中海油能源发展装备技术有限公司 天津塘沽 300452
摘要：随着海上平台的检修任务增多，用于测试断路器的回路电阻检测设备、机械特性检测设备等断路器试验设备使用频率增加，且断路器试验设备使用前都需要进行校验，校验后方可使用。传统的校验方式是将测试设备接到实验室的实际真空断路器上，这种测试方式，对断路器的机械部分和电气部分会造成磨损及老化，会缩短真空断路器的使用寿命。有必要设计一款真空断路器试验设备模拟测试箱，能够满足对真空断路器动作特性测试仪、回路电阻测试仪的检验，满足测量的精度要求，用此模拟测试箱替代真空断路器，减少对真空断路器的损伤。
关键词：真空断路器动作特性；回路电阻试验；模拟测试箱
引言
断路器在电力系统中担负着控制和保护的双重任务，其性能的优劣直接关系到电力系统的安全运行；其以可靠的方式连接和断开电源，来保护昂贵设备免受故障损坏方面发挥着至关重要的作用。所以需要在安装期间进行现场测试以及在其使用寿命期间进行定期维护测试以证明其可靠性，避免对生产及生活造成严重影响及巨大损失。目前采用断路器试验设备，如断路器测试仪等，来测量断路器的每相导电回路电阻、断路器的分合闸时间、断路器的分合闸同期性及配合时间等断路器的各项性能。因此各试验设备的性能良好至关重要，在使用前要对试验设备进行检验，确保状态良好。设计一款用于检验试验设备的模拟测试箱，便于操作，精度更高，代替现有的真空断路器，达到测试真空断路器试验设备的目的。
1设计思路
采用固态继电器和可编程控制器PLC组合的方式，用半导体器件模拟传统接点接通和断开，当固态继电器收到合闸指令后，模拟真空断路器的合闸线圈吸合，衔铁撞击真空断路器的合闸机械结构，储能弹簧释能，使主触点接通，断路器试验模拟系统通过第四固态继电器SSR4接收到合闸指令，PLC收到信号后输出信号给第一至第三固态继电器SSR3，模拟真空断路器的主触点接通，使断路器测试仪接收到合闸状态信号，从而完成从合闸指令的发出到合闸状态信号返回这个过程的时间测量；
采用分流器代替静触头与动触头的接触电阻。实现对断路器试验设备的动态特性测试及回路电阻测试等多种测试的校验。
模拟测试箱包括校验测试箱本体，本体内设有断路器试验模拟系统；断路器试验模拟系统包括测试面板及模拟单元；测试面板上设有人机界面及多个测试端插孔；测试端插孔与断路器试验设备的测试引线的测试端对应连接；模拟单元设有可编程控制器、模拟断路器A相触点开闭的第一固态继电器、模拟断路器B相触点开闭的第二固态继电器、模拟断路器C相触点开闭的第三固态继电器、模拟断路器合闸控制回路通断的第四固态继电器及模拟断路器分闸控制回路通断的第五固态继电器；可编程控制器分别输入来自所述人机界面、第四固态继电器及第五固态继电器的输出端信号，处理后分别输出信号至第一固态继电器、第二固态继电器及所述第三固态继电器的输入端。
对照断路器试验设备的动态特性测试引线的分测试端、负测试端、合测试端、A相测试端、B相测试端、C相测试端及公共端，测试面板上一一对应设有分测试端插孔、负测试端插孔、合测试端插孔、A相测试端插孔、B相测试端插孔、C相测试端插孔及公共端插孔。
第一固态继电器、第二固态继电器及第三固态继电器，三者的输入端的正极端子分别对应与可编程控制器的输出模块中的3个输出端连接，三者输入端的负极端子均与可编程控制器的输出模块中的公共端连接，三者的输出端的一对端子之一，依次对应与A相测试端插孔、B相测试端插孔、C相测试端插孔连接，三者的输出端的另一个端子均与公共端插孔连接。
合测试端插孔分别与第四固态继电器输入端的正极端及其输出端的其中一个端子连接；第四固态继电器输出端的另一个端子与可编程控制器的输入模块中的1个输入端连接。
分测试端插孔分别与第五固态继电器输入端的正极端及其输出端的其中一个端子连接；第五固态继电器输出端的另一个端子与可编程控制器的输入模块中的1个输入端连接。
负测试端插孔分别与第四固态继电器输入端的负极端、第五固态继电器输入端的负极端及可编程控制器的输入模块中的公共端连接。
断路器试验模拟系统还包括用于模拟断路器的静、动触头间的接触电阻的模拟电阻。
模拟电阻设有3个，分别对应模拟断路器的3对静、动触头间的接触电阻。
