继电器开关量检测马成鹏

继电器开关量检测马成鹏

马成鹏

（云南电网有限责任公司昆明供电局云南昆明650000）

摘要：近两年来，国家电网逐步规范了电表技术要求，制定相关行业标准以及技术规范，这为继电器参数检测提出了一些技术难题，如继电器的负载通断能力、开关特性测试等。根据继电器性能参数测试要求，测试项目可以分为两大类，一是不带负载电流的测试项目，如动作值、触点接触电阻、机械寿命；二是带负载电流的测试项目，如触点接触电压、电寿命、过负荷能力。动作速率对继电器可靠性的影响：随着继电器动作速率的提高，平均故障间隔时间基本呈指数型下降趋势。电流比对继电器可靠性的影响：所谓电流比是继电器的工作负载电流与额定负载电流之比。电流比对继电器的可靠性影响很大，尤其当电流比大于0.1时，平均故障间隔时间迅速下降，而电流比小于0.1时，平均故障间隔时间基本不变，因此在电路设计时应选用额定电流较大的负载以降低电流比，这样可保证继电器乃至整个电路不因工作电流的波动而使可靠性降低。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本文将通过对继电器的开关功率以及速率检测进行阐述。

继电器的动作值是指继电器从释放状态到达动作状态（或初始状态改变为最终状态）所需要输入激励量的最小（或最大）值。继电器的返回值是指继电器从动作状态恢复到释放状态（或由最终状态改变为初始状态）所需要输入激励量的最大（或最小）值。继电器的返回值和动作值之比称为返回系数，测量动作值和返回值的方法有以下几点：

1.缓慢改变激励量法。

2.测试时继电器线圈施加的激励量由零逐渐增加到动作值，再由动作值升至额定值，逐渐降至返回值，然后由返回值降低到零。

3.突然施加激励量法。测试时首先调整好规定的动作值，然后突然施加于继电器线圈，再升至额定值，由额定值突然降低到规定的返回值。对于突然施加激励量法的试验，应根据继电器动作情况来决定其结果是否合格。

一．数据采集系统

为了提高开关信号采样速度，所使用的开关都不选用二次数据显示仪表，直接读取流量传感器所发出的一次信号---脉冲信号。将此信号送入高速采集系统，将此数据临时存储在采集模块中并上传到中央控制系统中供查阅和数据分析。

高速采集系统可以同时检测四个开关输出的脉冲频率，分辨率达到0.01hz。检测开始后，模块每1毫秒计算一次频率，可以很细腻的显示流速变化的过程。在检测频率变化的同时，模块还将同步换算当前流速值，响应时间为1ms。并且可通过高速脉冲发生器，对该系统进行实时校准。

上位机负责用户界面和对分站进行数据采集和控制，对高速采集系统返回的流速、动作时间、流速变化过程数据进行采集和数据分析，并通过图形和报表的方式呈现给测试人员。主站界面结构清晰，界面美观，操作简便，数据直观。

二．高速采集系统

高速流速采集系统，是基于RS485总线的数据采集系统，支持标准的MODBUSRTU协议和自定义协议。采集采用32位ARM处理器（LPC2134），最高主频60MHz，微秒级处理能力对四路流速脉冲进行精确测量，测量到的频率分辨率达到0.01Hz。集成捕获功能，计数功能和开关量输入输出功能。

三．测频率功能

测频功能是采用等精度测量法进行测频，模块内部的标准基频率信号周期为0.1us，当检测到被测信号下降沿，模块对基频信号开始计数，计数值在下降沿递增，当被测信号第二个下降沿到达之后，记录基频信号的计数，假设计数个数为Ns。则测得脉冲的周期为NX*0.1us，频率为1/（NX*0.1）（Hz），每秒的流速=频率/平均仪表系数/1000/（π*r的平方）。

四．捕获功能

DIO4和DIO5通道为捕获通道，当接收到计时命令后，模块开始监测脉冲频率的变化，脉冲频率开始增大的瞬间，模块的两个计时器开始从0计时，当DIO4或者DIO5有下降沿时，两个计时器分别停止计时，这样得到了脉冲频率上升到继电器动作的时间，分辨率为1毫秒。在DIO4和DIO5的下降沿会同时记录当前的脉冲频率。

五．计数功能

DIO12~DIO15四个通道有计数功能，在输入信号的每个下降沿，计数值加1，直到0xFFFFFFFF后返回0。计数值可以通过指令清零

开关量输入输出功能

DI04~DIO7为开关量输入通道，

DIO8~DIO11为开关量输出通道，可控制四路中间继电器。

流速高速采集功能

设定一个开始的时刻或者以脉冲频率开始升高的时刻为起点开始每1毫秒记录一个脉冲频率信号到高速缓冲区，缓冲区可记录2000个脉冲频率信号，通过读取缓冲区可以还原流速的上升过程。

六．电气特性

隔离数字量输入

输入类型：开关触点信号或电平信号

输入范围：高电平（数字1）：+3.5V~+50V；低电平（数字0）：≤+1V

开关触点有效输入阻抗：≤1kΩ

测频率通道输入频率：≤1000Hz

计数通道输入频率：≤300Hz

隔离耐压：2500VDC

隔离数字量输出

输出类型：集电极输出

最大负载电压：30V

最大负载电流：30mA

隔离耐压：2500VDC

系统参数

CPU：32位RISCARM

误差：最大误差±0.1us

供电电压：+10~+30VDC，电源反接保护

工作温度范围：-20℃～+85℃

通讯接口：隔离2500VDC，ESD、过压、过流保护

电脑控制直流高压电源输出电压，通过开关量采集模块采集继电器状态，使用IPAM3402当前电压大小。

结论：通过高压电源慢慢提高输出电压，并实时检测开关量状态，实现测试动作电压和功率的功能。

继电器的动作时间一般小于2ms，这套设备的实时性不足以测量到这么小的时间，这套设备的刷新周期在30ms。后期通过使用MCU直接控制，可以达到0.1ms的刷新间隔