝置智能測試儀，通過該儀器能夠極大提高測試效率和測試質量，基本不需要人工干預，減少依靠經驗判斷，極大降低勞動強度和提高產品質量，確保綜合保護裝置功能良好、性能穩定、質量可靠。

2.硬件組成

2.1 整機組成原理

綜合保護裝置測試儀由三相電壓源、三相電流源、零序電流產生單元、控制切換電路、可編程組態顯示屏、主控制器等部分組成，其中主控制器上集成了輸入輸出接口、以太網通信接口、USB接口和RS485通信接口。各個部件之間通過系統總線連接，其組成原理框圖如圖1所示。

圖1 綜合保護裝置智能測試儀組成原理框圖

2.2 主控器原理

主控制器負責整個測試儀中的各個模塊之間的調度和控制處理，負責信號分析和處理，負責顯示數據的傳送，與三相電壓信號產生單元、三相電流信號產生單元、零序電流產生單元、可編程組態顯示屏等組件之間采用系統總線的方式連接。主控制器采用雙處理器結構，CPU1主要處理慢速通信，對輸入輸出接口進行控制。CPU2主要處理高速數據，具有USB接口，可以通過USB接口傳輸數據，具有自適應網絡接口可以適應不同的網絡設備，可與遠程計算機相連接，也可與手持式設備相連接。具有高速的系統總線，可與三相電壓信號產生單元、三相電流信號產生單元、零序電流產生單元、可編程組態顯示屏等模塊進行高速數據交換，處理信息量較大的數據。其原理框圖如圖2所示。

主控制器上集成了網絡接口，USB接口，信號輸入輸出接口，RS485通信接口。網絡接口可以與遠程計算機相連，可以對測試儀進行遠程配置和數據讀取。USB接口支持鼠標和存儲設備，用戶可以通過USB連接鼠標對測試儀進行操作，也可以接入U盤等存儲設備，讀取測試數據，以便對測試結果進行分析。

圖2 主控制器原理框圖

信號輸入輸出接口，將電壓電流信號送至輸出接口，檢測外部開關量信號輸入，將開關量狀態送至主控制器進行處理后送至組態顯示屏顯示。輸入輸出接口采用雙層隔離方式，最大程度降低輸入信號對主控器內的CPU的干擾，保證主控制器單元工作的可靠性。

RS485通信接口與綜合保護裝置進行通信，實現對綜合保護裝置的參數進行自動設定，自動恢復出廠設置，讀取綜合保護裝置內的實時數據和故障狀態。

第一路RS485接口與被測的綜合保護裝置通過專用協議進行通信，可以實現對綜合保護裝置的基本參數、保護定制、工作狀態進行配置，可以讀取被測綜合保護裝置的實時數據、故障狀態、歷史記錄等。

第二路RS485接口與可編程組態屏進行通信，將讀取被測綜合保護裝置的實時數據、故障狀態、歷史記錄等信息送至組態顯示屏進行顯示，同時組態顯示屏可以存儲和記錄各種故障信息。組態顯示屏可以將需要設置的信息通過該接口傳輸給主控制器，主控制器將取得的數據處理和轉換后通過第一路RS485接口對被測綜合保護裝置進行配置。

2.3 各個部件介紹

控制切換單元實現對三相電壓、三相電流、零序電流等信號的自動投斷和切換控制。

三相電壓信號源主要產生三相電壓信號，電壓調整范圍0～150V，調節步長為1V，電壓相角調節范圍-360°～+180°，調節步長為1°。三相電流源主要產生電流信號，電流輸出范圍為0～90A，每項電流源最大輸出電流為30A，三相電流源可以合并輸出，最大輸出電流可達90A。電流信號調節步長為0.1A，電流相角調節范圍-360°～+180°，調節步長為1°。

三相電壓產生單元具有過壓保護、欠壓保護、短路保護、過載保護、缺相保護、漏電保護等保護功能，三相電流源具有過載保護、過熱保護等功能，當任何一項保護功能動作時，測試儀立即聲光報警，并停止電壓和電流輸出。可以有效的保證測試儀的工作可靠性，避免因待測設備問題導致儀器損壞，漏電保護功能可以有效保護操作人員的人身安全，避免因操作人員誤操作或誤觸碰而觸電。

零序電流信號由電流信號經過零序電流互感器和濾波電路處理所得，其大小和相角受三相電流信號控制。

可編程組態顯示屏，具有用戶界面可編程和用戶程序可編程。用戶可以計算機上繪制好自己的軟件界面，設定好操作按鍵，通過USB接口下載到組態屏內。該可編程組態屏支持觸摸功能，同時也支持USB鼠標，方面用戶操作。

3.工作過程

將被測設備與綜合保護裝置測試儀（以下簡稱測試儀）連接，測試儀上電后自動加載上次存儲的電壓、電流、零序電流等信號源的數值和角度，用戶根據需要設置電壓和電流值。設置完畢后按信號啟動按鈕，三相電壓電流信號送至信號輸出接口，測試儀的設置界面自動隱藏，并將新設置電壓電流參數存儲，此時測試儀進入測試界面。用戶可以對綜合保護裝置的功能進行參數設置和功能測試，按下自動測試按鈕后，測試儀先對綜合保護裝置進行參數配置，配置完畢后開始測試，在測試過程中，如果被測設備存在問題，會進行聲音提示和顯示提示。測試完畢后自動將測試結果存儲，將測試故障突出顯示，用戶可以在組態顯示內查詢多達500條的測試記錄，當測試記錄存儲滿時，自動覆蓋最早的一組歷史記錄。如果連接遠程計算機，可以將測試記錄傳輸至遠程計算機，此時組態顯示屏內的測試記錄自動清空。用戶操作測試儀時既可以用手直接觸摸操作，也可以通過USB鼠標進行操作

4.結語

綜合保護裝置測試儀，采用雙CPU結構，具有傳輸數據量大，結構簡單，工作效率高等特點。可遠程和本地讀取測試數據和測試記錄，可實時查看測試數據和記錄。其顯示屏采用可編程組態屏，用戶可以根據自身需求和產品特點自己設計顯示界面，操作按鈕，自定義產品標識和企業標識，操作簡單，不需要有編程基礎。測試儀內集成了電源信號源和電流信號源，無需外接任何信號源，一體成型，節約用戶投入成本。綜合保護裝置測試儀是一款適合不同用戶要求，滿足不同綜合保護裝置的專用測試設備，具有良好的市場前景。

參考文獻

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[5]秦國華，張衛紅.一種全新的夾具定位方案設計算法[J].測試技術報，2008（03）.

作者簡介：

王團結（1981—），男，江蘇徐州人，工程師，從事電力系統繼電保護及電力電子方面的研究。

封錦（1982—），男，江蘇常州人，工程師，從事電力系統繼電保護及電力電子方面的研究。

宋紅衛（1971—），男，安徽旌德人，工程師，從事電力系統繼電保護及電力電子方面的研究。