专利名称：塑壳断路器电动操作机构可靠性自动试验装置及其控制方法
技术领域：
本发明属于低压电器附件领域内的试验装置，特别涉及了一种塑壳断路器电动操作机构可靠性试验装置及其控制方法。
背景技术：
塑壳断路器电动操作机构是塑壳断路器的重要外部附件，可以实现远距离对塑壳断路器进行闭合、断开和再扣操作。鉴于塑壳断路器本身的更新换代和其应用场合的不断拓展，电动操作机构的应用也越来越广泛，电动操作机构的可靠性将直接影响断路器的工作可靠性。可靠性试验是保证电动操作机构可靠性的重要手段，可靠性试验装置是完成可靠性试验的必要条件。因此，开展塑壳断路器电动操作机构可靠性试验技术的研究及试验 装置的研制工作具有十分重要的意义。目前国内外生产电动操作机构的厂家很多，但是，国内外对电动操作机构可靠性技术的研究很少，电动操作机构可靠性自动试验装置相关技术还几乎处于空白。在电动操作机构产品技术方面，“断路器电动操作机构”(申请专利号98223648. 4)设计了一种新型的断路器电动操作机构，由于该种电动操作机构内部的两个衔铁是左右并列放置的，尽管这样使得电动操作机构的尺寸在宽度上适量增加了，但在长度上却大大减少，使其更适合与电气柜内的断路器配套使用；另外由于回转板的转动摩擦力比较�。沟玫绱盘钠鸲缌鞅湫。佣缘绱盘囊蠼档停档土松杀�。“断路器电动操作机构”(申请专利号200610038866. 7)设计的电动操作机构结构紧凑，使该电动操作机构安装方便、节约空间，而且各部件连锁更加可靠，操作灵活；该电动操作机构分闸、合闸、再扣的可靠性高，减少了工作时的震动和噪音，当断路器壳架等级额定电流变化时不需要重新安装单项装置和各级传动齿轮以及各级输出轴，在安装方面具有方便快捷的优势。“塑壳断路器电动操作机构”(申请专利号95243357. 5)提到一种塑壳断路器电动操作机构的设计方法，介绍了电动操作机构的工作性能，此种电动操作机构结构简单、动作可靠、安装方便，是塑壳断路器进行远距离电动闭合、断开和再扣操作的专用配件。以上专利皆属于对电动操作机构产品本身结构、功能和工作原理的介绍，均没有涉及电动操作机构的可靠性试验技术及其试验装置。为了保障塑壳断路器电动操作机构产品的质量、提高其可靠性，迫切需要一种高自动化水平的可靠性试验装置。
发明内容
本发明所要解决的问题为主要针对国内目前对塑壳断路器电动操作机构可靠性试验技术以及试验装置研究很少的这一问题，提供了一种能自动完成电动操作机构可靠性试验的装置。该装置以工业控制用计算机为控制核心，自动化程度高，并采用交流固态继电器控制电磁继电器的方式驱动控制电动操作机构试品(以下简称试品)执行闭合、断开和再扣操作，从而带动与之相配的塑壳断路器(以下简称断路器)完成闭合、断开和再扣操作，同时还控制断路器脱扣。所采用的固态继电器响应时间短、可靠性高、使用寿命长。该装置可自动完成塑壳断路器电动操作机构可靠性试验，并能在试验过程中实时检测电动操作机构状态位电压信号和塑壳断路器触头间电压信号，实现电动操作机构以及断路器故障的自动诊断，并记录故障信息。试验装置可以实现辅助电源可调，即可对试品的控制电路额定电压进行切换，可实现试品控制电路电压在交流O 440V和直流O 250V之间可调，使该试验装置可对不同规格的试品进行可靠性试验，提高了试验装置的利用率。本发明的技术方案为—种断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，该装置由软件部分和硬件部分组成。软件部分由试验参数设置与修改�？�、文件处理�？�、试验识别与调试�？橐约笆匝樵诵心？樽槌桑挥布糠钟墒匝榭刂乒窈褪云饭褡槌�。试验控制柜包括工业控制用计算机(以下简称工控机)、驱动电路、电动操作机构状态监测电路和断路器状态监测电路；试品柜包括辅助电源调节电路、试品、断路器和负载电路，其中，工控机分别与驱动电路、电动操作机构状态监测电路和断路器状态监测电路相连；驱动电路又分别与辅助电源调节电路、试品、 断路器相连；辅助电源调节电路又与试品相连；试品又分别与电动操作机构状态监测电路和断路器相连；断路器又与断路器状态监测电路和负载电路相连。所述的断路器为塑壳断路器；所述的试品为6台配合壳架等级额定电流在63A 225A断路器使用的电动操作机构，或4台配合壳架等级额定电流在400A 800A断路器使用的电动操作机构，或2台配合壳架等级额定电流在1250A 1600A断路器使用的电动操作机构；所述的驱动电路包括16位DO单元、第一交流固态继电器、第二交流固态继电器、第三交流固态继电器、第一电磁继电器和第二电磁继电器。其连接方式是工控机通过DO数据线与16位DO单元相连，16位DO单元通过信号线201、信号线204和信号线207分别与第一交流固态继电器、第二交流固态继电器和第三交流固态继电器的输入端相连，第一交流固态继电器的输出端通过信号线202控制第一电磁继电器,第二交流固态继电器的输出端通过信号线205控制第二电磁继电器，第三交流固态继电器的输出端通过信号线208控制交流接触器，第一电磁继电器通过信号线203控制试品，第二电磁继电器通过信号线206控制断路器。所述的电动操作机构状态监测电路包括分信号调理电路、光电耦合器、DI输入电路和第一数据缓冲区。