專利名稱：基于小電流突變電力直流電源系統(tǒng)短路電流測試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電廠、變電站各種直流電源系統(tǒng)短路電流的測試預(yù)估及直流系統(tǒng)直流斷路器選擇性校驗的方法，具體為一種基于小電流突變的電力直流電源系統(tǒng)短路電流測試裝置及方法。
背景技術(shù)：
直流電源系統(tǒng)是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備。正常運(yùn)行時，直流系統(tǒng)為斷路器提供合閘電源，為繼電保護(hù)及自動裝置、通訊等提供工作電源；故障時，特別是交流電源中斷的情況下，直流系統(tǒng)為繼電保護(hù)及自動裝置、斷路器的合跳閘、事故照明提供安全可靠的直流電源。直流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、自動裝置和斷路器正確動作的基本保證，變電站的安全運(yùn)行對直流供電可靠性有很高的要求。直流斷路器選擇的合理性和級差配合的正確性可保證在緊急情況下，直流電源系統(tǒng)為高壓交流斷路器跳合閘及保護(hù)、通信和自動裝置提供可靠電源。因此如何判斷直流斷路器選擇的合理性和級差配合的正確性是目前迫切需要研究的課題。直流電源保護(hù)電器的選擇性不僅與保護(hù)電器本身的特性有關(guān)，也與直流電源系統(tǒng)各級短路電流有關(guān)。直流保護(hù)電器需要根據(jù)直流電源系統(tǒng)各級短路電流的大小來配置，并根據(jù)短路電流大小來校驗直流斷路器的選擇性。因此需要測試或計算直流電源短路電流的大小。近年來，部分電力運(yùn)行單位利用變電站現(xiàn)場蓄電池組對直流保護(hù)電器的級差配合進(jìn)行短路模擬試驗，采用示波器、萬用表等儀器測試短路電流、分?jǐn)鄷r間，來校驗變電站現(xiàn)場直流系統(tǒng)級差配合的選擇性；該方法能真正模擬現(xiàn)場實際短路故障并校驗直流系統(tǒng)保護(hù)電器級差配合情況，但測試過程中，一旦待測直流饋線回路級差配合不能滿足選擇性保護(hù)的要求，就會引起上一級保護(hù)電器越級跳閘，造成其他正常饋線回路失電而導(dǎo)致電力事故，無法保證試驗的安全性，且測試過程及數(shù)據(jù)分析需全部人工完成，操作繁瑣，安全隱患較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種基于小電流突變的直流電源短路電流測試裝置及方法，其針對現(xiàn)有電力直流系統(tǒng)短路電流測試方法的不足，實現(xiàn)了直流電源系統(tǒng)各級短路電流的測試預(yù)估，進(jìn)而可以校驗直流電源保護(hù)電器的選擇性。本發(fā)明的技術(shù)方案為
本發(fā)明一種電力直流電源系統(tǒng)短路電流測試裝置，整個測試裝置由測試主回路、控制回路、采樣回路和數(shù)據(jù)處理管理單元組成；
所述測試主回路由正/負(fù)主接線端子、一個以上IGBT管和電阻性負(fù)載、分流器一次部分組成，在正/負(fù)主接線端子之間串接IGBT管和電阻性負(fù)載的并聯(lián)回路和分流器一次接線端，構(gòu)成測試主回路；
所述控制回路由管理機(jī)、I/O卡和各IGBT管控制端組成，所述管理機(jī)是一臺安裝有測控軟件的工業(yè)計算機(jī)，通過USB接口與I/O卡通信，由I/O卡輸出連接到IGBT管的控制端柵極，通過控制IGBT管的通斷，實現(xiàn)測試主回路的電流調(diào)節(jié)和分?jǐn)啵?br> 所述采樣回路由正/負(fù)采樣端子、數(shù)據(jù)采集卡和分流器二次部分組成，數(shù)據(jù)采集卡的電壓采樣端連接正/負(fù)采樣端子，電流采樣端連接分流器二次輸出端；測試接入可調(diào)電阻性負(fù)載前的直流開路電壓及接入可調(diào)電阻性負(fù)載后的直流電壓和電流；
所述數(shù)據(jù)處理管理單元由管理機(jī)通過USB接口與數(shù)據(jù)采集卡通信，采集直流電壓和電流，并自動計算出直流電源系統(tǒng)該預(yù)設(shè)短路點處的短路電流，并通過USB接口與I/O卡通信，自動控制測試主回路的 電流調(diào)節(jié)和分?jǐn)?。本發(fā)明基于小電流突變的直流電源系統(tǒng)短路電流測試方法，其步驟為
