低壓斷路器過載保護(hù)可靠性試驗(yàn)裝置試驗(yàn)電流調(diào)節(jié)方法

低壓斷路器過載保護(hù)可靠性試驗(yàn)裝置試驗(yàn)電流調(diào)節(jié)方法

低壓力損失的可靠性試驗(yàn)和試驗(yàn)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(yàn)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(duì)試品旁路,實(shí)現(xiàn)單臺(tái)試品試驗(yàn)或多臺(tái)試品同時(shí)試驗(yàn);以調(diào)壓率和調(diào)流率作為控制參數(shù)進(jìn)行電流調(diào)節(jié),并根據(jù)電動(dòng)調(diào)壓器輸出電壓大小劃分穩(wěn)流準(zhǔn)確度等級(jí),有效地減少了調(diào)流時(shí)間,提高了穩(wěn)流準(zhǔn)確度;同時(shí)對(duì)互感器二次側(cè)開路進(jìn)行判斷,增強(qiáng)了裝置工作的安全性。應(yīng)用該方法研制的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)電流調(diào)節(jié)范圍0~750A,穩(wěn)流準(zhǔn)確度達(dá)±0.5%,調(diào)流時(shí)間控制在10s以內(nèi),可對(duì)225A及以下斷路器進(jìn)行過載保護(hù)可靠性試驗(yàn)。低壓斷路器作為低壓配電回路、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的電源控制及保護(hù)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(duì)低壓斷路器的性能和功能要求不斷提高,則對(duì)其可靠性也提出更高的要求。過載保護(hù)是低壓斷路器等保護(hù)類電器的重要功能,為了考核與評(píng)價(jià)斷路器的可靠性,要對(duì)其的過載保護(hù)特性進(jìn)行考核［1，2］?？煽啃栽囼?yàn)是檢測(cè)產(chǎn)品能否在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的手段,而在過載保護(hù)可靠性試驗(yàn)中,過載保護(hù)可靠性試驗(yàn)裝置試驗(yàn)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(xiàn)中設(shè)計(jì)的可靠性試驗(yàn)裝置試驗(yàn)電流由大電流變壓器產(chǎn)生,利用工控機(jī)或者CPU控制電動(dòng)調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)電流的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定,但試驗(yàn)裝置的調(diào)流準(zhǔn)確度低,且會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)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(yàn)裝置優(yōu)缺點(diǎn)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(duì)試驗(yàn)電流進(jìn)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(shí)現(xiàn)單臺(tái)試品試驗(yàn)或多臺(tái)試品同時(shí)試驗(yàn);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(dòng)調(diào)壓器輸出電壓大小劃分穩(wěn)流準(zhǔn)確度等級(jí),有效地解決了調(diào)流時(shí)間與調(diào)流準(zhǔn)確度的矛盾,提高了試驗(yàn)裝置工作的穩(wěn)定性。試驗(yàn)電流產(chǎn)生電路低壓斷路器過載保護(hù)可靠性的試驗(yàn)電流由大電流變壓器產(chǎn)生,通過工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)調(diào)壓器輸出電壓的大小實(shí)現(xiàn)電流的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定,試驗(yàn)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(yàn)回路電流轉(zhuǎn)換為0~5A的小電流信號(hào),再通過信號(hào)調(diào)理電路、研華數(shù)據(jù)采集卡將信號(hào)送入工控機(jī),工控機(jī)將測(cè)量值換算為實(shí)際電流值與設(shè)定值進(jìn)行比較,并控制電動(dòng)調(diào)壓器輸出電壓的升或降,對(duì)試驗(yàn)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.試驗(yàn)結(jié)果的描述為了使試驗(yàn)裝置可進(jìn)行單臺(tái)試品試驗(yàn),也可同時(shí)對(duì)多臺(tái)試品進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)了平衡電阻回路,成功地解決了試品不在相同時(shí)刻動(dòng)作引起的試驗(yàn)電流中斷和變化等因素產(chǎn)生的試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)中,所有試品各個(gè)極串行連接,當(dāng)某個(gè)試品發(fā)生故障需要剔除時(shí),利用工控機(jī)控制交流接觸器KM1~KM4的吸合,完成對(duì)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(shí)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(yàn)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(cè)量電動(dòng)調(diào)壓器輸入電壓為AC220V,輸出電壓為5.5~250V,試驗(yàn)裝置根據(jù)試品的額定電流和試驗(yàn)電流自動(dòng)選擇平衡電阻回路,使電動(dòng)調(diào)壓器工作在高壓區(qū),以提高電流調(diào)節(jié)的相對(duì)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(dòng)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(cè)量當(dāng)前電動(dòng)調(diào)壓器輸出電壓。3)根據(jù)試驗(yàn)設(shè)定電流與額定電流之比判定產(chǎn)生50%額定電流時(shí),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(yàn)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(yàn)電流大于250×1.1,選擇平衡回路四;試驗(yàn)電流大于100×1.1,選擇平衡三;試驗(yàn)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(yàn)電流的調(diào)壓器輸出電壓落在60~200V。