其连接方式是试品状态位电压信号(指试品闭合和断开控制端子处的电压信号)通过信号线与信号调理电路相连，信号调理电路通过信号线与光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端通过信号线与DI输入电路相连，DI输入电路通过信号线与第一数据缓冲区相连。所述断路器状态监测电路包括分压滤波电路、Α/D转换器和第二数据缓冲区。其连接方式是断路器触头间电压信号通过信号线与分压滤波电路相连，分压滤波电路通过信号线与Α/D转换器相连，Α/D转换器通过信号线与第二数据缓冲区相连；第二数据缓冲区通过信号线和IO数据线分别与Α/D转换器和工控机相连。所述的辅助电源调节电路包括电动调压器、档位切换电路、整流桥和交流接触器，电源调节电路既可以输出交流电压，也可以输出直流电压。其连接方式是三相电源通过信号线与电动调压器的输入端相连，电动调压器的输出端通过信号线与档位切换电路相连，档位切换电路通过信号线分别与整流桥和交流接触器相连，整流桥通过信号线与交流接触器相连，同时驱动电路通过信号线与交流接触器相连。其中所述的档位切换电路由转换开关和电磁继电器组成。本发明所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置在工控机的控制下自动运行，可以对试品进行可靠性试验。以CD2系列试品为例，当进行可靠性试验时，其控制步骤为 I)工控机通过驱动电路控制辅助电源调节电路输出试品所需的控制电路电压，同时工控机通过电动操作机构状态监测电路实时监测试品控制电路电压，若控制电路电压小于试品的额定工作电压，则判定为辅助电源调节电路输出电压故障，此时提示用户检查交流接触器的吸合情况和电路连接情况，否则交流接触器吸合正常；判断已试验次数是否达到试验总次数，达到试验总次数时保存试验参数和试验结果后退出试验；否则，控制试品闭合，进行试验，转步骤2)；2)若未选择电动操作机构微动检测方式，实时检测断路器触头间电压降，当断路器触头间电压降小于接触压降极限值，且闭合时间没有超限，则试品正常，否则试品故障。若选择电动操作机构微动检测方式，在检测断路器触头间电压降的同时也检测试品状态位电压信号，用以判断试品的闭合状态，当断路器触头间电压降小于接触压降极限值，且试品闭合位置的状态信号为高电平信号，断开位置的状态信号为低电平信号，且闭合时间没有超限，则试品正常，否则试品故障；转步骤3)；3)当试品故障时，控制交流接触器释放来切断试品的辅助电源，当该试品故障次数达到允许故障次数，则判定该试品失效，装置不再对该试品进行操作，其他试品正常进行试验，当全部试品失效，则保存试验参数和试验结果后退出试验；否则转步骤4)；4)判断已试验次数是否大于等于设定的脱扣试验起始次第，并且判断已脱扣试验次数是否小于脱扣试验总次数，当已试验次数大于等于脱扣试验起始次第，且已脱扣试验次数小于脱扣试验总次数时，控制断路器脱扣，同时检测断路器触头间电压降，当断路器触头间电压降大于断开压降极限值，则判断为断路器正常，转步骤5)，否则认为断路器故障，若用户选择了更换故障断路器，则在用户更换故障断路器后转步骤5)，若用户未选择更换故障断路器，则直接转步骤5);当已试验次数小于脱扣试验起始次第或者已脱扣试验次数大于脱扣试验总次数时，控制试品断开，转步骤5)；5)若未选择电动操作机构微动检测方式，实时检测断路器触头间电压降，当断路器触头间电压降大于断开压降极限值，且断开时间没有超限，则试品正常，否则试品故障。若选择电动操作机构微动检测方式，在检测断路器触头间电压降的同时也检测试品状态位电压信号，用以判断试品的断开状态，当断路器触头间电压降大于断开压降极限值，试品断开位置的状态信号为高电平信号，闭合位置的状态信号为低电平信号，且断开时间没有超限，则试品正常，否则试品故障；转步骤6)；6)当试品故障时，控制交流接触器释放来切断试品的辅助电源，当该试品故障次数达到允许故障次数，则判定该试品失效，装置不再对该试品进行操作，其他试品正常进行试验，若全部试品失效，则保存试验参数和试验结果后退出试验转步骤I)。本发明与现有技术相比有以下几个主要的有益效果I.本发明由工控机控制，可自动、准确完成断路器电动操作机构可靠性试验，提高了可靠性试验的自动化水平，且运行稳定可靠；该装置提供了良好的人机交互操作界面，方便用户对试验进程的控制和对试验结果的查看。2.试验装置可同时对I 6台配合壳架等级额定电流在63A 225A断路器使用的电动操作机构，或I 4台配合壳架等级额定电流在400A 800A断路器使用的电动操作机构，或I 2台配合壳架等级额定电流在1250A 1600A断路器使用电动操作机构进行可靠性试验，提高了可靠性试验的效率。3.采用交流固态继电器控制电磁继电器方式驱动试品进行闭合操作、断开操作和再扣操作，从而带动与之相配的断路器完成闭合、断开和再扣，同时还能控制断路器脱扣；交流固态继电器具有响应时间短，工作寿命长，动作可靠性高等优点。4.试验装置辅助电源可调，即可对试品控制电路的额定电压进行切换，可实现试品控制电路电压在交流O 440V和直流O 250V之间可调，使试验装置适用于多种额定控制电压等级的试品，提高了试验装置的利用率。 5.本发明可对试验过程中的试品和断路器进行故障自动诊断，故障后试验装置报警并自动切除故障。6.本发明根据用户的设置自动保存试验数据和故障记录，并能将试验数据和故障记录打印输出。7.本发明具有完整的数据保护功能，意外断电后试验数据不丢失，电源恢复后不破坏已采集的试验数据，试验数据永久性保存于计算机，并能方便的转移到外部存储设备中。
