矿用综合保护器全自动测试系统设计

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书摘要 随着煤矿安全生产质量标准化和电气自动化的进一步发展与提高, 煤矿井下各种不同类型的电气控制设备使用了越来越多的电子保护插件。然而，目前市场上缺乏一种全自动的、通用的，能对这些插件进行测试的系统。因此，研制矿用综合保护器测试系统有着强烈的社会需要与经济效益。本文介绍了矿用综合保护器全自动测试系统的发展前景，并且介绍了设计此系统的设计思路，对系统内部各个模块进行介绍，最后阐明了硬件设计与软件实现。本文介绍的全自动测试系统，具有减少测试人员工作强度，提高测试精度，减少误操作的特点，从而避免综合保护器测试不及时、不准确影响煤矿生产和安全问题。关键词： 综合保护器插件; EDA 模块; 自动测试系统中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书Design of the auto- testing system for mine integrated protectingAbstract With the rapid development of electric automation and standardized safety product ion in coal mine, more and more electronic protection inserters have been used in different types of electric control equipments for underground mining.However, the market at present lacks a totally automatic, universal system for mine integrated protecting.Thus, the development and research of integrated protecting inserter automatic test system for the coal mine has strong society needs and economic benefit. In this paper, the future development of auto-testing system for mine integrated protecting is introduced, and what is more, the overall scheme of the integrated protecting inserter auto-testing system is given and relative hardware design and software realization are also illustrated.The test system introduced has reduced testers working strength, improve the test accuracy and reduce the characteristics of the wrong operation, thereby avoiding the system testing inaccurate not affect mine production and safety issue in a timely manner.Keywords: integrated protecting inserter; EDA module; auto-testing system中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 I 页 共页目录1 绪论 .11.1 本课题的背景及意义 .11.2 国内外技术研究现状及发展趋势 .11.3 本论文的研究内容 .22 继电保护和系统设计分析 .42.1 矿山井下继电保护的作用 .42.2 继电保护的基本原理 .42.3 井下继电保护的分类（三大保护） .42.3.1 接地保护 .42.3.2 过流保护 .42.3.3 漏电保护 .43 系统设计分析 .63.1 高压综合保护器的主要参数及其对测试仪的要求 .73.2 井下低压电器综合保护装置 .83.2.1 矿用隔爆型低压馈电开关 .83.2.2 井下低压漏电保护装置 .83.2.3 井下低压过流保护装置 .93.3 电动机综合保护器的现状及发展 .93.4 照明变压器综合保护装置 .94 插件通用测试系统的总体设计 .114.1 测试系统总体方案设计 .114.2 测试系统硬件总体设计 .114.3 综合保护插件测试系统软件总体设计 .134.3.1 软件开发环境的选择 .134.3.2 软件功能模块划分 .145 插件测试系统硬件设计 .15中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 II 页 共页5.1 插件测试的基本原理 .155.2 测试系统的设计目标 .155.3 插件通用测试系统硬件系统的实现概述 .165.4 插件信号综合分析 .165.5 测试台的结构 .185.6 调压系统 .195.7 大电流发生器的设计 .195.8 信号测量与控制部分 .206 插件测试系统软件实现 .226.1 ControX2000 通用监控软件简介 30 .226.2 系统测试软件的设计方案 .257 矿用综合保护器全自动测试的进一步定性研究 .277.1 电机控制部分 .277.2 绝缘电阻部分 .288 结论 .31附录一 系统电路图 .33参考文献 .34致 谢 .36中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 36 页1 绪论1.1 本课题的背景及意义随着煤矿安全生产质量标准化和电气自动化的进一步发展与提高, 煤矿井下各种不同类型的电气控制设备使用了越来越多的电子保护插件，并且随着煤矿生产自动化程度的提高，煤矿井下的供电干线、支线、移动变电站、电动机、煤电钻、井下照明信号等都广泛使用了各种电子保护插件，主要用来对矿井下高、低压线路、照明、电动机、移动变压器等各种大型电气设备可能发生的过载、漏电、短路、过压、断相等故障进行保护，以保护这些电气设备的运行安全，同时可以防止由于漏电、短路等电气故障引起的煤矿瓦斯爆炸恶性事故。除此之外，由于矿用综合保护器种类繁多, 国内生产厂家众多, 而不同的煤矿选用不同的产品,并且煤矿井下工作环境恶劣，矿用综合保护器处于长期连续工作状态，矿用综合保护器可能会出现功能失常，在实际应用中因保护插件工作异常而影响煤矿安全生产的情况时有发生，为此需要定期对运行中的矿用综合保护插件进行功能测试。因此, 研制矿用综合保护器插件测试系统有着强烈的社会需要与经济效益。设计开发能够覆盖各种保护插件的全自动测试系统十分必要，对煤矿的安全生产具有重要的意义 123。目前，国家要求每个煤矿必须配备矿用综合保护插件的专用测试设备，并把这一项列为煤矿安全检查的重要一项，国家将根据煤矿安全检查的结果来决定是否颁发煤矿安全许可证，没有取得煤矿安全许可证的煤矿将不得生产。随着对安全生产的宣传和国家相关政策的出台，各个矿务局、煤矿对安全生产也越来越重视起来，煤炭高效安全生产技术及装备成为矿务局、煤矿关注、采购的热点。随着科技的发展，全自动的矿用综合保护器的测试系统已经面世，势必将矿用综合保护插件的专用测试设备推向更广阔的未来。本项目开发的矿用综合保护器全自动测试系统就属于煤炭高效安全生产技术及装备中的矿用综合保护插件的专用测试设备，因此它具有广阔的市场需求。1.2 国内外技术研究现状及发展趋势外国目前没有此类产品的相关报告。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 2 页 共 36 页2000 年以前，煤矿生产一线队综合保护器的测试手段落后，没有专用综合保护器测试设备，采用纯手工测试，测试项目不全、测试误差大、测试效率低。由于煤矿生产中的保护插件应用数量很大，往往出现综合保护器测试费时长而耽误井下生产的现象，在煤矿高额生产任务的条件下这种现象往往又带来井下电气设备脱离综合保护器保护运行的不安全现象。 （1）淮南无线电七厂在八十年代为了对产品进行技术检查，研制出了用于检测该厂生产的 JDB 系列电动机综合保护器的测试台。