10kV斷路器二次回路故障快速檢測裝置的研制

周城，陳淼，許文強，王東

（國網德供市供電公司，福建 寧德 355100）

1 斷路器智能檢測設備使用背景及本研究的優點

在變電站和電廠在正常運行過程中，斷路器工作極其重要，在維護上需要專業人員對斷路器各個觸點和部件仔細反復檢測，每次檢修需要較長的停檢時間給用戶和用電設備帶來極大的不便且經濟損失，并且人工檢測出現較高的誤判或者遺漏情況，對電網供電系統帶來極大的安全隱患。本斷路器智能檢測設備具有方便可靠以及操作簡單合理且智能化的優點。

具有如下優點：

（1）本斷路器二次回路故障快速檢測儀，具有攜帶方便，3kg以內且無須接線供電。

（2）本斷路器二次回路故障快速檢測儀，配備多種不同斷路器接口可兼容多種斷路器。

（3）本斷路器二次回路故障快速檢測儀，能夠自動檢測設備情況，時時匯報檢測結果。

（4）通過使用此斷路器二次回路故障快速檢測儀，可有效快速地檢測斷路器狀態和性能，檢測時間等于斷路器開啟時間，且內部集成大容量鋰電池可持續檢測2h以上。

2 結構設計和工作原理研究

2.1 結構研究

斷路器二次回路故障快速檢測儀采用鋁合金外箱，內部設計集成升壓模組、主控制板、鋰離子電池包、顯示板等，其中結構上采用內部防壓鋁合金框架將上述各模塊合理排布，其中鋰離子電池包電氣連接至充電接口和主控制電路板。主控制電路板電氣連接至檢測儀標準插公頭和顯示電路板。在整機面板安裝上顯示電路板、顯示液晶屏和控制按鍵，其中顯示電路板電氣連接至顯示液晶屏和主控制電路板。外接檢測設備航空插頭使用多股導線連接檢測儀標準插公頭組成可更換的檢測設備航空插頭。并且將外接檢測設備航空插頭和充電器等配件合理的放置在箱體內部，本設計結構爆炸圖如圖1。

圖1 產品爆炸圖

2.2 工作原理研究

本研究產品用MCU采樣各各通路的電氣性能判定是否出現故障。本研究的電網斷路器二次回路故障快速檢測儀，包括可更換組裝不同航空插頭和檢測儀機體，主機外接檢測設備航空插頭母頭和斷路器柜的外接檢測設備航空插頭公頭對接。打開儀器總開關后鋰離子電池包給控制電路板和升壓模組供電，同時面板顯示電池信息（電池電壓，剩余容量，可檢測次數）。打開升壓開關后升壓模組開啟升壓至220V直流電或者交流電。打開面板顯示開關，主控制電路板開啟對外接電路進行邏輯分析和計算及其電路情況，開啟顯示至顯示面板上。

打開電機供電開關，主控制電路板控制電機驅動電路給外接檢測設備航空插頭連接的斷路器柜電機供電。啟動儲能電機開啟斷路器。

液晶顯示屏幕顯示電機供電電壓和電流以及電機狀態。待電機停止工作后，打開合閘回路開關和閉鎖回路開關，斷路器柜的電路快速切換至虛擬工作狀態，主控制電路板開始對斷路器柜的電路開始逐一進行通路快速檢測。同時將檢測結果顯示在顯示面板上。

2.3 硬件配置

系統供電樹如圖2：

圖2

48V鋰電池供電至5V直流降壓模塊、220V直流升壓模塊和220V交流升壓模塊；5V直流降壓模塊供電至顯示板、主板和測試傳感器；220V直流升壓模塊供電至儲能電機、閉閘線圈、分閘線圈和閉鎖線圈；220V交流升壓模塊供電至儲能電機、閉閘線圈、分閘線圈和閉鎖線圈。

（1）升壓模組。升壓模組，利用推挽為架構使用電源控制芯片控制場效應管和高頻變壓器進行電能轉換將48V直流電壓升至220V直流高電壓。同時，另一組升壓模塊將48V直流電壓升逆變至220V交流高電壓。輸出電壓給儲能電機和吸合線圈供電。

（2）主控制板。主控制板規劃分布控制電路、檢測電路、控制各個通路繼電器電路、通訊電路、大功率電機控制電路。在MCU編入檢測系統軟件，MCU控制各個通路繼電器切換檢測線路開啟檢測、MCU通過I2C傳輸顯示數據至通訊IC、MCU控制大功率電機控制驅動電路控制儲能電機和吸合線圈狀態。

（3）鋰離子電池包。鋰離子電池包，使用多串多并大量鋰離子電池組成，并且使用cpu檢測控制每一節電池狀態和整個電池包工作狀態，起到充電過充保護、充電過流保護、放電過流保護、放電欠壓保護，并且時時監測電池容量和電壓并且將信息傳遞給顯示面板顯示和主板上。

（4）顯示板。顯示板上集成LED顯示電路，驅動電路，控制電路，顯示模塊驅動控制電路等，其中顯示電池狀態信息，電機檢測狀態信息，吸合線圈檢測狀態信息和被檢線路信息。

2.4 軟件配置

本研究使用C語言編寫軟件，其流程圖如圖3：

圖3

程序使用模塊化設計，軟件開始時調用電池檢測軟件部分開始檢測將檢測結果儲存至內部寄存器中，MCU時時調用電池信息處理后通過I2C接口傳遞至顯示模塊上進行顯示；完成檢測和顯示后，開始自檢測試儀器內部線路和模塊狀態，并且將直檢測結果通過I2C接口傳遞至顯示模塊上進行顯示；完成準備測試后MCU開始識別開始開關，待檢測電機開始開關按下后，開始對外部線路和電機狀態進行檢測，同時將檢測結果顯示；待顯示完成5s后系統開始給電機供電并且時時檢測顯示結果和對電機檢測結果；完成檢測后，開始識別合閘閉閘分閘開關是否按下，待按下后開始檢測，待完成檢測后開始檢測結果。

2.5 使用說明

（1）打開儀器箱蓋將的主機外接檢測設備航空插頭母頭和斷路器柜的外接檢測設備航空插頭公頭對接。

（2）打開儀器總開關后，查看鋰電池信息顯示開啟顯示電池信息（電池電壓不低于43V，剩余容量不低于10%，可檢測次數不低于5次）。

（3）打開升壓開關后，打開面板顯示開關圖紙對應顯示面板上的相關信息（LED燈狀態：是否全部亮紅燈；如果出現不亮代表次路斷路，如果亮綠燈代表此路短路）。

（4）打開電機供電開關，查看液晶顯示屏幕顯示信息（電機狀態、是否工作以及工作電壓電流）。

（5）待電機停止工作后，打開合閘回路開關閉鎖回路開關，查看圖紙對應顯示面板上的相關信息（LED燈狀態：是否全部亮綠燈；如果出現不亮代表次路斷路，如果紅燈代表此路觸點異常）。

（6）打開分閘回路開關，圖紙對應顯示面板上的相關信息，待LED全部顯示紅色后關閉電機供電開關，關閉升壓開關，關閉合閘回路開關，閉鎖回路開關和面板，顯示開關以及儀器總開關。

3 結語

通過實際使用測試，該檢測設備可有效快速檢測斷路器二次回路各個電路和觸點通路情況以及電機和吸合線圈性能，該檢測設備一次充電可持續檢測2h以上且攜帶方便。為電力運維等部門的斷路器檢測提高了極大的工作效率。