图I是本发明实施例试验装置框2是本发明实施例驱动电路结构示意3是本发明实施例电动操作机构状态监测电路结构示意4是本发明实施例断路器状态监测电路结构示意5是本发明实施例辅助电源调节电路示意6是本发明实施例控制电路示意7是本发明实施例软件流程图
具体实施例方式实施例(结合附图具体说明)如图I所示，本发明所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，该装置由软件部分和硬件部分组成。软件部分由试验参数设置与修改�？椤⑽募砟？�、试验识别与调试�？橐约笆匝樵诵心？樽槌桑挥布糠钟墒匝榭刂乒窈褪云饭褡槌�。试验控制柜包括工控机(I)、驱动电路(2)、电动操作机构状态监测电路(3)和断路器状态监测电路(4)；试品柜包括辅助电源调节电路(5)、试品(6)、断路器(7)和负载电路(8)。其中，(下面会解释试品具体指什么，这里是不是就可以删除？不删除，这种重复表述会有问题吗？)。工控机(I)由显示器、主机和键盘构成，分别与驱动电路(2)、电动操作机构状态监测电路(3)和断路器状态监测电路(4)相连；驱动电路(2)又分别与辅助电源调节电路(5)、试品(6)和断路器(7)相连；辅助电源调节电路(5)又与试品(6)相连；试品(6)又分别与电动操作机构状态监测电路(3 )和断路器(7 )相连；断路器(7 )又分别与断路器状态监测电路(4 )和负载电路(8)相连。如图I所示的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，在工控机的控制下自动运行可靠性试验。工控机(I)根据设定的各项试验参数，由驱动电路(2 )控制辅助电源调节电路(5)输出试品(6)控制回路的额定工作电压，还控制试品(6)的闭合与断开和断路器
(7)的脱扣，同时工控机(I)根据选择的检测方式由电动操作机构状态监测电路(3)实时检测试品(6)闭合和断开位置的状态位电压信号，断路器状态监测电路(4)实时检测断路器
(7)触头间电压信号。当试品(6)故障时，试验装置发出报警，并且当该故障试品的故障次数达到最大允许故障次数时，认为该试品(6)失效，工控机(I)不再对该失效的试品(6)进行试验，试验过程中可以暂停试验或退出试验，当达到设定的试验循环次数或全部试品失效后，试验自动停止。
所述的断路器为塑壳断路器，其中试验过程中配合试品进行试验的是6台壳架等级额定电流为63A 225A的塑壳断路器，也可以是4台壳架等级额定电流为400A 800A的塑壳断路器，或2台壳架等级额定电流为1250A 1600A的塑壳断路器。所述的是试品为电动操作机构，该试验装置可以对6台配合壳架等级额定电流在63A 225A断路器使用的电动操作机构，也可以是对4台配合壳架等级额定电流在400A 800A断路器使用的电动操作机构，或2台配合壳架等级额定电流在1250A 1600A断路器使用的电动操作机构进行可靠性试验。图I中所述的驱动电路(2)如图2所示，包括16位DO单元(21)、第一交流固态继电器(22)、第一电磁继电器(23)、第二交流固态继电器(24)、第二电磁继电器(25)和第三交流固态继电器(26)。驱动电路(2)采用交流固态继电器控制电磁继电器的驱动方法。其连接方式是工控机(I)通过DO数据线(200)与16位DO单元(21)相连，16位DO单元(21)通过信号线(201)、信号线(204)、信号线(207)分别与第一交流固态继电器(22)、第二交流固态继电器(24)、第三交流固态继电器(26)的输入端相连；第一交流固态继电器(22)的输出端通过信号线(202)与第一电磁继电器(23)的线圈回路相连，第一电磁继电器(23)的�？サ阃ü藕畔�(203)串联于试品(6)的闭合或断开回路，控制试品(6)的闭合和断开；第二交流固态继电器(24)的输出端通过信号线(205)与第二电磁继电器(25)的线圈回路相连，第二电磁继电器(25)的�？サ阃ü藕畔�(206)串联于断路器(7)的分励线圈回路，控制断路器(7)脱扣；第三交流固态继电器(26)的�？サ阃ü藕畔�(208)串联于辅助电源调节电路(4)中交流接触器(44)的线圈回路。图I所述的电动操作机构状态监测电路(3)如图3所示，包括信号调理电路(31)、光电耦合器(32)、DI输入电路(33)和第一数据缓冲区(34)。其中，信号调理电路(31)由二极管、限流电阻、两级三极管放大和阻容滤波电路组成，DI输入电路(32)由+5V直流电压配合分压电阻组成，电动操作机构状态监测电路(3)为数字量输入采样方式。其连接方式是试品(6)状态位电压信号通过信号线(301)与信号调理电路(31)相连，经信号调理电路
