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成套开关柜综合试验装置
1. 产品概述
本设备为低压开关柜功能测试设备，采用研华工业计算机与NI高精度数字量与模拟量板卡作为控制核心，集成控制逻辑与数据采集能功能，配合DMM（数字万用表）、耐压测试仪、程控电源、电子负载、相序测试仪等设备进行被测产品测试。设备尺寸及布局满足用户要求，尺寸为3000*1200*2100mm(L*W*H)，键盘操作的高度是1400±100mm。
图1设备布局示意图
2. 设备组成
2.1整体结构
本设备用于低压配电柜的电气功能测试，测试项目包括电压测量、耐压测量、相序检测、开关/断路器合分闸测试、CT功能验证、辅助触点/故障点反馈信号以及RTU通讯等，设备由仪表柜、控制柜（含人机面板）与输出柜组成，每台柜体宽1米，设备整体外形尺寸为：3000*1200*2100mm(L*W*H)，键盘操作的高度是1400±100mm。
| 系统组成 | 主要元件 | 主要功能 | 备注 |
| 控制柜 | 配电线路与开关、接触器等主回路设备，继电器、隔离放大器等控制回路设备。工业计算机、数据采集与通讯卡、PLC等控制、测量设备 | 试验线路切换，试验过程控制，故障保护等 | |
| 仪表柜 | DMM、耐压测试仪、恒压源、恒流源、电子负载、相序测试仪等。 | 各仪表分别实现相应的测试功能 | |
| 输出柜 | 主回路、控制回路连接端子，耐压、相序、CT等不同回路切换开关器件等 | 测试设备与试品连接 |
表1系统结构表
图2设备结构框图
图3设备外形示意图
2.2 仪表柜
仪表柜中主要安装了6套测试用仪表，每套仪表供电经单独供电开关进行保护，并通过接触器，由PLC根据试验需要进行自动投入与断开，仪表柜表面安装有电压、电流、相序表等表计，可以直观看到试验测试结果，同时，控制柜控制系统通过Modbus通讯协议从仪表读取测试值，以进行试验结果的自动判定及保存。2.2.1 DMM（多功能数字万用表）
按照用户使用要求，DMM选用是德科技（KEYSIGHT，原安捷伦Agilent）DAQM973A产品，兼容已停产的34970A，并选配2台DAQM900A20通道多路复用器，用于实现试验过程电压、电流参数的高速采集与试验结果判定。
图4 德科技DMM
2.2.2 耐压测试仪
耐压测试仪选用至茂Chroma19032P电气安规综合测试仪，并选配动态泄露电流测试功能。
图5 Chrome耐压测试仪
2.2.3 可编程电子负载
根据试验使用要求，电子负载选配三相交流电子负载，实现电流互感器校准，该交/直流电子负载全系列功率范围可达14.4kVA，频率45Hz~450Hz可调。示波器显示功能，可显示电压和电流输入波形。具有浪涌电流，峰值，有效值及PF等参数量测模式，可量测电压谐波，分析待测物性能。内建标准LAN/USB通信接口，提供快速稳定的通信质量。可用于给不断电系统（UPS），逆变器，AC电源及相关交流电子元器件的测试，提供优异的解决方案。负载总容量为9000VA，最大电流100A，可满足使用要求。
图6 电子负载
2.2.4 相序测试仪
相序测试主要采用手持式相序测试仪，本设备为实现手动/自动测试，在仪表柜面板布置相序测试仪，并在柜内安装有施耐德相序继电器。柜内接线预先连接完成，进行手动相序测试时，用户通过手动操作，可直观进行相序测试，进行自动相序测试时，设备通过施耐德相序继电器自动检测相序并进行判断。
图7 相序测量仪与相序继电器
2.2.5 恒压源
本设备恒压源采用我司自行研制生产的高精度三相交流变频电源，输出电压0~500，最大电流20A，输出频率45~200Hz，设备容量6kVA，可在恒压、恒流模式下工作，电压调节步距0.01V，具备RS232C通讯接口，指令执行时间小于10ms。对于100%除载加载，稳压反应能力在2ms之内，超载能力强，瞬间可承受3倍额定电流。
图8 恒压恒流源
2.3 输出柜
试品柜整体采用国标铝型材结构设计，柜内安装有快接端子，用于试品连接、与信号测量回路连接，安装有试品固定工装。在连接线路中安装有试验电压、电流等测量传感器，对试验过程中的数据进行采集并通过高速数据采集卡输入到控制与数据采集系统中进行数据的分析处理。
