一 系統(tǒng)概述

1.1產(chǎn)品背景

溫升試驗(yàn)也稱(chēng)發(fā)熱試驗(yàn)，它是開(kāi)關(guān)電器最基本的試驗(yàn)項(xiàng)目之一。開(kāi)關(guān)電器在正常通電使用的情況下，內(nèi)部不免有各種電能損耗。這些損耗可歸納為三種：一是金屬導(dǎo)電體的有效電阻損耗，包括集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的附加損起在內(nèi)：二是鐵磁體的渦流和磁滯損耗；三是絕緣體的介質(zhì)損耗。對(duì)低壓開(kāi)關(guān)電器來(lái)說(shuō)，由于電壓低，介質(zhì)損耗與其它兩種損耗相這兩種電能損耗最后幾乎都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使開(kāi)關(guān)電器的各部分發(fā)熱，從而使溫度升高。

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電器溫度升高到一定限度后就可能出現(xiàn)下述幾種影響正常工作的情況：

第一導(dǎo)電體的接觸部分包括觸頭和固定接觸連接，當(dāng)溫度升高至一定值后可能發(fā)生接觸電阻的惡性增加現(xiàn)象。這主要由于接觸電阻是由收縮電阻和表面電阻二部分組成的，其中表面電阻或稱(chēng)薄膜電阻是由氧化膜等薄膜所引起的電阻，此電阻一般隨溫度的升高而緩慢增加，但當(dāng)溫度升高至一定值后，電阻值的增加將明顯加快，嚴(yán)重時(shí)可能轉(zhuǎn)為惡性循環(huán)，即溫度升高促使電阻增加，電阻的增加反過(guò)來(lái)又促使溫度更快升高，如此相互作用，最后使接觸點(diǎn)因過(guò)熱而熔焊或燒壞。即使不發(fā)生惡性循環(huán)，接觸部件的電阻過(guò)高也會(huì)影響運(yùn)行的可靠性。例如由于接觸電阻的不正常增大而出現(xiàn)的不通電或不穩(wěn)定通電情況，尤其在電路電壓較低或電器觸頭壓力較小時(shí)更易發(fā)生。

第二，對(duì)絕緣體來(lái)說(shuō)，溫度升高可使絕緣部件的絕緣電阻和絕緣強(qiáng)度（耐壓水平）降低，因而可能影響安全運(yùn)行。此外，溫度升高會(huì)加速絕緣材料的老化進(jìn)程，即縮短絕緣壽命以及可能使得某些絕緣材料發(fā)生軟化變形而不能繼續(xù)使用。

第三，溫度過(guò)高會(huì)影響電器的使用性能。例如繼電器的電磁線(xiàn)圈溫度過(guò)高可使某些繼電器的延時(shí)不穩(wěn)定：同樣脫扣器的脫扣元件溫度如超過(guò)一定值，也會(huì)使脫扣性能不穩(wěn)定；滅弧室溫度過(guò)高則影響電器的熄孤能力；觸頭彈簧在高溫作用下彈性會(huì)消失，使觸頭的接觸變得不可靠等。

第四，電器的操作手柄。外殼和底座等如溫度過(guò)高也會(huì)影響操作人員的安全操作、由于上述這些原因，所以對(duì)電器中某些部件的溫度加以限制是必要的。制定電器的最高允許溫度（或稱(chēng)極限允許溫度）的標(biāo)準(zhǔn)，就是為了限制電器在正常運(yùn)行條件下溫度不致過(guò)高，從而保證不出現(xiàn)上述影響電器正常運(yùn)行的因素。

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溫升試驗(yàn)的目的則是驗(yàn)證、考核、檢查或研究開(kāi)關(guān)電器各部位的溫升是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升限值，同時(shí)并驗(yàn)證設(shè)計(jì)及其所確定的數(shù)據(jù)是否正確。根據(jù)《GB14048.1-2012低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分：總則》、《GB7251.1-2013 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分：總則》及各高、低壓電器與成套電器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，均對(duì)不同電器產(chǎn)品溫升提出了限制和要求。

維思自動(dòng)化公司交流溫升試驗(yàn)設(shè)備（以下稱(chēng)本設(shè)備）系列產(chǎn)品主要依據(jù)《GB14048.1-2012低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分：總則》及《GB7251.1-2013 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分：總則》要求設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，可滿(mǎn)足各種高、低壓電器元件及成套電器的溫升試驗(yàn)要求，也可用于進(jìn)行開(kāi)關(guān)電器脫扣試驗(yàn)。根據(jù)用戶(hù)要求，產(chǎn)品輸出試驗(yàn)電流可達(dá)交流三相800A（長(zhǎng)期）。輸出精度、穩(wěn)定性等參數(shù)均優(yōu)于國(guó)標(biāo)要求。