(31)对试品(6)状态位电压信号进行放大、转换后通过信号线(302)与光电耦合器(32)的输入端相连，光电稱合器(32)的输出端通过信号线(303)与DI输入电路(33)相连，DI输入电路(33)将反映试品(6)闭合和断开位置的状态位电压的数字量信号通过信号线(304)与第一数据缓冲区(34)相连；第一数据缓冲区(34)通过IO数据线(300)与工控机(I)相连，把数据传输给工控机(I )。图I所述的断路器状态监测电路(4)如图4所示，包括分压滤波电路(41 )、A/D转换器(42)和第二数据缓冲区(43)。其中，分压滤波电路(41)由分压电阻和滤波电容并联组成其连接方式是断路器(7)触头间电压信号通过信号线(401)与分压滤波电路(41)相连，经分压滤波电路(41)对断路器(7)触头间电压信号进行转换和滤波，将转换后的电压信号通过信号线(402 )与Α/D转换器(42 )相连，Α/D转换器(42 )通过信号线(403 )与第二数据缓冲区(43)相连，把Α/D转换后的数据传输给第二数据缓冲区(43)，第二数据缓冲区(43)通过信号线(400 )与工控机(I)相连，将数据传输给工控机(I)，同时工控机(I)通过信号线(404)与Α/D转换器(42)相连，将控制Α/D转换的信号(如启动Α/D采样信号、Α/D采样频率信号和Α/D采样通道选择信号等)传递给Α/D转换器(42)。图I所述的辅助电源调节电路(5)如图5所示，包括电动调压器(51)、档位切换电 路(52)、整流桥(53)和交流接触器(54)。其连接方式是外接三相电源通过信号线与电动调压器(51)的输入端相连，电动调压器(51)的输出端通过信号线(501)与档位切换电路(52)相连，档位切换电路(52)通过信号线(503)与交流接触器(54)相连，驱动电路(2)通过信号线(208)控制交流接触器(54)吸合与释放，此时若交流接触器(54)吸合，则辅助电源调节电路输出交流电压；档位切换电路(52)又通过信号线(502)与整流桥(53)相连，经过整流之后的电源电压通过信号线(504)与交流接触器(54)相连，此时若驱动电路(2)通过信号线(208)控制交流接触器(54)吸合，则辅助电源调节电路输出直流电压。图6是本实施例装置的控制电路示意图，其主要分为六个部分。第I部分为图I中的工控机(1)，包括主机、显示器和键盘。第II部分为图I中驱动电路(2)，由总线输出控制信号控制交流固态继电器AC_SSR(TAC_SSR18的输入端导通。其中，交流固态继电器AC_SSR0 AC_SSR11对应的是图2驱动电路中的第一交流固态继电器(22)，AC_SSR12 AC_SSR17是第二交流固态继电器(24)，AC_SSR18是第三交流固态继电器(26) ； KO^K 11对应第一电磁继电器(23)，Κ12 (17对应第二电磁继电器(25)。交流固态继电器AC_SSR0 AC_SSR5的输出分别控制继电器Κ(ΓΚ5线圈回路的通断，Κ(ΓΚ5中每个电磁继电器的一对常开触点串分别联于相应的试品(6)的闭合回路，控制试品(6)闭合，实现试品(6)的闭合操作；交流固态继电器AC_SSR6 AC_SSR11的输出分别控制继电器K6 K11线圈回路的通断，Κ6 (11中每个电磁继电器的一对�？サ惴直鸫谙嘤Φ氖云�(6)的断开回路，控制试品(6)断开，实现试品(6)的断开操作；交流固态继电器AC_SSR12 AC_SSR17的输出控制继电器Κ12 (17线圈回路的通断，Κ12 (17中每个继电器的一对�？サ惴直鸫谙嘤Φ亩下菲�(7)的分励线圈回路，控制断路器(7)脱扣；交流固态继电器AC_SSR18的输出控制继电器K18线圈回路的通断，继电器K18的一对�？サ愦诮涣鹘哟テ�(54)的线圈回路，控制交流接触器(54)的吸合与释放，实现试品(6)辅助电源的通断电。第III部分为为图I中断路器状态检测电路(4 )，且图中只画出了一个断路器(7 )的A相的电压信号AI、B相的电压信号BI和C相的电压信号Cl，其余断路器(7)触头间电压信号模拟量输入电路示意图与此电路示意图相同，A1、B1和Cl分别经过分压滤波电路(41)将信号传递给Α/D转换器(42)，Α/D转换后的数据通过总线传递给工控机(I)。第IV部分为图I中电动操作机构状态监测电路(3)，I号试品的闭合位置的状态位电压信号，经过信号调理电路(31)后，信号经光电耦合器T1，产生高低电平的数字量信号，再由总线传递给工控机(1);1号试品断开位置处的状态位电压信号，经光电耦合器T12，产生高低电平的数字量信号，再由总线传递给工控机(I)。电动操作机构状态监测电路(3)的数字量输入部分共12路信号输入电路，依次是I至6号试品闭合和断开位置状态位电压信号的数字量输入电路。IV部分只画出了 I号试品的闭合位置和断开位置状态位电压信号数字量输入电路示意，其余试品闭合和断开位置状态位电压信号数字量输入电路示意图与上述两路数字量输入电路示意图相同。第V部分为图I中的辅助电源调节电路(5)，第VI部分是图I中的负载电路(8)。图I所示的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，在工控机的控制下自动进行可靠性试验，其试验运行程序流程图如图6所示I)工控机(I)上电后运行断路器电动操作机构可靠性试验程序；2)判断是否第一次进行断路器电动操作机构可靠性试验，若是，则在用户指定位置新建工程文件并转到第4步；若否，则转到第3步；
