一種高壓開關動特性測試儀標準裝置的製作方法

2023-06-07 21:16:41 2

專利名稱：一種高壓開關動特性測試儀標準裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓開關動作特性測試儀標準裝置，屬於高壓開關動特性測試設備的校準、檢定與檢測領域。利用本標準裝置可以對高壓開關動作特性測試儀主要的測量功能即合閘/分閘時間、彈跳時間、不同期時間、過渡電阻，開距、超程、全行程、剛分/剛合速度、合閘速度、分閘速度、最大速度等測量功能進行合理、高效的校準、檢定與檢測工作。
背景技術：
高壓開關(斷路器)是電力系統中最重要的控制和保護設備。開關設備的機械性能的可靠程度對整套設備的正常工作具有非常重要的影響，其機械特性的檢測在電力系統預防性試驗中具有十分重要的地位。為了有效評估高壓開關的機械性能，大量高壓開關動 作特性的測試儀器在現場被廣泛地採用。市場上滿足或部分滿足高壓開關動特性測試的儀器種類眾多，測量參數各異，性能良莠不齊，用戶選型困難。現有技術中，鮮有高壓開關動作特性測試儀的校準檢定工作，其手段相對簡單，檢驗工作只是停留在對斷口動作時間的檢定上，對包括速度傳感器在內的整套測試儀的校準檢定所作的工作還很少。綜上所述，目前國內在高壓開關動作特性測試儀校準檢定工作上存在不足，亟需研製高壓開關動作特性測試儀標準裝置，來保證高壓開關動作特性參數量值的準確可靠，以完善高壓開關動作特性的量值溯源體系。本實用新型針對高壓開關動作特性測試儀的工作特點設計，能夠對市場主流的高壓開關動作特性測試儀的主要功能進行全面的校準檢定工作，有效評估測試儀器的性能，方便高開動特性測試儀器相關測量參量的溯源。

實用新型內容本實用新型的目的是針對現有高壓開關動作特性測試儀標準裝置設計原理上的不足，尤其是標準裝置溯源困難的問題，提出並實現了一種高壓開關動作特性測試儀標準裝置，能有效開展高壓開關動作特性測試儀的校準檢定工作，並且相關測量參量能夠方便溯源到上級計量標準。本實用新型所採取的技術方案如下，一種高壓開關動特性測試儀標準裝置，所述標準裝置包括標準量設置單元，時間/行程及速度測試單元和輸出埠；所述標準量設置單元用於設定所需的時間標準量、速度標準量和行程標準量，其包括時間標準量設置埠和行程及速度標準量設置埠 ；所述時間/行程及速度測試單元包括時間標準模塊和行程及速度標準模塊；所述時間標準模塊包括信號產生單元，其產生標準時間信號，用於模擬高壓開關的分/合閘時間參數；所述行程及速度標準模塊包括電機，所述電機產生正交脈衝，所述行程及速度標準模塊採集此反饋脈衝，並獲得電機運行的行程-時間曲線，進而得到速度-時間曲線，計算得到開距、超程的行程標準量和剛分速度、剛合速度的速度標準量；所述輸出埠包括時間標準模塊的輸出埠和行程及速度標準模塊的輸出埠，所述各個輸出埠與待測測試儀的相應埠連接。所述時間標準模塊包括同步檢測單元、控制單元A、信號產生單元、斷口信號輸出單元；
所述標準量設置單元完成時間標準量的設置後，所述同步檢測單元檢測信號是否為觸發信號，是則觸發所述的控制單元A，所述控制單元A發出指令給所述信號產生單元產生設置時間長度的高電平或低電平信號；上位機設置參數時，會選擇是分閘時間或是合閘時間，當選擇分閘時間時，標準裝置會先產生一個設定時長的低電平信號，定時到時低電平信號突變為一個高電平信號；相反的選擇合閘時間時，標準裝置產生一個高電平信號，定時到是突變為低電平信號。標準裝置時間標準模塊的工作原理與測試儀在實際使用時測量原理相適應，模擬測試儀的使用工況。所述斷口信號輸出單元與被檢測試儀器的時間測量埠連接，輸出標準時間信號，模擬高壓開關分合閘動作。操作人員通過標準裝置的上位機軟體完成參數設置後，標準裝置的同步檢測單元即開始檢測同步信號，同步信號的作用是為了使標準裝置和測試儀器有一個相同的時間測量起點，同步信號共有6種方式，其中3種內同步方式為標準裝置產生同步信號，標準裝置和測試儀檢測；3種外同步方式為測試儀產生同步信號，標準裝置和測試儀檢測。