一种基于LabVIEW的断路器分合闸电阻测试系统研究

刘 嵘

一种基于LabVIEW的断路器分合闸电阻测试系统研究

刘 嵘

刘 嵘1沈庆河1刘 辉1雍 军2杨 波2

1.山东电力研究院；2.国网山东省电力公司

引言

在电力系统中，线路合闸是常见的操作。断路器故障大部分是由于操作过电压引起。通过测量断路器的分合闸电阻值，能够判断断路器的健康状态。《电力设备交接和预防性试验规程》要求对高压断路器进行合闸电阻值及投入时间的测试，通过测试，可以提前发现相关问题，减少电网突发事故发生。

目前国内只有少数仪器设备能成功地在断路器操作时测量其合闸电阻，而且绝大多数只能测量无并联电阻的断路器的合闸时间，而无法直接测量带并联电阻的断路器的合闸电阻值及投入时间。国外也只有少数断路器生产厂商有相应的测试设备，但价格相当昂贵。因此，研发断路器分合闸电阻测试系统势在必行。

断路器分合闸电阻测试系统介绍

系统概述

断路器的合闸电阻一般放置于断路器内部，因此对其测量有一定难度。为了更加准确、有效地评价断路器的自身健康状态。方便现场测量断路器的分合闸电阻，本系统采用了先进的虚拟仪器技术，虚拟仪器功能灵活性强，不但可以实现较复杂的测量功能，还提供了大量丰富的库函数。这些函数功能十分强大，包括从信号的采集到数字信号的分析计算，以及网络通信等。

本系统实现了对断路器合闸电阻、隔离开关分合闸电阻以及电阻投入时间测量的同时，用户还可以将数据保存到数据库中，并可以进行数据查询、生成报表等更多功能的操作。方便用户快速准确各现场断路器的健康状况，保证了电网的安全运行。

系统结构及原理

断路器分合闸电阻测试系统是运用了当今国际上测控领域先进的虚拟仪器技术，采用PC-DAQ结构，用LabVIEW软件平台编程，完成对断路器合闸电阻、隔离开关分合闸电阻以及电阻投入时间的测量，实现对断路器和隔离开关的工作状况做出预测。

系统总体结构

系统的总体结构如图1所示，从系统测量单元引出的测试线通过挂杆分别挂接在A相、B相和C相的断路器（隔离开关）上，当断路器合闸（隔离开关分合闸）时，经过挂杆输出信号，通过测试线传到系统测量单元，经数据采集卡采集，最后采集的数据通过网线传至笔记本电脑中，测试仪通过软件设置，可以实现对信号的分析处理、数据保存、数据查询、生成报表等功能。

图1 系统总体结构

系统测量原理

测试系统的电路原理示意图如图2所示。

测量合闸的测量原理为：设U0为电源电压。当断路器（隔离开关）的电阻触头S2闭合，主触头S1断开时，测量信号输出点的电压值UX为UX1；当断路器的主触头S1和电阻触头S2都闭合时，测量信号输出点的电压值UX为UX2。

经计算得出，二极管D1的压降Ud为：

图2 电路原理示意图

在断路器的电阻触头S2闭合，主触头S1断开时，R3和Rx的并联电阻值R合为：

合闸电阻的计算公式为：

分闸的测量原理为：当断路器（隔离开关）的主触头S1断开，电阻触头S2仍闭合时，测量信号输出点的电压为UX1；当电阻触头S2断开，即两触头都断开处于分闸状态时，断口处于断路状态，测量信号输出点的电压为UX2。

经计算，二极管D1的压降Ud为：

在断路器的电阻触头S2闭合，主触头S1断开时，R3和Rx的并联阻值R合为：

分闸电阻的计算公式为：

当测量信号输出点测得的电压值UX发生改变时，说明有触头动作，分别记下触头动作的时间T1、T2，因此电阻的投入时间T即为T=T2-T1。

硬件结构设计

测试仪的硬件部分包笔记本电脑、基于网络接口的数据采集卡和系统测量单元。硬件电路采用模块化设计，主要实现信号的有效获取，使整个仪器稳定、可靠的工作。

图3 软件总体结构

系统测量单元主要由电源模块、信号隔离取样模块、信号滤波放大模块组成，测量信号输出点输出测量信号，并将其送到数据采集卡。

基于网络接口的数据采集卡具有单端输入32路，双端输入16路的16位模拟输入通道，100Kbs/s的采样速率；16路I/O。

系统软件设计

软件采用美国国家仪器有限公司的LabVIEW软件平台设计而成。该软件特点是性能高、扩展性强、开发时间短。其图形化开发环境，内置信号采集、测量分析与数据显示功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，提供强大功能的同时还保证了系统灵活性。将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中，可在该平台上无缝地集成一套完整的应用方案。测试软件界面友好，清晰易懂，操作简便。

测试软件主要实现信号采集、数据分析计算、数据存储，并进行数据库管理、生成报表等功能。测试软件软件结构合理，功能齐全。其总体结构如图3所示，系统软件功能模块可以分为两大部分：信号采集计算以及数据查询。

结语

本文介绍了一种基于LabVIEW的断路器分合闸电阻测试系统，实现了断路器分合闸电阻的现场快速、准确测量，提高了现场检测效率，方便用户及时掌握断路器设备的运行状况，减少电网突发事故的发生，节省了维护和检测成本。通过实验室验证和现场实际测试，证明系统的可行性、测量准确性，帮助用户找出故障断路器，提前制定应对措施，取得非常好的社会效益和经济效益。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.054