该试验台可供 JDB系列电动机保护器调整试验用。 （2）煤科总院上海分院电气设备厂研制生产的，主要用于检测矿用低压隔爆型电器设备内部各种电子保护装置的动作性能和技术参数。（3）由湘潭矿业学院自动化研究所开发出的专门用于检测国产真空高压隔爆开关综合保护器各项性能指标的测试仪。 （4）由淮南工业学院设计、研制出型多功能试验装置。 （5）浙江温州八达真空开关厂生产的 YZB01、YZB02 矿用综合保护插件测试系统为本项目的同类产品，但 YZB01、YZB02 存在着只能测试特定厂家生产的矿用综合保护插件而不能通用测试所有厂家生产的矿用综合保护插件和不能扩展测试新型号矿用综合保护插件的缺陷，此外其还存在着操作烦琐、对测试者专业技术水平要求高、测试数据不能打印等不足之处 456。因此，开发矿用综合保护器全自动测试系统，对插件进行全面的测试，并提高测试精度和测试效率，十分具有发展前景，更具有跨时代的意义。随着煤炭工业的迅速发展，迫切需要一种矿用综合保护器全自动测试系统来满足煤矿安全高效生产需要 7。而检测技术的发展，尤其是计算机技术在检测领域的应用，使得对矿用综合保护插件进行全自动测试、提高测试准确性和测试效率，成为矿用综合保护插件测试技术与设备的发展趋势。本项目研发的综合保护器测试系统采用计算机和远端测控智能模块，技术先进，自动化程度高，克服了不能通用测试所有厂家矿用综合保护插件和不能扩展测试新型号综合保护插件的缺陷，测试系统采用组合式结构，具有很高的灵活性及可扩充性。1.3 本论文的研究内容本论文主要研究矿用综合保护插件通用型测试系统，要求能对多种类型的插件进行自动检测，并且具有通用性。由于保护插件的种类千差万别，其测试需求也千变万化，因此如何设计测试系统的结构，实现多种测试功能的集成与综合，以满足多种综中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 3 页 共 36 页合保护插件测试的需求，是本论文研究的重点和难点。1.测试电源信号的程控调节方案：包括测试电源信号的程控调节原理设计、测试电源信号的程控调节精度设计、测试电源信号的程控调节响应速度设计 12；2.矿用综合保护插件全自动测试系统的硬件设计：硬件系统的整体结构设计，初步计划采用由测试台、专用箱、大电流发生器构成的组合式硬件系统 13；硬件系统的易扩展性设计，即使测试系统易于扩充对新型号矿用综合保护插件的测试功能；硬件系统防电磁干扰设计，多个信号源均为强电类型，相互间的电磁干扰对测试的可靠性和准确性产生不良影响，对信号源相互间的电磁干扰进行测试分析、并对影响系统精度的电磁干扰采取抗干扰措施。3.为了实现测试系统通用性的目标, 测试系统多种多样的测试需求与测试系统的资源之间存在着一定的矛盾, 因此必须考虑测试系统的性价比, 进行仔细地权衡和折中, 使测试系统既满足测试种类多样性的目标,又使系统的硬件资源尽可能的少。4.插件测试中需要对多种电压、电流信号进行采集、控制, 不仅有交流信号,还有直流信号, 因此必须选用合适的信号测量与控制统来完成此项任务。系统采用的 EDA 模块为力创公司生产的 EDA90 系列。本论文按照测试系统的设计开发过程，对测试系统的设计和实现做了系统的阐述。从逻辑上可粗略划分为六个部分：第一章为绪论，主要对本论文的研究内容、目的、和意义、国内外研究现状作一介绍；第二章主要对继电保护进行介绍以及对所设计的系统进行分析；第三章主要对被测对象进行了分析；第四章主要研究了综合保护插件通用测试系统的实现插件通用测试系统的总体设计；第五章重点讨论插件通用测试系统的硬件设计的关键技术；第六章研究了插件测试系统的软件实现；第七章研究了矿用综合保护器全自动测试的进一步定性研究。最后一章对本论文的工作和不足进行总结，并对今后的研究方向进行了展望。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 4 页 共 36 页2 继电保护和系统设计分析2.1 矿山井下继电保护的作用继电保护装置是井下供电系统的一种防止发生事故的自动装置，是保证电力系统安全可靠运行不可缺少的重要设备。当电力系统中的某一处发生接地和短路故障时，或者不正常运行对系统的其它部分产生不良影响时，检测出不正常状态，发出指令或信号，将这部分从系统中切除，或使值班人员采取必要措施。 