0 引言

高壓開關主要是用于關合及開斷正常的或有故障的電路?也可以用來隔離高壓電源?它是保證電力系統(tǒng)安全運行的重要設備。由于高壓開關在電力系統(tǒng)中肩負著控制和保護的雙重任務?其性能的可靠性程度將對電力系統(tǒng)的安全運行起著至關重要的作用?所以對高壓開關的各個參數(shù)指標的可靠性進行評估十分必要?其中導電回路電阻即接觸電阻是這些參數(shù)中*重要的參數(shù)之一。高壓開關的觸頭接觸面經(jīng)過多次的開斷、關合電流后逐漸被電磨損?導致接觸電阻增大?這對高壓開關的開斷和導電性能都會產(chǎn)生非常不利的影響。而通過測量接觸電阻阻值可以估計出觸頭的磨損程度和回路的接觸狀況。

接觸電阻一般是微歐級的小電阻。目前*常用的接觸電阻測量方法是直流電壓降法?即向高壓開關通入100 A 以上的恒定大電流?測量高壓開關兩端的電壓降?根據(jù)歐姆定律計算出高壓開關的接觸電阻值。然而?在長時間通入恒定大電流時?容易使觸頭過度發(fā)熱和加速氧化?從而引起接觸電阻測量值的附加誤差?而且通常使用的大電流發(fā)生器體積和重量都比較大（一般在幾千克到十幾千克左右）?不利于攜帶和現(xiàn)場測試使用。因此?設計一種既能保證在接觸電阻上引起的附加電阻非常小、又能夠減小測試儀器的體積和重量的新型電源工作方式?有著重要的現(xiàn)實意義。

筆者采用脈沖電源測量接觸電阻、智能化嵌入式系統(tǒng)采集和處理數(shù)據(jù)的方法?設計出一種在**度和穩(wěn)定度都滿足要求的前提下便于攜帶和現(xiàn)場使用的高壓開關接觸電阻測試儀。

1 高壓開關接觸電阻測試儀原理

脈沖電源接觸電阻測量方法即采用脈沖電源對電容充電?然后該充電電容對串聯(lián)的二階電路進行放電?產(chǎn)生的沖擊電流即為脈沖電源的脈沖輸出電流?測量原理框圖如圖1所示（虛線框內(nèi)為脈沖電源部分）。測量過程主要分為充電過程、放電過程、數(shù)據(jù)采集處理過程（數(shù)據(jù)采集是在放電過程中完成的）以及結果顯示。

圖1中?首先由 LPC2378控制充電回路繼電器開關 K1 閉合?放電回路可控硅開關 K2 斷開?使得可控電源給電容器 C 充電?充電完成后?LPC2378控制充電回路繼電器開關 K1 斷開?放電回路可控硅開關 K2 閉合?此時電容器 C 放電產(chǎn)生一個沖擊電流至高壓開關和分流器?同時 LPC2378通過A／D轉換器連續(xù)采集分流器兩端電壓和高壓開關兩端電壓?并通過軟件編程來判斷放電電流是否達到峰值。

峰值電壓是通過采集高壓開關兩端的電壓得到的?峰值電流是通過采集分流器兩端的峰值電壓除以分流器電阻得到的?這樣?就可得到高壓開關接觸電阻

兩端的電壓和通過的電流?進而得到高壓開關的接觸電阻阻值。

電流、電壓信號采集部分均使用了四端子接線技術：使用2對測試夾測量高壓開關兩端電壓?電流引線接在導電桿外側（圖1中2和2＇ 點處）?電壓引線接在導電桿內(nèi)側（圖1中1和1＇ 點處）；測量放電回路電流時?采用具有4個端子的標準電阻－－－分流器?分流器中2個大的端子是電流端子?與被測高壓開關串聯(lián)?2個小的端子是電壓端子?通過采集這2個小的端子之間的電壓信號可確定放電回路的電流。采用四端子接線技術可有效地消除引線電阻和測試夾接觸電阻的影響?提高測量精度。

2 高壓開關接觸電阻測試儀的設計

為了提高測量精度和儀器的抗干擾能力?該測試儀在硬件上選用的是飛利浦公司生產(chǎn)的 ARM7核的工業(yè)級32位處理器 LPC2378?LPC2378具有512KB 的片內(nèi) FLAS H?*高頻率可達72 M Hz；在軟件上采用平滑濾波方法?以消除部分受干擾的數(shù)據(jù)。

