剩余电流保护器智能检测平台硬件研究

　　近年来省内随着配电台区的建设,新增大量的综合配电箱(JP柜),综合配电箱按照设计要求馈线室均安装了漏保(一级总保),根据历年来的需求数据显示,漏保的需求量呈逐年上升的趋势。目前漏保生产厂家众多,各厂家的漏保在功能性能、外观上均有差异,产品质量也参差不齐[1,2,3]。在保证产品质量上,使用单位对于漏保的检测尚无统一的标准和手段,同时对漏保的检测效率低[4,5]。为实现漏保检测的统一标准和方法,提高设备的入网质量,追踪产品缺陷,提高检测的效率,本文采用自动化手段,搭建了以智能型、信息型为主要特色的剩余电流保护器多功能检测平台。漏保检测平台用于检测漏保剩余电流动作特性、延时动作特性、瞬时动作特性、自动重合闸等特性,有效全面的检测漏保产品的功能性能,保证检测的可靠性,保证漏保入网质量。

　　1 电压、电流检测技术研究

　　通过研究,设计了如图1所示的技术路线。模拟剩余电流动作源、瞬时动作电流源,通过电流模拟技术实现检测工位设备的制造,做到流水线自动在线检测,同时对检测的数据进行处理、记录及保存。

　　1.1 剩余电流动作特性的检测技术

　　首先设计了剩余电流保护器动作特性检测电路,在图2中(a)代表不用辅助电源或用一个独立电源的剩余电流保护器动作性能的试验电路图,(b)为用主电源作为辅助电源的剩余电流保护器动作性能的试验电路图。设计的电路图中S为电源;I为独立电源进线;A为电流表;SW1为多极开关;V是电压表;SW2是单极开关;D为被试剩余电流动作保护器;R为可调电阻;SWA是辅助开关。

　　剩余电流动作值试验:额定剩余动作电流(IΔn)为制造厂对RCD规定的剩余动作电流值,在该电流值时,RCD应在规定的条件下动作[6]。剩余电流稳定增加时,测试保护器的准确脱扣电流;试验开关SW1、SW2和被试剩余电流保护器处于闭合位置,调节电阻R使剩余电流从小于0.2IΔn开始在30s内未定的增加至IΔn值,测定剩余电流保护器断开时的剩余电流值。剩余电流保护器应在大于IΔn0和IΔn之间断开即为合格。

　　动作时间试验:试验电路的试验电流一次调节到IΔn、2IΔn、5IΔn、10IΔn的电流值,试验开关SW1和剩余电流保护器处于闭合位置,然后闭合试验开关SW2,使电路中突然产生一个剩余电,每次试验时,剩余电流保护器应脱扣,对每一个剩余电流值测量分断时间。

　　极限不驱动时间试验:试验电路调节到IΔn值,试验开关SW1和剩余电流保护器处于闭合位置,然后闭合开关SW2使电路中产生剩余电流,SW2的闭合时间应等于极限不驱动时间,验证期间每一次剩余电流均不应脱扣。

　　1.2 过欠压保护检测技术

　　过压保护试验:分别调节TA1和TA2,使T1输出Ue(额定电压),T2调节到增加的电压值。施加试验电压为Uo(过压整定值),试验时先闭合K1和K3,对剩余电流保护器施加Ue,剩余电流保护器合闸,然后闭合K2,使试验电压不间断的增加到设定的过压整定值Uo,保持一定的判断时间后,剩余电流保护器应动作。

　　欠压保护试验:分别调节TA1和TA2,使T1输出为U1,T2输出为U2,U1+U2=Ue。试验时先闭合K1、K2和K3,对试品施加Ue,剩余电流应合闸,然后将K2断开,使试验电压不间断地下降到欠压整定值Uo,保持一定的判断时间后,剩余电流应动作。

　　2 检测平台的硬件研制

　　智能型剩余电流保护器检测平台是根据国家标准、行业标准以及国家电网公司相关的企业标准,再结合实际现场使用情况,用电安全的标准规定,形成以智能型、信息型为主要特色的剩余电流保护器多功能检测平台,平台主要包括了延时特性、瞬时特性、剩余电流动作特性等检测工位,平台实现检测试品的自动传送及检测数据智能传输至后台终端(图4),系统主要由几部分组成:数据处理终端,剩余电流动作特性检测工位,瞬时动作特性检测工位,动力传送及流水线自动检测系统。

　　2.1 剩余电流动作特性检测工位

　　剩余电流源是整个检测试验的基础和关键。剩余电流源采用逆变电源技术,依托32位微处理器的SPWM与全桥逆变原理,外部配置降压升流的工频变压器,实现工频电流的实时输出与调节,对比与传统的市电配合调压器直接调压模式,此电源输出电流更稳定,电流变化更迅速。

　　供电单元输入为220V单相(5kW以下电源),将能实现如下功能:所有硬件自检功能;数据控制终端控制电源启动;微处理器输出相对较低信号给驱动单元;驱动单元推动全桥逆变输出一个较低的电压;当外部未接产品时,维持这个较低电压不变;当外部接产品时,主回路电流经过CT1的不同抽头输出0～5A的标准电流反馈;反馈电源对电流进行交流瞬时采样(rms方式),并将结果给微处理器;微处理器通过这一反馈值,迅速计算出当前回路内阻并计算出预期的电压,当电流终结的瞬间计时停止。由于剩余电流跨度大,回路采用多抽头串联电阻限流的方式实现;实时电流值与时间等参量通讯接口实时上传;当出现过流或其他故障时,保护单元动作,停止电流输出。

