專利名稱：動特性測試儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于真空斷路器機械特性狀態(tài)監(jiān)測技術，更具體地說是涉及ー種真空斷路器機械特性狀態(tài)監(jiān)測裝置，可以得到真空斷路器的各種參數(shù)，應用于斷路器出廠測試和真空斷路器在線工作過程中。
背景技術：
由于高壓斷路器是電カ系統(tǒng)中最重要的開關設備之一，它擔負著對電カ系統(tǒng)的控制和保護的雙重任務，但由于高壓斷路器的故障而導致電カ系統(tǒng)故障的事件卻時有發(fā)生，因此，對需要斷路器進行監(jiān)測，以取得斷路器故障的詳細資料，來判斷其工作狀態(tài)，預防其
引起重大事故。目前，數(shù)字信號處理器應用已經(jīng)普遍受到重視，隨著對數(shù)據(jù)采集，處理，存儲，傳輸?shù)囊笤龈撸绕鋽?shù)據(jù)量很大的情況下，使用普通的單片機已不能滿足要求，因此，為了提高本裝置的性能，使用了數(shù)字信號處理器作為處理核心。斷路器監(jiān)測技術也在不斷的完善，本發(fā)明是在以往技術的基礎上，做了進ー步的開拓。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供ー種真空斷路器機械特性狀態(tài)監(jiān)測裝置，該裝置能方便的監(jiān)測出彈簧操動機構真空斷路器儲能電機回路電流、合閘脫扣器線圈電流、分閘脫扣器線圈電流、斷路器振動信號以及主軸旋轉(zhuǎn)的角位移與速度信息量；也可監(jiān)測出永磁機構斷路器的永磁線圈電壓、永磁線圈電流、斷路器振動信號以及動觸頭動作的位移與速度信息量。技術方案
ー種動特性測試儀，作為ー種真空斷路器機械特性狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置主要由電源模塊、控制模塊、采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊及通信模塊組成；與斷路器連接的采集模塊的輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊連接，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與信號處理模塊連接，信號處理模塊的輸出端與控制模塊和通信模塊連接，控制模塊的輸出端與斷路器連接；電源模塊與控制模塊、采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊及通信模塊連接，為其供電。電源模塊由220V交流電轉(zhuǎn)直流電源模塊、+12V轉(zhuǎn)24V電源轉(zhuǎn)換模塊及電平轉(zhuǎn)換模塊組成?？刂颇K由兩組繼電器、發(fā)光二極管、三極管、續(xù)流ニ極管和電阻組成；繼電器的1、3腳連接到三極管的集電極上，三極管的發(fā)射極接地；繼電器的I腳與三極管之間設有發(fā)光二極管，繼電器的1、3腳之間設有續(xù)流ニ極管。信號采集模塊由電流采集模塊、電壓采集模塊、振動采集模塊、位移采集模塊組成，電流采集模塊、電壓采集模塊、振動采集模塊、位移采集模塊并聯(lián)后連接到AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端上。其中電流采集模塊包括三組采集相異信息量的電流采集模塊，分別為彈簧操動機構斷路器儲能電機回路電流采集模塊，合分閘脫扣器回路電流采集模塊和永磁機構斷路器永磁線圈回路電流采集模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊由電平轉(zhuǎn)換電路和ADS8364最小系統(tǒng)組成。信號處理模塊主要由TMS320F28335芯片及其外圍電路組成。 通信模塊由RS485通信模塊和RS232通信模塊組成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果