本方案根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，提供交流三相溫升設(shè)備設(shè)計(jì)方案，供用戶(hù)參考。實(shí)際訂貨時(shí)，產(chǎn)品各具體參數(shù)應(yīng)以相應(yīng)合同及技術(shù)文件參數(shù)為準(zhǔn)。

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1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

國(guó)標(biāo)對(duì)溫升試驗(yàn)的環(huán)境、電流等參數(shù)均有嚴(yán)格規(guī)定。按照GB14048.1的要求，在溫升試驗(yàn)中，每相電流應(yīng)在±5%的允差范圍內(nèi)，多相電流的平均值應(yīng)不小于相應(yīng)的試驗(yàn)電流值。主電路的溫升試驗(yàn)，應(yīng)通以約定自由空氣發(fā)熱電流或（和）約定封閉發(fā)熱電流，試驗(yàn)可在任何合適的電壓下進(jìn)行。

為滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求，本設(shè)備電流允差范圍遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)要求，維思自動(dòng)化公司可根據(jù)用戶(hù)要求，提供誤差電流范圍自±1%至±2.5%的產(chǎn)品。考慮到試驗(yàn)產(chǎn)品的阻抗，太低的試驗(yàn)設(shè)備輸出電壓可能導(dǎo)致設(shè)備出力不足，太高的試驗(yàn)設(shè)備輸出電壓又需要增加設(shè)備功率，造成不必要的投資浪費(fèi)?？紤]用戶(hù)的不同要求，我公司可提供 6V 至56V不同輸出電壓的試驗(yàn)設(shè)備。

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同時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)溫升試驗(yàn)過(guò)程、測(cè)量、判定等均有詳細(xì)要求。本設(shè)備嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)及客戶(hù)要求設(shè)計(jì)，可滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)溫升試驗(yàn)的各項(xiàng)參數(shù)要求，并可根據(jù)用戶(hù)研究需要，提供標(biāo)準(zhǔn)外雙方約定的試驗(yàn)條件，如按時(shí)間分階段升流等功能。本設(shè)備依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，成套提供試驗(yàn)設(shè)備、控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可完成開(kāi)關(guān)電器溫升試驗(yàn)全過(guò)程，并提供相應(yīng)控制、保護(hù)和數(shù)據(jù)采集功能，可對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的故障進(jìn)行報(bào)警及記錄。

1.3 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

《GB14048.1-2012低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分：總則》；

《GB7251.1-2013 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分：總則》：

《GB/T50479-2011 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備柜（屏）工程技術(shù)規(guī)范》；

《GB/T 4205-2010 人機(jī)界面標(biāo)志標(biāo)識(shí)的基本和安全規(guī)則 操作規(guī)則》；

《GB/T15969.1-2007可編程序控制器 第1部分：通用信息》；

《GB/T15969.2-2008 可編程序控制器 第2部分：設(shè)備要求和測(cè)試》；

《GB/T191包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志》。

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1.4 系統(tǒng)特點(diǎn)

與普通的試驗(yàn)系統(tǒng)相比，本設(shè)備具有以下特點(diǎn)：

（1）可靠性

本設(shè)備主要用于對(duì)開(kāi)關(guān)電器元件及成套設(shè)備進(jìn)行溫升試驗(yàn)，具有時(shí)間長(zhǎng)、電流大的特點(diǎn)，試驗(yàn)系統(tǒng)本身需要先經(jīng)受住這種極端工況的考核，才能論及對(duì)試品的測(cè)試檢驗(yàn)。本設(shè)備各部分的硬件均采用可靠性高的部件，確保系統(tǒng)可以在試驗(yàn)工況下長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，以確保試驗(yàn)系統(tǒng)的安全可靠。

（2）先進(jìn)性

本設(shè)備軟硬件選型均采用目前主流產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)上充分借鑒現(xiàn)有類(lèi)似產(chǎn)品的特點(diǎn)，積極引進(jìn)先進(jìn)的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)理念，取長(zhǎng)補(bǔ)短，確保系統(tǒng)在設(shè)計(jì)思路和方案上的先進(jìn)性?？刂葡挡捎霉I(yè)計(jì)算機(jī)+高精度控制與數(shù)據(jù)采集卡，系統(tǒng)接口采用主流的高速以太網(wǎng)接口，人機(jī)界面采用進(jìn)口組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)目前工業(yè)行業(yè)最先進(jìn)的解決方案，為用戶(hù)提供先進(jìn)、準(zhǔn)確的試驗(yàn)系統(tǒng)。