時間標準模塊的工作方式可以根據圖2的說明。在具體的應用中，所述時間標準模塊還包括隔離單元，所述隔離單元將所述信號產生單元發出的信號經過隔離操作後輸出給所述的輸出埠 ；用於實現所述信號產生單元和時間輸出埠間的電氣隔離；所述隔離單元為IS07220 ；所述斷口信號輸出單元採用MOS管；IRFP460，IRFP460柵極在MOS驅動器IR2110的控制下，漏極完成斷口信號輸出。所述同步檢測單元為ARM9，FPGA控制所述信號發生單元、隔離單元和斷口信號輸出單元。所述時間標準模塊中的信號產生單兀同時提供I 16路斷口信號輸出，輸出電壓幅值與測試儀現場測量工況相同，每路斷口輸出均可獨立設定，根據需要單獨使用或同時使用。具體的，所述時間標準模塊採用電壓內觸發、電流內觸發、空接點內觸發、電壓外觸發、電流外觸發、空接點外觸發六種同步觸發方式中的一種。標準裝置的觸發方式是根據測試儀的工作方式決定，被檢測試儀能提供觸發信號時選擇外觸發方式，不能提供時選擇內觸發方式。選擇觸發方式時需要在上位機軟體上進行設置，選中所需要的觸發方式，另外還需要在接線時選擇對應的接線端子進行接線。所述行程及速度標準模塊包括直線電機、控制單元B、驅動單元、光柵反饋單元組成；所述直線電機導軌上設置有光柵尺；所述行程及速度標準量設置埠將設置的參數傳輸給控制單元B，完成設置參數的配置和下傳，並向控制單元B發出啟動命令；所述直線電機運行時產生正交脈衝輸出，所述驅動單元採集此反饋脈衝，並調節輸出驅動電壓的大小和相位，控制直線電機工作；所述光柵反饋單元通過數據通道採集反饋脈衝獲得光柵尺實時位移信息標準裝置採集並儲存此脈衝信號獲得電機運行的行程-時間曲線，行程-時間曲線求導即可得到速度-時間曲線；計算獲得速度-時間曲線，並計算得到開距、超程等行程標準量和剛分速度、剛合速度標準量，後通過行程及速度標準模塊的輸出埠輸出給待測的測試儀。現有技術中，高壓開關測試儀標準裝置有採用氣動式的電機來作為速度行程標準的，本專利採用直線電機作為速度行程標準為首創，直線電機相對於氣動式電機速度可控性強，準確度高，重複性好，也更安全可靠。本實用新型的第二個創新是，在上述裝置上進行的高壓開關動特性測試儀方法.所述方法包括，(I)設置時間，行程/速度參數步驟； (2)檢測觸發信號步驟；是同步觸發信號則進入步驟(3)與(4)，否則進入步驟
(2)；(3)時間標準模塊啟動步驟(31)時間標準模塊啟動定時計數器，其時間為設置的時間標準量；(32)判斷時間是否達到設定時間；是則進入步驟(33)，否則進入(32)；(33)控制斷口信號變化；(4)行程及速度標準模塊啟動步驟(41)行程及速度標準模塊啟動直線電機按照設定行程和速度參數運行；(42)標準裝置採集並儲存脈衝信號獲得電機運行的行程-時間曲線；(43)計算獲得速度-時間曲線，並計算得到開距、超程等行程標準量和剛分速度、剛合速度等速度標準量；(5)輸出步驟被檢高壓開關測試儀時間測量埠連接於標準裝置時間標準模塊的輸出埠，測量標準裝置產生的標準時間量；測試儀的位移/時間傳感器連接於標準裝置行程及速度標準模塊連接，測量標準裝置產生的標準行程量和標準速度量；通過標準裝置的標準量和測試儀測量值即可計算獲得測試儀的誤差，實現對測試儀的校準檢定工作。本實用新型的工作原理標準裝置由上位機和下位機結構組成，標準裝置的上位機軟體包括時間標準量設置界面、速度及行程標準量設置界面，設定所需的時間標準量、速度標準量和行程標準量。標準裝置的下位機由時間標準模塊和行程及速度標準模塊組成，時間標準模塊將上位機設定的時間標準量轉換成標準時間信號t，標準裝置的時間標準模塊可產生16路相互獨立的標準時間信號，模擬16組高壓開關的分/合閘時間等時間參數；行程及速度標準模塊將上位機設定的行程及速度標準量轉換成標準行程量S、標準速度量V，模擬高壓開關的開距、超程等行程參量和剛分速度、剛合速度等速度參量。標準裝置能選擇電壓內觸發、電流內觸發、空接點內觸發、電壓外觸發、電流外觸發、空接點外觸發六種同步觸發方式。