适用于配电盘继电保护装置的测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及配电盘测试技术领域，尤其涉及一种适用于配电盘继电保护装置的测试装置。


背景技术：

2.配电盘一般由柜体、开关、继电保护装置、电能计量表以及其他二次元器件组成。其主要用于发电站﹑变电站或用电需求大的地方，实现控制对电能的投切和分配等功能。目前，配电盘一般设有继电保护装置，例如中、低压的电气开关及监控仓电流、电压继电器，广泛应用于配电设备的电源控制与保护，具有过流保护、过负荷保护等作用；在实际应用场景中，需要对配电盘的继电保护装置进行测试检查，确保供电工作的安全稳定进行；通常，安装在工作现场的电气配电盘开关操作试验均是在盘柜仓内进行，通过测量开关辅助节点来判断开关分合闸动作及相关保护功能是否正常。
3.而相关技术中对继电保护装置的测试方式涉及大量拆接线，存在直流回路短路、接地以及接错线的风险，还有测试操作空间狭窄且接线密集，容易误碰、短路、接地等问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，提供一种适用于配电盘继电保护装置的测试装置。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种适用于配电盘继电保护装置的测试装置，包括电源模块，所述测试装置还包括控制模块、第一处理器、功率放大模块、开关量输入输出模块及过流保护模块；
6.所述控制模块通过所述第一处理器分别与所述功率放大模块、所述开关量输入输出模块连接，以控制其两者工作；所述功率放大模块可连接配电盘继电保护装置以输出测试用信号；所述开关量输入输出模块可连接配电盘继电保护装置以采集其反馈信号；
7.所述电源模块包括整流单元及电压转换单元；所述过流保护模块与所述电压转换单元连接以在其过流时起保护作用。
8.优选地，所述电压转换单元包括原边电路、副边电路、第一开关管q1、pwm调节器u3以及用于调节pwm调节器u3的脉冲频率的电压反馈模块；
9.所述原边电路连接所述第一开关管q1的漏极，所述pwm调节器u3中用于输出电流的第六管脚连接所述第一开关管q1的栅极，所述第一开关管q1的源极连接所述pwm调节器u3中用于电流取样的第三管脚；所述第一开关管q1的源极还通过第十七电阻r17接地；所述电压反馈模块连接所述pwm调节器u3中用于接收反馈信号的第二管脚。
10.优选地，所述过流保护模块包括阈值电压单元、采样比较单元及与所述采样比较单元连接的执行单元；
11.所述采样比较单元第一输入端接入所述阈值电压单元输出的阈值电压，其第二输入端连接所述pwm调节器u3中作为误差放大器输出端的第一管脚，以比较阈值电压值与所
述pwm调节器u3于第一管脚端的电压值大小；所述执行单元的两端分别连接所述采样比较单元及所述pwm调节器u3，以控制所述pwm调节器u3的工作状态。
12.优选地，所述采样比较单元包括第一运算放大器u1a、第二电阻r2、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7；
13.所述第一运算放大器u1a的同相输入端经所述第二电阻r2连接所述阈值电压单元的输出端，其反相输入端连接所述第五电阻r5第二端，所述第五电阻r5第一端连接所述pwm调节器u3的第一管脚，所述第一运算放大器u1a的输出端连接所述执行单元；所述第六电阻r6第一端接地，其第二端分别连接所述第五电阻r5第二端及所述第七电阻r7第一端，所述第七电阻r7第二端连接所述第一运算放大器u1a的输出端。
14.优选地，所述执行单元包括第二控制器u2及第二三极管q2；
15.所述第二控制器u2的第二管脚连接所述采样比较单元以接收所述采样比较单元的比较结果，所述第二控制器u2的第三管脚连接所述第二三极管q2的基极以控制其导通或断开，所述第二三极管q2的发射极接地，所述第二三极管q2的集电极连接所述pwm调节器u3的第一管脚。