表2為實(shí)際測(cè)量的試驗(yàn)電流對(duì)應(yīng)的電動(dòng)調(diào)壓器輸出電壓值。試驗(yàn)電流在同一平衡回路調(diào)節(jié)時(shí),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(jìn)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(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)壓器輸出電壓成比例。試驗(yàn)電流調(diào)節(jié)方法1.確定正常調(diào)流速率通過實(shí)際測(cè)量,7s電動(dòng)調(diào)壓器輸出電壓由5.5V上升到250V,而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,按照調(diào)壓速率0.03V/ms來計(jì)算升壓或降壓的最長(zhǎng)時(shí)間,電流調(diào)節(jié)流程圖如圖2所示。針對(duì)圖2電流調(diào)節(jié)過程,關(guān)鍵點(diǎn)如下。1)判斷調(diào)流成功的標(biāo)志?？紤]到互感器在其整個(gè)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(jìn)行分段處理。其中當(dāng)試驗(yàn)電流小于對(duì)應(yīng)互感器檔位滿量程的20%時(shí),電流的絕對(duì)誤差小于20%滿量程的2%,調(diào)流成功;當(dāng)試驗(yàn)電流大于等于滿量程的20%時(shí),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(jìn)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(shí)間,提高了試驗(yàn)電流的穩(wěn)定性。2)計(jì)算預(yù)調(diào)電壓值U2為式中,I1為當(dāng)前電流值;I2為試驗(yàn)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(jì)算最長(zhǎng)電壓調(diào)節(jié)時(shí)間。3)計(jì)算調(diào)流速率。如果是第一次進(jìn)行電流調(diào)節(jié),則需計(jì)算實(shí)際調(diào)流速率,在計(jì)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(jì)算的時(shí)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(duì)值計(jì)算實(shí)際調(diào)流速率VC。而因在實(shí)際調(diào)流過程中電流差會(huì)出現(xiàn)極小值,導(dǎo)致調(diào)流速率作為分母計(jì)算調(diào)流時(shí)間時(shí)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(duì)調(diào)流時(shí)間進(jìn)行修正,調(diào)流時(shí)間的上限為T1、實(shí)際計(jì)算調(diào)流時(shí)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(shí)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(dòng)作時(shí)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(jìn)入死循環(huán)。如果99次后電流仍沒有達(dá)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(yàn)電流整個(gè)調(diào)節(jié)過程采用試驗(yàn)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(yàn)電流預(yù)調(diào)值等于試驗(yàn)電流乘以調(diào)流倍數(shù),其中初始調(diào)流倍數(shù)st計(jì)算如下,SCurrent為試驗(yàn)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(dá)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(jìn)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(cè)量當(dāng)前電流值I1和當(dāng)前電壓值U1,根據(jù)式(1)計(jì)算預(yù)調(diào)電壓值U2。將試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。電壓調(diào)節(jié)成功后,閉合試驗(yàn)主回路,根據(jù)試驗(yàn)電流值穩(wěn)定電流。在整個(gè)試驗(yàn)過程中,裝置實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)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(yàn)電流調(diào)節(jié)過程中,工控機(jī)通過采集電流互感器二次電流,經(jīng)換算后與試驗(yàn)電流值進(jìn)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(yàn)主回路電流一直增大,產(chǎn)生嚴(yán)重后果,軟件設(shè)計(jì)中加入判斷試驗(yàn)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(shí)不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn),且容易產(chǎn)生誤判,則在調(diào)壓器輸出電壓大于70V時(shí)開始進(jìn)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(shí),認(rèn)為主回路或互感器二次回路開路,程序自動(dòng)切斷主回路并提示用戶對(duì)裝置進(jìn)行檢修。其中,電壓上限與電流下限如表4所示。另外,試驗(yàn)裝置的軟件中增加了線性校正菜單,如果裝置計(jì)量的電流值不在規(guī)定的測(cè)量準(zhǔn)確度范圍內(nèi),可通過軟件,將測(cè)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(duì)應(yīng)互感器二次側(cè)的0A、1A、2A、3A、4A和5A。2.試驗(yàn)工作和測(cè)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(duì)試驗(yàn)裝置的硬件進(jìn)行如下改進(jìn)。1)調(diào)壓器電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)上的電壓在±10~±12V之間,保證電動(dòng)機(jī)可對(duì)調(diào)壓器輸出電壓實(shí)現(xiàn)微調(diào)。2)試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)電流和電壓進(jìn)行同步采集。通過對(duì)試驗(yàn)裝置的軟硬件設(shè)計(jì),經(jīng)相關(guān)單位進(jìn)行計(jì)量,計(jì)量結(jié)果如表5所示