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摘要：在检测工作中，为解决费控电能表用外置断路器现有检测设备体积庞大、功能分散、移动便携性差的问题，设计了一种以单片机电路为核心、数字逻辑门电路为辅助的费控电能表用外置断路器便携检测仪。该检测仪将被检断路器与电气、计时、机械寿命等检测模块连结，实现一台检测仪器可自动检测电压、电流、时间、动作等多个特性值与功能项目，满足小批量抽样，快速判定被检断路器的品质与参数是否符合电网公司相关规范的使用要求。
关键词：费控电能表用外置断路器；一键检测；便携式；多项目检测
引言：随着电子式智能费控电能表的广泛应用，费控电能表用外置断路器（以下简称费控外置断路器）也在电网公司大规模使用，供电用户对于应用前抽样检测的需求量大大增加，然而现有的各种检测设备存在两个弊端：一是体积过于庞大，不但在实验室中非常占用空间,，而且也不方便携带至工程现场进行检测，二是单台设备所能检测的项目较少，当用户需要在现场临时进行抽样检测时则会非常不便。
针对现有设备的不足，本文设计了一种单片机的便携式费控电能表用外置断路器检测仪，检测仪采用以单片机电路为核心，数字逻辑门电路为辅助的主控制器配合数字毫秒计时表，数字毫安电流表，数字电压表等微型精确测量仪表，检测显示断路器的时间值、电压值、电流值和动作特性，实现将费控电能表用外置断路器的AC220V电平控制、模式选择功能、相线泄露电流值、控制电平电流值、驱动能力、上电延时时间、远程合闸时间、远程分闸时间、机械寿命试验9个项目的检测集成于一个手提箱内，一键自动完成检测工作。
1 设计目的
为达到便携的目的，检测仪需实现检测模块集成化和一键检测功能。
2 设计思路
2.1 费控外断路器原理
费控外置断路器的原理结构是在作为本体的普通断路器的一侧增加电操模块，由电操模块里的开关电源供给电路电源，光电耦合器接收到外部的分合闸信号后传递给单片机，单片机控制微电机配合传动齿轮带动本体部分的手柄实现分合闸操作。
2.2 各项目检测原理
2.2.1 AC220V电平控制、模式选择功能、驱动能力、机械寿命试验的检测是在断路器的主回路输入端口和控制回路施加调节或固定的交流电压查看主电路与控制回路交替通断时断路器的运动状态的检测。
2.2.2 相线泄露电流值、控制电平电流值的检测是在断路器主回路与控制回路的控制线串进电流表实现的。
2.2.3 上电延时时间、远程合闸时间、远程分闸时间的检测是通过对断路器的控制线通断电瞬间与主回路通断电瞬间两者之间的时间差的测量而实现的
3 实施方案
3.1 设计方案
按电网公司有关规范，断路器9个项目的检测，均是在主电路无负载的情况下进行，通过1.3可知，就是对断路器主电路的输入端口、输出端口和控制线相互之间量值与状态的测量。根据以上原理分析，为实现轻便小巧，空间结构设计采用分层立体的方案；电气结构设计采用多模块集成，单片机协调控制的一键检测方案。
3.2 系统方案实现
检测仪在结构设计上采用分层立体结构的方案，由面板承载所有器件:在面板上部布局操作组件、显示仪表和电气联接端口，在面板下部空间挂载调压组件和继电器组。
检测仪在电气设计上采用多模块集成的方案，主要由操作模块、电气测量模块、动作计时模块和机械寿命试验模块组成，各模块由以单片机为核心，数字逻辑门电路为辅助的主控制器协调控制，实现一键检测。
欲完成和实现2.2.1所述检测项目及原理，设计在电气测量模块与机械寿命模块中，通过单片机控制继电器，将被检断路器主电路和控制端口分别与AC220V交流电或0至400V可调电压源连接，并进行通断电控制即可完成检测。
欲完成和实现2.2.2所述检测项目及原理，设计由单片机控制继电器电路，将被检断路器主电路和控制端口分别与数字电压表或数字毫安电流表连接即可完成检测。
欲完成和实现2.2.3所述检测项目及原理，设计由单片机控制继电器电路，将被检断路器控制端口与主回路输出端口分别与毫秒计时器计时输入端口相连即可完成检测。
结构组成如图1所示。
图1 检测仪的系统结构组成
4 方案验证
由费控外置断路器工作原理可知，只需要供给220V交流市电与220V交流控制信号，便可进行远程分合闸控制操作，日常的抽检中，也以此方法判断被检断路器分合闸动作是否正常的验证。
因此，检测仪在量程和规定使用条件下，输出能让断路器工作的AC220V电源和控制断路器分合闸的AC220V控制信号，并能对外界的电压、电流等参量进行测量即可。按照此原理，只需两个由光电耦合驱动电路驱动的额定电压为220V的LED信号灯模拟费控外置断路器，观察信号灯亮灭及亮度变化情况即可证实检测仪是否具备AC220V电平控制、模式选择功能、相线泄露电流值、控制电平电流值、驱动能力和机械寿命试验6个项目的检测能力。
远程上电延时时间、远程合闸时间、远程分闸时间是控制信号通断与断路器主电路输出端通断之间的时间差值关系，按此基本原理只需用一个RC延时电路及非门电路即可证实本检测仪时间量的检测能力， RC延时电路触发端收到检测仪发的控制信号后，RC电路得电开始延时，模拟断路器分合闸及上电延时时间，与RC延时电路串联的非门电路对控制信号进行反转，计时器开始计时或停止计时。原理框图见图2
通过搭建验正电路对检测仪进行验证，证实检测仪确能可靠满足预期设计，一键检测9个项目的电压、电流、时间、动作多个特性值与功能。
5 结语
便携式检测仪采用手提设计，一键操作。可满足实际工作中费控电能表用外置断路器抽检和计量工作的需求。
参考文献：
[1]中国南方电网有限责任公司.费控电能表用外置低压断路器技术规范[S].中国南方电网有限责任公司.2016.
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作者简介：曹顺康（1987-），男，广西南宁人，助理工程师，大学专科，主要研究方向为智能检测仪器与设备。
论文作者:曹顺康
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
标签：断路器论文; 外置论文; 检测仪论文; 电路论文; 单片机论文; 时间论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第27期论文;