（3）安全性

系統(tǒng)具備完善的保護(hù)功能，除了常規(guī)的配電電路短路、過(guò)載、欠壓、過(guò)壓等保護(hù)功能為，還設(shè)計(jì)有基于時(shí)間電流和產(chǎn)品狀態(tài)的保護(hù)功能，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種故障提供完善的保護(hù)，根據(jù)故障情況進(jìn)行報(bào)警或跳閘處理，以確保試驗(yàn)設(shè)備及人身安全。系統(tǒng)操作及故障問(wèn)題均自動(dòng)記錄歸檔，供問(wèn)題排查時(shí)參考。

（4）成熟性

維思自動(dòng)化公司作為專(zhuān)業(yè)的電器試驗(yàn)設(shè)備供應(yīng)商，擁有豐富的壽命、溫升、特性等可靠性與性能測(cè)試設(shè)備與試驗(yàn)室項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型各個(gè)環(huán)節(jié)把握試驗(yàn)要求，產(chǎn)品成熟可靠，可極大地提高用戶(hù)效率。

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二 技術(shù)方案

2.1方案概述

本設(shè)備依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)生產(chǎn)，用于進(jìn)行最高三相交流7kA溫升試驗(yàn)。

2.2方案結(jié)構(gòu)

本設(shè)備從結(jié)構(gòu)上分為配電、調(diào)壓、升流、控制4部分。其中，配電部分提供整個(gè)設(shè)備主回路與控制回路電源，調(diào)壓部分通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓達(dá)到調(diào)節(jié)電流的效果，升流部分提供交流大電流輸出，控制柜實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電流、穩(wěn)流以及全部試驗(yàn)過(guò)程的控制功能，控制臺(tái)用于進(jìn)行設(shè)備操作及數(shù)據(jù)采集。

本設(shè)備主回路示意如下圖，各主要開(kāi)關(guān)及測(cè)量點(diǎn)均配有相應(yīng)的控制及數(shù)據(jù)采集設(shè)備：

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2.2.1 參數(shù)計(jì)算

本設(shè)備用于進(jìn)行三相交流溫升試驗(yàn)。為保證設(shè)備出力，設(shè)備出線(xiàn)端開(kāi)口電壓設(shè)計(jì)為10V，以此為依據(jù)，進(jìn)行設(shè)備容量計(jì)算，并考慮設(shè)備效率、回路壓降等因素。

根據(jù)我公司設(shè)備生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及理論計(jì)算，該容量可完全滿(mǎn)足試驗(yàn)電流需要。設(shè)備元器件、電纜、銅排等選型均以此為依據(jù)。

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2.2.2 元件選型

按照前節(jié)計(jì)算，設(shè)備主要元器件選型如下。

1、配電部分

進(jìn)線(xiàn)斷路器選擇西門(mén)子160A框架塑殼斷路器，設(shè)置額定電流160A；

調(diào)壓器前級(jí)接觸器選擇投切電容器型產(chǎn)品，功率100kW，以承受浪涌電流；

低壓大電流側(cè)母排選擇TMY50*5規(guī)格三片拼接，以保證足夠出力；

柜內(nèi)同時(shí)安裝有熔斷器，控制回路配電斷路器等元件。

2、變頻調(diào)壓電源

設(shè)備采用高精度大容量變頻電源作為電壓/頻率調(diào)節(jié)器，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓，控制升流器部分輸出電流，變頻電源采用科陸電子或國(guó)內(nèi)同水平產(chǎn)品，正弦畸變率低，調(diào)節(jié)精度高，可完全滿(mǎn)足溫升試驗(yàn)電流調(diào)節(jié)精度的要求。本設(shè)備采用100kVA變頻電源，可充分保證7000A（低壓側(cè)）的輸出電流要求。變頻電源采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議，通過(guò)控制柜遠(yuǎn)程操作及調(diào)節(jié)，降低操作人員工作復(fù)雜度。

試驗(yàn)電源同時(shí)留有變壓器一次電源出口接入，在不進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)，電源可用于小容量電壽命等試驗(yàn)，軟件具備電壽命試驗(yàn)操作模式（需要另外配置電壽命試品控制器與負(fù)載以完成電壽命試驗(yàn)功能）。

