基于GB22794标准的剩余电流断路器检测装置的设计

/浙江方圆电气设备检测有限公司 吴卫东 矫财东 王国忠 浙江永继电气限公司 龚根华/

基于GB22794标准的剩余电流断路器检测装置的设计

/浙江方圆电气设备检测有限公司 吴卫东 矫财东 王国忠 浙江永继电气限公司 龚根华/

针对GB22794标准的要求，本文进行了与标准相结合的功能分析，并研发了一种智能型剩余电流测试装置。该设备集测量、控制和通信于一体，可靠性高，自动化程度高及使用方便等特点，可提高检测的效率和质量。

GB22794；智能化；检测

0 引言

随着以光伏发电、风力发电、变频器技术以及电动汽车充电技术为应用对象的电力电子技术的迅猛发展，直交变换及交直交变换技术也得到了广泛应用，多种复合型的剩余电流如纯直流剩余电流、高频剩余电流等新剩余电流也随之产生，B型剩余电流保护器（也称全电流保护器）也就应运而生。

IEC标委会在2007年推出了IEC 62423：2007《家用和类似用途不带和带过电流保护的B型剩余电流动作断路器（B型RCCB和B型RCBO）》，我国于2008年推出了GB 22794—2008国标，等同采用IEC 62423：2007。2009年，IEC标委会修改了IEC 62423：2007，推出了IEC 62423：2009《家用和类似用途不带和带过电流保护的F型和B型剩余电流动作断路器》，主要补充增加了F型剩余电流装置类别。为此，我国于2016年完成GB 22794—XXXX/ IEC62423：2009国标的送审稿。根据标准GB22794规定要求：“B型RCCB和B型RCBO在1000Hz及以下的正弦交流剩余电流、脉动直流剩余电流以及三相供电时的平滑直流剩余电流均能提供保护”[1]。该标准要求该类剩余电流装置须“如GB16916.1—2003或GB16917.1—2003（使用时）的A型那样确保脱扣，此外，还能在下列电流下确保脱扣的剩余电流装置：——1000Hz及以下的正弦交流剩余电流；——交流剩余电流叠加平滑直流剩余电流；——脉动直流剩余电流叠加平滑直流剩余电流；——两相或多相整流电路产生的脉动直流剩余电流；——平滑直流剩余电流。”此类产品的核心技术多为国外大公司掌控，国内可生产此类产品的企业较少。同样，具有此类检测能力的试验设备也少之又少。随着电力电子产品的应用，该类产品会越来越多，与之配套的检测设备与检测能力建设也就势在必行。该试验项目是剩余电流断路器检测试验的关键项目之一，也是剩余电流断路器认证的重点。为此，本文研究并设计了一种可满足GB22794标准要求检测的试验设备，该设备智能化程度高、操作简单，可提高检测质量，加快产品研发速度。

1 试验设备的开发

考虑到GB22794标准的试验要求，本智能型断路器试验系统架构如下。

1.1 系统架构

系统的具体的架构图如图1所示。

图1 系统架构图

本智能型断路器试验系统主要由剩余电流发生系统、数据反馈系统、剩余电流调节控制系统、人机交互系统以及数据传输及通信系统组成。剩余电流发生系统、数据反馈系统和剩余电流调节控制系统主要用于产生试验所需的试验电流和试验电压；其中：剩余电流发生系统主要用来产生试验时所需的剩余电流；数据反馈系统主要是用来监测剩余电流发生回路所输出的剩余电流大小；电流调节控制系统主要是按照用户设定的试验方案调整输出剩余电流大小，以满足试验要求；人机交互系统主要用于进行人机交互，接受操作人员指令并自动进行相关操作和显示界面的更新；数据通信系统主要用于数据的上传下达，用于将试验数据进行实时的传递，可满足系统测试及系统扩展使用。

1.2 硬件系统设计

本项目研制设备需要产生的电流种类见表1。直接输入，并配备阻抗，直接输出为试验要求的电压与电流要求，实现方法为传统方法，此处不再赘述。

2）1000Hz及以下的正弦交流剩余电流：根据GB22794标准要求，此处要求输出的为150Hz、400Hz、1000Hz交流剩余电流。此处为高频正弦波且其频率都小于1MHz，因此采用RC桥

表1 剩余电流类型表

针对应用需求以及GB227494标准的测试需求，实际设计的剩余电流发生系统原理如图2所示，本装置采用以主控制器（PLC）单元为核心控制单元，配备了测量模块、控制模块、负载单元等。相关检测人员通过人机交互界面输入相关测试要求，电流发生系统则会根据实际需求输出所需的电流和电压，并按照要求测试并记录分断电流和分断时间。各种类型剩余电流的实现过程如下：

图2 电流发生系统原理图

1）AC型剩余电流：此处测试模块为传统的AC型剩余电流断路器剩余电流所要求的测试电流。本装置采用220V/50Hz式值激震荡电路比较合适。其原理图如图3所示。本部分采用的自激振荡电路主要包括放大电路、反馈网络、选频网络及稳幅网络组成。同时设置了不同的RC（阻容阻抗）组合以实现不同的试验频率要求[2-3]。

图3 高频信号发生原理图

3）交流剩余电流叠加平滑直流剩余电流：此处为了实现比较经济的性能采用了交流整流电路+交流输出叠加的实现形式。

4）脉动直流剩余电流叠加平滑直流剩余电流：脉动直流电流模块采用了晶闸管可控整流电流的方式进行实现的，为了实现对合闸角度的试验要求，须配备锁相装置，以实现对0°、90°及135°波形的选择。平滑直流剩余电流实现方式同前。锁相电路如图4所示，注意此处须增加C820电容以防止电网过零点弹跳带来的影响。通过两次CMPUA两次信号变化来实现电网频率周期的采集，并根据采集结果，调整合闸角度，以实现对试验剩余电流的接入角度控制。

图4 锁相电路原理图

5）两相或多相整流电路产生的脉动直流剩余电流：通过不可控整流得到相应的波形，其输出为电压源，通过调整负载大小可以得到相应的不同大小的试验电流。

1.3 软件流程设计

软件具体流程如图5所示。

2 设备试验验证及设备使用状况

该测试设备可满足现阶段所有类型的剩余电流测试需求，可满足标准要求的如AC型剩余电流、A型及B型断路器试验要求。经相关校准部门，对本试验设备进行了校准，该测试数据误差明显低于国内外相关标准的要求，具体的测试数据如表2所示。

首台测试设备已在浙江方圆检测集团股份有限公司投入使用，用户反映良好，已经多次为国内外客户提供了认证及测试研发服务，经验证相关技术指标和性能基本可满足实际使用需求。

3 结束语

本文针对标准条款的需求分析，设计了满足GB22794标准要求的实验设备。叙述了标准的试验内容，针对实际要求设计了相应的试验设备。该装置不仅能满足试验要求，也能为相关企业人员进行产品研发提供参考。该设备集测量、控制和通信于一体，具有可操作性强、自动化程度高及使用方便等特点，可显著提高检测的效率和质量。据用户反馈，该测试设备运行良好可广泛运用于相关试验机构的剩余电流断路器相关试验。

图5 软件流程图

表2 测试仪的校准数据表

[1] GB 22794—2008 家用及类用途的不带和带过电流保护的B型剩余电流（B型RCCB和B型RCBO）[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2] 邱关源. 电路（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，1999.

[3] 张冠英，杨晓光，王尧，等. 一种智能剩余电流检测装置的开发[J].低压电器，2011（2）.