2.2 继电保护的基本原理为了对电力系统发生故障或不正常运行状态时，实现其相应的保护作用，继电保护装置通常由测量部分、逻辑部分和执行部分组成如下：输入信号 测量部分逻辑部分执行部分输出部分（保护对象电气参数） 整定值2.3 井下继电保护的分类（三大保护） 2.3.1 接地保护当电网具有保护接地时，即使有一相带电体碰到设备金属外壳，并被人体接触，电 流将通过人体电阻和接地装置的接地电阻形成的并联回路流入大地，再通过其他两相对地绝缘电阻和对地电容回到电源。由于接地装置的分流作用，使通过人体的电流大大减小，避免漏电电流对人体的伤害。2.3.2 过流保护短路保护：传统的短路保护主要是基于电热原理和电磁原理。用熔断器实现的短 路保护就是电热原理的典型应用，而用过电流继电器实现的短路保护则是电磁原理的应用实例，热继电器是电热和电磁原理的结合应用断相保护：相保护采用负序保护原理，当线路电流大于负荷额定电流的一定倍数时开始动作。过载保护：载保护过载是指电动机的运行电流或电气设备的工作电流大于其额定电流，但超过额定电流的倍数小些。通常是额定电流的 1.5 倍以内。引起电动机或电气设备过载的原因很多，如负载突然增加。过载保护的动作时间与过载电流大小有关，中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 5 页 共 36 页其动作值设定小于短路保护的动作值。过载时，电流继电器动作。其触点接通时间继电器线圈，经延时后时间继电器触点动作。使执行机构动作，切断主同路电源，同时发出过载信号。2.3.3 漏电保护漏电保护能够防止人身触电事故。能够不问断地监视井下采区低压电网的绝缘状态，以便及时采取措施，防止其绝缘进一步恶化。减少漏电电流引起矿井瓦斯、煤尘爆炸的危险。防止短路电流所产生的电弧烧穿隔爆型电气设备的金属外壳，或使其外壳的温度升高，超过危险值，从而提高了电气设备的防爆性能。预防电缆和电气设备因漏电而引起的相间短路故障。特别是在使用屏蔽电缆的情况下，相间短路必然先从接地漏电开始，致使漏电保护装置首先动作，将故障排除，因而可防止短路事故发生。对于由短路引起的接地故障，漏电保护还可起短路保护的后备保护作用，一旦短路保护装置拒动，漏电保护装置还可使开关跳闸。防止电网的接地漏电电流引爆电雷管。选择性漏电保护装置的使用，将会缩小漏电的停电范围，便于寻找漏电故障，并能及时排除，从而缩短了漏电的停电时间，有利于提高劳动生产率，给矿井带来显著的经济效益。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 6 页 共 36 页3 系统设计分析矿用综合保护器，简称综保，是保护煤矿井下包括供电与用电设备、具有过电流保护、短相保护、三相不平衡保护、过压与欠压保护、绝缘监视保护、漏电保护欲闭锁保护等功能的继电保护装置，它们往往作为电气开关的部件插装在开关内，因此一般称为插件 8。设计矿用综保插件通用测试系统，对各种不同类型电子保护插件的模拟、检测试验和维护，以作为煤矿各保护插件安全检测设备。主要研究内容包括测试系统硬件设计（其中包括测试台设计） ，测试系统的软件设计。首先要了解煤矿用各种保护器类型，各种保护器需要完成的测试项目，对保护器测试精度要求。下表为部分待测插件列表。表 2.1 插件列表序号 规格 项目 生产厂家 主机1 JGB-1 监视,过载,短路,漏电 阳泉矿山设备研究所 BGP6-62 BLDJ-3 监视,过载,短路,漏电 西安交大无线电厂 BGP6-63 GZHB-3 监视,过载,短路,漏电 沈阳天行电子研究所 BGP6-64 GZHB-3L 监视,过载,短路,漏电 八达真空电气开关厂 BGP6-65 LDJZB 监视,过载,短路,漏电 汾西机器厂 BGP9l-66 ZBZ90 监视,过载,短路,漏电 汾西机器厂 BGP9l-67 DCZB-X3 监视,过载,短路,漏电 北京顺德电子公司 BGP40-68 BZZK1、2、3过载,短路,漏电 济源中原防爆电器厂 BZKD-400Z9 BKD-DL 短路、过载 济源中原防爆电器厂 BKD9-20010 ZZB-400 过载,短路,漏电 八达真空电气开关厂 BKD20-40011 