16.优选地，所述阈值电压单元包括第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15及第四电压基准芯片u4；
17.所述第十三电阻r13的第一端接入电路供电电压，所述第十三电阻r13第二端连接所述第四电压基准芯片u4的阴极，所述第四电压基准芯片u4的阳极及所述第十五电阻r15第二端接地，所述第四电压基准芯片u4的参考极连接在所述第十四电阻r14与所述第十五电阻r15之间；所述第十五电阻r15第一端连接所述第十四电阻r14第二端，所述第十四电阻r14第一端输出阈值电压。
18.优选地，所述电压反馈模块包括光耦pc1、第一电压基准芯片n1、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十八电阻r18以及第十电容c10；
19.所述第十电阻r10及所述第十二电阻r12的各第一端连接所述电压转换单元的输出电压端，所述第十电阻r10的第二端分别连接所述光耦pc1中二极管的阳极、以及所述第十一电阻r11，所述光耦pc1中二极管的阴极分别连接所述第十一电阻r11的第二端、所述第十电容c10第一端及所述第一电压基准芯片n1的阴极；所述光耦pc1的输入端接入电路供电电压，所述光耦pc1的输出端连接所述pwm调节器u3的第二管脚；所述第十电容c10第一端第二端分别连接所述第十二电阻r12第二端及所述第十八电阻r18第一端；所述第一电压基准芯片n1的参考极连接在所述第十电容c10第二端及所述第十八电阻r18第二端之间；所述第一电压基准芯片n1阳极、所述第十八电阻r18第二端均接地。
20.优选地，所述第二控制器u2为555延时器。
21.优选地，所述pwm调节器u3为型号为uc3843的固定频率电流模式控制器。
22.优选地，所述测试装置还包括可拆卸连接的上壳体以及下壳体，所述上壳体及所述下壳体分别内设有空腔；
23.所述下壳体内壁设有向其外凹陷的容纳槽，所述容纳槽内设有若干个屏蔽板，以将所述容纳槽分隔成若干个用于分别装载电路模块的容置空间。
24.实施本实用新型具有以下有益效果：测试装置通过与配电盘继电保护装置电连接，可输出测试用信号至配电盘继电保护装置以测试该继电保护装置的保护功能，相对于
传统测试技术降低了测试拆接线难度，规避接线中容易发生的问题，例如误碰、短路、接地或接错线等问题；而且，测试装置内设有过流保护模块，可避免过流使电源模块发生故障的问题发生。
附图说明
25.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
26.图1是本实用新型适用于配电盘继电保护装置的测试装置的程序流程图；
27.图2是本实用新型适用于配电盘继电保护装置的测试装置中的电压转换单元和过流保护模块的电路原理图；
28.图3是本实用新型适用于配电盘继电保护装置的测试装置中的电压反馈模块的电路原理图；
29.图4是本实用新型适用于配电盘继电保护装置的测试装置中的阈值电压单元的电路原理图。
具体实施方式
30.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.如图1至图4所示，本实用新型中的一种适用于配电盘继电保护装置的测试装置用于检测配电盘继电保护装置是否处于正常工作状态，分合闸时间是否符合标准要求；其中，测试装置包括控制模块200、第一处理器300、功率放大模块500、开关量输入输出模块400、电源模块及过流保护模块40。控制模块200与第一处理器300连接；第一处理器300分别与功率放大模块500、开关量输入输出模块400连接；功率放大模块500、开关量输入输出模块400分别连接至配电盘继电保护装置；电源模块与过流保护模块40连接，还与其他单元模块连接。