2.4 控制柜
本设备采用专用的工业计算机作为控制主机，选用高速数据采集与控制卡作为控制核心，通过通讯、干节点等方式与仪表柜中各个仪表以及输出柜进行通讯与信号交换，控制整个试验过程及数据采集，通过一套控制系统可完成完整的控制与数据采集功能，所有主要试验记录均进行实时备份，确保数据可靠性。
图9 PLC示意图
图10 控制系统结构示意图
2.5 系统软件
系统软件安装在控制主机中，通过PLC、控制与数据采集板卡以及通讯接口操作外部设备，实现试验线路控制与切换，负载切换与监控，试验过程的合分闸操作，并进行试验过程的数据采集、分析与处理展示。系统软件还包括了必要的试验与系统参数设置，权限管理，安全联锁监控以及（可选的）远程控制与数据分析功能。
图11 系统软件示意图
2.5.1 参数设置
试验参数的设置主要包括以下与试验相关项：包含试品变化、试验项目、试验电压、电流、试验日期、试验编号等。试验参数设置有自动校核功能，对于不满足标准及设备能力要求的试验参数设置项，系统会自动进行修改调整，以保证设备和操作人员安全。
图12 参数设置示意图
2.5.2 试验控制
系统对整个试验过程进行管理和控制，根据用户设置的试验及系统参数，系统自动切换试验回路，调节试验电压、电流、试验负载，进行不同试验。在试验过程中，系统实时采集试验数据，并根据试验过程数据判断试验状况是否正常，在出现拒合、拒分、试验参数超出范围等情况时，系统会进行报警或停止试验。
图13 试验过程示意图
2.5.3 测试项目
系统通过试验参数模块，设置并实现以下测试项目。►耐压测试：PC通过TCP/IP发送Modbus指令给PLC，完成接线切换；PC通过RS232发指令给耐压测试仪，完成耐压测试
►恒压源输出：PC通过RS232发送指令给恒压源，进行电压输出；PC通过指令读取电源输出电压，确保输出电压正常；PC通过控制PLC完成线路切换，并远程控制DMM进行实际电压输出。
►读取表计电压：PC通过RS485读取表计电压，该步骤为验证表计通讯正常。
►检查开关状态：PC测试程序提示操作员分和开关；通过表计远程读取开关状态。
►检查指示灯状态：测试程序提示操作员观察指示灯，将输入结果和读取信号进行对比。
►检查开关故障信息：提示操作员给开关故障消，PC远程读取表计故障信息。
►主回路上电检测：分别提示操作合闸A,B,C相，分别测量ABC相对N电压。
►相序检测：PC从相序表中读取相序测试结果。
►输出电压检测：PC从表计读取三相电压。
►电流互感器功能检测：PC控制电子负载，模拟100A电流，从表计读取互感器电流，确保互感器功能正常且没有装错。
►跳闸功能验证：PLC给24V电压，触发跳闸。
►漏保功能验证：电流发生器给N相供电，触发漏保工作。
2.5.4 权限管理
系统提供了用户权限管理功能，通常情况下用户管理分三级，分别为“操作员”、“工程师”、“管理员”。操作员用户直接输入密码登录，验证通过后可打开相应的功能；当用户类型为“工程师”或“管理员”时，需同时输入用户密码与员工号，验证通过后可打开相应的功能，若参数有变更，同时记录用户的员工号。在没有用户登录的情况下，默认可查看试验过程数据，但不能进行任何操作。该权限隐藏在不需要登录的“Guest”权限中。
图14 用户登录界面示意图
2.5.5 报警管理
系统报警信息主要包括以下几类：
涉及系统安全的报警，包括安全门被强制打开，联锁装置失效等；
涉及试验过程的报警，包括试验拒合拒分等操作；
涉及系统参数的报警，包括电压电流波动超出正常范围等。所有报警信息自动保存至报警数据库，并可根据不同字段进行报警记录查询。
2.5.6 报表管理
试验过程数据可根据用户要求自动生成试验报表。试验完成后，程序会自动生成此次试验的试验报表，存储在本地硬盘中。报表包含的试验过程数据、必要的波形及试验结论等内容，可进行配置以生成试验报表模板。为保证试验数据的完整性与安全性，试验报表原始数据默认为禁止修改的模式，需要具备一定操作权限才能进行数据修改，且所有修改记录会在数据库中进行保存。
