溫升測試系統解決方案

前言

低壓成套開關設備所有型式試驗項目中以溫升試驗較爲特殊。在低壓成套開關設備中,特別是抽屜式開關櫃,除主進線電路外其各分支饋線電路多達二十多個。根據國家標准《GB 7251 低壓成套開關設備和控制設備》、《GB/T 10233 低壓成套開關設備和電控設備基本試驗方法 》的要求,成套開關設備的主電路及分支電路必須同時通額定電流進行溫升試驗,測量低壓成套開關設備各部件的溫度,以驗證被試品是否符合標准要求。傳統低壓成套開關設備溫升試驗的特點是:① 試驗時間較長,一般溫升試驗需8~10小時甚至更長時間;② 試驗能耗較大,被試品要通額定電流長時間運行消耗在負荷上,故許多廠家爲了避過用電高峰而在夜間試驗;③ 試驗過程單調枯燥,測試人員須要經常調整負荷並長時間反複地測量溫度值。

傳統試驗方法

目前,國內傳統低壓成套開關設備溫升試驗方法廣泛采用的是在被測品電源輸入端配設一台大容量多磁路變壓器,通過變壓器的變流直接對被測品施加一個交流低電壓(8~12V)、大電流(4000~10000A)電源,然後在被測品各分支饋出回路接可變電阻器或電流調節器作爲負荷以獲得測試電流,通過調節可變電阻器或電流調節器使輸出電流達到設定電流值。圖1是傳統低壓成套開關設備溫升試驗原理框圖。由于大容量多磁路變壓器設備本身體積大,配上變電阻器或電流調節器負荷後,造成占地面積很大,對實驗室空間要求高;且設備笨重又不能移動,無法開展多套設備同時檢測。同時,由于電網電壓的波動、載流回路中引線電阻變化、負荷本身電阻發熱變化,測試電流隨之變動,操作人員須經常調節電阻器或變流器來恒定電流,費時費力,精度還是無法保證,並且在低壓大電流下會産生大量的感性無功損耗,電能直接消耗在銅母排、電阻器或變流器上,不但影響電網質量,而且還造成能源的巨大浪費。另外,低壓開關成套設備溫升測試常用的溫度測試儀器通常具有多通道的特點(如多點溫度巡測儀),測量時將熱電偶的熱端用膠粘固定法或打鑽孔埋入法固定到被試部件的測量點,需要多根熱電偶來配合采集數據,測試前需要計量多個熱電偶,該類設備還有故障率高的缺點。可見,傳統設備溫升測試具有設備體積大、試驗耗時長、能耗較高、效率較低、設備故障率較高和操作靈活性差等致命缺點。

公式

新型試驗方法

爲了克服現有低壓成套開關設備溫度試驗方法的不足,我們提出采用一種新型的短路試驗方法進行低壓成套開關設備溫升試驗,(以下簡稱短路法),短路法是所有溫升試驗中需要電源容量小,試驗電壓低的試驗方法。圖2是短路法試驗原理框圖。它是利用低壓成套開關設備主進線電路輸入端短路産生較小損耗,來進行溫升試驗的,也即對被測品主進線電路輸入端直接短接,而通過多台恒流電源(63~6300A)分別並接在被測品各分支饋線回路倒輸入穩定電流,而在總母排自動疊加以達到測試目的。本方法成功克服了原方案無法解決的銅阻溫升造成電流飄移需實時調整的缺點,不但可以提高檢測精度,加快校驗速度,提高工作效率,而且恒流電源額定輸出電壓低(僅2~6V),節能效果可以提高75%以上,大大的降低了能耗。

公式

解決方案

針對傳統低壓成套開關設備溫升試驗方法的不足和利用短路法進行溫升試驗的要求,我們研制成功了一種新型低壓成套開關設備數字化智能型溫升測試專用試驗設備——低壓成套開關設備新型溫升試驗系統。