33.可以理解地，控制模块200用于供工作人员控制及下达控制指令；第一处理器300用于接收来自控制模块200的控制指令，生成对应的控制信号并输出至功率放大模块500
和/或开关量输入输出模块400，控制其二者工作；该功率放大模块500用于输出测试用电压信号或测试用电流信号至配电盘继电保护装置，检测其是否处于正常工作状态；该开关量输入输出模块400用于提供多对开关量信号，在测试时采集配电盘继电保护装置分合闸时间或进行计数；电源模块用于将高压转换并为各个单元模块提供所需电压；过流保护模块40用于在电源模块过流时起保护作用。
34.进一步地，控制模块200可以是控制面板或者上位机；预先设置其中控制模块200与第一处理器300对应的指令关系，在工作人员按下控制面板上的开关时，或操控上位机时，第一处理器300可收到相应的控制指令。
35.进一步地，第一处理器300具有多个i/o口，通过i/o口通信连接控制模块200，用于获取上位机的控制信号，生成对应的控制信号，控制信号通过i/o口输出至功率放大模块500和/或开关量输入输出模块400。
36.进一步地，功率放大电路包括电压放大电路及电流放大电路，其两者的输入接口分别与第一处理器300的i/o口电连接，以接收相应的控制信号。电压放大电路与电源模块连接，以将电源模块提供的第一电压信号转换成测试用电压信号，并输出至配电盘继电保护装置；电流放大电路与电源模块连接，以将电源模块提供的第一电流信号转换成测试用电流信号，并输出至配电盘继电保护装置。更进一步地，功率放大电路输出至少四路测试用电压/电流信号，其中三路电压输出用于模拟三相电压/电流信号，另一路电压输出用于模拟线路的抽取电压或零序电压信号。可以理解地，在配电盘继电保护装置接收到测试用信号后会作出相应的分合闸反应，以保护配电盘的安全；其中是否进行分合闸及分合闸反应的时间是否符合标准要求是本测试装置需要解决的技术问题。
37.进一步地，电源模块包括整流单元11及电压转换单元10。其中，整流单元11可以是整流桥；如图2所示，电压转换单元10包括原边电路、副边电路、第一开关管q1、pwm调节器u3以及电压反馈模块20。具体地，该原边电路连接第一开关管q1的漏极，pwm调节器u3中用于输出电流的第六管脚连接第一开关管q1的栅极，第一开关管q1的源极连接pwm调节器u3中用于电流取样的第三管脚；第一开关管q1的源极还通过第十七电阻r17接地；电压反馈模块20连接pwm调节器u3中用于接收反馈信号的第二管脚。可以理解地，pwm调节器u3输出脉冲信号以控制第一开关管q1的通断，进而控制原边电路、副边电路工作；电压反馈模块20用于调节pwm调节器u3的脉冲频率。
38.原边电路包括第一电容c1、第二电容c2、第一电阻r1、第二二极管d2、反激式变压器t1；副边电路包括第一二极管d1、第三电解电容c3及第四电解电容c4。具体地，高压电源经整流单元11进行处理后输出直流电源，其直流电源正输入端分别连接第一电容c1第一端、第二电容c2第一端、第一电阻r1第一端以及反激式变压器t1第一端，第一电容c1第二端分别连接直流电源负输入端及接地；反激式变压器t1第二端分别连接第二二极管d2的阳极以及第一开关管q1的漏极；第一电阻r1第二端分别连接第二电容c2第二端及第二二极管d2的阴极；反激式变压器t1第三端连接第一二极管d1的阳极，第一二极管d1的阴极分别连接第三电解电容c3的正极、第四电解电容c4的正极后输出变压电源；反激式变压器t1第四端分别连接第三电解电容c3的负极、第四电解电容c4的负极；第四电解电容c4的正极连接用于输出直流输出电压的输出端，第四电解电容c4的负极接地。
39.可以理解地，整流处理后的直流电压，通过原边电路将输入直流电压通过pwm的形
式变换为高频交流电压后，通过变换器传至副边，再经过第一二极管d1将交流电压变换为单向的直流脉冲电压，该直流脉冲电压经过输出滤波后成为直流输出电压。
