断路器导电回路电阻智能测试的研究
|
摘要
断路器导电回路电阻是标志断路器质量的主要参数之一，其值的大小直接影响到断路器通载额定工作电流时的温升以及短路状态下的动热稳定性。断路器导电回路电阻主要取决于动、静触头之间的接触电阻。接触电阻一般是微欧级的小电阻。目前最常用的接触电阻测试仪器是微欧仪，这些仪器普遍采用大电流恒流源，因此体积和重量都很大。
本论文提出了一种新的电源方式—脉冲电源，开发了一种新型回路电阻测试仪。脉冲电源的使用使测试仪体积和重量大大减小，便于携带和现场测试使用。仪器在设计中采用了单片机测试控制系统对脉冲电源进行充、放电控制，对数据进行采集、转换和处理，最后用LED数码管显示被测断路器接触电阻值和放电回路电流的峰值。
该仪器的电压、电流信号的测量均采用工程实际中经常使用的四端子接线技术，有效的减少了引线电阻带来的测量误差。在硬件电路中使用了精密的仪用放大器对需要测试的信号进行放大，同时还使用光电耦合器件、继电器和滤波电路等来减小各种干扰。在软件设计中，使用数字滤波等方法来减小系统的测量误差。
经实验检验，本研究开发的新型回路电阻测试仪具有良好的人机界面，操作简单，经济实用。
Circuit resistance of breaker is one of the most important parameters which determine the quality of breaker. It can directly affect the temperature rising when the rated current passes through breaker and the moving thermal stability at the over loading moment. The resistance mostly lies on the contact resistance between moving and static contact of breaker. The value of the contact resistance is very small with micro ohm scalar. Micro ohm meter has been used to measure the contact resistance commonly at present. Since the constant-current source is used, the volume and weight of micro ohm meter is very large.
In this design, a new instrument using pulse power supply is introduced to measure the contact resistance. The volume and weight of the new instrument is minished and it can be used expediently. In the new instrument a system of MCU is applied to control charging or discharging the pulse power supply, collects convert and operate data, and then display the value of the contract resistance and the peak value of discharging circuit current with LED.
In the instrument the measurement of voltage and current adopt the technology of four-terminal connection which is used usually in engineering practice to reduce the system error on collecting signals. In the hardware instrument amplifiers are used to amplify the signals, at the same time Phototubes relay and filter circuit are adopted to reduce interference. In software program of digital filter can be compiled to reduce the measure error.
It has been proved by experiments that the new intelligent instrument has a favorable interface, can be handled simply Eind has low cost.
本论文提出了一种新的电源方式—脉冲电源，开发了一种新型回路电阻测试仪。脉冲电源的使用使测试仪体积和重量大大减小，便于携带和现场测试使用。仪器在设计中采用了单片机测试控制系统对脉冲电源进行充、放电控制，对数据进行采集、转换和处理，最后用LED数码管显示被测断路器接触电阻值和放电回路电流的峰值。
该仪器的电压、电流信号的测量均采用工程实际中经常使用的四端子接线技术，有效的减少了引线电阻带来的测量误差。在硬件电路中使用了精密的仪用放大器对需要测试的信号进行放大，同时还使用光电耦合器件、继电器和滤波电路等来减小各种干扰。在软件设计中，使用数字滤波等方法来减小系统的测量误差。
经实验检验，本研究开发的新型回路电阻测试仪具有良好的人机界面，操作简单，经济实用。
Circuit resistance of breaker is one of the most important parameters which determine the quality of breaker. It can directly affect the temperature rising when the rated current passes through breaker and the moving thermal stability at the over loading moment. The resistance mostly lies on the contact resistance between moving and static contact of breaker. The value of the contact resistance is very small with micro ohm scalar. Micro ohm meter has been used to measure the contact resistance commonly at present. Since the constant-current source is used, the volume and weight of micro ohm meter is very large.
In this design, a new instrument using pulse power supply is introduced to measure the contact resistance. The volume and weight of the new instrument is minished and it can be used expediently. In the new instrument a system of MCU is applied to control charging or discharging the pulse power supply, collects convert and operate data, and then display the value of the contract resistance and the peak value of discharging circuit current with LED.
In the instrument the measurement of voltage and current adopt the technology of four-terminal connection which is used usually in engineering practice to reduce the system error on collecting signals. In the hardware instrument amplifiers are used to amplify the signals, at the same time Phototubes relay and filter circuit are adopted to reduce interference. In software program of digital filter can be compiled to reduce the measure error.
It has been proved by experiments that the new intelligent instrument has a favorable interface, can be handled simply Eind has low cost.
