基于大功率快充技术的手持式二次回路消缺测试仪的研究与探讨--中国期刊网

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基于大功率快充技术的手持式二次回路消缺测试仪的研究与探讨

发表时间：2020/5/9 来源：《电力设备》2020年第2期作者：寇琰柴小亮

[导读] 摘要：现有常规继电保护测试仪工作环境的搭建准备至少需要2人才能完成，使得测试仪的准备占用了缺陷查找人员的很大部分工作时间。

        (国网宁夏银川供电公司宁夏银川 750001)
        摘要：现有常规继电保护测试仪工作环境的搭建准备至少需要2人才能完成，使得测试仪的准备占用了缺陷查找人员的很大部分工作时间。为了提高现场工作效率，减轻测试工作强度，研制轻量化手持式的二次回路消缺测试仪具有重要的意义。手持式的二次回路消缺测试仪配备锂电池供电，触摸屏操作，重量在3公斤以内，满足二次回路消缺和运维要求。
        关键字：继电保护测试仪、手持式、大功率快充
        1、引言
        随着数字电力技术和功率电子技术的发展，国内外继电保护测试仪生产企业也都对测试仪的体积的减小和重量的减轻有过研究，但受制于继电保护测试仪各项指标的要求，所以继电保护测试仪的重量和体积变化不大。国际上知名的继电保护测试仪生产企业OMICRON公司生产的COMPANO 100采用电池供电，但其仍然按照20A电流输出设计，使得重量也达到了10 kg，无法达到手持的要求，现场使用携带仍然不方便。
        2、研究的必要性
        现有的常规继电保护测试仪有以下几个方面的因素影响现场工作效率。一是重量重，体积大，一般测试仪裸机重量在20公斤左右，加上仪器箱的重量，仪器的总重超过30公斤，作业时需要两人才能搬运。第二，测试仪工作时需要使用AC220V的市电供电，电源盘放线的长度有时达到几十米，使得现场准备工作时间较长。试验结束后的工器具整理也要占用很多时间，大大影响了运维工作效率。第三，在二次通流查验证回路试验时，需要和监控后台工作人员、主站运行人员进行通话配合进行工作，需要不断地更换间隔，搬动仪器及交流供电电源线，需要频繁关机和开机，这些工作因为仪器移动不方便而影响工作效率。日常运维的大部分工作是查验二次回路、采样精度检查、遥测值的对点和整组传动试验，正常只需要施加三相1A或者5A二次额定电流、三相57.74V额定电压即可满足试验要求。
        3、技术方案
        任务1 小型电流和电压功率放大器模块的开发
        1）电流功率放大器模块
        2）电压功率放大器模块
        研发线性功率放大器，使得输出波形光滑，不产生高次谐波，输出精度达到0.1%。小电流波形无电池污染，不会干扰测试现场的电气设备
        为满足三相电流三相电压同时加量，设计的电流功率放大器模块采用3路电流输出，电压功率放大器模块采用3路电压输出，单相电流最大输出功率20VA，电压最大输出功率30VA/相。
        每周波1000点的高精度，波形发生使测试仪10Hz ～1000Hz输出，误差小于0.2%。瞬态响应快且无畸变，电压电流上升下降时间小于100 μs。

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        任务2 电源模块的设计和开发
        （1）电源模块的开发，实现电源的升压，为电流电压功率放大器模块、液晶显示器组件和控制电源组件提供电压；
        （2）大功率快速充电技术研究和开发。
        电源采用成熟的开关电源模块组件，开关电源体积小，重量轻，极高的工作效率能够减少测试仪的功耗，减少元件发热。大功率快速充电技术研究和开发，使得充电100%的时间控制在1.5个小时。
        任务3 结构设计，保护电路的设计和开发
        设计过热和过载保护电路，通过硬件实现电压源短路、电流源开路、过热及信号失真检测，完成对电源信号的开路、短路、过负荷、供电电压异常及测试仪主机超温等不正常工况的监测，保证仪器的使用安全。
        电流源输出回路开路或负载电阻大于最大负载而引起输出电流失真时，面板上对应的电流开路指示灯闪烁信号，指示电流回路开路或过载引起的电流输出失真。
        电压源输出回路短路或过载引起输出电压失真，失真检测电路自动关闭电压放大器，同时点亮位于面板上的电压输出短路指示灯。短路或过载状态消失后，电压放大器自动恢复工作。
        采用集中风冷散热系统，将风道与箱内电路板电子元器件完全隔离，并在机箱内形成正压防止有害气体、粉尘对电路的污染，保证长期工作后机内电路的清洁。采用了智能风机系统，风量由机箱内的温度传感器控制。正常工作时风机低速以保持工作环境安静。当机箱内温度达到50℃以上时，风扇转速自动加快，大大提高散热能力。精心的结构设计和热设计，使手持结构的设计也能满足长时间5A电流输出以及长时间的工作能力，而且大大提高了其运行的稳定和可靠性。
        任务4 测试仪功能模块的开发，测试仪采用Linux系统，测试模块适用Linux系统环境运行
        开发手动测试、状态序列、动作时间、低周减载、谐波测试等功能模块，并能适应Linux操作系统环境运行，保证测试系统的运行稳定。
        采用QT平台，友好的人机交互界面，不同于Windows操作界面，适用于触摸操作，使得参数输入和各种控制功能简单易用，方便快捷。
        4、发现及创新点
        （1）小型电流和电压线性功率放大器模块的设计和开发，控制体积和重量的前提下，仍保证高效稳定的电流和电压输出，输出波形平滑，输出精度高，瞬态响应快且无畸变；
        （2）手持结构设计，锂电池供电，并运用高功率快充技术和独特的热设计，使测试仪能满足手持要求，并能满足5A电流连续输出以及长时间的工作续航能力和散热要求；
        （3）采用Linux操作系统，保证测试系统的运行稳定；使用高清电容液晶显示屏，支持全触摸操作，改变以往Windows系统操作习惯，更友好的人机交互，操作方便快捷。