一种塑壳断路器试验装置的研发

吴献东 仇高贺 徐小品

（温州出入境检验检疫局，浙江 温州325000）

0 引言

塑壳断路器是一种能够接通、承载及分断正常电路条件下电流，也能在所规定的非正常电路（例如短路）下一定时间内接通、承载和分断电流的机械开关电器，其在电力系统运行中起控制和保护的作用，因此，塑壳断路器的运行、维护和检修情况与整个电力系统密切相关。塑壳断路器的操作性能试验是GB14048.2中的重要内容，其试验结果与塑壳断路器的产品质量密切相关。但是，目前塑壳断路器的产品规格型号繁多，如何开发出一种能用于各种规格型号的塑壳断路器操作性能试验的装置，对于生产企业以及检测实验室都是相当重要的，这样就能以最小的设备投入解决多种规格型号的塑壳断路器操作性能的试验问题。同时，要求新开发的试验装置操作系统尽量简单，人机界面友好、简洁、大方。

1 系统总体设计思路

针对目前同类测试装置的缺陷，研究和开发出一套基于PLC控制的新型塑壳断路器操作性能试验设备，以提高电气实验室对外承接塑壳断路器电寿命试验、机械寿命试验和操作性能试验项目检测委托业务的能力。整套系统由变压器、试验调节阻抗、操作机构、控制系统、数据采集系统组成。系统模块控制如图1所示。

图1 系统模块控制示意图

（1）试验电源：直接采用办公大楼变压器作为试验电源。

（2）操作机构：采用气动元件和伺服电机相结合的方式，伺服电机作为操作行程的调节器，对不同规格型号的塑壳断路器的操作行程进行调节，以满足不同外观尺寸的塑壳断路器试验需求；气动元件作安装定位和操作断路器分合闸用。这种方式能充分发挥这2种元件的优点，达到安装试验方便、操作简单和维护量小等效果。

（3）控制系统实现如下功能：1）控制回路分合闸，采用气动元件作为分合闸元件；2）在带电和不带电操作性能试验时，采用2种不同的方式判断试验样品是否发生故障；3）在触摸屏上设置相应的试验参数，调试和进行相应操作；4）安装有3只电流互感器和3只电压互感器，利用数据采集系统对试验过程的电参数进行采集和计算。为保证操作简单可靠，控制核心采用1台西门子的PLC，通过时序控制各器件的动作。

（4）调节阻抗：由于间歇通电操作，且通电时间占整个试验周期的不到10%，因此调节阻抗不需要使用可长期通电的元件。

（5）数据采集系统：由于采用数字仪表和示波器都有其固有缺陷，而市场上成熟的数据采集系统因为价格和操作的原因不能采用，因此本系统使用PCI8344B采集卡（8通道、16位、采样率100 k B／s）配合计算机作为数据测量的核心，使用VC＋＋设计了一套对应的数据采集软件，整套系统成本低，可以方便直观地对电压、电流和功率因数进行测量和波形显示。功率因数采用相角差法进行计算。数据采集系统的总成本不超过10 000元，大大低于市场上现有数据采集系统的价格。

2 系统功能实现

PLC和触摸屏作为试验装置的控制器件和人机交互接口，工控机作为数据采集的硬件平台。基于PLC的控制系统可根据不同产品和不同用户的试验需求，对试验过程的参数进行设置，并控制试验过程以完成操作性能试验的相应要求。同时，触摸屏上可以对试验过程的状态进行显示和监控，人机界面简单明了，功能全面，达到了简化试验操作过程的目的。试验过程的参数可以在工控机中进行存储、计算和打印。系统运行界面如图2所示。

图2 系统运行界面

（1）通过回路计算，合理确定电源变压器到试验装置的走线位置和导线截面积。

（2）根据通电时间和电压降等参数，确定三相调节阻抗的阻值范围和功能特性。

（3）采用气动元件和伺服电机相结合的方式，设计出试验装置的操作机构。

（4）使用PLC作为系统控制核心，触摸屏作为人机交互界面，进行各种试验操作的控制。

（5）使用PCI8344B采集卡，通过编程来研制一套数据采集系统，以此作为试验装置的结果处理核心。

3 系统运行效果

按照标准GB14048.2要求，本系统达到的技术指标如下：

（1）输出电流：在系统输出电压范围内，电流63～630 A可调。

（2）试验范围：可对额定电流63～630 A范围内的各种塑壳断路器进行操作性能测试。

（3）控制系统：按照标准要求可以完成2种操作，即不带电和带电操作性能试验，出现异常时通过保护电器对试验电路进行保护。

（4）数据采集系统可以完成100 k Hz速率电流采样，并能计算通电电压、电流、试验时间、功率因数，生成word报告并打印等。

4 结语

将实验室现有数据采集系统与新研发系统进行比对，验证该系统符合标准对试验系统的设计要求。之后在温州出入境检验检疫局低压电器实验室进行了多批试验样品的测试，结果表明，设备各项指标达到了标准要求，填补了实验室在这一项目上的空白。

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