引文
[1] 张节容等．高压电器原理和应用．北京：清华大学出版社，1989．277页
[2] 林莘．现代高压电器技术．北京：机械工业出版社，2003．160页
[3] 徐国政．高压断路器原理和应用．北京：清华大学出版社，2002．240页
[4] Michael Stanek. Model-based Diagnosis-A New Method for Online Condition Assessment of High Voltage Circuit Breakers. IEEE PWRD, April 2000, 15(2): 585～590
[5] 郭仲礼．高压电工实用技术．北京：机械工业出版社，2002．175页
[6] Greenwood, A.N. Electric power switches. IEEE, 1991 (6): 1132～1142
[7] Li Wenhua. A Testing Instrument for Dynamic Contact Resistance. IEEE, 1999: 124～127
[8] 苑舜．高压开关设备状态监测与诊断技术．北京：机械工业出版社，2001．80页
[9] Wenhua Li. Study and reliability analysis on testing instrument for dynamic contact resistance on contact. IEEE, 2000: 109～114
[10] 高飞，李洪春，邹积岩．断路器导电回路电阻的测量．仪器仪表用户，2002，9(43)：36～38页
[11] 许昕．脉冲电流测量小电阻．电子工程师，2001(8)：38～39页
[12] 李奎等．接触电阻新型测量方法的研究．电气开关，1997(6)：26～33页
[13] 刘帼巾．电器触点接触电阻测量装置的研究．电测与仪表，2001，38(422)：15～16页
[14] 赵少波．毫欧姆级电阻测量电路设计．仪器仪表学报，2001(4)：136～138页
[15] Martin H.B. de Grijp. Condition monitoring of high voltage circuit breaker. IEEE, 1996: 880～885
[16] 牛文静，李洪春．一种新型的断路器接触电阻测试仪的研究．电工技术杂志，2003，4～6页
[17] 李建明，朱康．高压电气设备试验方法．北京：中国电力出版社，2001．634页
[18] M.Runde T.Aurud L.E. Lundgaard. Acoustic Diagnosis of High Voltage Circuit Breakers..IEEE PWRD, July 1992, 7(3): 1306～1315
[19] 李晶．回路电阻测量压降法与电桥法的差异．四川电力技术，2000(2)：18页
[20] 黄义雄．智能高精度微电阻测试仪．现代电子技术，1997：20～22页
[21] 王幸之．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2001．198页
[22] 陈慈萱，马志瀛．高压电器．北京：水利电力出版社，1987．193页
[23] 邱关源．电路．北京：高等教育出版社，2002．300页
[24] T.Yamagiwa. Development of Preventive Maintenance System For Highly Reliable Gas Insulated Switchgear. IEEE PWRD, April 1991, 6(2): 840～846
[25] 腾召胜，江岳春．便携式智能仪器实用抗干扰研究冲国仪器仪表，1999(2)：12～14页
[26] Ma shaohua. A method for intellectualized detection and fault diagnosis of vacuum circuit breakers. IEEE, 2000: 771～774
[27] 王长龙等．智能仪器仪表中单片机的抗干扰措施冲国仪器仪表，1998(5)：16～17页
[28] 高辉，刘建新．智能仪器的抗干扰技术．工业仪表与自动化装置，2000(4)：63～66页
[29] 阳勇，熊会．光电耦合器在电源技术中的应用．国外电子元器件，2002(5)：67～70页
[30] 戴育航，钱照明．磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用．电力电子技术，1999(2)：54～57页
[31] Zhou Huigao. Development and improvement of digitized measuring system of arc voltage for high voltage circuit breaker. IEEE, 2002(1): 104～109
[32] 张维等．一种高精度信号调理电路．自动化仪表，2001(12)：56～58页
[33] 胡大可等．基于单片机8051的嵌入式开发指南．北京：电子工业出版社，2003．295页
[34] V.Demjanenko. A Noninvasive Diagnostic Instrument For Power Circuit Breakers. IEEE PWRD, April 1992, 7(2): 656～663
[35] 范毅明．8031单片机构成的真空接触器自动测试系统．电子技术，1995(10)：11～14页
[36] 赵新民．智能仪器设计基础．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999．227页
[37] 李广弟等．单片机基础．北京：北京航空航天大学出版社，2003．318页
[38] 胡汉才．单片机原理及其接口技术．北京：清华大学出版社，1998．415页
[39] 刘大茂．智能仪器．北京：机械出版社，1998，89页
[40] 高玉良，李延辉．高速高精度A／D变换器系统的工程设计．电子工程师，1999(8)：19～26页
[41] 胡屏，柏军．单片机应用系统中的看门狗技术．吉林大学学报，2003(2)：205～208页