2.5.7 数据查询
系统提供试验历史数据查询功能，用户可通过试品编号、试验时间等不同字段进行试验记录查询。系统提供报警信息查询，用户可通过不同字段查询历史报警信息。2.5.8 安全管理
系统安全管理通过软硬件结合的方式实现。软件系统通过联锁保护等方式，禁止用户的不安全操作，并在系统发生安全隐患时及时停止试验并进行报警。与设备安全防护有关的内容请参考相关章节。2.5.9 远程功能
系统提供远程监控与管理功能(可选)，以及与用户已有的MES系统或ERP等系统对接的功能(可选)，在用户选配相关功能后，可通过远程管理对设备进行集中远程监控或与用户相关系统进行对接。用户可通过监控大屏、手机等不同类型的终端实时进行试验过程监视。在发生报警时，可通过短信或第三方软件平台（如微信、钉钉等）进行报警信息推送。２.6 安全防护
设备设计与制造遵循以下安全防护原则：
带安全门的设备，设计门开关的电气连锁，当设备在自动运行时门被打开，内部的机构马上停止运动，如果内部的机构无法马上停止运动，使用带电磁锁的门开关让操作员无法开门，操作员需要开门时需要进入调到手工模式。
所有内部电气产品，保护等级须符合IEC：IP-55；（柜内装配件IP20）。
设备遇到紧急状况如暂停按钮按下，急停按钮按下，断电，断气的状况下，能立即停止所有动作。在设备上安装有两个急停按钮，一个在控制面板上，另一个在仪表柜上。急停回路包含施耐德TE安全模块。3. 技术指标
3.1电源参数
| 交流程控电源 | |
| 额定容量 | 6kVA |
| 输入电压 | 三相四线制，AC380V/50Hz |
| 输出电压 | 单相0～500V（串口通信方式控制） |
| 输出电流 | 20A 最大 |
| 输出电压频率 | 45Hz～65Hz |
| 输出电压波形 | 正弦波 |
| 输出电压相对误差 | ±1% |
| 电压波形失真或纹波系数 | ≤3% |
3.2主要指标
| 电压 | 相对误差不大于±2.5%，最小显示分辨率为0.1V。 |
| 电流 | 相对误差不大于±2.5%，显示分辨率为0.1A |
| 单个产品测试时间 | ≤30min |
| 时间控制精度 | 误差≤20ms |
| 开机率 | ≥95% |
| 一次通过率 | ≥98% |
| 平均无故障时间 | ＞500H |
| 平均维修时间 | ＜30min |
| 设计寿命 | 15年 |
３.3使用环境
使用地点：户内环境温度：周围空气温度不高于+50℃，不低于-25℃，并且24小时内平均温度不高于+40℃
工作电源：220V±10%，50Hz交流电
3.4 设备质量
3.4.1 设备质量要求
①设备使用寿命15年（以出具设备验收合格证明之日起计算）。②设备质量保证期40个月（以出具设备验收合格证明之日起计算）。
③设备故障率不大于1%（指设备连续运行100天或100次，允许出现1天或1次的非人为原因的故障）。
3.4.2 设备安全与环保要求
①设备具备漏电、过载、短路等保护功能，以及安全警示装置或标识，带电部位与外壳之间的绝缘电阻应不小于100MΩ。
②设备运行时噪声应不大于80dB（采用A计权，测试点离噪音源2m处）。
③设备零部件无有毒有害物质，测试时不产生废水、废液、废气，符合国家规定的环保要求。
3.4.3 其他要求
①压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、电磁阀、控制器等设备主要部件选用国内外知名品牌。②使用说明书、合格证、保修卡、电气原理图、检测报告等设备随机技术文件或资料应齐全。
③设备验收、售后服务等其他事项以设备采购合同形式约定。
4. 产品特点
４.1可靠性
试验设备往往需要在高电压、大电流长时间的临界故障状态下进行工作，其自身可靠性与稳定运行对成功完成试验功能非常重要。本设备各部分硬件均采用可靠性高的部件，结合我司在试验行业长期的运行经验进行设计与生产，确保系统可以在试验工况下长期稳定的工作，测量结果准确、精度达到规定要求。４.2 先进性