I.對斷路器的機械狀態(tài)信息量監(jiān)測的全面性，不光監(jiān)測了斷路器動觸頭位移量，同時還分別監(jiān)測了彈簧操動機構斷路器合、分閘脫扣器線圈電流量及其電機儲能回路電流量、永磁操動機構斷路器永磁線圈電流、電壓量、以及振動信號，采集的信號全面，可以對斷路器的各方面性能指標進行評估、分析，也可通過多路信號精確的判斷故障所在，避免了因為 偶然因素造成的錯誤判斷。2.提出一機兩用的思想，設計測試儀可以作為斷路器出廠測試用，也可以作為在線監(jiān)測用。且針對永磁機構真空斷路器，提出對永磁線圈電流、電壓同時監(jiān)測的方案，分析永磁線圈電磁力與永磁體之間的關系。3.由于對斷路器開關的監(jiān)測信息量中，動觸頭的動作狀態(tài)是斷路器動作狀態(tài)的直接體現(xiàn)者，所以對斷路器動觸頭信息的監(jiān)測作了多種方案。ー種是直接測量方法，直接測動觸頭狀態(tài)時采用線性度高的電阻式直線位移傳感器測量。一種是間接測量方法，測量斷路器主軸動作狀態(tài)間接反映動觸頭的動作狀態(tài)。間接測量方法中選擇了兩種傳感器，針對不同的場合使用，一個是線性度高的電阻式角位移傳感器，一種是增量式選裝編碼器。前者的優(yōu)點是響應快，無論動觸頭的動作多快，它都能及時響應。后者的優(yōu)點是只檢測脈沖信號，幾乎沒有任何干擾，精度高，但光電轉(zhuǎn)換有一定的延時，如果傳感器響應頻率選擇不當，會造成脈沖的丟失，產(chǎn)生誤差。也可通過為增量式光電編碼器配置減速裝置來増加傳感器的響應頻率。4.増加了振動狀態(tài)的檢測，由于振動信號中包括了斷路器機械結構中任何位置動作時的振動狀態(tài)，可以說振動信號是整個斷路器振動時機械結構狀態(tài)信息量的綜合?；蛘哒f是斷路器各部分信息量的疊加形成了斷路器的振動信號量，這里包括了空間上的疊加和時間上的疊加。5.使用了 TI公司推出的TMS320F28335型號的DSP作為信號處理模塊的核心單元，其エ業(yè)應用廣泛，處理速度快、處理精度高，存儲器容量大，便于大數(shù)據(jù)量采集的進行。并且此型號的DSP為浮點型的處理器，數(shù)據(jù)處理能力高于定點DSP的數(shù)據(jù)處理能力。6.在監(jiān)測裝置中，采用了外部AD采集模塊，可同時采集六路模擬信號量，采集精度達到十六位，相比DSP的內(nèi)部AD精度提高了 3 4個ニ進制位，且其采樣頻率高達250kHz，完全滿足采樣定理的要求。7.安裝簡單，經(jīng)濟實用，能全面的測量斷路器的各個性能參數(shù)，直接反映斷路器的工作狀態(tài)，便于及時采取操作，避免不必要的損失。對電カ系統(tǒng)的正常工作意義重大。


圖I為本發(fā)明裝置的系統(tǒng)結構組成框 圖2為本發(fā)明電源模塊原理圖(5V-3. 3V電源轉(zhuǎn)換電路)；
圖3為本發(fā)明電源模塊原理圖(5V-2. 5V電源轉(zhuǎn)換電路)；圖4為本發(fā)明繼電器控制電路；
圖5為本發(fā)明采集模塊電路原理 圖6為本發(fā)明合、分閘脫扣器線圈電流采集模塊電路 圖7為本發(fā)明合、分閘永磁線圈電壓采集模塊電路 圖8為本發(fā)明合、分閘永磁線圈電流采集模塊電路 圖9為本發(fā)明開關量隔尚電路 圖10為本發(fā)明0飛V電平轉(zhuǎn)換模塊電路 圖11為本發(fā)明AD轉(zhuǎn)換模塊的電路原理 圖12為本發(fā)明5疒3. 3V電平轉(zhuǎn)換電路原理 圖13為本發(fā)明信號處理模塊管腳說明 圖14為本發(fā)明RS232通訊模塊的電路原理 圖15為本發(fā)明RS485通訊模塊的電路原理 圖16為本發(fā)明柜體正面 圖17為本發(fā)明數(shù)字信號處理器主程序流程 圖18為本發(fā)明捕獲程序流程圖。實施方式為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采用以下技術措施