1.試驗連線首先將現(xiàn)場直流系統(tǒng)待測饋線回路某一預(yù)設(shè)短路點直流斷路器斷開，解開其下口負(fù)荷，在該短路點斷路器下口的正、負(fù)接線端分別對應(yīng)連接上述測試裝置正、負(fù)主接線端子和測試裝置正、負(fù)采樣端子；在連好線路后，再閉合預(yù)設(shè)短路點直流斷路器，并保證待測直流饋線回路上其它所有直流保護(hù)電器都處于合位；
2.設(shè)置參數(shù)接線完成后，啟動管理機(jī)測控軟件，設(shè)置現(xiàn)場直流系統(tǒng)饋線回路直流保護(hù)電器的型號及額定電流值；
3.產(chǎn)生突變電流及數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置完成后，啟動測試，測試裝置中管理機(jī)通過USB接口與數(shù)據(jù)采集卡通信，由數(shù)據(jù)采集卡電壓采樣端采集直流開路電壓；再由管理機(jī)經(jīng)USB接口通過I/O卡連接各IGBT管控制端的柵極，根據(jù)設(shè)定參數(shù)中斷路器即測試裝置連接的斷路器的額定電流值，控制各電阻性負(fù)載接通個數(shù)產(chǎn)生合適的測試小電流，同時由管理機(jī)通過USB接口連接數(shù)據(jù)采集卡通過電壓、電流采樣端分別采集直流回路電壓和電流；采集完成后，再由管理機(jī)經(jīng)USB接口通過I/O卡控制各IGBT管的柵極斷開測試主回路；
4.進(jìn)行短路電流計算通過公式R=(E-U1)A1計算出直流系統(tǒng)待測的直流斷路器的下口預(yù)設(shè)短路點處等效電阻R，再通過公式I=E/R估算出該點真實短路電流I，公式中E代表所述直流開路電壓、U1代表所述直流回路電壓、I1代表所述直流回路電流、R代表直流系統(tǒng)回路等效電阻、I測試點實際短路電流；
5.現(xiàn)場恢復(fù)測試完成后，安全拆除試驗連接線，并恢復(fù)現(xiàn)場。其他位置的短路電流測試方法和上述方法是相同的。本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明所述測試裝置及方法可以實現(xiàn)通過測量小電流突變時的電流及電壓估算出實際短路電流的功能。工作原理為首先斷開所測直流電源系統(tǒng)某一級直流斷路器負(fù)荷側(cè)預(yù)設(shè)短路點處實際負(fù)荷，在該點測量直流電源的開路電壓E ;再在該預(yù)設(shè)短路點處經(jīng)過電阻性負(fù)載R1進(jìn)行小電流瞬時放電產(chǎn)生電流突變，測量此時的回路電壓U1和小電流I1,;然后通過公式R= (E-U1)/I1計算出直流系統(tǒng)回路等效電阻R ;最后通過公式I=E/R估算出該點實際短路電流I。本發(fā)明其優(yōu)點可總結(jié)為(1)該測試裝置及方法利用小電流突變法測試預(yù)估出實際短路電流，避免了直接短路時產(chǎn)生的大電流對蓄電池組的沖擊，減小了對蓄電池壽命的影響。(2)該方法操作安全、可靠，不會引起上一級保護(hù)電器越級跳閘造成其他正常饋線回路失電而導(dǎo)致電力事故，同時也消除了試驗過程中大電流對人身安全危害的隱患。(3)通過管理機(jī)進(jìn)行操作，整個測試過程自動完成，無需人工干預(yù)，操作簡單，使用方便。


圖I是本發(fā)明基于小電流突變的直流電源系統(tǒng)短路電流測試裝置實施例的原理圖，
圖2是本發(fā)明基于小電流突變的直流電源系統(tǒng)短路電流測試方法實施例的現(xiàn)場接線
圖，
圖3是本發(fā)明基于小電流突變的直流電源系統(tǒng)短路電流測試方法實施例的流程框圖。
具體實施例方式如圖I所示，一種電力直流電源系統(tǒng)短路電流測試裝置CSY，由測試主回路、控制回路、采樣回路和數(shù)據(jù)處理管理單元組成，包括一個以上的IGBT管Vl Vn，相應(yīng)的電阻性負(fù)載Rl Rn，分流器FL、I/0卡型號采用USB6009、數(shù)據(jù)采集卡型號采用USB5132、管理機(jī)MCU、正/負(fù)主接線端子I和正/負(fù)采樣端子2。