本设备软硬件选型均采用成熟的工业产品，在设计上保证系统稳定可靠的前提下，控制系统采用工业计算机+高精度IO板卡的控制方式，数据采集系统采用高精度高速数据采集卡，系统接口采用主流的高速以太网接口，人机界面采用专业软件设计，在此基础上，我公司积极将工业技术与物联网技术相结合，为用户提供先进的基于人工智能的数据分析及远程访问服务，使用户在最低投入的情况下享受人工智能与互联网技术带来的竞争优势。４.３安全性
系统具备完善的保护功能，除了常规的配电电路短路、过载、欠压、过压等保护功能为，还设计有基于时间电流和产品状态的保护功能，对系统中出现的各种故障提供完善的保护，根据故障情况进行报警或跳闸处理，以确保试验设备及人身安全。系统操作及故障问题均自动记录归档，供 问题排查时参考。４.４灵活性
本设备为标准的模块化设计，可根据用户需要选配不同的电源模块等功能，也可以随时增加试验品工位或试验回路，以扩展试验能力，各系统之间可独立运行，也可以协同控制，以避免各系统同时工作时对试验电源的冲击。5. 技术服务
5.1质量承诺
我们承诺：设备是用优质材料和先进工艺并严格按照国家、部门（行业）有关标准进行制造检验；设备在出厂前，均按国家规定的电器产品出厂检测规程进行各项试验，并随机附带产品检验报告；所交付的技术资料是完整的，清楚和正确的。5.2 现场服务
5.2.1安装现场准备
安装人员在负责工程师的指导、监督下在各单机的安装位置放好线，根据工程总图将各单机按放线的位置摆放好。调整脚轮螺栓，固定单机在对应位置。各单机连接线根据功能走线槽，通过线缆连接安装。
5.2.2 现场调试
调试各单机，单机调试完成后，进行整体调试，按照设计要求调试整体设备是否工作正常。在整体调试过程中，发现问题及时排除，反复调试，项目工程师和调试负责人确认调试合格后交用户试用。5.2.3 技术培训
在安装调试后，免费对用户员工进行相应的操作、维护、维修、保养等培训。技术培训内容包括：设备总体结构、系统工作原理、电气控制图纸、操作使用和维护、保养、故障维修方法及安全事项，培训累计。5.3 售后服务
除双方另行约定外，我司设备按照国家相关政策提供质保服务。在质保期内正常操作情况下，我方负责免费对设备维护及损耗备件的更换。包括对设备故障的免费维修(因用户电源条件或使用操作不当造成的故障，需收取相应的元件及维修服务费)。
设备交付时会随机提供必要的附件及机械图纸、备件清单、电气原理图、软件安装程序、设备操作及维护保养手册、产品证书等相关文件资料。
我司24小时技术服务热线：400-029-9162
6. 其他信息
6.1试验设备类
| 产品类别 | 产品名称 | 适用范围 | 备注 |
| 电寿命试验设备 | 断路器电寿命与操作性能试验设备 | 低压交直流微型断路器、塑壳断路器与框架断路器 | |
| 接触器电寿命与操作性能试验设备 | 低压交直流接触器 | ||
| 隔离开关电寿命与操作性能试验设备 | 低压交直流隔离开关 | ||
| 双电源转换开关电寿命与操作性能试验设备 | 低压交直流双电源转换开关 | ||
| 继电器电寿命与操作性能试验设备 | 各种低压继电器 | ||
| 断路器28天试验设备 | 低压微型断路器28天试验 | ||
| 机械寿命试验设备 | 断路器机械寿命试验设备 | 高低压断路器机械寿命、不带电操作性能与磨合试验 | |
| 接触器机械寿命与操作性能设备 | 高低压接触器机械寿命试验 | ||
| 隔离开关机械寿命试验设备 | 高低压隔离开关机械寿命与磨合试验 | ||
| 双电源转换开关机械寿命试验设备 | 低压双电源转换开关 | ||
| 继电器机械寿命试验设备 | 各种继电器 | ||
| 行程开关、按钮机械寿命试验设备 | 行程开关、按钮等二次机电设备机械寿命试验 | ||
| 温升与脱扣试验设备 | 高精度温升与脱扣试验设备 | 0.1~20kA变频高精度温升与脱扣试验设备(电子电源) | |
| 高过载性能温升与脱扣试验设备 | 0.1~20kA大容量精度温升与脱扣试验设备(调压器) | ||
| 脱扣特性试验设备 | 多试品多阶段大容量脱扣特性试验设备 | ||
| 节点特性试验设备 | 接触器超程开距试验设备 | 各种接触器超程开距试验 | |