　　当档位值和负载系数以及预设输出等值非零时,说明电源和触摸屏通讯正常。手动情况下,接通剩余电流源输出回路,然后在此页面设定好慢调启动或快调启动参数,按下按钮(快调或慢调)即可输出剩余电流。此页面参数(如档位值和负载系数)已在出厂时设定完成。根据设计,该平台具有的检测的项目为:极限不驱动时间、过压保护、欠压保护、缺相保护、剩余电流动作特性、动作时间特性等。检测流程依次为:根据测试要求选择/设置测试参数,将产品推入工位并完成条码扫描,检测设备读取条形码试品信息,按检测要求进行检测,完成检测自动传输。

　　硬件平台中涉及到的参数分别为:输入电压。三相四线,AC380(1±10%)V;两套三相独立可调电压源输出。单相50～330V,连续可调,电压精度等级1.0级;输出电压精度≤±2%;两套漏电电流调节负载,剩余电流测试范围5mA～10000mA,精度等级0.5级,三相可切换,自动递增最大电流;输出漏电电流精度≤±1%,电流、电压输出波形为正弦波,失真度≤3%;计时范围。0～1999ms,最小分辨率1ms;设备绝缘电阻≥10MΩ;触摸控制操作10寸。

　　2.2 大电流瞬时动作特性检测工位

　　瞬时电流源采用逆变电源技术,依托32位微处理器的SPWM与全桥逆变原理,外部配置降压升流的工频变压器,实现工频电流的实时输出与调节,对比与传统的市电配合调压器直接调压模式,该电源输出电流更稳定,电流变化更迅速[7]。

　　测试流程如下:瞬时测试分为单相测试和串相测试。单相测试时,分别在A、B、C各相加载低高倍瞬时电流。如测A相时,产品经隔挡料扫取产品条码,条码读取成功后再由气缸举升定位,固定完成后PLC控制气缸动作,即闭合A相回路气缸使瞬时电源输出回路接通,然后PLC通过线路控制瞬时电源低倍启动,输出完成后断开回路,进行结果判断、数据保存。

　　判断依据为产品合闸信号有无。如有合闸信号说明产品处于合闸状态,也就意味着低倍测试是合格的。反之则意味着不合格,后几项判断也是以此为依据。把接触器线圈两端接到产品出线端C相和N相上,如产品处于合闸状态则产品出线端亦有电压,接触器闭合,而合闸信号即是接到接触器常开点上,接触器闭合PLC有输入信号,接触器断开PLC则接受不到信号,判断为分闸。瞬时电源是通过外部(即PLC)控制启动,触摸屏通过RS485通讯线和瞬时电源通讯以进行参数设定并读取电源输出电流值和输出时间。PLC再和触摸屏通过以太网通讯,获取所需数据。输出完成后进行结果判断以及数据保存。

　　在此部分的硬件设计中硬件参数为:设备电源电压380V±5%,50Hz;检测时间超出设定时间区间上限50%,自动断电停止检测并推出产品,保护产品和设备;采用0.2级多出头电流互感器变比为100/5A、500/5A、2000/5A,4000/5A、10000A/5A,系统内部自动分档无需手动转换;计时范围200ms,分辨率为1ms;设备的绝缘电阻≥5MΩ;大电流瞬时电源电流精度≤±3%、时间精度≤±1ms;试品测试电流及波动范围±1%,电流上升时间<20ms,恒流调整时间20ms;提供一路AC220V电源插座,一路DC24V电源二针接口。

　　2.3 动力传送及流水线自动检测系统

　　动力传送及流水线自动检测系统能够使剩余电流动作特性检测工位及大电流瞬时动作特性检测工位实现自动传送及流水线检测模式。动力传送及流水线自动检测系统采用采用倍速链条、变频器、三相异步电机、阻挡机构、自动控制系统等部件组成,该系统能自动传送产品至测试工位,每个测试工位设有自动检测系列,自动控制产品阻挡机构档住产品流动,再由机械手将产品放入测试工位后,检测系统能够自动进行测试,测试合格后具备自动退出产品并传送至下一个检测工位。

　　3 平台功能及应用

　　平台功能:智能型剩余电流保护器检测平台具备自动化流水线操作检测,可一键式检测一体式剩余电流动作保护器的延时动作特性、瞬时动作特性、剩余电流动作特性等;并具备手工操作的检测分体式剩余电流动作保护器的延时动作特性、瞬时动作特性、漏电动作特性等特性。平台具备根据智能剩余电流保护器的特性进行过压、欠压、缺相、极限不驱动时间等检测的功能。平台具备以太网通信功能,可将检测数据记录传送至实验室的后台终端。同时各个测试项目的检测数据能够在检测单元就地储存,就地和远方均可进行测试参数的设置。平台具备一键式生成报告功能,每台在流水线上检测过的剩余电流保护器均会自动生成测试记录,并对测试结果自动判定合格与否。

　　平台应用:在完成平台硬件的研究后,为了实现平台的落地实用,根据检测流程及方法编制了相应的软件,完成了整个检测平台的研制。为测试搭建的剩余电流保护器自动化检测平台的性能,对杭州天目电力科技有限公司提供的型号为TZB/400.3N-H的剩余电流保护器、浙江中森电力科技有限公司提供的型号为ZSM3EL-250的剩余电流保护器进行了检测,检测项目主要有极限不驱动时间、缺相、过压功能、欠压功能、剩余电流动作值、漏电流动作时间、瞬时特性等,检测结果表明这两种型号的剩余电流保护器的检测数据均在检测标准范围内,试验验证产品合格,实现了对剩余电流保护器的检测。