本發(fā)明是建立在以往技術基礎上的發(fā)明裝置，以綜合判斷為主要思想，其中數(shù)字信號處理器芯片中裝入了各種綜合分析判斷的邏輯?；谶@種思想，本發(fā)明裝置集成了多路采集信號，以采集不同形式的信息量來獲取真空斷路器機械特性狀態(tài)的局部信息，經(jīng)過裝置中的信號處理模塊的分析，將局部信息合并、疊加、推演，產(chǎn)生出對真空斷路器機械特性的判斷信息。本發(fā)明裝置為了取得多方面的局部信息，通過信號邏輯模塊的邏輯操作，可以選擇各采集電路信息的組合方式，來獲得不同組合所能產(chǎn)生出的獨有信息。該監(jiān)測裝置由電源模塊、控制模塊、采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊及通信模塊組成，如圖I所示。電源模塊由220V交流電轉(zhuǎn)直流電源模塊(AC-DC)、+12V轉(zhuǎn)24V電源轉(zhuǎn)換模塊(DC-DC)及電平轉(zhuǎn)換模塊。因為電流傳感器為±12V供電、振動傳感器為24V供電、位移傳感器設置為+12V或+24V供電、繼電器等需要5V供電、需要ー個2. 5V基準電平、數(shù)字電路部分需要3. 3V電源供電，所以在電源電路采用220V交流電轉(zhuǎn)直流電源模塊(AC-DC)，為裝置提供±12V、5V電源，使用升壓轉(zhuǎn)換電路將+12V電平轉(zhuǎn)換為24V電平，使用AMS1117芯片構成的5V-3. 3V電源電路為信號處理模塊提供電源，使用REF5025構成的+5V-+2. 5V電源電路提供基準電平。電源模塊原理圖如圖2-圖3所示?？刂颇K由繼電器、發(fā)光二極管、三極管、續(xù)流ニ極管和電阻等組成。三極管作為一個可控開關和放大作用，給基極通電則導通，集電極連接著發(fā)光二極管輸出端、續(xù)流ニ極管的正端、繼電器一次側的輸出管腳，發(fā)射極接地，發(fā)光二極管、續(xù)流ニ極管的另一端接+5V電源，繼電器一次側的輸入管腳接+5V電源，繼電器二次側接AC220V。當給基極通電，三極管導通，則發(fā)光二極管發(fā)光，指示三極管及繼電器工作，繼電器關合，二次側AC220V接入ニ次側電路。原理圖如圖4所示。

信號采集模塊由電流采集模塊、電壓采集模塊、振動采集模塊、位移采集模塊，其中電流采集模塊包括三組采集相異信息量的電流采集模塊，分別為彈簧操動機構斷路器儲能電機回路電流采集模塊，合分閘脫扣器回路電流采集模塊，永磁機構斷路器永磁線圈回路電流采集模塊。電流、電壓采集模塊都是采用霍爾電流傳感器及采樣電阻和限流電阻組成，其檢測準確，結構簡單，方便操作。振動信號采集模塊主要由振動傳感器組成，其安裝方式可采用磁鐵底座安裝，使用靈活，也可使用螺絲固定于斷路器本體上，安裝牢固，此模塊可以方便的采集斷路器不同動作時期的振動情況。動觸頭的監(jiān)測實施了兩種方案，第一種是監(jiān)測主軸角位移及角速度信號，主要由電阻式角位移傳感器或増量式旋轉(zhuǎn)編碼器和電平轉(zhuǎn)換電路組成監(jiān)測模塊，間接反映動觸頭行程、速度信息。第二種是直接測量動觸頭絕緣拉桿，主要由電阻式直線位移傳感器和電平轉(zhuǎn)換電路組成。對于電阻式角位移傳感器和電阻式直線位移傳感器，具有以下優(yōu)點結構簡單、成本低、適用的溫度范圍較寬、線性度高達0. 05%，其工作原理簡單，類似滑動變阻器的原理，但其由于機械摩擦會有干擾產(chǎn)生，所以提高其電阻兩端電壓，提高信噪比，最后將輸出信號通過電平轉(zhuǎn)換電路降壓輸入給信號處理模塊。増量式旋轉(zhuǎn)編碼器為三端輸出，通過聯(lián)軸器與斷路器的主軸相連，主軸旋轉(zhuǎn)時，光柵旋轉(zhuǎn)A、B端產(chǎn)生方波脈沖，且相差90°，通過判斷A或B端上升沿吋，另ー端的高、低電平，可以判斷主軸的旋轉(zhuǎn)方向，由于編碼器+12V供電,輸出的方波脈沖高電平為+12V,通過光耦、比較器和運算放大器組成的降壓電路將+12V高電平降到+3V，作為主軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)信號輸出。采集模塊電路原理圖如圖5-圖8所示。