本系統設備主要由:程控交流恒流電源、智能溫度檢測巡回檢測儀、智能磁控動態無功補償配電櫃及溫升測試系統管理軟件組成。該系統采用數字化模糊控制技術,能在外界電網電源産生波動或用電負荷阻抗特性發生變化時仍能使各支路輸出電流自動保持恒定,並保證總母排電流自動疊加的程控交流恒流電源,取代傳統大電流交流源采用的電阻器或變流器電流調整技術;采用智能型溫度巡檢儀實現對開關設備各支路測試點溫度的全自動采集和檢測;采用智能動態無功補償配電櫃實現由于不對稱負荷試驗對電網所産生的無功損耗的動態補償,提高線路傳輸容量,改善電能質量,節能降耗;並采用專門開發的溫升測試系統管理軟件實現對低壓成套開關設備溫升試驗過程監控的全自動化管理。

低壓成套開關設備溫升試驗系統試驗原理如圖3所示。圖中,QA爲總開關,QA1~n爲分支路開關;SCHL1~n爲恒流電源。當I=I1+I2+……In時,溫升試驗可用一套多台恒流電源進行試驗;當I<I1+I2+……In時,可在支路未端(或總母排)增加一台恒流電源SCHLm,使I=I1+I2+……In+ Im。

公式

程控交流恒流電源

程控交流恒流電源主要由交流配電單元、調壓變壓器、變流器、驅動控制單元、數據采集單元、人機介面、微機控制單元等組成。

工作原理:主回路通過驅動控制單元接收微機監控單元信息處理的結果控制調壓變壓器使交流電源輸出電流自動保持恒定。控制回路通過數據采集單元實時監測交流電源電流輸出情況並將信息通過數據總線送入微機監控單元。微機監控單元作爲交流恒流電源的數據處理中心,以現場總線方式對交流系統進行信息采集、處理完成智能化管理,信息處理的結果一方面將作爲人機界面觸摸式液晶顯示屏的信息來源,另一方面通過現場總線或WIFI通信接口傳給上位計算機監控系統實現實時遠程監控管理。

智能型溫度巡檢儀

智能型溫度巡檢儀主要由智能隔離溫度變送器、高精度熱電偶和巡檢儀主機三大部分組成。

工作原理:智能隔離溫度變送器對高精度熱電偶采樣溫度數據進行線性隔離放大、A/D轉換、數據處理、通信輸出,每只智能隔離溫度變送器可采樣8路高精度熱電偶輸入信號,可直接對380V及以下帶電導體進行多路巡回測控。微機監控單元實時監控智能隔離溫度變送器的數據,以現場總線方式對其信息采集、處理並完成智能化管理,信息處理的結果一方面將作爲人機界面觸摸式液晶顯示屏的信息來源,並提供了USB接口,可將測量數據信息存儲到U盤中,另一方面通過現場總線或WIFI無線通信傳給後台監控系統實現遠程監控管理。

溫升試驗系統管理軟件設計

溫升試驗系統管理軟件是基于組態軟件,專爲程控交流恒流電源和智能溫度巡檢儀進行溫升測試而專門設計開發的監控管理軟件。軟件具有豐富的顯示畫面、靈活的操作方式以及強大的記錄、運算、控制和管理功能,集合了現代測試測量中不可缺少的測試檢索、曲線顯示、數據分析、報表輸出等核心功能,構建了結構化、可定制和高安全性的專業測試測量軟件平台。

結論

低壓成套開關設備新型溫升試驗系統利用程控交流恒流電源、智能型溫度巡檢儀和溫升試驗系統管理軟件對低壓成套開關設備對溫升試驗過程實現全自動數字化、智能化控制管理,具有性能完善、測試精度高、工作效率高、節能降耗效果好的明顯特點。産品經國家電控配電檢測中心、甘肅電器科學研究院、遵義市産品質量檢驗檢測院等用戶單位投入使用,反應良好 。實踐證明,低壓成套開關設備新型溫升試驗系統是一種值得推廣應用的試驗設備,是國家和省級低壓電器成套開關設備檢測院(所)、測試中心及各生産制造企業理想的、提高工效的新型檢測設備。