上述各部分連接方式如下測試主回路由正/負(fù)主接線端子I、IGBT管Vl Vn的C、E極、電阻性負(fù)載Rl Rn和分流器FL的一次部分組成，在正/負(fù)主接線端子I之間串接IGBT管Vl Vn和電阻性負(fù)載Rl Rn的并聯(lián)回路和分流器FL —次接線端，構(gòu)成測試主回路；控制回路由管理機(jī)MCU、型號采用USB6009的I/O卡和IGBT管Vl Vn的控制端組成，管理機(jī)MCU是一臺安裝有測控軟件的工業(yè)計算機(jī)，通過USB接口與I/O卡通信，由I/O卡輸出連接IGBT管Vl Vn柵極，控制IGBT管Vl Vn的通斷，實現(xiàn)測試主回路的電流調(diào)節(jié)和分?jǐn)啵徊蓸踊芈酚烧?負(fù)采樣端子2、數(shù)據(jù)采集卡和分流器FL 二次部分組成，數(shù)據(jù)采集卡電壓采樣端連接正/負(fù)采樣端子2，電流采樣端連接分流器FL 二次輸出端。測試IGBT管Vl Vn都斷開時的直流開路電壓及IGBT管Vl Vn全部或部分接通時的直流電壓和電流；數(shù)據(jù)處理管理單元由上位管理機(jī)MCU通過USB接口與數(shù)據(jù)采集卡通信，采集直流電壓和電流，自動計算出直流電源系統(tǒng)該預(yù)設(shè)短路點處的短路電流，通過USB接口與I/O卡通信，自動控制測試主回路的電流調(diào)節(jié)和分?jǐn)?。測試試驗時，現(xiàn)場接線如圖2所示，斷開現(xiàn)場直流系統(tǒng)待測饋線回路直流斷路器SK3，解開其下口預(yù)設(shè)短路點處實際負(fù)荷，該斷路器SK3下口正、負(fù)接線端一方面對應(yīng)連接上述測試裝置CSY正、負(fù)主接線端子1，另一方面對應(yīng)連接上述測試裝置正、負(fù)采樣端子2 ;再閉合直流斷路器SK3，并保證待測直流饋線回路上其它所有直流保護(hù)電器(包括電池保險FU1、各級斷路器ZK1、ZK2、S12)都處于合位。如圖3所示，是基于小電流突變的電力直流電源系統(tǒng)短路電流測試方法流程框圖，包括以下幾個步驟
I :試驗連線首先將現(xiàn)場直流系統(tǒng)待測饋線回路預(yù)設(shè)短路點直流斷路器SK3斷開，解開其下口負(fù)荷，在該短路點斷路器下口的正、負(fù)接線端分別對應(yīng)連接上述測試裝置正、負(fù)主接線端子和測試裝置正、負(fù)采樣端子；在連好線路后，再閉合預(yù)設(shè)短路點直流斷路器SK3，并保證待測直流饋線回路上其它所有直流保護(hù)電器都處于合位。2 :設(shè)置參數(shù)。按圖2接線完成后，啟動管理機(jī)設(shè)置測控軟件，設(shè)置現(xiàn)場直流系統(tǒng)饋線回路直流保護(hù)電器(包括電池保險FU1、各級斷路器ZK1、ZK2、S12和SK3)的型號及額定電流值。3 :產(chǎn)生突變電流及數(shù)據(jù)采集。參數(shù)設(shè)置完成后，啟動測試，管理機(jī)MCU通過USB接口與數(shù)據(jù)采集卡USB5132通信，由數(shù)據(jù)采集卡USB5132電壓采樣端采集直流開路電壓E ;再由管理機(jī)MCU經(jīng)USB接口通過I/O卡USB6009連接IGBT管Vl Vn的G極，根據(jù)設(shè)定參數(shù)中斷路器SK3額定電流值，控制電阻性負(fù)載Rl Rn接通個數(shù)產(chǎn)生合適的測試小電流，同時由管理機(jī)MCU通過USB接口連接數(shù)據(jù)采集卡USB5132通過電壓、電流采樣端分別采集直流回路電壓Ul和電流Il ;采集完成后，再由管理機(jī)MCU經(jīng)USB接口通過I/O卡USB6009控制IGBT管Vl Vn的G極斷開測試主回路。
4 :短路電流計算。通過公式R=(E-U1)A1計算出直流系統(tǒng)直流斷路器SK3下口預(yù)設(shè)短路點處等效電阻R，再通過公式I=E/R估算出該點真實短路電流I。5:現(xiàn)場恢復(fù)。測試完成后，安全拆除試驗連接線，并恢復(fù)現(xiàn)場。其他位置的短路電流測試方法與上述過程相同。
權(quán)利要求