智能保护 过载,短路,漏电 常州东成电器公司 QJZ-30012 WJBK-II 过载,短路,漏电 八达真空电气开关厂 QJZ-40013 ABD8-315、 过载,短路,漏电 东煤真空电气公司 BQD23-31514 JDB-80A、C 电子综保 八达真空电气开关厂 QBZ-8015 JDB-120 电子综保 八达真空电气开关厂 QBZ-12016 JDB-225 电子综保 八达真空电气开关厂 QBZ-200中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 7 页 共 36 页17 照明综保 过载,短路,漏电 北京煤矿用设备公司 ZXZ8-2.5-II3.1 高压综合保护器的主要参数及其对测试仪的要求高压综保的电路结构一般有输入整定、比较延时、记忆执行电路三大部分组成。高压综保经历了模拟电路阶段、模拟电路为主数字电路为辅阶段、微机式高压综保阶段三个阶段 910。现 有 国 产 高 压 隔 爆 开 关 综 合 保 护 器 的 主 要 参 数 如 下 1011：(1) 欠 压 保 护当 电 源 电 压 大 于 75%额 定 电 压 时 ， 保 护 器 应 能 跳 闸 ， 低 于 60%额 定 电 压 时 ， 保护 器 应 能 可 靠 跳 闸 。 输 入 保 护 器 的 工 作 电 压 为 电 压 互 感 器 的 二 次 电 压 ， 额 定 值 为100V， 因 此 ， 要 求 测 试 台 能 在 6070V之 间 调 整 保 护 器 的 工 作 电 压 ， 适 当 扩 大 调 整范 围 ， 确 定 测 试 仪 欠 压 保 护 的 调 整 范 围 为 55110V。(2) 绝 缘 电 阻 和 监 视 保 护电 缆 屏 蔽 线 与 地 线 之 间 的 绝 缘 电 阻 正 常 时 ， 可 以 认 为 是 无 限 大 ， 当 绝 缘 电 阻 小于 5.5K时 ， 继 电 器 可 以 动 作 ， 当 绝 缘 电 阻 小 于 3K时 ， 继 电 器 应 能 可 靠 地 动作 因 此 要 求 绝 缘 电 阻 在 35.5K之间 调 整 ， 适 当 扩 大 调 整 范 围 ， 确 定 检 测 装 置 的绝 缘 电 阻 调 整 范 围 在 26.5K之 间 ， 并 且 有 一 个 绝 缘 电 阻 为 无 限 大 的 档 位 。(3) 回 路 电 阻 监 视 保 护正 常 的 电 缆 回 路 电 阻 可 认 为 是 0， 当 回 路 电 阻 大 于 0.8K时 ， 继 电 器 可 以 动 作 ，当 回 路 电 阻 大 于 1.5K时 ， 继 电 器 应 能 可 靠 动 作 。 因 此 ， 要 求 回 路 电 阻 能 在01.5K之 间 连 续 可 调 ， 适 当 扩 大 调 整 范 围 ， 确 定 测 试 仪 的 回 路 电 阻 调 整 范 围 ， 确定 测 试 仪 的 回 路 电 阻 调 整 范 围 为 01.5K， 并 有 一 个 0位 置 。(4) 过 载 保 护高 压 综 合 保 护 器 的 过 载 保 护 可 在 210A之 间 分 档 整 定 ， 过 载 电 流 可 在 A相 或 C相产 生 因 此 ， 要 求 测 试 仪 能 在 010A间 调 整 过 载 电 流 ， 并 且 能 分 别 从 A相 或 C相 输入 ， 同 时 要 求 测 试 仪 能 测 定 过 载 保 护 延 时 时 间 。(5) 短 路 保 护高 压 综 合 保 护 器 的 短 路 保 护 可 在 580A之 间 分 档 整 定 ， 短 路 电 流 可 在 A相 或 C相中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 8 页 共 36 页产 生 因 此 ， 要 求 测 试 仪 能 在 080A之 间 调 整 短 路 电 流 ， 并 能 分 别 以 A相 或 C相 输入 并 且 要 求 能 测 定 短 路 保 护 动 作 的 时 间 。(6) 漏 电 保 护高 压 综 合 保 护 器 的 漏 电 保 护 可 在 0.36A之 间 分 档 整 定 动 作 电 流 ， 因 此 ， 要 求 测试 仪 能 在 0 10A之 间 调 整 零 序 电 流 。 