40.如图3所示，电压反馈模块20包括光耦pc1、第一电压基准芯片n1、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十八电阻r18以及第十电容c10。具体地，第十电阻r10及第十二电阻r12的各第一端连接电压转换单元10的输出电压端，第十电阻r10的第二端分别连接光耦pc1中二极管的阳极、以及第十一电阻r11，光耦pc1中二极管的阴极分别连接第十一电阻r11的第二端、第十电容c10第一端及第一电压基准芯片n1的阴极；光耦pc1的输入端接入电路供电电压，光耦pc1的输出端连接pwm调节器u3的第二管脚；第十电容c10第一端第二端分别连接第十二电阻r12第二端及第十八电阻r18第一端；第一电压基准芯片n1的参考极连接在第十电容c10第二端及第十八电阻r18第二端之间；第一电压基准芯片n1阳极、第十八电阻r18第二端均接地。
41.可以理解地，通过电压反馈模块20分别连接电压转换单元10的输出电压端及pwm调节器u3，通过改变pwm调节器u3的脉冲频率以使输出电压值维持在设定范围内。
42.更进一步地，pwm调节器u3可为型号为uc3843的固定频率电流模式控制器。
43.一般在单端反激电路中，容易出现电流过流的问题，导致电压转换单元10开始限功率输出(电压降低，电流增大)，此时pwm调节器u3仍然有脉宽输出；原边电路入口电流较大，反激式变压器t1，第一开关管q1均处于连续工作状态，不利于开关电源的可靠性。因此，设计过流保护模块40与电压转换单元10电连接，以在过流时控制电压转换单元10暂停工作，进入保护状态，并在不过流时控制电压转换单元10进入或处于工作状态。
44.如图2所示，该过流保护模块40包括阈值电压单元30、采样比较单元401及与采样比较单元401连接的执行单元402，采样比较单元401第一输入端接入阈值电压单元30输出的阈值电压，其第二输入端连接pwm调节器u3中作为误差放大器输出端的第一管脚，采样比较单元401用于比较阈值电压值与pwm调节器u3第一管脚所处的电压值大小；执行单元402的两端分别连接采样比较单元401及pwm调节器u3，以由执行单元402控制pwm调节器u3的工作状态。
45.可以理解地，在pwm调节器u3第一管脚所处的电压值大于阈值电压值时判断为过流，此时执行单元402控制pwm调节器u3无脉冲输出，电压转换单元10暂停工作，进入保护状态；并在预设时间后，执行单元402重新控制pwm调节器u3启动输出脉冲，电压转换单元10恢复至工作状态；若此时仍处于过流的故障阶段，执行单元402再次控制pwm调节器u3无脉冲输出，电压转换单元10继续暂停工作。
46.进一步地，采样比较单元401包括第一运算放大器u1a、第二电阻r2、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7；
47.第一运算放大器u1a的同相输入端经第二电阻r2连接阈值电压单元30的输出端，其反相输入端连接第五电阻r5第二端，第五电阻r5第一端连接pwm调节器u3的第一管脚，第一运算放大器u1a的输出端连接执行单元402；第六电阻r6第一端接地，其第二端分别连接第五电阻r5第二端及第七电阻r7第一端，第七电阻r7第二端连接第一运算放大器u1a的输出端。
48.进一步地，执行单元402包括第二控制器u2及第二三极管q2；第二控制器u2的第二管脚连接采样比较单元401以接收阈值电压值与采样电压值比较结果，第二控制器u2的第
三管脚连接第二三极管q2的基极以控制其导通或断开，第二三极管q2的发射极接地，第二三极管q2的集电极连接pwm调节器u3的第一管脚。