1.一種基于小電流突變電力直流電源系統(tǒng)短路電流測試裝置，其特征在于所述測試裝置由測試主回路、控制回路、采樣回路和數(shù)據(jù)處理管理單元組成； 所述測試主回路由正/負(fù)主接線端子、一個以上IGBT管和電阻性負(fù)載、分流器一次部分組成，在正/負(fù)主接線端子之間串接IGBT管和電阻性負(fù)載的并聯(lián)回路和分流器一次接線端，構(gòu)成測試主回路； 所述控制回路由管理機(jī)、I/O卡和各IGBT管控制端組成，所述管理機(jī)是一臺安裝有測控軟件的工業(yè)計算機(jī)，通過USB接口與I/O卡通信，由I/O卡輸出連接到IGBT管的控制端柵極，通過控制IGBT管的通斷，實現(xiàn)測試主回路的電流調(diào)節(jié)和分?jǐn)啵? 所述采樣回路由正/負(fù)采樣端子、數(shù)據(jù)采集卡和分流器二次部分組成，數(shù)據(jù)采集卡的電壓采樣端連接正/負(fù)采樣端子，電流采樣端連接分流器二次輸出端； 所述數(shù)據(jù)處理管理單元由管理機(jī)通過USB接口與數(shù)據(jù)采集卡通信，采集直流電壓和電流，并自動計算出直流電源系統(tǒng)該預(yù)設(shè)短路點處的短路電流，通過USB接口與I/O卡通信，自動控制測試主回路的電流調(diào)節(jié)和分?jǐn)唷?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求I的基于小電流突變電力直流電源系統(tǒng)短路電流測試裝置的測試方法，其特征在于其方法步驟為 (1)試驗連線首先將現(xiàn)場直流系統(tǒng)待測饋線回路某一預(yù)設(shè)短路點直流斷路器斷開，解開其下口負(fù)荷，在該短路點斷路器下口的正、負(fù)接線端分別對應(yīng)連接上述測試裝置正、負(fù)主接線端子和測試裝置正、負(fù)采樣端子；在連好線路后，再閉合預(yù)設(shè)短路點直流斷路器，并保證待測直流饋線回路上其它所有直流保護(hù)電器都處于合位； (2)設(shè)置參數(shù)接線完成后，啟動管理機(jī)測控軟件，設(shè)置現(xiàn)場直流系統(tǒng)饋線回路直流保護(hù)電器的型號及額定電流值； (3)產(chǎn)生突變電流及數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置完成后，啟動測試，測試裝置中管理機(jī)通過USB接口與數(shù)據(jù)采集卡通信，由數(shù)據(jù)采集卡電壓采樣端采集直流開路電壓；再由管理機(jī)經(jīng)USB接口通過I/O卡連接各IGBT管控制端的柵極，根據(jù)設(shè)定參數(shù)斷路器即測試裝置連接的斷路器的額定電流值，控制各電阻性負(fù)載接通個數(shù)產(chǎn)生合適的測試小電流，同時由管理機(jī)通過USB接口連接數(shù)據(jù)采集卡通過電壓、電流采樣端分別采集直流回路電壓和電流；采集完成后，再由管理機(jī)經(jīng)USB接口通過I/O卡控制各IGBT管的柵極斷開測試主回路； (4)進(jìn)行短路電流計算通過公式R=(E-U1VI1計算出直流系統(tǒng)待測的直流斷路器的下口預(yù)設(shè)短路點處等效電阻R，再通過公式I=E/R估算出該點真實短路電流I，公式中E代表所述直流開路電壓、U1代表所述直流回路電壓、I1代表所述直流回路電流、R代表直流系統(tǒng)回路等效電阻、I測試點實際短路電流； (5)現(xiàn)場恢復(fù)測試完成后，安全拆除試驗連接線，并恢復(fù)現(xiàn)場。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于小電流突變的直流電源系統(tǒng)短路電流測試裝置及方法，其裝置由測試主回路、控制回路、采樣回路和數(shù)據(jù)處理管理單元組成，包括一個以上的IGBT管V1～Vn，相應(yīng)的電阻性負(fù)載R1～Rn，分流器FL、I/O卡、數(shù)據(jù)采集卡、管理機(jī)MCU、正/負(fù)主接線端子1和正/負(fù)采樣端子2。其方法包括1.試驗連線，2.設(shè)置參數(shù)，3.產(chǎn)生突變電流及數(shù)據(jù)采集，4.短路電流計算，5.現(xiàn)場恢復(fù)。本發(fā)明其針對現(xiàn)有電力直流系統(tǒng)短路電流測試方法的不足，實現(xiàn)了直流電源系統(tǒng)各級短路電流的測試預(yù)估，進(jìn)而可以校驗直流電源保護(hù)電器的選擇性。
文檔編號G01R19/00GK102636683SQ20121014517
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者李秉宇, 潘瑾, 王浩彬, 范輝, 郝曉光, 陳曉東, 馬建輝 申請人:河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗所