阅读说明：本技术 一种柱上开关模拟装置 (Pole-mounted switch simulation device ) 是由 王成修 冯益强 赵勇 李宁 徐磊 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种柱上开关模拟装置。其包括单片机控制系统,所述单片机控制系统与弹簧操作机构、永磁操作机构、电磁操作机构和开关辅助节点连接,所述单片机控制系统上设置有参数设置接口、开关状态指示接口、开关动作过程接口、控制系统接口,开关辅助节点与配电终端测试航插接口连接,单片机控制系统分别与电磁式互感器、EVT传感器、ECT传感器连接,电磁式互感器、EVT传感器、ECT传感器、弹簧操作机构、永磁操作机构、电磁操作机构均与配电终端测试航插接口连接。本专利可通过参数配置实现对各种类型柱上开关的全功能模拟,提高了测试仿真的通用性、灵活性、方便性,具有很高的实用价值。(The invention discloses a pole-mounted switch simulation device. The single chip microcomputer control system is connected with the spring operating mechanism, the permanent magnet operating mechanism, the electromagnetic operating mechanism and the switch auxiliary node, a parameter setting interface, a switch state indicating interface, a switch action process interface and a control system interface are arranged on the single chip microcomputer control system, the switch auxiliary node is connected with the power distribution terminal test aviation plug interface, the single chip microcomputer control system is respectively connected with the electromagnetic mutual inductor, the EVT sensor and the ECT sensor, and the electromagnetic mutual inductor, the EVT sensor, the ECT sensor, the spring operating mechanism, the permanent magnet operating mechanism and the electromagnetic operating mechanism are all connected with the power distribution terminal test aviation plug interface. This patent accessible parameter configuration realizes the full function simulation to various types of column switch, has improved the commonality, flexibility, the convenience of test simulation, has very high practical value.)

一种柱上开关模拟装置

技术领域

本发明涉及一种柱上开关模拟装置，属于配网自动化领域。

背景技术

为提供用户供电可靠性和供电质量，近年来我国通过实施配电网建设改造行动计划，有效加大配电网资金投入，配网自动化覆盖率逐年提高。作为架空线改造的主要设备，柱上开关及作为其控制设备的馈线终端得到广泛应用。由于馈线终端是故障定位、隔离及非故障区域恢复供电的控制设备，其自身的功能性能及其馈线自动化控制算法的优劣是提高配网自动化水平的关键因素，因此需要相应的测试设备及仿真试验环境满足馈线终端功能性能及馈线自动化控制算法的验证。

目前针对馈线终端功能性能的验证一般按照检测项目采用多台设备分别完成，如：采用继保测试仪对模拟量采集部分进行验证，采用模拟断路器进行控制及开关状态采集验证等。但由于柱上开关类型包含弹操、永磁、电磁，且弹操的电源又有48V、24V之分，永磁又分为单稳态、双稳态，模拟量输出类型又分为常规电磁式电压电流输出、EVT和ECT输出，且每种开关的动作特性也有很大不同，参数繁多，因此给测试验证带来了诸多不便，虽然近年来国内相继推出了配电终端的专用检测设备，但其主要针对功能性验证，并没有产品能对开关做全功能的模拟，尤其是对开关操作机构动作特性进行模拟。同时，国内针对馈线自动化控制算法的仿真环境一般都采用真实的柱上开关进行搭建，由于真实开关体积、重量较大，接线复杂，馈线线路的拓扑更改不变，且模拟量加量受限，导致其只能对某一种馈线线路的特定开关类型、特定参数的拓扑进行模拟，无法满足各种线路接线方式、各种开关类型、各种参数开关的仿真测试要求，具有很大的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种柱上开关模拟装置，本专利为柱上开关模拟装置，其可通过参数配置实现对各种类型柱上开关的全功能模拟，既可用于对馈线终端的功能性能测试验证，又可用于在实验室环境下搭建馈线线路仿真环境，极大提高了测试仿真的通用性、灵活性、方便性，具有很高的实用价值。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一种柱上开关模拟装置，其包括单片机控制系统，所述单片机控制系统与弹簧操作机构、永磁操作机构、电磁操作机构和开关辅助节点连接，所述单片机控制系统上设置有参数设置接口、开关状态指示接口、开关动作过程接口、控制系统接口，开关辅助节点与配电终端测试航插接口连接，单片机控制系统分别与电磁式互感器、EVT传感器、ECT传感器连接，电磁式互感器、EVT传感器、ECT传感器均与配电终端测试航插接口连接，弹簧操作机构、永磁操作机构、电磁操作机构均与配电终端测试航插接口连接；

所述弹簧操作机构通过分合闸回路、弹簧储能回路阻抗的配置实现对分合闸和弹簧储能时带载能力的模拟，通过在单片机控制系统的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟，弹簧操作机构支持根据参数配置选择分合闸回路的电压等级，并根据电压等级配置不同的回路阻抗；

所述永磁操作机构通过参数配置实现对分合闸双稳态、单稳态的模拟，通过回路阻抗的配置实现对分合闸回路带载能力的模拟，并在单片机控制系统的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟；

所述电磁操作机构通过回路阻抗的配置实现对分合闸回路带载能力的模拟，并在单片机控制系统的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟；

在单片机控制系统控制下，根据所模拟柱上开关的当前状态实现对柱上开关的开关辅助节点进行模拟，供配电终端状态量采集之用，实现开关的分位、合位、未储能状态模拟；

在单片机控制系统控制下，通过模数转换、功率放大电路实现对柱上开关内置的电磁式互感器的输出信号的模拟，用于电磁式配电终端模拟量采集接口，其中电压、电流额定值根据参数选择自动调整；

在单片机控制系统控制下，通过模数转换、输出驱动电路、运放放大电路实现对柱上开关内置的EVT传感器输出信号和ECT传感器输出信号的模拟，用于电子式配电终端模拟量采集接口；

单片机控制系统根据参数配置选择装置的相应操作机构类型与配电终端接口；

单片机控制系统根据参数配置选择装置的相应模拟量输出类型与配电终端接口；

柱上开关的标准定义提供与配电终端的配电终端测试航插接口；

参数设置接口采用触摸屏液晶接口，通过就地设置实现开关类型及参数的选择，实现对特定类型及参数柱上开关的模拟；

开关状态指示接口按照柱上开关面板指示的需要，实现在单片机控制系统的控制下，根据装置当前运行状态实现对开关分合闸、储能、开关两侧带电状态的直接指示；

在单片机控制系统的控制下，根据装置当前运行状态模拟开关的分合闸、储能动作、动作音效、动作进程指针过程；

单片机控制系统通过控制系统接口实现与上位机的通信连接，控制系统接口实现与上位机的通信连接通过太网接口实现，在配电终端功能性能测试时，通过上位机软件控制单台的模拟装置模拟输出正常及故障状态对被试品进行测试验证；在馈线线路仿真时，通过上位机软件可以控制多台设备协调工作，实现对馈线线路各种运行状态的仿真，从而验证配电终端的馈线自动化功能。

目前针对馈线终端功能性能的验证一般按照检测项目采用多台设备分别完成，如：采用继保测试仪对模拟量采集部分进行验证，采用模拟断路器进行控制及开关状态采集验证等。但由于柱上开关类型包含弹操、永磁、电磁，且弹操的电源又有48V、24V之分，永磁又分为单稳态、双稳态，模拟量输出类型又分为常规电磁式电压电流输出、EVT和ECT输出，且每种开关的动作特性也有很大不同，参数繁多，因此给测试验证带来了诸多不便，虽然近年来国内相继推出了配电终端的专用检测设备，但其主要针对功能性验证，并没有产品能对开关做全功能的模拟，尤其是对开关操作机构动作特性进行模拟。同时，国内针对馈线自动化控制算法的仿真环境一般都采用真实的柱上开关进行搭建，由于真实开关体积、重量较大，接线复杂，馈线线路的拓扑更改不变，且模拟量加量受限，导致其只能对某一种馈线线路的特定开关类型、特定参数的拓扑进行模拟，无法满足各种线路接线方式、各种开关类型、各种参数开关的仿真测试要求，具有很大的局限性。

本专利所设计的柱上开关模拟装置就是为了解决馈线终端功能性能检测及馈线自动化仿真环境搭建的难题，通过参数配置实现对所有开关类型、接口参数及动作特性的模拟，提高测试仿真的通用性、灵活性、方便性，提高测试效率和完备性。

实现对柱上开关的模拟，用于配电终端的检测和馈线线路仿真环境的搭建。本发明所设计的柱上开关模拟装置就是为了解决馈线终端功能性能检测及馈线自动化仿真环境搭建的难题，通过参数配置实现对所有开关类型、接口参数及动作特性的模拟，提高测试仿真的通用性、灵活性、方便性，提高测试效率和完备性。

本发明的有益效果：本专利所描述的柱上开关模拟装置，其用于对柱上开关的全功能模拟，满足对配电终端功能性能的测试及馈线自动化仿真测试环境搭建的需要，采用一台装置实现对弹操、永磁、电磁三种类型柱上开关的仿真，且开关的参数可以灵活选择，通用性、灵活性强，带来了极大的便捷性，可提高配电终端功能性能测试的全面性和测试效率；在搭建馈线自动化仿真环境时，可以取代笨重的柱上开关，同时可实现各种类型开关的灵活选择，由于馈线线路的拓扑结构可以通过上位机软件以通信的方式进行控制更改，避免了接线带来的复杂性和工作量，因此搭建的仿真环境通用性、灵活性强，避免了反复投资，降低了测试过程的工作量，提供了测试效率；

本专利所设计的柱上开关模拟装置解决了馈线终端功能性能及馈线自动化仿真测试的局限性，通用性、灵活性、方便性强，可极大提高测试完备性和测试效率。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

图2为本发明结构示意图。

图3为本发明弹簧操作机构结构示意图。

图4为本发明永磁操作机构结构示意图。

图5为本发明电磁操作机构结构示意图。

图6为本发明开关辅助节点结构示意图。

图7为本发明电磁式互感器输出模拟流程图。

图8为本发明EVT、ECT传感器输出模拟流程图。

图9为本发明开关状态指示流程图。

图10为本发明开关动作过程模拟流程图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：本实施例的一种柱上开关模拟装置，本专利所描述的柱上开关模拟装置，其用于对柱上开关的全功能模拟，满足对配电终端功能性能的测试及馈线自动化仿真测试环境搭建的需要。

如图1和2，本发明的柱上开关模拟装置，其包括单片机控制系统1，所述单片机控制系统1与弹簧操作机构2、永磁操作机构3、电磁操作机构4和开关辅助节点5连接，所述单片机控制系统1上设置有参数设置接口6、开关状态指示接口7、开关动作过程接口8、控制系统接口9，开关辅助节点5与配电终端测试航插接口10连接，单片机控制系统1分别与电磁式互感器11、EVT传感器12、ECT传感器13连接，电磁式互感器11、EVT传感器12、ECT传感器13均与配电终端测试航插接口10连接，弹簧操作机构2、永磁操作机构3、电磁操作机构4均与配电终端测试航插接口10连接；

所述弹簧操作机构2通过分合闸回路、弹簧储能回路阻抗的配置实现对分合闸和弹簧储能时带载能力的模拟，通过在单片机控制系统1的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟，弹簧操作机构2支持根据参数配置选择分合闸回路的电压等级，并根据电压等级配置不同的回路阻抗；

所述永磁操作机构3通过参数配置实现对分合闸双稳态、单稳态的模拟，通过回路阻抗的配置实现对分合闸回路带载能力的模拟，并在单片机控制系统1的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟；

所述电磁操作机构4通过回路阻抗的配置实现对分合闸回路带载能力的模拟，并在单片机控制系统1的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟；

在单片机控制系统1控制下，根据所模拟柱上开关的当前状态实现对柱上开关的开关辅助节点5进行模拟，供配电终端状态量采集之用，实现开关的分位、合位、未储能状态模拟；

在单片机控制系统1控制下，通过模数转换、功率放大电路实现对柱上开关内置的电磁式互感器11的输出信号的模拟，用于电磁式配电终端模拟量采集接口，其中电压、电流额定值根据参数选择自动调整；

在单片机控制系统1控制下，通过模数转换、输出驱动电路、运放放大电路实现对柱上开关内置的EVT传感器12输出信号和ECT传感器13输出信号的模拟，用于电子式配电终端模拟量采集接口；

单片机控制系统1根据参数配置选择装置的相应操作机构类型与配电终端接口；

单片机控制系统1根据参数配置选择装置的相应模拟量输出类型与配电终端接口；

柱上开关的标准定义提供与配电终端的配电终端测试航插接口10；

参数设置接口6采用触摸屏液晶接口，通过就地设置实现开关类型及参数的选择，实现对特定类型及参数柱上开关的模拟；

开关状态指示接口7按照柱上开关面板指示的需要，实现在单片机控制系统1的控制下，根据装置当前运行状态实现对开关分合闸、储能、开关两侧带电状态的直接指示；

在单片机控制系统1的控制下，根据装置当前运行状态模拟开关的分合闸、储能动作、动作音效、动作进程指针过程；

单片机控制系统1通过控制系统接口9实现与上位机的通信连接，控制系统接口9实现与上位机的通信连接通过太网接口实现，在配电终端功能性能测试时，通过上位机软件控制单台的模拟装置模拟输出正常及故障状态对被试品进行测试验证；在馈线线路仿真时，通过上位机软件可以控制多台设备协调工作，实现对馈线线路各种运行状态的仿真，从而验证配电终端的馈线自动化功能。

本发明的装置以单片机控制系统为核心，通过扩展操作机构、模拟量输出、开关辅助节点输出实现对开关的模拟，通过开关状态指示、开关动作过程模拟实现对开关状态及动作过程的模拟，通过参数设置接口实现对开关参数的设置，通过控制系统接口实现与上位机的通信连接。

装置以单片机控制系统为核心，通过扩展操作机构、模拟量输出、开关辅助节点输出实现对开关的模拟，通过开关状态指示、开关动作过程模拟实现对开关状态及动作过程的模拟，通过参数设置接口实现对开关参数的设置，通过控制系统接口实现与上位机的通信连接，各组成部分功能介绍：

(1)单片机控制系统

单片机控制系统是整个装置的核心，其与弹操、永磁、电磁操作机构接口实现对开关操作机构的模拟并根据参数选择相应的开关类型与配电终端接口；与开关辅助节点接口用于模拟开关的各种辅助节点状态；模拟产生电磁式互感器或EVT、ECT模拟量输出并通过参数选择实现与配电终端模拟量接口；通过与参数设置接口用于就地设定所要模拟开关的运行参数；通过与开关状态指示接口实现对开关状态的指示；通过与开关动作过程接口实现对开关动作过程的模拟；通过与控制系统接口实现上位机控制软件控制柱上开关模拟装置的输出状态，从而满足馈线自动化仿真时多台装置集中协调控制的需要。

(2)弹簧操作机构

用于模拟柱上开关的操作机构为弹簧操作机构的场合，其可通过分合闸回路、弹簧储能回路阻抗的配置实现对分合闸和弹簧储能时带载能力的模拟，通过在单片机控制系统的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟，装置支持根据参数配置选择分合闸回路的电压等级，并根据电压等级配置不同的回路阻抗，如图3所示。

(3)永磁操作机构

用于模拟柱上开关的操作机构为永磁操作机构的场合，其可通过参数配置实现对分合闸双稳态、单稳态的模拟，通过回路阻抗的配置实现对分合闸回路带载能力的模拟，并在单片机控制系统的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟，如图4所示。

(4)电磁操作机构

用于模拟柱上开关的操作机构为电磁操作机构的场合，其可通过回路阻抗的配置实现对分合闸回路带载能力的模拟，并在单片机控制系统的控制下实现对开关动作时间、开关三相不同期时间的模拟，如图5所示。

(5)开关辅助节点

在单片机控制系统控制下，根据所模拟柱上开关的当前状态实现对柱上开关的辅助节点进行模拟，供配电终端状态量采集之用，如开关的分位、合位、未储能等状态模拟，如图6所示。

(6)电磁式互感器输出模拟

在单片机控制系统控制下，通过模数转换、功率放大电路等实现对柱上开关内置的电磁式互感器输出信号的模拟，用于电磁式配电终端模拟量采集接口，其中电压、电流额定值可以根据参数选择自动调整，如图7所示。

(7)EVT、ECT输出模拟

在单片机控制系统控制下，通过模数转换、输出驱动电路等实现对柱上开关内置的EVT、ECT传感器输出信号的模拟，用于电子式配电终端模拟量采集接口，如图8所示。

(8)开关操作机构类型选择

单片机控制系统根据参数配置选择装置的相应操作机构类型与配电终端接口；

(9)模拟量输出选择

单片机控制系统根据参数配置选择装置的相应模拟量输出类型与配电终端接口；

(10)配电终端测试航插接口

按照柱上开关的标准定义提供与配电终端的航插接口；

(11)参数设置接口

采用触摸屏液晶接口，通过就地设置实现开关类型及参数的选择，以便实现本装置对特定类型及参数柱上开关的模拟。

(12)开关状态指示

按照柱上开关面板指示的需要，实现在单片机控制系统的控制下，根据装置当前运行状态实现对开关分合闸、储能、开关两侧带电状态的直接指示，如图9所示。

(13)开关动作过程模拟

在单片机控制系统的控制下，根据装置当前运行状态模拟开关的分合闸、储能等动作过程，包括动作音效及动作进程指针，如图10所示。

(14)控制系统接口

装置通过以太网接口实现与上位机控制系统的接口。在配电终端功能性能测试时，通过上位机软件可以控制单台的模拟装置模拟输出正常及故障状态对被试品进行测试验证；在馈线线路仿真时，通过上位机软件可以控制多台设备协调工作，实现对馈线线路各种运行状态的仿真，从而验证配电终端的馈线自动化功能。

本发明的工作原理：

(1)配电终端功能性能测试

先将配电终端通过标准的航插与柱上开关模拟装置的航插接口连接好，模拟装置上电后，根据被试品的配置信息通过参数设置面板将参数设置好，即选择好开关操作机构类型、模拟量输出类型以及开关动作时间、开关三相不同步时间等参数，通过上位机软件可以控制单台的柱上开关模拟装置模拟输出正常及各种故障状态实现对配电终端的测试验证。

(2)馈线自动化仿真测试

先将多台柱上开关模拟装置按照测试需要配置成馈线线路拓扑架构，每台柱上开关模拟装置相对应的配电终端通过标准的航插与其上的航插接口连接好；各模拟装置上电，根据被试品的配置信息通过参数设置面板将参数设置好，即选择好开关操作机构类型、模拟量输出类型以及开关动作时间、开关三相不同步时间等参数；通过上位机软件可以同时控制各台模拟装置同时输出，模拟馈线线路的正常及各种故障状态，实现对配电终端的馈线自动化功能的验证。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。