测试面板上还设有航空插座、开关及指示灯、用于给外部设备供电的插座，航空插座用于与外部电源连接来向所述断路器试验模拟系统供电，开关用于通断所述断路器试验模拟系统电源；指示灯用于显示所述断路器试验模拟系统是否通电。
断路器试验模拟系统还包括将交流电转换为直流电的直流电源模块，直流电源模块供给所述人机界面和所述可编程控制器直流电源。
2制作过程
2.1测试面板
测试面板上设有人机界面1及多个测试端插孔，测试端插孔与断路器试验设备的测试引线的测试端对应连接，模拟单元设有可编程控制器、模拟断路器A相触点开闭的第一固态继电器SSR1、模拟断路器B相触点开闭的第一固态继电器SSR2、模拟断路器C相触点开闭的第三固态继电器SSR3、模拟断路器合闸控制回路通断的第四固态继电器SSR4及模拟断路器分闸控制回路通断的第五固态继电器SSR5；可编程控制器输入分别来自人机界面1、第四固态继电器SSR4及第五固态继电器SSR5的输出端信号，处理后输出信号至第一固态继电器SSR1、第一固态继电器SSR2及第三固态继电器SSR3的输入端。
断路器试验设备一般有两种，一种断路器特性测试仪，一种断路器回路电阻测试仪，本实用新型可根据这上述断路器试验设备的测试引线的测试端的设置，来对应设置校验断路器特性测试仪用测试端插孔2以及校验断路器回路电阻测试仪用测试端插孔7。
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2.2电源回路
通过航空插座与外部电源连接来向模拟测试箱供电。
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2.3可编程控制器工作原理
可编程控制器与人机界面1相互通信，人机界面1用于操作者输入指令及参数等信号，可编程控制器与固态继电器结合用于模拟断路器的开/闭。
操作者在人机界面1上输入指令及参数等信号，人机界面1将操作者输入的信号进行处理，处理后发送信号至可编程控制器。
第四固态继电器SSR4及第五固态继电器SSR5通过测试端插孔及外部断路器试验设备的测试引线输入外部断路器试验设备的分、负、和信号，并由输入信号驱动而动作，第四固态继电器SSR4及所述第五固态继电器SSR5的对应输出端的两输出端之间通或断，模拟模拟断路器合闸控制回路通断；并将模拟信号输出至可编程控制器。
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可编程控制器接收来自人机界面1的信号、来自所述第四固态继电器SSR4输出端的信号及来自所述第五固态继电器SSR5输出端的信号，对输入的信号进行处理，处理后分别输出信号至第一及第三固态继电器SSR3的输入端；使第一及第三固态继电器SSR3动作；对应模拟断路器三相静、动触头的开/闭动作。通过测试端插孔及外部断路器试验设备的测试引线，断路器三相静、动触头开/闭的模拟信号输入至外部断路器试验设备中，实现外部断路器试验设备对断路器三相的静、动触头开闭动态特性的模拟测试。
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3结束语
断路器模拟测试箱采用人机界面、可编程控制器、固态继电器等元件，可以使外部断路器试验设备完成断路器三相的静、动触头开闭动态特性的模拟测试。因静、动触头开闭动态特性的模拟测试各项参数，比如断路器的开闭时间①，因固态继电器动作时间可标定，可以由操作者在人机界面设定开闭时间，再加上固态继电器动作时间，可精确构成设定断路器的开闭时间，将此相加值与外部断路器试验设备的测试值向比较，从而实现对外部断路器试验设备的断路器动态特性测试的精度进行校验。通过设置模拟断路器的静、动触头间的接触电阻的模拟电阻。可用模拟电阻对断路器回路电阻测试设备进行校验。
参考文献：
[1]DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》
[2]DL/T402-2016高压交流断路器标准
[3]高压断路器-理论、设计与试验方法
[4]JB/T3855-2008高压交流真空断路器标准