專利名稱：電力機(jī)車主變壓器綜合測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力機(jī)車設(shè)備監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力機(jī)車主變壓器綜
合測試裝置。
背景技術(shù)：
電力機(jī)車變壓器的測試項(xiàng)目多，并有相應(yīng)的控制要求和不同的控制精度。過去在 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上一直采用中間繼電器和接觸器控制實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)電源的調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換，設(shè)備體積龐 大，故障率高，很難滿足試驗(yàn)測試的要求，由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必然使用人工控制與調(diào)節(jié)，所 以在試驗(yàn)中也很難保證試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。而且，變壓器測試系統(tǒng)對電源要求高，在試驗(yàn)過 程中8套電源的運(yùn)行不但有高壓大電流電源系統(tǒng)，還有穩(wěn)壓和穩(wěn)流系統(tǒng)，運(yùn)行邏輯十分復(fù) 雜。因此，若采用人工繼電控制，不但工作效率低、系統(tǒng)體積龐大、資金投入大，而且很難達(dá) 到控制要求。 因此，有必要對現(xiàn)有的電力機(jī)車變壓器的測試系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供了一種電力機(jī)車主變壓器綜合測試裝置， 該系統(tǒng)能為牽引變壓器進(jìn)行綜合在線測試和預(yù)警，以保障牽引變壓器各項(xiàng)指標(biāo)正常，運(yùn)行可靠。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 —種電力機(jī)車主變壓器綜合測試裝置，其特征在于，包括工控機(jī)、PLC、主電路和試 品，所述的工控機(jī)、PLC、主電路和試品依次串接；所述的工控機(jī)和主電路之間還設(shè)有保護(hù)電 路；所述的主電路由電源開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、高壓開關(guān)柜、調(diào)壓器、試驗(yàn)變壓器及電壓電流 互感器組成。 本實(shí)用新型具有的有益效果是 該裝置能為牽引變壓器進(jìn)行綜合在線測試和預(yù)警，以保障牽引變壓器各項(xiàng)指標(biāo)正 常，運(yùn)行可靠。本裝置通過電源設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)，使得裝置運(yùn)行更加穩(wěn)定，測試 效果更好。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖2為電源控制系統(tǒng)原理框圖。
具體實(shí)施方式如圖l所示，一種電力機(jī)車主變壓器綜合測試裝置，其特征在于，包括工控機(jī)、 PLC、主電路和試品，所述的工控機(jī)、PLC、主電路和試品依次串接；所述的工控機(jī)和主電路之 間還設(shè)有保護(hù)電路；所述的主電路由電源開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、高壓開關(guān)柜、調(diào)壓器、試驗(yàn)變壓器及電壓電流互感器組成。 電力機(jī)車主變壓器綜合測試及故障診斷裝置以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為控制、測量和保 護(hù)中心，能完成一般變壓器12個(gè)項(xiàng)目的試驗(yàn)，即繞組直流電阻測試、聯(lián)結(jié)組別測試、絕緣電 阻測試、變壓器油介電強(qiáng)度測試、空載特性測試、負(fù)載特性測試、感應(yīng)耐壓測試、10KV工頻耐 壓測試、100KV工頻耐壓測試、電抗器特性測試電流互感器特性測試和冷卻系統(tǒng)測試，采用 模擬隔離、懸浮與屏蔽等技術(shù)解決該控制系統(tǒng)在試品擊穿或閃絡(luò)時(shí)的測量和保護(hù)問題，實(shí) 際運(yùn)行安全可靠。強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力使系統(tǒng)具有用戶初始化設(shè)定、試驗(yàn)過程的控 制與顯示、試驗(yàn)結(jié)果的記錄與輸出等功能。 