高壓直流開關(guān)電器電壽命試驗裝置,，Delta科技聯(lián)合的國家中低壓輸配電檢驗中心依據(jù)相關(guān)GB/IEC標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計制造,，用于進(jìn)行直流1000V，800A及以下開關(guān)電器的電壽命試驗,，也可用于相應(yīng)開關(guān)電器的機(jī)械壽命試驗,。系統(tǒng)嚴(yán)格滿足標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)直流開關(guān)電器電壽命試驗的試驗電壓、電流,、L/R,、試驗頻率、接通時間等參數(shù)要求,，并可根據(jù)用戶具體需要,，提供標(biāo)準(zhǔn)外雙方約定的非標(biāo)定制試驗條件。

高壓直流開關(guān)電器電壽命試驗裝置由試驗電源,、試驗柜,、負(fù)載阻抗、控制系統(tǒng),、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及試品支架成套供貨,，可完成直流開關(guān)電器電壽命試驗全過程，并提供相應(yīng)控制,、保護(hù)和數(shù)據(jù)采集軟件供用戶操作使用,，可對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，并對試驗過程中的故障進(jìn)行報警,、保護(hù)及記錄,。系統(tǒng)提供斷電保護(hù)功能，對試驗過程數(shù)據(jù)可進(jìn)行實時保存,，供電恢復(fù)后可繼續(xù)進(jìn)行試驗,。

主要技術(shù)參數(shù)

海拔高度：<1000m；

環(huán)境溫度：-15℃-+45℃,；

空氣相對濕度：<95%,；

輸入電壓：交流380V，±10%（三相四線）,；

電源容量：400kVA長期,，500kVA沖擊（1s）；

工作頻率：50Hz,；

輸出電壓：直流0-1000V可調(diào),；

輸出電流：400A（≤1000V，1s）,，800A（≤500V,，1s）；（在電壓降低的條件下,，電流可適當(dāng)上升,，在試驗容量降低的情況下，試驗時間可適當(dāng)加長,，實際的電壓-電流曲線,、容量-時間曲線需根據(jù)客戶現(xiàn)場條件根據(jù)實際情況確定。但電壓,、電流及通電時間關(guān)系不得比系統(tǒng)額定情況更嚴(yán)苛）,。

電壓紋波系數(shù)：<5%；

電壓精度：<5%

電流精度：<5%;

試品控制回路電壓：交流0-220V,，直流0-120V,；

試品控制回路容量：5kVA；

試品數(shù)量：3,；

試驗次數(shù)：（主回路及控制回路）設(shè)定及顯示范圍0-99999999,；

接通頻率：3-3600次/小時（zui大頻率依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電流值限定）；

吸合時間調(diào)節(jié)范圍：0-99s（調(diào)節(jié)精度0.01s）,；

釋放時間調(diào)節(jié)范圍：0-99s（調(diào)節(jié)精度0.01s）,；

時間常數(shù)：1-7.5ms可調(diào)；

控制精度：10ms,；

采集數(shù)據(jù)類型：電壓,、電流；

互感器精度：>0.2級,；

設(shè)備尺寸：≤1200mm*7000mm*2000mm（深*寬*高）,。

系統(tǒng)組成：

  本系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上由電氣主回路、控制與測量以及機(jī)械結(jié)構(gòu)三部分組成,。根據(jù)直流開關(guān)電器電壽命試驗的特點,。其中，電氣主回路部分包括進(jìn)線柜,、整流裝置,、試驗柜及負(fù)載阻抗（以及設(shè)備間的母線及電纜連接）；控制與測量部分包括控制柜,、控制臺（布置有控制與測量計算機(jī)及控制軟件）與測量傳感器,；本系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡單，僅包含由型材結(jié)構(gòu)搭建的試品安裝支架,。

  本系統(tǒng)主回路示意如下圖,，試驗電源自1AC進(jìn)線柜引入，經(jīng)整流變壓器整流后至試驗柜,，經(jīng)過試驗柜換接后連接至負(fù)載阻抗（試品可連接在阻抗前級或后級）,，從而實現(xiàn)直流開關(guān)電器電壽命試驗的整個試驗回路,。控制柜電源均自1AC進(jìn)線柜引出,，經(jīng)過UPS后給整個控制系統(tǒng)供電,。