2．1 硬件結構

該測試儀的硬件電路主要分為2個部分：一是脈沖電源部分?主要包括充、放電回路和可控硅及繼電器等；二是以 LPC2378為中心的數(shù)據(jù)采集部分?主要包括信號調理、A／D 轉換、信號隔離、人機接口等電路。

（1） 脈沖電源部分

如圖2所示?220V 交流電先經(jīng)過隔離變壓器進入到 J1 兩端?然后經(jīng)二極管 D0 進行半波整流?通過 LPC2378的 P2．1口控制繼電器開關 K1 對電解電容 C1 進行充電。二極管 D2 用來限制 C1 放電電流的方向?防止 C1 被反向充電。電阻 R1 為充電限流電阻。充電過程中?繼電器開關 K1 閉合?可控硅開關 K2 斷開?當 C1 兩端電壓達到所需的電壓值時?通過 A／D 轉換器不斷檢測分壓電阻 R3 兩端電壓以判斷充電是否完成。斷開繼電器開關 K1、閉合可控硅開關 K2?則 C1 便開始對后面的電路進行放電。放電開始的同時進行分流器和被測高壓開關兩端電壓信號的采集任務。

（2） 數(shù)據(jù)采集部分

由于分流器兩端電壓信號為毫伏級?為減少測量誤差?選用 INA114儀用放大器?INA114具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、低溫漂、高共模抑制能力、低

失調電壓、高穩(wěn)定增益等特點。A／D 轉換器選用12位的逐次逼近型 MCP3204?MCP3204具有4個通道?可分別檢測分壓電阻 R3 兩端電壓、分流器兩端電 壓 和 高 壓 開 關 兩 端 電 壓?采 樣 速 率 達100kbit／s。信號隔離采用常用的 T LP512隔離芯片。人機接口電路選用 HG240128液晶顯示模塊?該模塊支持字符顯示?帶溫度補償自動調解背光?抗干擾性較強?有240×128個點?可直觀顯示測量結果。

2．2 軟件設計

由于在短時間內(nèi)連續(xù)采集數(shù)據(jù)?還要處理采集的數(shù)據(jù)、判斷電流、電壓峰值?所以軟件設計是該測試儀的一個重要部分?其主程序流程如圖3所示。

主程序的功能主要是進行脈沖電源的充放電控制?調用各子程序模塊并進行數(shù)據(jù)處理得出所要測量的高壓開關接觸電阻阻值。

（1） 初始化：包括 CPU 的輸入、輸出端口初始化、液晶顯示初始化以及定時器初始化等。

（2） 采集信號：不斷采集分流器、高壓開關（斷路器）兩端電壓?進行 A／D 轉換后送入 CPU?由于要判斷電流峰值?所以放電過程中要連續(xù)采集20次

分流器兩端電壓?采集次數(shù)主要與 CPU 頻率和A／D轉換頻率有關?采集次數(shù)越多?結果越**。采集的數(shù)據(jù)暫時存儲以供數(shù)據(jù)處理用。

（3） 處理數(shù)據(jù)：對采集的數(shù)據(jù)進行平滑濾波處理?然后進行數(shù)據(jù)轉換處理?*后得到放電回路中的峰值電流和峰值電流時刻高壓開關兩端電壓值?進而得到高壓開關接觸電阻阻值。

（4） LCD 顯示結果：主要調用顯示子程序將檢測到的電流值繪制成曲線以及顯示接觸電阻阻值。

3 高壓開關接觸電阻測試儀的技術性能指標

供電電壓：AC220V；

測試對象：高壓開關、接觸器等開關器件的接觸電阻；

測量范圍：1～5000μΩ；

測試電流（峰值）：100～500A；

分辨率：1μΩ；

準確度：0．2％。

4 結語

本文采用脈沖電源?結合嵌入式系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理中的速度優(yōu)勢?設計出一種在**度和穩(wěn)定度都滿足要求的前提下?便于攜帶和現(xiàn)場使用的高壓開關接觸電阻測試儀。實際應用表明?該測試儀在測量精度和穩(wěn)定性上比采用傳統(tǒng)測量方法有了較大的提高?且體積小、重量輕?給現(xiàn)場測試帶來了方便?有較好的應用推廣價值。