控制系統(tǒng)以工控機(jī)為核心。在友好的人機(jī)對話界面上進(jìn)行初始化設(shè)定。工控機(jī)接 到開始試驗(yàn)的命令后輸出一系列控制命令，通過邏輯控制電路驅(qū)動主回路完成已設(shè)定的試 驗(yàn)程序；試驗(yàn)過程中通過測量電路實(shí)時(shí)監(jiān)測與顯示現(xiàn)場工作狀況以及試驗(yàn)電壓與電流，感 知到試驗(yàn)系統(tǒng)異常時(shí)能智能化地分析和判斷并得出結(jié)論，通過保護(hù)電路進(jìn)行處理。試驗(yàn)結(jié) 果人為設(shè)定成自動保存巳不可人為修改，可自動或手動打印輸出。 主電路由電源開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、高壓開關(guān)柜、調(diào)壓器、試驗(yàn)變壓器及電壓電流
互感器等組成，試品閃絡(luò)時(shí)出現(xiàn)的過電壓可能會損傷試驗(yàn)變壓器和試品的內(nèi)絕緣，故主回
路中設(shè)計(jì)了保護(hù)裝置啟能在試品閃絡(luò)時(shí)瞬間動作，切斷主電路，同時(shí)自動將所有調(diào)壓器電
壓降低到零點(diǎn)。 其中工控機(jī)配置為 型號IPC-610P/PCA-6187VE ; CPU:P4-4.3G; 內(nèi)存512M; 硬盤80G; 功能卡8串口卡4066R。 PLC系統(tǒng)的控制 在電力機(jī)車變壓器的試驗(yàn)中，試驗(yàn)項(xiàng)目多，試驗(yàn)電路復(fù)雜，為防止試驗(yàn)中操作人員
的錯(cuò)誤動作和異常情況發(fā)生，必須在試驗(yàn)電源動作和轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置復(fù)雜的控制邏輯，這些邏
輯的實(shí)現(xiàn)過去常常采用中間繼電器互鎖或自鎖方法，造成設(shè)備體積大，維修工作量大。我們
在詳細(xì)分析了變壓器試驗(yàn)電源動作和轉(zhuǎn)換邏輯的基礎(chǔ)上，采用PLC系統(tǒng)一方面取代過去的
中間繼電器，采用軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)邏輯互鎖和自鎖，大大減少了設(shè)備體積，使得試驗(yàn)電
源控制和轉(zhuǎn)換邏輯更加精確和合理，另一方面充分利用PLC系統(tǒng)硬件、軟件資源，設(shè)計(jì)了能
實(shí)時(shí)監(jiān)視試驗(yàn)電源工作狀態(tài)的電源狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，使用這套系統(tǒng)，通過工控機(jī)可以非常清
楚地觀察到電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)電源系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)也可以直觀地指示故障回路和故
障位置?；赑LC控制系統(tǒng)的使用大大地提高了電源系統(tǒng)工作的可靠性。 在變壓器試驗(yàn)中，有新車試驗(yàn)、大修車試驗(yàn)、輕大修車試驗(yàn)、半成品試驗(yàn)以及研究
型試驗(yàn)等類型，因此，整套控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除主要面向新車試驗(yàn)自動測試外，還需要面向大
修車試驗(yàn)、輕大修試驗(yàn)、半成品試驗(yàn)以及研究型試驗(yàn)等其他類型的手動測試?？刂葡到y(tǒng)自動
/手動控制切換是通過操作按鈕控制的，當(dāng)操作按鈕在自動位時(shí)，PLC系統(tǒng)的動作只接受上
位計(jì)算機(jī)通過串口發(fā)出的指令，電源系統(tǒng)中接觸器的動作情況，PLC系統(tǒng)也通過串口回送計(jì)
算機(jī)，此時(shí)，操作臺上的其他所有控制按鈕都處于被屏蔽狀態(tài)；當(dāng)操作按鈕在手動位時(shí)，PLC
4關(guān)閉串口，只掃描操作臺控制按鈕。 由于電源系統(tǒng)中所有接觸器的工作狀態(tài)都回送到PLC的輸入端口，因此，電源系
統(tǒng)的工作狀態(tài)能很清晰地通過PLC反映出來，在自動測試中，這些信息都被PLC傳送到計(jì)算
機(jī)上，當(dāng)系統(tǒng)工作故障時(shí)，工程技術(shù)人員從計(jì)算機(jī)屏幕上能準(zhǔn)確地對故障定位，也可以通過
操作臺上的指示燈找出故障回路，這種設(shè)計(jì)對工程技術(shù)人員進(jìn)行試驗(yàn)系統(tǒng)的維修起了重要