同 时 ， 能 检 测 漏 电 保 护 动 作 的 延 时 时 间 和 零 序电 压 。 零 序 电 压 应 能 在 0100V之 间 调 整 。3.2 井下低压电器综合保护装置3.2.1 矿用隔爆型低压馈电开关矿用低压防爆馈电开关是一种手动合闸，当线路出现过电流和漏电故障时能自动跳闸切断电源的供电开关。主要用于煤矿井下低压配电线路中，设置于变压器出口一侧，作为低压电网干线总配电开关。其主要组成部分有：防爆外壳，断路器，控制装置，保护装置等。近年来，随着采煤机械化的发展，对于供电系统的继电保护也有了进一步的要求。为了使保护装置具有更广阔的调整范围和更为准确的动作特性，馈电开关中运用了性能良好的晶体管保护装置。对于电源总馈电开关，可以选用具有特大短路瞬动，短路短延时动作，过负荷长延时动作的三段保护特性集体观脱扣器。长延时部分作为电源变压器的过负荷保护。对于支路馈电开关，可选用特大短路瞬动，短路短延时动作的晶体管脱扣器。我国现在使用的低压防爆馈电开关，国产旧型号的有 DW80，DW81 两大系列，新型号的有 DWKB30-200，DWKB30-400，DZKD-400/1140，DKZB-400/1140，DKZZ-400/600，BKD2 等几个系列。前两种主要作为普通采掘工作配电的电源总开关，后面几种一般用于综合采掘供电系统，往往与高压开关及干式变压器配套，组成移动变电站。3.2.2 井下低压漏电保护装置井下低压供电，除少数采用移动变电站外，大多数由采区变电所向各工作点供电。由于供电距离长，井下工作条件恶劣，加上所用电缆大多为橡套电缆，机械强度较差，致使绝缘容易损坏。因此，漏电事故时有发生。漏电的后果，一是可能导致人身伤亡；二是大量的漏电电流如果长期存在，还有可能使电气设备的绝缘进一步恶化，造成相中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 9 页 共 36 页间短路，带来更加严重的后果。因此，必须采取切实可靠的漏电保护措施，及时将漏电故障切除，确保井下供电安全 12。漏电保护是井下低压保护的主要措施之一，尽管目前已有许多保护方法但每种保护装置都还存在一些不尽人意的地方。现场使用时，应根据实际情况寻求更加合理的保护途径，使漏电保护技术得到进一步发展。3.2.3 井下低压过流保护装置井下供电系统的任何部分出现超出起额定电流的过电流现象可能导致电气设备的损坏或使用寿命的缩短，甚至引起井下电气火灾等恶性事故，造成过流故障或不正常运行状态主要有各种短路故障（三相、两相、匝间短路等） 、断相故障、过负载运行、欠电压运行等。针对过电流现象采取的保护措施主要有：短路保护、过载保护、断相保护、欠压及失压保护。近年来为了进一步提高短路保护的灵敏度和快速性，在井下开始使用相敏过流保护和快速断电保护 1314。因此，井下低压供电系统中除采取保护接地和漏电保护措施外，还应装设过载、短路保护装置 15，目的是当低压供电系统中发生过载或短路故障时，保护装置动作，及时而可靠地切除故障。3.3 电动机综合保护器的现状及发展矿用真空磁力启动器是一种矿山常用的组合电器，它主要由隔离换向开关、真空接触器、熔断器、继电保护装置、按钮等元件组成，用来控制和保护电动机。但目前我国自行生产的真空磁力启动器多为电磁式结构 16。电动机综合保护器按结构来分主要有两类：1、整体式结构：将传感元件、整定装置、电子插件，甚至显示单元于一体，整个保护器形成一件；2、分体式结构：通常传感元件（有时包括整定装置） ，电子插件各成一体，整个保护器由两件或两件以上构成。从电路构成来分主要有两类：1、模拟电路为主的保护器；2、数字电路为主的保护器。从功能来分可以有多种类型，目前来看较普遍的是两种：1、过载、短路、断相、综合保护器；2、过载、短路、断相、漏电闭锁综合保护器。电动机综合保护器一般由四部分组成：1、取样及信号处理电路部分；延时、鉴幅、及逻辑电路部分；3、综合及出口电路部分；4、电源。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 10 页 共 36 页3.4 照明变压器综合保护装置照明变压器综合保护装置具有变压、控制和保护功能，为煤矿井下照明灯具供电的小型成套电气设备，在我国主要作为 127V 固定式照明灯具的电源装置，集变压器，高低压控制开关及综合保护单元于一体的小型移动变电站。127V 煤电钻综合保护装置包括主变压器、接触器、熔断器、漏电保护、过载保护和短路保护等几部分 17。为了对煤电钻进行远方控制，还设有先导控制回路。煤电钻综合保护开关是煤矿井下采掘工作面 127V 供电系统总保护开关具有热继电器过载保护性能、绝缘监视及漏电保护性能，是对采掘工作面额定电压 127V，额定电流 10A 的煤电钻实施供电、控制启动、保护的主要设备，在 70 年代处，它取代了传统的干式变压器、检漏继电器、防爆开关“三合一”分立式的供电方式。因此，在采掘工作面肩负着安全供电可靠运行的综保开关，在供电线路故障时，应能快速、可靠地分断故障电流，缩短故障电流存在时间，减少电气设备损坏，保障矿工生命安全，进而控制瓦斯爆炸事故的发生。它的正常安装、运行至关重要。所以，无论行业主管部门还是综保开关生产企业，以及现场用户对保证其安全供电，保护性能稳定可靠都非常重视。根据变压器容量大小，我国生产的照明变压器综合保护装置分为 2.5 kVA 和4kVA 两种。为了适应低压电网不同电压的要求，每种照明变压器装置又分为两个规格，各种规格产品都具有防爆功能，通断电路和保护电路功能。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 11 页 共 36 页4 插件通用测试系统的总体设计4.1 测试系统总体方案设计本测试系统采用的技术方案为：一方面，在明确被测试对象和设计目标的前提下，从总体上建好系统框架，定义其设计目标和测试方法，进行模块分割和软硬件划分，对软硬件进行总体设计。另一方面，在测试系统实现时，首先搭建系统的基本应用框架，定义基本的数据结构、各模块之间的接口关系，然后从基本模块开始，首先实现关键模块，再逐步实现其它模块，最后完善整个测试系统。由于测试系统要求具有通用性，因此必须对各种被测对象进行综合分析、概括抽象，能否合理地抽象出插件的共有特性是关系到测试系统能否顺利完成的最关键的步骤。在通用测试系统设计时，需综合考虑各种因素，如测试系统的测试框架的搭建，测试系统采用的故障检测和故障诊断方法，测试系统的软硬件功能的划分。从硬件上来说，PC 机的选择（主频、内存的大小）等，接口电路的选择，以及信号采集的方式、进行逻辑分析的方式等都需综合分析、系统考虑；从软件上来说，操作系统、软件开发平台的选择，测试信号点的选择，数据结构的描述等都是设计时的难点，也是测试系统是否能完成预定目标和研制周期长短的关键因素 1819。4.2 测试系统硬件总体设计综合保护器插件通用测试系统用来对各类综合保护器插件进行测试，测试系统必须模拟各综合保护器的实际工作环境，可以产生所需要的各种测试信号作用到综合保护器上对其进行测试。为了实现通用测试系统的自动测试功能，本系统采用微机仪器的概念 20，采用 PC 机代替过去以电子线路为主体的测试系统结构。使用 PC 机作为测试系统的主控设备，可以极大地增强测试系统的灵活性，可以充分利用计算机强大的数据处理、显示和存储等功能，同时由于 PC 机拥有强大的软件资源，为测试系统的软件实现提供了巨大的空间。测试系统的硬件采用通用的工控机接口卡来实现，这些资源为组成测试系统的各个部件的选型提供了比较大的灵活性，可以比较方便地配置测试系统的硬件和软件，从而为测试系统的通用性和自动性的实现创造了条件。测试系统是以 PC 机为主的系统， PC 机是测试系统的核心，因此测试系统的首要中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 12 页 共 36 页部分就是 PC 机系统，在 PC 机的基础上扩展外围接口模块构成整个测试系统。具体来说用计算机主要来进行：a）控制试验测试过程；b）控制激励信号的产生；c）对响应信号进行数据处理、逻辑运算与判断；d）数据保存、管理、打印、传输；e）应用软件资源提高试验的准确性、高效性、可靠性、经济性；f）系统具有很强的适应性和灵活性，可以满足多种插件的测试设计、控制、数据分析。测试系统硬件的主要功能就是为被测插件提供测试激励和控制信号，并能将被测插件响应信号采集、转换处理后传送给计算机进行处理，为此测试系统必须有与之相关的测试模块，为了保证插件能正常工作，测试系统还必须能为被测插件提供它的工作电源和其他电压，因此必须有电源部分，为了充分利用测试系统的硬件资源，还必须有开关切换模块，为了控制采样时钟和进行计时功能，系统还必须有定时器/计数器模块。