1 試驗電源

  對壽命試驗而言，試驗電源的穩(wěn)定性與可靠性至關(guān)重要,。直流電源的產(chǎn)生方式,，一般分為IGBT逆變整流，調(diào)壓器+整流變壓器+整流橋,，整流變壓器+可控硅幾種方式,。IGBT逆變整流控制方式復(fù)雜，對于壽命試驗這樣頻繁開斷的系統(tǒng),，在可靠性方面值得探討,；調(diào)壓器+整流變壓器+整流橋是傳統(tǒng)的直流電源模式，在可靠性與穩(wěn)定性方面均無問題,，但對于本系統(tǒng)而言,，要在大電壓范圍（0-1000V）輸出大電流，調(diào)壓器,、整流變壓器容量都會變得相當(dāng)大,，經(jīng)濟(jì)性很差；整流變壓器+可控硅的方式,，通過調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角來確定輸出電壓,，工作方式成熟可靠，缺點是在低電壓下,，由于導(dǎo)通角過小,，輸出波形很差，且如果要在大電壓范圍下穩(wěn)定輸出大電流,，變壓器與可控硅容量均需選擇很大,，經(jīng)濟(jì)性較差。

  經(jīng)過綜合考慮與反復(fù)論證,，采用多抽頭整流變壓器+可控硅的方式,，通過分段微調(diào)的形式輸出電流。即對常用電壓采用抽頭式輸出,，在抽頭間范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角實現(xiàn)無級調(diào)壓,。在有效利用變壓器容量的情況下，輸出連續(xù)可調(diào)的電壓,，并在整個電壓范圍內(nèi),，滿足輸出電流的要求。

  整流變壓器采用多抽頭、雙二次繞組的形式,，當(dāng)二次繞組并聯(lián)時,，zui大輸出500V，800A電流,，當(dāng)二次繞組串聯(lián)時,，zui大輸出1000V，400A的電流,。變壓器抽頭可輸出110V，220V,，400V,，800V，1000V（可根據(jù)用戶要求,，5組固定輸出抽頭）電壓,，通過可控硅，在全電壓范圍內(nèi)無級調(diào)壓,。各抽頭間通過接觸器切換與可控硅的連接,。

  為滿足客戶后期擴(kuò)展需求，電源部分預(yù)留了低壓（60V）2000A電源連接位置,，以便設(shè)備擴(kuò)展使用

2 進(jìn)線柜及試驗柜

  電源進(jìn)線柜與試驗柜基于標(biāo)準(zhǔn)的GGD改型配電柜制造,，主要實現(xiàn)電源接入、分配及換接功能,。進(jìn)線柜為系統(tǒng)主電源接入柜,，主要包含系統(tǒng)總開關(guān)及輔助回路開關(guān)，進(jìn)線柜為上（下）進(jìn)線,、上出線結(jié)構(gòu),，經(jīng)過母排出線連接至整流變壓器，經(jīng)過整流回路后引回到試驗柜,，試驗柜包括出線斷路器及試品換接銅排,，換接銅排提供三組不同的端口，可同時對三組試品進(jìn)行試驗,，并可根據(jù)不同的功能需求,，將負(fù)載阻抗串聯(lián)在試品的前級或后級。以下為部分進(jìn)線柜與試驗柜實物照片,。進(jìn)線柜與試驗柜主要元器件采用施耐德或西門子產(chǎn)品,，充分保證系統(tǒng)安全性，柜體結(jié)構(gòu)考慮沖擊負(fù)載的特點,，通過增加絕緣夾塊及對母線進(jìn)行特殊處理等措施,，確保系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定運行。

3 負(fù)載阻抗 

  直流開關(guān)電器電壽命試驗用的負(fù)載阻抗設(shè)備包括電阻器和電感器兩部分,，它們與交流開關(guān)電器電壽命試驗負(fù)載阻抗設(shè)備（包括電阻器和電抗器）相類似,。負(fù)載感抗設(shè)備的電阻器和電感器是用以模擬實際直流電路接通和分?jǐn)鄷r電路中的電阻和電感,。

  在試驗電路中，電阻器用以調(diào)節(jié)試驗電流的大小,，而電感器用以調(diào)節(jié)試驗電路的時間常數(shù),，二者都設(shè)計為可調(diào)節(jié)的。為了調(diào)節(jié)方便,，可調(diào)電阻器是由不同電阻元件按照2n進(jìn)位制組合而成,，同樣，可調(diào)電感器也是有不同電感元件按照2n進(jìn)位制組合而成的,。

  電阻元件采用電阻溫度系數(shù)和電阻率高的合金材料如康銅或鐵鉻鋁合金制造,，并按照低電感方式繞制，以保證在試驗過程中電阻值不會因通電發(fā)熱而改變并保證電阻元件的固有時間常數(shù)（或電感值）甚小,。電感元件采用無鐵芯（或稱空芯電感器）的結(jié)構(gòu),，采用線式或箔式的方式繞制而成。阻抗及相應(yīng)刀開關(guān)設(shè)計選型均考慮到試驗系統(tǒng)的需要,，在絕緣距離,、結(jié)構(gòu)、發(fā)熱,、短路能力各方面均可滿足系統(tǒng)要求,。以下為部分負(fù)載阻抗實物照片。