標準裝置的工作流程為操作人員完成參數設置並啟動開始按鈕後，標準裝置等待同步觸發信號，接收到同步觸發信號後，時間標準模塊和行程及速度標準模塊同時開始工作，其中時間標準模塊啟動定時計數器，定時時間為設定的時間標準量，定時時間到時控制斷口信號變化；行程及速度標準模塊啟動直線電機按照設定行程和速度參數運行，電機運行時安裝在電機導軌上的光柵尺會產生正交脈衝，標準裝置採集並儲存此脈衝信號獲得電機運行的行程-時間曲線，再對行程-時間曲線進行微分計算獲得速度-時間曲線，並根據高壓開關相關行程和速度參數的定義計算得到開距、超程等行程標準量和剛分速度、剛合速度等速度標準量。被檢高壓開關測試儀時間測量埠連接於標準裝置時間標準模塊的輸出埠，測量標準裝置 產生的標準時間量；測試儀的位移/時間傳感器連接於標準裝置行程及速度標準模塊連接，測量標準裝置產生的標準行程量和標準速度量。通過標準裝置的標準量和測試儀測量值即可計算獲得測試儀的誤差，實現對測試儀的校準檢定工作。本實用新型的有益效果是本實用新型針對高壓開關動作特性測試儀的工作原理設計，標準裝置由時間標準模塊、行程及速度標準模塊組成，其中時間標準模塊以ARM9為主控制器，FPGA為從控制器，能夠提供16路標準時間信號，模擬高壓開關的分合閘時間等時間標準量；速度及行程模塊採用直線電機作為速度及行程產生裝置，模擬高壓開關的分合閘速度等速度標準量及行程、開距等行程標準量。時間標準量測量範圍(10 1000)ms，分辨力0. 01ms，最大允許誤差±0. 05ms ;速度標準量測量範圍(0. 2 6) m/s，最大允許誤差±(1%讀數+O.Olm/s);行程標準量測量範圍(10 600)mm，最大允許誤差±(0. 1%設定值+0. 06mm)。使用本標準裝置能為高壓開關動作特性測試設備的選購提供參考依據，也可以作為判斷產品合格與否的標準用於儀器設備的驗收；還可用於高壓開關動作特性測試儀生產廠家的生產過程中的對比校準，還可以作為產品出廠檢驗的測試儀器，對促使電力測試儀器向標準化、規範化方向發展有積極推動作用。

圖1，是標準裝置基本工作原理框圖。圖2，是時間標準模塊原理框圖。圖3，是時間標準模塊工作流程框圖。圖4，是位移及速度標準模塊原理框圖。圖中標記1_標準裝置上位機，2-標準裝置下位機，3-時間標準量設置界面，4-行程及速度標準量設置界面，5-時間標準模塊，6-行程及速度標準模塊，7-被檢高壓開關動作特性測試儀，8-時間測量埠，9-位移/時間採樣部件，10-行程及速度測量埠，11-同步檢測單元，12-控制系統，13-信號產生單元，14-隔離單元，15-斷口信號輸出單元，16-直線電機，17-驅動單元，18-控制單元，19-光柵反饋單元，20-行程及速度標準量設置，21-啟動控制，22-光棚尺實時位移信息,23-CAN卡，t_標準時間信號，S-標準行程量，v_標準速度量。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明。本實用新型技術方案提供高壓開關動作特性測試儀標準裝置，由時間標準模塊和位移及速度標準模塊組成；時間標準模塊包括控制單元、同步檢測單元、信號產生單元、隔離單元、斷口信號輸出單元；位移及速度標準模塊包括直線電機、控制單元、驅動單元、光柵反饋單元組成。標準裝置的時間標準模塊可產生16路相互獨立的標準時間信號，模擬16組高壓開關的分/合閘時間等時間參數，可支持彈跳和重合閘模擬，還可以模擬過渡電阻；行程及速度模塊採用直線電機模擬高壓開關的分合閘動作，比採用實物高壓開關體積小、重量輕、準確度高，比氣動式電機在速度穩定性高、重複性強、安全性好，操作人員通過上位機上設置所需的行程及速度參量即可控制電機完成相關操作，操作便捷、使用安全可靠。參見圖I所示的高壓開關動作特性測試儀標準裝置原理框圖。標準裝置由上位機和下位機結構組成，標準裝置的上位機軟體包括時間標準量設置界面、速度及行程標準量設置界面，設定所需的時間標準量、速度標準量和行程標準量。標準裝置的下位機由時間標準模塊和行程及速度標準模塊組成，時間標準模塊將上位機設定的時間標準量轉換成標準時間信號t，標準裝置的時間標準模塊可產生16路相互獨立的標準時間信號，模擬16組高壓開關的分/合閘時間等時間參數；行程及速度標準模塊將上位機設定的行程及速度標準量轉換成標準行程量S、標準速度量V，模擬高壓開關的開距、超程等行程參量和剛分速度、剛合速度等速度參量。標準裝置能選擇電壓內觸發、電流內觸發、空接點內觸發、電壓外觸發、電流外觸發、空接點外觸發六種同步觸發方式，標準裝置的工作流程為操作人員完成 參數設置並啟動開始按鈕後，標準裝置等待同步觸發信號，接收到同步觸發信號後，時間標準模塊和行程及速度標準模塊同時開始工作，其中時間標準模塊啟動定時計數器，定時時間為設定的時間標準量，定時時間到時控制斷口信號變化；行程及速度標準模塊啟動直線電機按照設定行程和速度參數運行，電機運行時安裝在電機導軌上的光柵尺會產生正交脈衝，標準裝置採集並儲存此脈衝信號獲得電機運行的行程-時間曲線，再對行程-時間曲線進行微分計算獲得速度-時間曲線，並根據高壓開關相關行程和速度參數的定義計算得到開距、超程等行程標準量和剛分速度、剛合速度等速度標準量。被檢高壓開關測試儀時間測量埠連接於標準裝置時間標準模塊的輸出埠，測量標準裝置產生的標準時間量；測試儀的位移/時間傳感器連接於標準裝置行程及速度標準模塊連接，測量標準裝置產生的標準行程量和標準速度量。通過標準裝置的標準量和測試儀測量值即可計算獲得測試儀的誤差，實現對測試儀的校準檢定工作。參見圖2所示的高壓開關動作特性測試儀標準裝置時間標準模塊原理框圖。時間標準模塊由控制單元、同步檢測單元、信號產生單元、隔離單元、斷口信號輸出單元組成；標準裝置上位機軟體完成時間標準量的設置，通過USB電纜下傳到標準裝置下位機的時間標準模塊。同步檢測單元接收到觸發信號後，控制系統根據上位機設置的時間標準量控制信號產生單元產生設置時間長度的高電平或低電平信號；隔離單元用來實現信號產生單元和斷口輸出單元間的電氣隔離；斷口輸出單元與被檢測試儀器的時間測量埠連接，輸出標準時間信號，模擬高壓開關分合閘動作。控制系統採用ARM9為主控制器，FPGA為從控制器；ARM9主要完成上位機的配置數據接收，定時數據下傳到FPGA，同步的控制與檢測，復位；FPGA主要完成斷口定時輸出。時間標準模塊可產生16路相互獨立的標準時間信號，模擬16組高壓開關的分/合閘時間等時間參數；參見圖3所示的高壓開關動作特性測試儀標準裝置時間標準模塊工作流程框圖。操作人員完成時間參數設置並啟動開始按鈕後，時間標準模塊的同步檢測單元即開始檢測同步觸發信號，當接收到同步觸發信號後，時間標準模塊的控制單元根據上位機的時間參數設置並啟動定時計數器，信號產生單元同時產生所需的高/低電平信號，當定時時間到時控制斷口信號高低電平變化，模擬高壓開關的分合閘的時間參數；參見圖4所示的高壓開關動作特性測試儀標準裝置行程及速度標準模塊的原理框圖。行程及速度標準模塊由直線電機、控制單元、驅動單元、光柵反饋單元組成。標準裝置行程及速度標準量設置界面設定速度及行程參數，上位機通過CAN卡數據通道I完成設置參數的配置和下傳，數據通道2 (TTL電平)向控制單元發出「快速」啟動命令，直線電機的導軌上安裝有光柵尺，直線電機運行時會產生正交脈衝輸出，驅動單元採集此反饋脈衝，並用PID的方式調節輸出驅動電壓的大小和相位，控制直線電機按照上位機設定的行程、速度參數工作；光柵反饋單元通過數據通道3採集反饋脈衝獲得光柵尺實時位移信息標準裝置採集並儲存此脈衝信號獲得電機運行的行程-時間曲線，再對行程-時間曲線進行微分計算 獲得速度-時間曲線，並根據高壓開關相關行程和速度參數的定義計算得到開距、超程等行程標準量和剛分速度、剛合速度等速度標準量。