3、升流器

考慮到交流試驗(yàn)時(shí)三相電流平衡性及耦合影響的因素，大電流變壓器選用我公司大電流溫升試驗(yàn)專(zhuān)用3X單相雙繞組大電流試驗(yàn)變壓器。三臺(tái)變壓器二次繞組可通過(guò)母排換接，在進(jìn)行交流試驗(yàn)時(shí)，變壓器二次繞組為星形接法，2組繞組可通過(guò)串聯(lián)方式連接以提高電壓或通過(guò)并聯(lián)方式連接以增大電流。

4、直流電源

直流電源采用科陸電子或國(guó)內(nèi)同水平產(chǎn)品，最大長(zhǎng)期穩(wěn)定輸出電流不低于2500A，可滿(mǎn)足直流溫升試驗(yàn)的電流要求。電源采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議，通過(guò)控制柜遠(yuǎn)程操作及調(diào)節(jié)，降低操作人員工作復(fù)雜度。

5、控制柜

控制柜采用NI公司軟硬件作為控制核心，采用NI公司LabVIEW控制軟件與高速控制卡控制，主機(jī)采用西門(mén)子工業(yè)計(jì)算機(jī)，配合觸摸控制屏，可通過(guò)鍵鼠或觸摸操作。主要控制元器件選用西門(mén)子APT或同等產(chǎn)品，極大地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

下圖為我公司最大20000A長(zhǎng)期輸出的交直流溫升試驗(yàn)設(shè)備示意圖。本設(shè)備由于輸出電流較小，升流器與調(diào)壓裝置安裝在同一個(gè)柜體中。

6、數(shù)據(jù)采集

設(shè)備數(shù)據(jù)采集分為電氣與溫度兩部分，電氣部分采用LEM公司電壓、電流傳感器，結(jié)合控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，保證試驗(yàn)精度，溫度部分采用自有高精度溫度巡檢儀結(jié)合32路熱電偶進(jìn)行溫度采集。

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2.4方案特點(diǎn)

采用我公司交直流溫升試驗(yàn)設(shè)備與同類(lèi)產(chǎn)品相比有明顯的性能與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

> 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需水冷等特殊散熱部件，主回路及控制回路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，

便于操作使用：

> 便于維護(hù)，設(shè)備無(wú)特殊或集成元器件，采用模塊化設(shè)計(jì)，便于用戶(hù)維修

維護(hù)；

> 交流波形好，由于高精度變頻電源，調(diào)壓回路精度高、波形畸變小；

> 控制與數(shù)采功能完善，設(shè)備采用集成的獨(dú)立控制臺(tái)進(jìn)行控制操作，控制、

數(shù)據(jù)采集可通過(guò)軟件設(shè)置，試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)完成，可實(shí)現(xiàn)多段電流調(diào)節(jié)等功能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，并可根據(jù)用戶(hù)要求導(dǎo)出為excel、圖片等多種格式。

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2.5 技術(shù)參數(shù)

2.5.1主要技術(shù)參數(shù)

海拔高度：<1000m；

環(huán)境溫度：-15℃-+45℃；

防護(hù)等級(jí)：IP20；

空氣相對(duì)濕度：<95%；

輸入電壓：交流380V，±10%（三相四線(xiàn)）；

工作頻率：50Hz；

輸出電壓：開(kāi)口電壓10V；

輸出電流：AC7000A（三相四線(xiàn)，三相可并聯(lián)使用），DC2500A；

電流精度：<+1%；

三相不平衡度：<+1%；

輸出方式：銅排；

冷卻方式：自然冷卻；

耐壓絕緣阻抗：AC2500V1分鐘，50兆歐對(duì)地。

2.5.2功能特點(diǎn)

除滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)要求外，本設(shè)備還具有以下性能特點(diǎn)：

1.操作界面友好簡(jiǎn)單；用戶(hù)僅需要設(shè)置電流、時(shí)間等基本參數(shù)，程序可自動(dòng)完成整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程；

2.多段穩(wěn)流模式，用戶(hù)可以根據(jù)需要，設(shè)置各段電流及通電時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)

階梯型升流、降流操作，最多可設(shè)置6段工作特性，以進(jìn)行快速升降壓測(cè)試；

3.?具有可靠的過(guò)熱、過(guò)流、過(guò)壓、超溫及短路等完善的保護(hù)功能；

4.?可顯示并保存電流、溫度等參數(shù)曲線(xiàn)；

5.?可實(shí)現(xiàn)操作、報(bào)警等數(shù)據(jù)記錄；

6.?測(cè)量設(shè)備均通過(guò)國(guó)家認(rèn)可試驗(yàn)室計(jì)量，附有計(jì)量報(bào)告，方便用戶(hù)使用。