測試儀也對斷路器的動觸頭的分合不同期性開關量信號，以及輔助觸點開關量進行監(jiān)測，輸出信號需接圖9所示開關量隔離電路，主要由EL817光耦構成，目的防止輸入信號電平高，危害數(shù)字信號處理器。由于AD轉(zhuǎn)換模塊有差分輸入的特點，所以可通過運算放大器設計電平轉(zhuǎn)換電路，使其接受雙極性輸入，擴大AD轉(zhuǎn)換模塊的采集信號范圍，保證對多路含有負信號的采集通道的正常運行，將OV到5V采集范圍擴大到-5V到+5V。電平轉(zhuǎn)換電路如圖10所示，該電路的作用是將采集模塊輸出的信號進行了電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成(T5V信號，滿足AD采樣模塊采集的信號范圍。AD轉(zhuǎn)換模塊主要由ADS8364芯片及其外圍電路組成。其優(yōu)點為可進行同時采集六路模擬信號量，有效精度十六位，頻率高達250kHz。AD轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖如圖11所
/Jn o由于AD米集模塊輸出信號在0 5V之間，而信號處理模塊供給電源為3. 3V,所以在兩者之間需要加入ー個電平轉(zhuǎn)換電路，作為信號傳遞的橋梁。該芯片可通過控制第I管腳和第24管腳DIR功能控制芯片管腳的輸入輸出方向，輸入端可接3. 3V或5V電源，輸出可接3. 3V電路。電路原理圖如圖12所示。信號處理模塊主要部分為數(shù)字信號處理器，使用TI公司推出的TMS320F28335，廣泛應用于エ業(yè)控制，特別用于處理速度、處理精度方面要求高的領域。主要由TMS320F28335芯片及其外圍電路組成，主要特點(1)處理速度快，主頻150MHz ;(2)片內(nèi)自帶SRAM、Flash, ；(3)外部存儲器接ロ ；(4)眾多外部設備，如SCI、SPI、CAN、EV、ADC等；(5)大量可控制的GPIO ロ。數(shù)字信號處理器支持C等語言的編程。其存儲器的存儲空間大，能夠用作大數(shù)據(jù)量的采集、運算、傳輸操作；功能管腳多，能夠用于擴展機械特性測試儀的增強功能；具有非常高的工作頻率，使其不會成為監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸；其浮點型操作優(yōu)勢，使其具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，對大量數(shù)據(jù)的處理游刃有余，并有很高的運算精度。信號處理模塊管腳說明如圖13所示。監(jiān)測裝置集成了兩路通信模塊，分別是RS232和RS485，電路原理圖如圖14、15所示。當測試儀作為斷路器出廠試驗試用時，可通過這兩個通訊模塊連接測試儀與上位機系統(tǒng)，如此，測試儀采集處理的數(shù)據(jù)即可通過通訊模塊將數(shù)據(jù)上傳給上位機系統(tǒng)，上位機系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析，出示斷路器的各路參數(shù)。圖16為本發(fā)明柜體正面圖；圖17為本發(fā)明數(shù)字信號處理器主程序流程圖；圖18為本發(fā)明捕獲程序流程圖。使用該監(jiān)測裝置已成功監(jiān)測了 ZW32A (G)-12/T630-20型戶外斷路器的機械特性，能夠得到各路采集信號波形圖。
本發(fā)明集成了多方面的技術與方法，提出的思想是綜合全面的信息相互依托、相互制約，利用信息的合并、疊加、推演，從而得到對對象的判斷信息，本發(fā)明裝置即為信息集成的黑盒裝置，其內(nèi)部擁有裝入了眾多的思維邏輯對集成的信息進行處理。