[42] Anton Poeltl. Experiences with condition monitoring of HV circuit breakers. IEEE, 2001: 1077～1082
[43] Buffalo. Noninvasive Condition Assessment and Event Timing For Power Circuit Breakers. IEEE PWRD, Jan 1992, 7(1): 353～360
[44] 韩启纲．智能化仪表原理与使用维修．北京：中国计量出版社，2002，60页
[45] Fletcher, P.L.A summary of the final results and conclusions of the second international enquiry on the reliability of high voltage circuit-breakers.IEE, 1995: 24～30
[46] 常江．LED显示驱动器MAX7219原理及应用．电测与仪表，1996(6)：35～38页
[47] 赵昕，刘洪涛．高线性模拟光耦HCNR201原理及其在检测电路中的应用．国外电子元器件，2003(2)，24～25页
[48] 张培仁．基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用．北京：清华大学出版社，2002，377页
[49] John J. Shea. Measuring molded cases circuit breaker resistance. IEEE, 1992: 159～165
[50] Schavemaker, P.H. Digital testing of high-voltage circuit breakers, IEEE, 2000(13): 52～56
[51] 刘元安等译．电磁兼容和印刷电路板．北京：人民邮电出版社，2002．219页
[52] 生建友，曹春节．印制电路板物理设计的三要素．电讯技术，2000(2)：29～33页
[53] Shaohua Ma. An approach for intelligent detection and fault diagnosis of vacuum circuit breakers; IEEE, 2002: 226～229
[54] 高忠民．印制电路板设计的一般考虑．安全与电磁兼容，1998(4)：13～15页
[55] 杨秀敏，张镭．单片机系统的硬件抗干扰技术．微处理机，1996(4)：38～41页
[56] 杨志亮．Protel 99 SE电路原理图设计技术．西安：西北工业大学出版社，2002．277页
[57] 谢淑如等．Protel PCB 99 SE电路板设计．北京：清华大学出版社，2001．517页
[58] B.L.Sheng. A New Synthetic Test Circuit for Ultra High Voltage Circuit Breakers. IEEE PWRD, Oct 1997, 12(4): 1514～1519
[59] 海涛．印制板设计的电磁抑制技术．通讯技术，2000(2)：98～100页
[2] 林莘．现代高压电器技术．北京：机械工业出版社，2003．160页
[3] 徐国政．高压断路器原理和应用．北京：清华大学出版社，2002．240页
[4] Michael Stanek. Model-based Diagnosis-A New Method for Online Condition Assessment of High Voltage Circuit Breakers. IEEE PWRD, April 2000, 15(2): 585～590
[5] 郭仲礼．高压电工实用技术．北京：机械工业出版社，2002．175页
[6] Greenwood, A.N. Electric power switches. IEEE, 1991 (6): 1132～1142
[7] Li Wenhua. A Testing Instrument for Dynamic Contact Resistance. IEEE, 1999: 124～127
[8] 苑舜．高压开关设备状态监测与诊断技术．北京：机械工业出版社，2001．80页
[9] Wenhua Li. Study and reliability analysis on testing instrument for dynamic contact resistance on contact. IEEE, 2000: 109～114
[10] 高飞，李洪春，邹积岩．断路器导电回路电阻的测量．仪器仪表用户，2002，9(43)：36～38页
[11] 许昕．脉冲电流测量小电阻．电子工程师，2001(8)：38～39页
[12] 李奎等．接触电阻新型测量方法的研究．电气开关，1997(6)：26～33页
[13] 刘帼巾．电器触点接触电阻测量装置的研究．电测与仪表，2001，38(422)：15～16页
[14] 赵少波．毫欧姆级电阻测量电路设计．仪器仪表学报，2001(4)：136～138页
[15] Martin H.B. de Grijp. Condition monitoring of high voltage circuit breaker. IEEE, 1996: 880～885
[16] 牛文静，李洪春．一种新型的断路器接触电阻测试仪的研究．电工技术杂志，2003，4～6页
[17] 李建明，朱康．高压电气设备试验方法．北京：中国电力出版社，2001．634页
[18] M.Runde T.Aurud L.E. Lundgaard. Acoustic Diagnosis of High Voltage Circuit Breakers..IEEE PWRD, July 1992, 7(3): 1306～1315
[19] 李晶．回路电阻测量压降法与电桥法的差异．四川电力技术，2000(2)：18页
[20] 黄义雄．智能高精度微电阻测试仪．现代电子技术，1997：20～22页
[21] 王幸之．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2001．198页
[22] 陈慈萱，马志瀛．高压电器．北京：水利电力出版社，1987．193页