  為滿足用戶后期擴(kuò)展需求,，阻抗額定試驗電流設(shè)計為2000A,。

4 控制與測量系統(tǒng)

  控制與測量系統(tǒng)主要包括控制柜及控制臺。其中,，控制系統(tǒng)主要由工業(yè)計算機(jī),、PLC（包括可擴(kuò)展模塊及模擬量模塊）、中間繼電器,、試品控制電源,、控制回路接線板等部分組成。

  控制系統(tǒng)以工業(yè)計算機(jī)和PLC為控制核心,，實現(xiàn)手動和自動兩種操作模式,。手動操作模式主要用于調(diào)試狀態(tài)下對回路和試品的測試操作。自動操作模式可根據(jù)不同的試品要求進(jìn)行測試,，操作人員可設(shè)定試驗次數(shù),、頻率、接通時間,、試驗時序等參數(shù),，系統(tǒng)自動按照設(shè)置完成整個試驗過程，并對主要試驗數(shù)據(jù)及故障狀態(tài)等進(jìn)行記錄及保護(hù)。例如,，當(dāng)“實際電流接通或斷開時間” ＞“超時保護(hù)時間”+“設(shè)定的接通或斷開時間”時,，即判斷為觸頭粘連或線圈燒毀無法正常操作，系統(tǒng)需自動切斷主回路和控制回路電源,，停止測試,，保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障。

  控制系統(tǒng)軟件采用進(jìn)口的組態(tài)軟件（WinCC或Intouch）設(shè)計而成,，主要功能包括：試驗過程可視化監(jiān)視,，可以實時查看試驗情況；手動操作保護(hù)斷路器及試品,；在允許范圍內(nèi),，自動穩(wěn)定輸出控制電壓；根據(jù)設(shè)置的試品數(shù)量,、試驗頻率等參數(shù)完成試驗時序；故障時自動切除電源,，停止試驗,，并發(fā)出報警；記錄試驗過程中主要參數(shù)及故障信息,，試驗因故障停止或控制回路失電時,，試驗數(shù)據(jù)均通過PLC記錄并保持，以便用戶記錄,。

  控制系統(tǒng)為試品提供控制回路電源,，電源容量和電壓等級可根據(jù)用戶要求定制，提供交流0-420V,，直流0-250V范圍內(nèi)的可調(diào)控制電源,，電源功率5kVA。通過控制柜面板上的安全插接端子,，實現(xiàn)快速接線,。

  測量系統(tǒng)由上位計算機(jī)和傳感器兩部分組成，傳感器為精密霍爾電壓傳感器和電流傳感器,，傳感器測量數(shù)據(jù)經(jīng)過高速高精度數(shù)據(jù)采集卡上傳至上位計算機(jī),，并對電壓、電流,、時間常數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,，生成電壓、電流波形圖,，并可根據(jù)用戶要求生成試驗報告,。試驗數(shù)據(jù)自動歸檔保存，便于用戶查閱。

5 試品支架

  試品支架主要用于進(jìn)行試品的安裝與接線,，對于小試品的壽命試驗設(shè)備,，也可以采用將試品固定在試品柜上（參見試品柜照片）。對于規(guī)格較大的試品（>160A）,，通常采用獨立的試品支架安裝,。試品支架采用標(biāo)準(zhǔn)型材結(jié)構(gòu)，牢固美觀,、便于安裝,，支架上安裝有固定有機(jī)玻璃板或絕緣板，用于試品的固定安裝,。安裝板為可拆卸式結(jié)構(gòu),，便于用戶根據(jù)不同產(chǎn)品固定孔尺寸開孔更換。以下為部分試品支架照片,。對于需要手動操作的塑殼斷路器等產(chǎn)品的試驗設(shè)備,，我公司還設(shè)計帶有氣動、電動操作機(jī)構(gòu)的試品支架,，用于代替人工完成試品的合分操作,，詳見相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)文檔說明。

  為保證設(shè)備及操作人員安全,，測試的產(chǎn)品需要密封在相對封閉的環(huán)境,，由于高壓測試相對危險，有爆炸解體的危險,，設(shè)備在產(chǎn)品周圍布置有6個面有金屬網(wǎng)防護(hù),，以避免產(chǎn)品解體造成操作人員危險；金屬網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)可以保證在產(chǎn)品防護(hù)的同時,，注意產(chǎn)品散熱,，以防止熱量積累對產(chǎn)品壽命測試條件造成影響。