| 节点电阻试验设备 | 接触器、断路器、继电器等电器节点电阻试验 | ||
| 辅助触头特性测试设备 | 高低压断路器、接触器等辅助触点特性测试 | ||
| 脱扣力与行程测试设备 | 微型与塑壳断路器 | ||
| 短路与短时耐受试验设备 | 电容放电短路试验系统 | 基于电容放电的低压大电流短路试验系统 | |
| 震荡回路大容量短路试验系统 | 基于RLC振荡回路的短路试验系统 | ||
| 大容量短路试验系统 | 基于短路发电机或电网电源的短路试验系统 | ||
| 试验室配套设备与解决方案 | 飞弧测量装置 | 断路器试验飞弧检测成套设备 | |
| 试验电源 | 各种规格的试验测试电源 | ||
| ｆγ调节装置 | 试验回路ｆγ调节装置 | ||
| 试验室数据采集系统 | 独立的试验室数据采集装置 | ||
| 试验负载装置 | 用于寿命、短路等试验的试验负载 | ||
| 试验室信息化系统 | 自主的试验室LIMS信息化系统 | ||
| 试验室远程监控平台 | 基于物联网的试验室远程监控平台 | ||
| 视觉系统 | 开关电器外观检测系统 | 基于视觉的开关电器外观监测系统 |
6.2生产设备类
| 产品类别 | 产品名称 | 适用范围 | 备注 |
| 开关电器生产设备 | 微型断路器自动装配线 | 开关电器生产装配 | |
| 塑壳断路器自动装配线 | 开关电器生产装配 | ||
| 框架断路器自动装配线 | 开关电器生产装配 | ||
| 接触器自动装配线 | 开关电器生产装配 | ||
| 隔离开关自动装配线 | 开关电器生产装配 | ||
| 双电源开关自动装配线 | 开关电器生产装配 | ||
| 开关电器产线自动化设备 | 开关电器自动铆接设备 | 开关电器生产 | |
| 开关电器自动印刷装置 | 开关电器生产 | ||
| 开关电器激光打标装置 | 开关电器生产 | ||
| 开关电器自动装箱装置 | 开关电器生产 | ||
| 产线测试设备 | 磨合测试设备 | 开关电器生产过程检测 | |
| 瞬动与延时脱扣试验设备 | 开关电器生产过程检测 | ||
| 动作特性试验设备 | 开关电器生产过程检测 | ||
| 产线辅助设备 | 视觉辅助定位设备 | 生产环节视觉辅助定位 | |
| 自动上下料装置 | 生产环节自动上下料装置 | ||
| AGV小车 | 产线自动流转AGV小车 | ||
| 脱扣力与行程测试设备 | 微型与塑壳断路器 |
6.3 物联网设备类
| 产品类别 | 产品名称 | 适用范围 | 备注 |
| 远程运维系统 | 试验室远程运维管理系统 | 开关电器试验室 | 预测性运维 |
| 光伏设备远程运维管理系统 | 分布式光伏 | 预测性运维 | |
| 分布式能源设备远程运维管理系统 | 生物质等分布式能源 | 预测性运维 | |
| 酒店远程运维管理系统 | 酒店管理集团 | 预测性运维 | |
| 高速公路远程运维管理系统 | 高速公路管理集团 | 预测性运维 | |
| 热泵远程运维管理系统 | 水地空气源热泵厂商 | 预测性运维 | |
| 物联网软件平台 | 工业物联网边缘计算网关 | 支持多协议与边缘计算 | |
| 工业物联网消息中间件 | 支持第三方消息通讯 | ||
| 工业物联网数据分析平台 | 支持第三方数据分析 | ||
| 工业物联网小程序平台 | 多平台小程序管理 | ||
| 工业物联网数字孪生系统 | 数字孪生模拟仿真 | ||
| 工业物联网云计算平台 | 工业人工智能建模计算 | ||
| 物联网硬件设备 | 智能数据采集终端 | 低成本高性能数据采集 | |
| 智能断路器与变压器物联终端 | 断路器与变压器智能化模块 | ||
| 智能视觉读表装置 | 传统数字与指针智能读表 | ||
| 设备监控智能诊断终端 | 基于振动与声压的设备健康诊断终端 | ||
| 螺栓松动智能监测终端 | 低功耗螺栓智能监测终端 |
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