综上所述，插件通用测试系统的硬件系统应具有以下功能模块：（1）A/D 转换接口模块；（2）D/A 转换接口模块；（3）数字量输入模块；（4）数字量输出模块；（5）开关量输入模块；（6）开关量输出模块；（7）定时器/计数器模块；（8）电压变换模块；（9）电参数采集模块；（10）电流源模块。为了实现测试系统通用性的目标，测试系统的各个接口模块的通道数应无限多才能满足系统的要求，从理论上讲这是不可能实现的，测试系统多种多样的测试需求与测试系统的资源之间存在着不可调和的矛盾，因此必须考虑测试系统的性能价格比，进行仔细的权衡和折中，才能使测试系统既满足测试种类多样性的目标，又使系统的硬件资源尽可能的少。插件测试中需要对多种电压、电流信号进行采集、控制，不仅有交流信号，还有直流信号，因此必须选用合适的信号测量与控制系统来完成此项任务。系统采用的 EDA 模块为莱芜力创公司生产的 EDA90 系列，测试台内的智能测控制模块，与上位计算机组成 RS485 网络，各智能测控制模块分别测出信号的电压与电流值，以及动作时间漏电阻等。在上位计算机的发出读写命令后，各智能测控制模块便中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 13 页 共 36 页将测出的电压与电流值，以及动作时间漏电阻等送到上位机，上位机将收到的数据在软件界面上显示出来，必要时上位机可控制将数据存盘和打印输出。综合保护插件的硬件总体框图如下图所示：图 4.1 综合保护插件测试系统硬件总体框图4.3 综合保护插件测试系统软件总体设计软件系统是插件通用测试系统的核心，测试系统的用户接口、检测方法、故障诊断，都是在软件系统的控制下完成的，在一定程度上来说，测试系统的设计目标需要通过软件系统完成的。软件系统的实现也是本测试系统较复杂的部分。4.3.1 软件开发环境的选择 选择合适的开发系统对开发软件的周期长短、质量好坏、工作量的大小影响很大。由于被测插件很多，需要许多的界面窗口（Form） ，因此选用开物 2000 作为软件开发环境。controX2000 通用监控软件是一种先进的工业控制用软件包，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于 Microsoft Windows 98、Windows 2000、Windows NT 操作系统的、内部采用真正的 Client/Sever 体系结构，用户可以在企业所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息，无论是在控制现场还是在办公室内，可以进行交互式的操作，让操作者和管理人员作出快捷有效的决策。通过使用 controX2000 会使用户极大地增强其生产线能力，提高工厂的生产力和效率，提中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 14 页 共 36 页高产品的质量和减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网状结构的分布式大型集中监控管理系统的开发。4.3.2 软件功能模块划分根据测试系统的设计要求，按照各模块之间相互独立的原则，将软件划分为用户界面、系统维护、任务管理、检测和数据处理等几个主要模块。几个模块的功能分别描述如下：（1）用户界面：用于对整个软件系统进行管理，是测试系统提供给用户的接口。它是插件测试的集成测试环境，为其它模块提供调用接口，能调度所有其它的功能模块（如系统维护、任务管理、插件管理、检测、结果查询） ，用户对操作系统的任何操作都应能在用户界面中实现：（2）系统维护：用于对测试系统的自检、测试系统的设置、资源配置。其中资源配置用于定义被测插件与测试系统之间的通道配置关系。（3）任务管理：任务管理模块主要为用户提供测试任务的编辑和查看功能。（4）检测和数据处理模块：检测模块用于对被测插件进行检测，并完成测试数据的分析得出检测和故障诊断结果，是本测试系统的核心检测模块。中 北 大 学 201