權利要求1.一種高壓開關動特性測試儀標準裝置，其特徵在於，所述標準裝置包括標準量設置單元，時間/行程及速度測試單元和輸出埠； 所述標準量設置單元用於設定所需的時間標準量、速度標準量和行程標準量，其包括時間標準量設置埠和行程及速度標準量設置埠； 所述時間/行程及速度測試單元包括時間標準模塊和行程及速度標準模塊；所述時間標準模塊包括信號產生單元，其產生標準時間信號，用於模擬高壓開關的分/合閘時間參數；所述行程及速度標準模塊包括電機，所述電機產生正交脈衝，所述行程及速度標準模塊採集此反饋脈衝，並獲得電機運行的行程-時間曲線，進而得到速度-時間曲線，計算得到開距、超程的行程標準量和剛分速度、剛合速度的速度標準量； 所述輸出埠包括時間標準模塊的輸出埠和行程及速度標準模塊的輸出埠，所述各個輸出埠與待測測試儀的相應埠連接。
2.根據權利要求I所述的一種高壓開關動特性測試儀標準裝置，其特徵在於， 所述時間標準模塊包括同步檢測單元、控制單元A、信號產生單元、斷口信號輸出單元; 所述標準量設置單元完成時間標準量的設置後，所述同步檢測單元檢測信號是否為觸發信號，是則觸發所述的控制單元A，所述控制單元A發出指令給所述信號產生單元產生設置時間長度的高電平或低電平信號；所述斷口信號輸出單元與被檢測試儀器的時間測量埠連接，輸出標準時間信號，模擬高壓開關分合閘動作。
3.根據權利要求2所述的一種高壓開關動特性測試儀標準裝置，其特徵在於， 所述時間標準模塊還包括隔離單元，所述隔離單元將所述信號產生單元發出的信號經過隔離操作後輸出給所述的輸出埠 ；用於實現所述信號產生單元和時間輸出埠間的電氣隔尚；所述隔尚單兀為IS07220 ； 所述斷口信號輸出單元採用MOS管；所述同步檢測單元為ARM9，FPGA控制所述信號發生單元、隔離單元和斷口信號輸出單元。
4.根據權利要求2或3所述的一種高壓開關動特性測試儀標準裝置，其特徵在於， 所述時間標準模塊中的信號產生單兀同時提供I 16路斷口信號輸出，輸出電壓幅值與測試儀現場測量工況相同，每路斷口輸出均可獨立設定，根據需要單獨使用或同時使用。
5.根據權利要求2或3所述的一種高壓開關動特性測試儀標準裝置，其特徵在於， 所述時間標準模塊採用電壓內觸發、電流內觸發、空接點內觸發、電壓外觸發、電流外觸發、空接點外觸發六種同步觸發方式中的一種。
6.根據權利要求I所述的一種高壓開關動特性測試儀標準裝置，其特徵在於， 所述行程及速度標準模塊包括直線電機、控制單元B、驅動單元、光柵反饋單元組成；所述直線電機導軌上設置有光柵尺； 所述行程及速度標準量設置埠將設置的參數傳輸給控制單元B，完成設置參數的配置和下傳，並向控制單元B發出啟動命令； 所述直線電機運行時產生正交脈衝輸出，所述驅動單元採集此反饋脈衝，並調節輸出驅動電壓的大小和相位，控制直線電機工作；所述光柵反饋單元通過數據通道採集反饋脈衝獲得光柵尺實時位移信息標準裝置採集並儲存此脈衝信號獲得電機運行的行程-時間 曲線，計算獲得速度-時間曲線，並計算得到開距、超程等行程標準量和剛分速度、剛合速度標準量，後通過行程及速度標準模塊的輸出埠輸出給待測的測試儀。·
專利摘要本實用新型涉及一種高壓開關動作特性測試儀標準裝置，標準裝置包括標準量設置單元，時間/行程及速度測試單元和輸出埠；所述標準量設置單元用於設定所需的時間標準量、速度標準量和行程標準量，其包括時間標準量設置埠和行程及速度標準量設置埠；所述時間/行程及速度測試單元包括時間標準模塊和行程及速度標準模塊。本實用新型的時間標準量測量範圍(10～1000)ms，分辨力0.01ms，最大允許誤差±0.05ms；速度標準量測量範圍(0.2～6)m/s，最大允許誤差±(1％讀數+0.01m/s)；行程標準量測量範圍(10～600)mm，最大允許誤差±(0.1％設定值+0.06mm)。
文檔編號G01R1/28GK202486169SQ201220100959
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月16日 優先權日2012年3月16日
發明者孫毅, 宋偉, 張軍, 林飛鵬, 梁波, 王昊, 雷民 申請人:中國計量科學研究院