權利要求
1.一種動特性測試儀，作為一種真空斷路器機械特性狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置主要由電源模塊、控制模塊、采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊及通信模塊組成；與斷路器連接的采集模塊的輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊連接，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與信號處理模塊連接，信號處理模塊的輸出端與控制模塊和通信模塊連接，控制模塊的輸出端與斷路器連接；電源模塊與控制模塊、采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊及通信模塊連接，為其供電。
2.根據(jù)權利要求I所述的動特性測試儀，其特征在于電源模塊由220V交流電轉(zhuǎn)直流電源模塊、+12V轉(zhuǎn)24V電源轉(zhuǎn)換模塊及電平轉(zhuǎn)換模塊組成。
3.根據(jù)權利要求I所述的動特性測試儀，其特征在于控制模塊由兩組繼電器、發(fā)光二極管、三極管、續(xù)流二極管和電阻組成；繼電器的1、3腳連接到三極管的集電極上，三極管的發(fā)射極接地；繼電器的I腳與三極管之間設有發(fā)光二極管，繼電器的1、3腳之間設有續(xù)流二極管。
4.根據(jù)權利要求I所述的動特性測試儀，其特征在于信號采集模塊由電流采集模塊、電壓采集模塊、振動采集模塊、位移采集模塊組成，電流采集模塊、電壓采集模塊、振動采集模塊、位移采集模塊并聯(lián)后連接到AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端上。
5.根據(jù)權利要求4所述的動特性測試儀，其特征在于其中電流采集模塊包括三組采集相異信息量的電流采集模塊，分別為彈簧操動機構斷路器儲能電機回路電流采集模塊，合分閘脫扣器回路電流采集模塊和永磁機構斷路器永磁線圈回路電流采集模塊。
6.根據(jù)權利要求I所述的動特性測試儀，其特征在于AD轉(zhuǎn)換模塊由電平轉(zhuǎn)換電路和ADS8364最小系統(tǒng)組成。
7.根據(jù)權利要求I所述的動特性測試儀，其特征在于信號處理模塊主要由TMS320F28335芯片及其外圍電路組成。
8.根據(jù)權利要求I所述的動特性測試儀，其特征在于通信模塊由RS485通信模塊和RS232通信模塊組成。
全文摘要
本發(fā)明屬于真空斷路器機械特性狀態(tài)監(jiān)測技術，更具體地說是涉及一種真空斷路器機械特性狀態(tài)監(jiān)測裝置，可以得到真空斷路器的各種參數(shù)，應用于斷路器出廠測試和真空斷路器在線工作過程中。其特征在于該裝置主要由電源模塊、控制模塊、采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊及通信模塊組成；該裝置能方便的監(jiān)測出彈簧操動機構真空斷路器儲能電機回路電流、合、分閘脫扣器線圈電流、斷路器振動信號以及主軸旋轉(zhuǎn)的角位移與速度信息量等；通過此裝置能夠很好的判別真空斷路器狀態(tài)；且此裝置接線簡單，使用方便，檢測穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準確，不會影響斷路器的正常運行，并能較好地實現(xiàn)高壓真空斷路器機械特性的在線監(jiān)測。
文檔編號G01R31/327GK102759707SQ20121024823
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權日2012年7月18日
發(fā)明者劉洋, 徐建源, 李斌, 楊壯壯 申請人:沈陽工業(yè)大學