的指導(dǎo)作用。 PLC配置為 CPU :S7-200 226 ; 擴(kuò)展模lfe :EM223+EM211。 試驗(yàn)系統(tǒng)的電源 (1)基本要求 電力機(jī)車變壓器的測試項(xiàng)目多，并有相應(yīng)的控制要求和不同的控制精度。過去在 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上一直采用中間繼電器和接觸器控制實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)電源的調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換，設(shè)備體積龐 大，故障率高，很難滿足試驗(yàn)測試的要求，由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必然使用人工控制與調(diào)節(jié)，所 以在試驗(yàn)中也很難保證試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。我們對變壓器測試系統(tǒng)的電源要求進(jìn)行了全面 的分析研究，在試驗(yàn)過程中8套電源的運(yùn)行不但有高壓大電流電源系統(tǒng)，還有穩(wěn)壓和穩(wěn)流 系統(tǒng)，運(yùn)行邏輯十分復(fù)雜。因此，若采用人工繼電控制，不但工作效率低、系統(tǒng)體積龐大、資 金投入大，而且很難達(dá)到控制要求。
(2)試驗(yàn)電源系統(tǒng)的構(gòu)成 試驗(yàn)電源與控制系統(tǒng)主要是在變壓器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，為變壓器及其配件提供穩(wěn)定的 電源，并根據(jù)試驗(yàn)要求對電源在不同的運(yùn)行工況和運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行自動的轉(zhuǎn)換和控制，以 滿足數(shù)據(jù)測試的要求。為了實(shí)現(xiàn)控制要求，方便主操作臺與控制柜及現(xiàn)場的操作，并能與 主操作臺的管理層上位機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通訊，系統(tǒng)將試驗(yàn)電源設(shè)計(jì)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，如圖2 所示。其運(yùn)行管理層由工控機(jī)(IPC-610P)與PLC(S7-200)組成，控制級包括變壓器空載 試驗(yàn)電源系統(tǒng)、負(fù)載試驗(yàn)電源系統(tǒng)、感應(yīng)中頻耐壓試驗(yàn)電源系統(tǒng)、10KV工頻耐壓試驗(yàn)電源系 統(tǒng)、100KV工頻耐壓試驗(yàn)電源系統(tǒng)、電抗器及功率補(bǔ)償器試驗(yàn)電源系統(tǒng)、電流互感器試驗(yàn)電 源系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)試驗(yàn)電源系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與PLC通訊，傳送電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)， 并通過現(xiàn)場總線與控制層檢測系統(tǒng)聯(lián)系，進(jìn)行監(jiān)視管理，由此構(gòu)成的多級網(wǎng)絡(luò)控制電源系 統(tǒng)，為電力機(jī)車變壓器的實(shí)驗(yàn)提供了良好的試驗(yàn)環(huán)境，滿足了試驗(yàn)與控制要求，提高了整個(gè) 測試系統(tǒng)的自動化程度和工作效率。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用工控機(jī)與PLC組成監(jiān)視管理系統(tǒng)，可方便的實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)