49.更进一步地，第二控制器u2可为555延时器，第二三极管q2为npn型三极管；执行单元402还包括第三电阻r3、第八电阻r8、第九电阻r9、第四电阻r4、第十六电阻r16、第七电容r7、第八电容r8及第九电容r9。具体地，第三电阻r3第一端、第八电阻r8第一端、第九电容r9第一端接入电路供电电压，第三电阻r3第二端连接555延时器的第二管脚；第八电容r8分别连接555延时器的第四管脚及第八电容r8的第一端，第八电容r8的第二端接地；第九电阻r9第二端分别连接555延时器的第六管脚、其第七管脚、以及第九电容r9第一端，第九电容r9第二端接地；555延时器的第七管脚连接第七电容r7后接地；555延时器的第一管脚接地，555延时器的第八管脚接入电路供电电压；555延时器的第三管脚连接第四电阻r4第一端，第四电阻r4第二端分别连接第十六电阻r16第一端及第二三极管q2的基极，第十六电阻r16第二端接地。
50.进一步地，如图4所示，阈值电压单元30包括第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15及第四电压基准芯片u4。具体地，第十三电阻r13的第一端接入电路供电电压，第十三电阻r13第二端连接第四电压基准芯片u4的阴极，第四电压基准芯片u4的阳极及第十五电阻r15第二端接地，第四电压基准芯片u4的参考极连接在第十四电阻r14、第十五电阻r15之间；第十五电阻r15第一端连接第十四电阻r14第二端，第十四电阻r14第一端输出阈值电压。可以理解地，通过调整电阻值可调整阈值电压的大小。
51.综上，整个过流保护模块40的工作原理是：
52.pwm调节器u3的第三管脚对原边电路进行电流采样，在原边电路过流时pwm调节器u3中第六管脚的电压升高，此时pwm调节器u3第一管脚所处的电压值大于阈值电压值，并判断为过流，使得第一运算放大器u1a的输出端从高电平转为低电平；第二控制器u2的第二管脚检测到由高电平转为低电平的变化，使得第二控制器u2的第三管脚输出高电平；第二三极管q2导通，拉低pwm调节器u3中第六管脚的电压，从而使pwm调节器u3无无脉冲输出，电压转换单元10无输出。在特定时间后，第二控制器u2回到稳态，此时第二控制器u2的第三管脚输出低电平，第二三极管q2截止，pwm调节器u3中第六管脚的电压重新升高，pwm调节器u3启动输出脉冲，电压转换单元10重新开始启动。若过流问题仍没有解决，此时电压转换单元10启动过程中会重新检测到过流信号，第一运算放大器u1a输出端再次从高电平转为低电平，从而触发第二控制器u2使得第二三极管q2导通，再次拉低pwm调节器u3中第六管脚的电压，电压转换单元10再次无输出，继续进入保护状态。
53.其中，特定时间的时长可通过调节执行单元402中的电容电阻值而进行调整，具体可参考555延时器的技术手册。
54.在本实用新型的一些实施例中，本测试装置还包括上壳体以及下壳体，上壳体以及下壳体可拆卸方式连接，上壳体以及下壳体组合后其整体结构呈方形；在上壳体与下壳体内部分别设有容腔，可用于容纳控制模块200、第一处理器300、功率放大模块500、开关量输入输出模块400、电源模块及过流保护模块40。
55.在下壳体内壁上设有向壳体外凹陷的容纳槽；容纳槽内设有若干个屏蔽板，以将容纳槽分隔成多个独立的容置空间；每个独立的容置空间用于分别容纳第一处理器300、功率放大模块500、开关量输入输出模块400。控制模块200嵌入上壳体的外壁，以供工作人员
操控。
56.可选地，壳内还可设置湿敏传感器，用于检测壳内的湿度信息，以避免出现电路短路的问题发生；
57.可选地，壳内还可设置风扇及通风口，风扇设置在上壳体上，为壳体内部进行通风；且当湿度过大时，可通过风扇进行干燥。
58.可选地，壳内还可设置报警模块，报警模块与过流保护模块40连接，根据过流信息生成向工作人员发出报警信号。
59.可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。