[23] 邱关源．电路．北京：高等教育出版社，2002．300页
[24] T.Yamagiwa. Development of Preventive Maintenance System For Highly Reliable Gas Insulated Switchgear. IEEE PWRD, April 1991, 6(2): 840～846
[25] 腾召胜，江岳春．便携式智能仪器实用抗干扰研究冲国仪器仪表，1999(2)：12～14页
[26] Ma shaohua. A method for intellectualized detection and fault diagnosis of vacuum circuit breakers. IEEE, 2000: 771～774
[27] 王长龙等．智能仪器仪表中单片机的抗干扰措施冲国仪器仪表，1998(5)：16～17页
[28] 高辉，刘建新．智能仪器的抗干扰技术．工业仪表与自动化装置，2000(4)：63～66页
[29] 阳勇，熊会．光电耦合器在电源技术中的应用．国外电子元器件，2002(5)：67～70页
[30] 戴育航，钱照明．磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用．电力电子技术，1999(2)：54～57页
[31] Zhou Huigao. Development and improvement of digitized measuring system of arc voltage for high voltage circuit breaker. IEEE, 2002(1): 104～109
[32] 张维等．一种高精度信号调理电路．自动化仪表，2001(12)：56～58页
[33] 胡大可等．基于单片机8051的嵌入式开发指南．北京：电子工业出版社，2003．295页
[34] V.Demjanenko. A Noninvasive Diagnostic Instrument For Power Circuit Breakers. IEEE PWRD, April 1992, 7(2): 656～663
[35] 范毅明．8031单片机构成的真空接触器自动测试系统．电子技术，1995(10)：11～14页
[36] 赵新民．智能仪器设计基础．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999．227页
[37] 李广弟等．单片机基础．北京：北京航空航天大学出版社，2003．318页
[38] 胡汉才．单片机原理及其接口技术．北京：清华大学出版社，1998．415页
[39] 刘大茂．智能仪器．北京：机械出版社，1998，89页
[40] 高玉良，李延辉．高速高精度A／D变换器系统的工程设计．电子工程师，1999(8)：19～26页
[41] 胡屏，柏军．单片机应用系统中的看门狗技术．吉林大学学报，2003(2)：205～208页
[42] Anton Poeltl. Experiences with condition monitoring of HV circuit breakers. IEEE, 2001: 1077～1082
[43] Buffalo. Noninvasive Condition Assessment and Event Timing For Power Circuit Breakers. IEEE PWRD, Jan 1992, 7(1): 353～360
[44] 韩启纲．智能化仪表原理与使用维修．北京：中国计量出版社，2002，60页
[45] Fletcher, P.L.A summary of the final results and conclusions of the second international enquiry on the reliability of high voltage circuit-breakers.IEE, 1995: 24～30
[46] 常江．LED显示驱动器MAX7219原理及应用．电测与仪表，1996(6)：35～38页
[47] 赵昕，刘洪涛．高线性模拟光耦HCNR201原理及其在检测电路中的应用．国外电子元器件，2003(2)，24～25页
[48] 张培仁．基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用．北京：清华大学出版社，2002，377页
[49] John J. Shea. Measuring molded cases circuit breaker resistance. IEEE, 1992: 159～165
[50] Schavemaker, P.H. Digital testing of high-voltage circuit breakers, IEEE, 2000(13): 52～56
[51] 刘元安等译．电磁兼容和印刷电路板．北京：人民邮电出版社，2002．219页
[52] 生建友，曹春节．印制电路板物理设计的三要素．电讯技术，2000(2)：29～33页
[53] Shaohua Ma. An approach for intelligent detection and fault diagnosis of vacuum circuit breakers; IEEE, 2002: 226～229
[54] 高忠民．印制电路板设计的一般考虑．安全与电磁兼容，1998(4)：13～15页
[55] 杨秀敏，张镭．单片机系统的硬件抗干扰技术．微处理机，1996(4)：38～41页
[56] 杨志亮．Protel 99 SE电路原理图设计技术．西安：西北工业大学出版社，2002．277页
[57] 谢淑如等．Protel PCB 99 SE电路板设计．北京：清华大学出版社，2001．517页
[58] B.L.Sheng. A New Synthetic Test Circuit for Ultra High Voltage Circuit Breakers. IEEE PWRD, Oct 1997, 12(4): 1514～1519
[59] 海涛．印制板设计的电磁抑制技术．通讯技术，2000(2)：98～100页