各種運(yùn)行狀態(tài)的控制和轉(zhuǎn)換。 (3)電源系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和電力機(jī)車主變壓器試驗(yàn)大綱規(guī)程要求，我們將變壓器試驗(yàn)電源系 統(tǒng)進(jìn)行了歸納和分類，主要依據(jù)是試驗(yàn)中對電源容量的要求和接線方式。由于在試驗(yàn)中變 壓器負(fù)載試驗(yàn)和電抗器電感值測定這兩個(gè)試驗(yàn)所需電源容量最大，因此，將這兩個(gè)試驗(yàn)歸 為一類，同時(shí)，考慮到變壓器空載試驗(yàn)的電壓等級以及接線方式與變壓器負(fù)載試驗(yàn)十分相 似，所以，變壓器空載試驗(yàn)的電源系統(tǒng)也歸為這一類。另一類主要包括感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、10KV 工頻耐壓試驗(yàn)、100KV工頻耐壓試驗(yàn)和電流互感器試驗(yàn)，這類試驗(yàn)共同特點(diǎn)是或者是大電
5壓、或者是大電流，電源的容量較小，在進(jìn)行這類試驗(yàn)時(shí)， 一方面危險(xiǎn)性大，另一方面是對控 制系統(tǒng)的電磁干擾大，所以，這些電源應(yīng)該放置離主控制系統(tǒng)較遠(yuǎn)且也遠(yuǎn)離操作人員的地 方。再有一類就是儀器試驗(yàn)，如直流電阻測試、絕緣電阻測試、變比組別測試和變壓器油介 電強(qiáng)度測試，由于儀器試驗(yàn)只需要220V工頻電源，因此，只要在操作臺上安排一個(gè)電源插 座就可以滿足試驗(yàn)要求了。 在試驗(yàn)中為調(diào)節(jié)或限制電壓、電流的上升和下降速度，感應(yīng)調(diào)壓器的調(diào)壓電機(jī)采
用變頻器控制，其基準(zhǔn)控制頻率為30Hz，試驗(yàn)變壓器副邊設(shè)計(jì)成雙繞組結(jié)構(gòu)，雙繞組可以根
據(jù)試驗(yàn)的具體情況手動控制連接成串聯(lián)或并聯(lián)。主要電路參數(shù)為 單相感應(yīng)調(diào)壓器800KVA、380V/0-625V ; 調(diào)壓電機(jī)(三相):750W、380V ; 試驗(yàn)變壓器800KVA、625V/2 X 2000V ; 變頻器(三相):1. lKW、0-50Hz。
(4)感應(yīng)耐壓、工頻耐壓、電流互感器試驗(yàn)電源系統(tǒng) 感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、10KV工頻耐壓試驗(yàn)、100KV工頻耐壓試驗(yàn)電壓較高，電流較小，電 流互感器試驗(yàn)電流較大，電壓很低。 在試驗(yàn)中為調(diào)節(jié)或限制電壓、電流的上升和下降速度，感應(yīng)調(diào)壓器的調(diào)壓電機(jī)采
用變頻器控制，其基準(zhǔn)控制頻率為30Hz。主要電路參數(shù)為 單相感應(yīng)調(diào)壓器100KVA、380V/0-400V ; 變頻器(三相):1.亂0-50Hz ; 三倍頻發(fā)生器30KVA、0-3000V ; 升壓變壓器1 :10KVA、220V/0-10KV ; 升壓變壓器2 :5KVA、220V/0-100KV ; 大電流發(fā)生器20KVA、220V/10V/2000A。 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 在電力機(jī)車主變壓器試驗(yàn)中，有很多試驗(yàn)屬于大電流或高電壓試驗(yàn)項(xiàng)目，在進(jìn)行 這些試驗(yàn)時(shí)，電力機(jī)車主變壓器和試驗(yàn)線路將對控制系統(tǒng)和測試儀器產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干 擾，通過各種途徑對測控系統(tǒng)造成危害，使得測控系統(tǒng)工作信號混亂，情況嚴(yán)重時(shí)會使得控 制系統(tǒng)動作失誤，同時(shí)也會嚴(yán)重地影響儀表的讀數(shù)，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就因該充分地考慮 這些因數(shù)，從硬件技術(shù)方面采取有效措施，達(dá)到減弱或消除干擾的目的，提高測控系統(tǒng)工作 的穩(wěn)定性和可靠性。再本系統(tǒng)中采用了以下技術(shù)消除電磁干擾 1.屏蔽技術(shù) 在本系統(tǒng)中采用了被動電屏蔽和低頻磁屏蔽兩種屏蔽技術(shù)。
(1)被動電屏蔽 屏蔽是以某種導(dǎo)電材料或?qū)Т挪牧现瞥傻钠帘误w將需要防護(hù)的區(qū)域封閉起來，形 成電磁隔離，達(dá)到阻隔或減少電磁能傳播的一種技術(shù)，屏蔽是抑制電磁干擾的有效措施之 一。在本系統(tǒng)中采用的是被動屏蔽方法，即將所有的電器柜都用機(jī)殼密封起來，為了防止直 接或間接的靜電耦合，確保屏蔽效果，所有電器柜外殼都進(jìn)行可靠接地。
(2)低頻磁屏蔽 低頻磁屏蔽是利用鐵磁材料的高導(dǎo)磁性，對磁場有分路作用的特性來實(shí)現(xiàn)屏蔽，