3)调入上次试验参数设置和试验数据，之后转到第4步；4)判断是否为文件处理菜单(鼠标单击或键盘输入)，若是，则调用文件处理�？椋梢孕陆üこ涛募�、保存当前工程文件、另存当前工程文件或者打开之前试验的工程文件；若否，则转到第5步；5)判断是否为连接与识别菜单，若是，则调用连接与识别�？椋媚？榘ㄗ远觳馐云�(6)和断路器(7)的连接情况并识别连接到电路中的试品(6)的类型，如果试品(6)和断路器(7)的连接情况已校对且试品(6)的类型已识别则转到第6步，如果试品(6)和断路器(7)全都未连接到电路中或者试品(6)类型识别失败，则退出连接与识别�？椋蝗舴瘢蛱降�6步；6)判断是否为参数设置菜单，若是，则调用试验参数设置与修改�？椋饕氖匝椴问ㄊ云沸秃�、允许故障次数、合闸时间极限值、分闸时间极限值、接触压降极限值、断开压降极限值、操作频率、负载因数、试验总次数、脱扣试验次数、脱扣试验起始次第、已试验次数、已脱扣试验次数、试品类型、试品个数、电操微动检测设置与选择、故障报警设置与选择、更换故障断路器设置与选择、试品试验相数的设置与选择、故障判断方式设置与选择等，开始新的工程时根据需要可设置试验参数，试验开始后试验参数将不能修改，但通过快捷键组合键入，即可修改当前试验参数；若否，则转到第7步；7)判断是否为查看菜单，若是，则调用试验查看模块，该�？榭煞直鸩榭词云�(6)连接状态、可靠性试验参数设置和可靠性试验结果记录；其中，试验结果显示试品(6)的故障类型、闭合时间、断开时间，故障记录显示试品(6)的闭合故障、断开故障、接触时间过长和断开时间过长的情况以及断路器(7)接触不良和断开不良情况；若否，则转到第8步；8)判断是否为试验调试菜单，若是，则调用试验调试�？椋裳≡馡台或多台试品
(6)进行位置检测、闭合和断开操作以及断路器(7)的脱扣操作，可以实时检测断路器(7)的接触压降和断开压降，可以通过外部定时设备来核对程序中计时的精度；若否，则转到第9步；9)判断是否为试验运行菜单，若是，则调用试验运行模块，该�？榘ㄌ匦圆饬渴匝楹涂煽啃允匝榱礁鍪匝橄钅浚た鼗�(I)根据设定的各项试验参数和试品(6)和断路器
(7)的连接状态，完成相应的试验运行控制；若否，则转到第10步；
10)判断是否为帮助菜单，若是，则调出帮助文件，帮助文件包括整个控制程序的全部信息，解释每一个菜单命令的功能，每一个试验参数的意义，每一种试验模式的具体过程以及试验过程中需要注意的事项等；若否，则转到第11步；11)判断是否为程序退出菜单，若是，则试验结束；若否，则转到第4步。当运行试验到第9步，进行断路器电动操作机构可靠性试验时，试验的具体操作过程可分为如下6步
9-1)工控机(I)通过驱动电路(2 )控制辅助电源调节电路(5 )输出试品(6 )的控制回路的额定工作电压，同时工控机(I)通过电动操作机构状态监测电路(3)实时监测试品
(6)控制电路电压，若控制电路电压小于试品(6)的额定工作电压，则判定为辅助电源调节电路(4)输出电压故障，此时提示用户检查交流接触器(54)的吸合情况和电路连接情况，并退出试验第9步；否则，继续进行试验；工控机(I)判断已试验次数是否达到试验总次数，当达到试验总次数时，保存试验参数和试验结果后退出试验第9步；否则，工控机(I)通过驱动电路(2)驱动试品(6)闭合，进行试验，转步骤9-2)；9-2)若未选择电动操作机构微动检测方式，由断路器状态监测电路(4)实时检测断路器(7)触头间电压降，当断路器(7)触头间电压降小于接触压降极限值，且闭合时间没有超限，则试品(6)正常，否则试品(6)故障；若选择电动操作机构微动检测方式，在检测断路器(7 )触头间电压降的同时也检测试品(6 )状态位电压信号，用以判断试品(6 )的闭合状态，即由电动操作机构状态监测电路(3)实时检测试品(6)的闭合状态和由断路器状态监测电路(4)实时检测断路器(7)的接通状态，当断路器(7)触头间电压降小于接触压降极限值，且试品(6)闭合位置的状态信号为高电平信号，断开位置的状态信号为低电平信号，且闭合时间没有超限，则试品(6)正常，否则试品(6)故障；转步骤9-3)；9-3 )当试品(6 )故障时，工控机(I)发出报警指令、控制驱动电路(2 )释放交流接触器(54)切断试品(6)控制电源并暂停试验，同时保存故障结果。当该试品(6)的故障次数达到允许故障次数，则认为该试品(6)失效，将不再对该试品(6)进行可靠性试验，当全部试品(6)失效，则保存试验参数和实验结果退出试验第9步；否则，转步骤9-4)步；9-4)判断已试验次数是否大于等于设定的脱扣试验起始次第，并且判断已脱扣试验次数是否小于脱扣试验总次数，当已试验次数大于等于脱扣试验起始次第，且已脱扣试验次数小于脱扣试验总次数时，则工控机(I)通过驱动电路(2)驱动断路器(7)脱扣，并通过断路器状态监测电路(4)检测触头间电压降，当触头间电压降大于断开压降极限值，则判断为断路器(7)正常，否则认为断路器(7)故障，故障类型是脱扣故障；若用户选择了更换故障断路器，则在用户更换故障断路器后转步骤9-5)，当选择更换故障断路器，则直接转步骤9-5);当已试验次数小于脱扣试验起始次第或者已脱扣试验次数大于脱扣试验总次数时，控制试品(6)断开，转步骤9-5)；9-5)若未选择电动操作机构微动检测方式，由断路器状态监测电路(4)实时检测断路器(7)触头间电压降，当断路器(7)触头间电压降大于断开压降极限值，且断开时间没有超限，则试品(6)正常，否则试品(6)故障；若选择电动操作机构微动检测方式，在检测断路器(7 )触头间电压降的同时也要检测试品(6 )状态位电压信号，用以判断试品(6 )的闭合状态，即由电动操作机构状态监测电路(3)实时检测试品(6)的闭合状态和由断路器状态监测电路(4)实时检测断路器(7)的接通状态，当断路器(7)触头间电压降大于断开压降极限值，且试品(6)断开位置的状态信号为高电平信号，闭合位置的状态信号为低电平信号，且断开时间没有超限，则试品(6)正常，否则试品(6)故障；转步骤9-6)；9-6 )当试品(6 )故障时，工控机(I)发出报警指令、控制驱动电路(2 )释放交流接触器(54)切断试品(6)控制电源并暂停试验，同时保存故障结果。当该试品(6)的故障次数达到允许故障次数，则认为该试品(6)失效，将不再对该试品(6)进行可靠性试验，当全部试品(6)失效，则保存试验参数和实验结果退出试验第9步；否则，转步骤9-1)步；工控机(I)通过驱动电路(2)控制辅助电源调节电路(5)输出试品(6)的控制回路的额定工作电压、驱动试品(6)闭合与断开以及断路器(7)脱扣的具体过程如下I)工控机(I)通过驱动电路(2 )控制辅助电源调节电路(5 )输出辅助电源电压工控机(I)发出控制交流接触器(54)吸合指令信号，该信号通过DO数据线(200)传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(207)传递给第三交流固态继电器(26)的输入端，交流固态 继电器(26)的输出端通过信号线(208)控制交流接触器(54)线圈回路的导通，交流接触器
(54)吸合，辅助电源调节电路(5)输出试品(6)的控制回路的额定工作电压；2)工控机(I)通过驱动电路(2)控制辅助电源调节回路(5)分断工控机(I)发出控制交流接触器(54 )分断指令信号，该信号通过DO数据线(200 )传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(207)传递给第三交流固态继电器(26)的输入端，交流固态继电器(26)的输出端通过信号线(208)控制交流接触器(54)的线圈回路，交流接触器(54)的线圈回路断开，交流接触器(54)分断，辅助电源调节回路(5)不输出试品(6)的控制回路的额定工作电压；3 )工控机(I)通过驱动电路(2 )驱动试品(6 )闭合工控机(I)发出控制试品(6 )闭合指令信号，该信号通过DO数据线(200 )传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(201)传递给第一交流固态继电器(22)的输入端,第一交流固态继电器(22)的输出端通过信号线(202)控制第一电磁继电器(23)的线圈回路接通，第一电磁继电器(23)的一对�？サ阃ü藕畔�(203)串联于试品(6)的闭合回路,�？サ惚蘸�,试品(6)闭合； 4)工控机(I)通过驱动电路(2 )驱动试品(6 )断开工控机(I)发出控制试品(6 )断开指令信号，该信号通过DO数据线(200 )传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(201)传递给第一交流固态继电器(22)的输入端,第一交流固态继电器(22)的输出端通过信号线(202)控制第一电磁继电器(23)的线圈回路接通，第一电磁继电器(23)的一对�？サ阃ü藕畔�(203)串联于试品(6)的断开回路，�？サ惚蘸希云�(6)断开；5)工控机(I)通过驱动电路(2)驱动断路器(7)脱扣工控机(I)发出控制断路器(7)脱扣指令信号，该信号通过DO数据线(200)传递给16位DO单元(21)，再通过信号线(204)传递给第二交流固态继电器(24)的输入端，第二交流固态继电器(24)的输出端通过信号线(205 )控制第二电磁继电器(25 )的线圈回路接通，第二电磁继电器(25 )的一对�？サ阃ü藕畔�(206)串联于断路器(7)的分励线圈回路，�？サ惚蘸希下菲�(7)的分励线圈回路导通，断路器(7)脱扣。驱动电路(2)采用交流固态继电器控制电磁继电器驱动试品(6)闭合和断开、断路器(7)脱扣以及控制辅助电源调节电路(5)输出试品(6)控制电路额定工作电压。交流固态继电器没有机械零部件，采用可控硅代替传统的触点接触，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击、强振动的环境下工作，由于采用可控硅作为切换装置，所以固态继电器的寿命长，可靠性高。固态继电器因为采用了可控硅，所以切换速度可从几微妙至几毫秒，响应时间短。另外，固态继电器相比传统的继电器而言，由于没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。工控机(I)在对试品(6)发出闭合和断开命令或对断路器(7)发出脱扣命令的同时启动采样，分为数字量输入采样和模拟量输入采样两种方式。其中数字量输入采样通过电动操作机构状态监测电路(3)监测试品(6)的状态，其具体过程为试品(6)闭合和断开位置的状态位电压信号，通过信号线(301)传递给信号调理电路(31)，经信号调理电路
(31)放大调理后的信号通过信号线(302)连接到光电耦合器(32)的输入端，光电耦合器
(32)通过信号线(303)和DI输入电路(33)产生反映试品(6)闭合和断开位置状态的数字量信号，该数字量信号由信号线(304)传输到第一数据缓冲区(34)，再通过IO数据线(300)传输给工控机(I)，至此完成数字量输入采样；模拟量输入采样通过断路器状态检测电路
(4)监测断路器(7)的状态，具体过程为断路器(7)触头间电压信号通过信号线(401)接到分压滤波电路(41)的输入端，经分压滤波电路(41)电压转换和滤波后的电压信号通过信号线(402)连接到A/D转换电路(42)，工控机(I)通过IO数据线(400)经第二数据缓冲区(43)再由信号线(404)将控制A/D转换的控制信号(如启动A/D采样信号、A/D采样频率信号和A/D采样通道选择信号等)传输给A/D转换器(42)，A/D转换器(42)将由信号线(403)传递过来的调理好的电压信号进行A/D转换并将转换后的数据存储于第二数据缓冲区(43 )，再通过IO数据线(400 )传输给工控机(I)，至此完成模拟量输入采样。工控机(I)根据故障检测方式的选择由电动操作机构状态监测电路(3)和断路器状态监测电路(4)在试品(6)闭合和断开的过程中分别实时检测试品(6)和断路器(7)的状态，以CD2系列试品为例闭合操作中的监测过程若未选择电动操作机构微动检测，在试品(6)闭合过程中，通过断路器状态监测电路(4)实时检测断路器(7)触头间电压降，若触头间电压降小于接触压降极限值，且闭合时间小于闭合时间极限值，则判定为试品(6)闭合正常，否则判定试品(6)故障，故障类型为闭合故障；若选择了电动操作机构微动检测方式，那么除通过断路器状态监测电路(4)实时检测断路器(7)触头间电压降的同时也要通过电动操作机构状态监测电路(3)实时检测试品(6)状态位电压信号，用以判断试品(6)的闭合状态，若触头间电压降小于接触压降极限值，且试品(6)闭合位置的状态信号为高电平信号，断开位置的状态信号为低电平信号，闭合时间没有超限，则试品(6)闭合正常，否则试品(6)故障，故障类型为闭合故障。断开操作中的监测过程若未选择电动操作机构微动检测，在试品(6)断开过程中，通过断路器状态监测电路(4)实时检测断路器(7)触头间电压降，若触头间电压降大于断开压降极限值，且断开时间大于断开时间极限值，则判定为试品(6)断开正常，否则判定试品(6)故障，故障类型为断开故障；若选择了电动操作机构微动检测方式，那么除通过断路器状态监测电路(4)实时检测断路器(7)触头间电压降的同时也要通过电动操作机构状态监测电路(3)实时检测试品(6)状态位电压信号，用以判断试品(6)的断开状态，若触头间电压降大于断开压降极限值，且试品(6)断开位置的状态信号为高电平信号，闭合位置的状态信号为低电平信号，断开时间没有超限，则试品(6)断开正常，否则试品(6)故障，故障类型为断开故障。若同时选择1飞台配合壳架等级额定电流在63A 225A断路器使用的试品或广4台配合壳架等级额定电流在400A 800A断路器使用的试品，或2台配合壳架等级额定电流在1250A 1600A断路器使用的试品同时进行试验时，则选择的所有试品同时动作，所有试品动作一次记作试验循环进行一次，试验过程中可以暂停试验或退出试验，当达到设 定的试验循环次数或全部试品失效后，试验将自动停止。本发明未述及之处适用于现有技术。
权利要求
1.一种断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，其特征为该装置由试验控制柜和试品柜组成，试验控制柜包括工控机、驱动电路、断路器状态监测电路和电动操作机构状态监测电路；试品柜包括辅助电源调节电路、试品、断路器和负载电路，其中，工控机分别与驱动电路、电动操作机构状态监测电路和断路器状态监测电路相连；驱动电路又分别与辅助电源调节电路、试品、断路器相连；辅助电源调节电路又与试品相连；试品又分别与电动操作机构状态监测电路和断路器相连；断路器又与断路器状态监测电路和负载电路相连。
2.如权利要求I所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，其特征为所述的断路器为塑壳断路器。
3.如权利要求I所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，其特征为所述的试品为可同时进行6台配合壳架等级额定电流在63A 225A断路器使用的电动操作机构，或可同时进行4台配合壳架等级额定电流在400A 800A断路器使用的电动操作机构，或2台配合壳架等级额定电流在1250A 1600A断路器使用的电动操作机构。
4.如权利要求I所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，其特征为所述的驱动电路包括16位DO单元、第一交流固态继电器、第二交流固态继电器、第三交流固态继电器、第一电磁继电器和第二电磁继电器；其连接方式是工控机通过DO数据线与16位DO单元相连，16位DO单元通过信号线201、信号线204和信号线207分别与第一交流固态继电器、第二交流固态继电器和第三交流固态继电器的输入端相连，第一交流固态继电器的输出端通过信号线202控制第一电磁继电器，第二交流固态继电器的输出端通过信号线205控制第二电磁继电器，第三交流固态继电器的输出端通过信号线208控制交流接触器，第一电磁继电器通过信号线203控制试品，第二电磁继电器通过信号线206控制断路器。
5.如权利要求I所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，其特征为所述的电动操作机构状态监测电路包括信号调理电路、光电耦合器、DI输入电路和第一数据缓冲区；其连接方式是试品状态位电压信号(指试品闭合和断开控制端子处的电压信号)通过信号线与信号调理电路相连，信号调理电路通过信号线与光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端通过信号线与DI输入电路相连，DI输入电路通过信号线与第一数据缓冲区相连，第一数据缓冲区通过信号线与工控机相连。
6.如权利要求I所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，其特征为所述断路器状态监测电路包括分压滤波电路、A/D转换器和第二数据缓冲区；其连接方式是断路器触头间电压信号通过信号线与分压滤波电路相连，分压滤波电路通过信号线与A/D转换器相连，A/D转换器通过信号线与第二数据缓冲区相连；第二数据缓冲区通过IO数据线分别与工控机相连，工控机通过数据线与A/D转换器相连。
7.如权利要求I所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置，其特征为所述的辅助电源调节电路包括电动调压器、档位切换电路、整流桥和交流接触器，电源调节电路既可以输出交流电压，又可以输出直流电压；其连接方式是三相电源通过信号线与电动调压器的输入端相连，电动调压器的输出端通过信号线与档位切换电路相连，档位切换电路通过信号线分别与整流桥和交流接触器相连，整流桥通过信号线与交流接触器相连，同时驱动电路通过信号线与交流接触器相连；其中所述的档位切换电路由转换开关和电磁继电器组成。
8.如权利要求I所述的断路器电动操作机构可靠性自动试验装置的控制方法，其特征为其包括如下步骤 1)工控机通过驱动电路控制辅助电源调节电路输出试品所需的控制电路电压，同时工控机通过电动操作机构状态监测电路实时监测试品控制电路电压，若控制电路电压小于试品的额定工作电压，则判定为辅助电源调节电路输出电压故障，此时提示用户检查交流接触器的吸合情况和电路连接情况，否则交流接触器吸合正常； 判断已试验次数是否达到试验总次数，达到试验总次数时保存试验参数和试验结果后退出试验；否则，控制试品闭合，进行试验，转步骤2)； 2)若未选择电动操作机构微动检测方式，实时检测断路器触头间电压降，当断路器触头间电压降小于接触压降极限值，且闭合时间没有超限，则试品正常，否则试品故障；若选择电动操作机构微动检测方式，在检测断路器触头间电压降的同时也检测试品状态位电压信号，用以判断试品的闭合状态，当断路器触头间电压降小于接触压降极限值，且试品闭合位置的状态信号为高电平信号，断开位置的状态信号为低电平信号，且闭合时间没有超限，则试品正常，否则试品故障；转步骤3)； 3)当试品故障时，控制交流接触器释放来切断试品的辅助电源，当该试品故障次数达到允许故障次数，则判定该试品失效，装置不再对该试品进行操作，其他试品正常进行试验，当全部试品失效，则保存试验参数和试验结果后退出试验；否则转步骤4)； 4)判断已试验次数是否大于等于设定的脱扣试验起始次第，并且判断已脱扣试验次数是否小于脱扣试验总次数，当已试验次数大于等于脱扣试验起始次第，且已脱扣试验次数小于脱扣试验总次数时，控制断路器脱扣，同时检测断路器触头间电压降，当断路器触头间电压降大于断开压降极限值，则判断为断路器正常，转步骤5)，否则认为断路器故障，若用户选择了更换故障断路器，则在用户更换故障断路器后转步骤5)，若用户未选择更换故障断路器，则直接转步骤5);当已试验次数小于脱扣试验起始次第或者已脱扣试验次数大于脱扣试验总次数时，控制试品断开，转步骤5)； 5)若未选择电动操作机构微动检测方式，实时检测断路器触头间电压降，当断路器触头间电压降大于断开压降极限值，且断开时间没有超限，则试品正常，否则试品故障；若选择电动操作机构微动检测方式，在检测断路器触头间电压降的同时也检测试品状态位电压信号，用以判断试品的断开状态，当断路器触头间电压降大于断开压降极限值，试品断开位置的状态信号为高电平信号，闭合位置的状态信号为低电平信号，且断开时间没有超限，则试品正常，否则试品故障；转步骤6)； 6)当试品故障时，控制交流接触器释放来切断试品的辅助电源，当该试品故障次数达到允许故障次数，则判定该试品失效，装置不再对该试品进行操作，其他试品正常进行试验，若全部试品失效，则保存试验参数和试验结果后退出试验转步骤I)。
全文摘要
本发明为一种塑壳断路器电动操作机构可靠性试验装置及其控制方法。该装置由试验控制柜和试品柜组成。试验控制柜包括工控机、驱动电路、电动操作机构状态监测电路和断路器状态监测电路；试品柜包括辅助电源调节电路、试品、断路器和负载电路，其中，工控机分别与驱动电路、电动操作机构状态监测电路和断路器状态监测电路相连；驱动电路又分别与辅助电源调节电路、试品、断路器相连；辅助电源调节电路又与试品相连；试品又分别与电动操作机构状态监测电路和断路器相连；断路器又与断路器状态监测电路和负载电路相连。本发明由工控机控制，可自动、准确完成断路器电动操作机构可靠性试验。
文档编号G01R1/30GK102967825SQ20121042244
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者陆俭国, 李奎, 张晶, 王丽丽, 黄少坡, 袁金丽, 王尧 申请人:河北工业大学
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