6達(dá)到保護(hù)磁敏器件不受低頻磁場的干擾、或防止磁場干擾源對其外界環(huán)境產(chǎn)生磁漏影響的 目的。在本系統(tǒng)中除采用被動電屏蔽方式達(dá)到低頻磁屏蔽的目的外，所有連接線都采用各 種規(guī)格的屏蔽線，以保證磁場干擾源對其外界環(huán)境產(chǎn)生磁漏影響限制在很小的范圍內(nèi)。 2.濾波技術(shù) 濾波技術(shù)的基本用途是選擇信號和抑制干擾，實(shí)現(xiàn)這兩種不同功能為目標(biāo)而設(shè)計(jì)
的電路分別稱為信號選擇濾波器和電磁干擾濾波器。在本系統(tǒng)中采用電磁干擾濾波器實(shí)現(xiàn)
在電源電路、操作電路、控制電路和轉(zhuǎn)換電路中，抑制沿這些電路的干擾。 EMI電源濾波器是電磁干擾濾波器的一種，它是由電感、電容組成的低通濾波器，
它允許直流或50Hz的信號通過，對頻率較高的其它信號和干擾信號有較大的衰減作用。由
于干擾信號有差模和共模兩種，因此電源濾波器要求對這兩種干擾都有很好的衰減作用。
EMI電源濾波器實(shí)質(zhì)是LC無源網(wǎng)絡(luò)，它利用阻抗失配的原理，使電磁干擾信號得到衰減濾
波器的濾波效果取決于阻抗失配的程度，阻抗差別越大(適配越大)，濾波器的濾波效果越
好。為了得到較好的濾波效果，對低阻抗的電源側(cè)應(yīng)使用輸入阻抗高的濾波器，而對于高輸
入阻抗的負(fù)載側(cè)，則應(yīng)使用低輸出阻抗的濾波器。 根據(jù)CISPR的規(guī)定，令I(lǐng)VX二 50Q/50Q，其中Rs代表了源阻抗，R^代表了負(fù)載 阻抗。 可以根據(jù)共模插入損耗和差模插入損耗表達(dá)式選擇濾波器參數(shù)，使濾波器的插入
損耗達(dá)到滿意的數(shù)值。 3、接地技術(shù) 接地技術(shù)是防止電磁干擾、增加電子設(shè)備電磁兼容能力的重要方法之一。接地是 搭接的特例，如果接地方法使用恰當(dāng)，既可以減少設(shè)備產(chǎn)生的對外干擾，又可以使設(shè)備免受 外來干擾。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用了兩種接地措施，保護(hù)接地和信號接地。 保護(hù)接地是指機(jī)殼和屏蔽層接地，保護(hù)接地的目的是防止機(jī)殼或屏蔽層上由于電 荷積累、電壓上升而造成人身傷害，或引起火化放電，給設(shè)備造成高頻干擾而遭致?lián)p壞。在 變壓器試驗(yàn)中如工頻耐壓試驗(yàn)和中頻感應(yīng)耐壓試驗(yàn)都需要試品和試驗(yàn)設(shè)備良好接地。 信號接地主要有兩種接地方式單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地，考慮到試驗(yàn)場所的具體情 況，系統(tǒng)在信號接地設(shè)計(jì)中采用了多點(diǎn)接地方式。 通過采用以上的系統(tǒng)抗干擾技術(shù)，系統(tǒng)的電磁兼容性良好，在測試系統(tǒng)工作中，所 有儀表、設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作正常，數(shù)字顯示儀表顯示穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。
權(quán)利要求一種電力機(jī)車主變壓器綜合測試裝置，其特征在于，包括工控機(jī)、PLC、主電路和試品，所述的工控機(jī)、PLC、主電路和試品依次串接；所述的工控機(jī)和主電路之間還設(shè)有保護(hù)電路；所述的主電路由電源開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、高壓開關(guān)柜、調(diào)壓器、試驗(yàn)變壓器及電壓電流互感器組成。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電力機(jī)車主變壓器綜合測試裝置，其特征在于，包括工控機(jī)、PLC、主電路和試品，所述的工控機(jī)、PLC、主電路和試品依次串接；所述的工控機(jī)和主電路之間還設(shè)有保護(hù)電路；所述的主電路由電源開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、高壓開關(guān)柜、調(diào)壓器、試驗(yàn)變壓器及電壓電流互感器組成。該裝置能為牽引變壓器進(jìn)行綜合狀態(tài)在線測試和預(yù)警，以保障牽引變壓器各項(xiàng)指標(biāo)正常，運(yùn)行可靠。
文檔編號G01R31/12GK201514447SQ20092006587
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者余明揚(yáng), 唐建湘, 王靖, 陳庶, 陳特放, 黃采倫 申請人:中南大學(xué)