CN108710078A - 飞机配电线路故障保护跳开关测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，包括设置在测试柜内的测试供电装置、负载控制装置、被测件参数采集装置和参数比较分析装置，且分别与电气线路连接。本发明的有益效果是：飞机配电线路故障隔离过程中或飞机线路定期维护期间在不破坏飞机配电线路原有构型以及不拆卸机上部件的状态下在翼测试飞机跳开关的保护性能参数值，快速准确实现飞机跳开关误动作与真实线路故障的判定，保障飞机配电线路地面维修故障定位的可靠性，大幅度提高维修效率；测试系统具备足够大的测试容量，一次接线就能逐次完成所有数据的加载测试，节约大量人力和时间成本；具有较长使用寿命和升级空间，未来可根据需求加入新的模块实现新的测试功能。
Description
技术领域
本发明涉及飞机配电线路故障诊断领域，特别涉及一种飞机配电线路故障保护跳开关性能参数的测试系统。
背景技术
飞机配电系统是从电源汇流条到用电设备输入端的部分。飞机的配电系统由电网配电装置和电网保护装置组成。它的作用是将电源产生的电能传输和分配到飞机各用电设备。随着飞机性能的不断提高，机载用电设备越来越多，且机载用电设备对飞机安全飞行和成功执行任务起着关键或重要的作用，因而对飞机配电线路的可靠性、安全性要求不断增高。跳开关是飞机配电线路最常用保护装置，以串联方式接入被保护的电路中,当被保护的电路发生过载或短路故障时,线路电流达到或大于某一数值时,跳开关动作，从而切断被保护电路。
由于现代飞机大功率负载的增加，对电网的冲击不断增加；以及配电线路复杂程度越来越高，线路的相互干扰随之增多；此外，我国大部分运营机队也已逐渐进入老龄化阶段，线路及保护器件老化问题逐渐凸显。上述因素带来的飞机飞行过程中跳开关损坏或误动作导致的系统失效情况越来越多。然而在飞机地面排故维修过程中，人工测试方法仅能利用简单仪表实现跳开关通断测试，无法深度探知器件的性能状态以及产生误动作的几率。此外，针对老龄飞机所开展的定期线路检查工作面临着线路保护跳开关数量庞大，拆卸困难，规格多样的问题，通过人工逐一完成，工作量大且效率极低，又容易产生误检，漏检等人为差错。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够通过在翼测试飞机配电线路跳开关保护时间曲线及性能参数值的飞机配电线路故障保护跳开关性能的测试系统。在飞机线路故障排除阶段快速确定跳开关误动作或真实失效状态，在线路定期维护阶段测试跳开关现实性能状态，评估使用寿命。避免了维修过程中破坏飞机原有线路构型，解决工作效率低，人工耗时等问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，包括设置在测试柜内的测试供电装置、负载控制装置、被测件参数采集装置和参数比较分析装置，且分别与电气线路连接。
所述测试供电装置包括设置在测试柜显示面板上的直流电源电压表、交流三相综合电量表、直流电源电流表、交流电源开关、直流电源开关，测试柜内设有开关电源、交流互感器、逆变电源单元、变压整流器以及测试柜背板上的输出接口、航空电源插座，所述负载控制装置包括设置在测试柜内的工控一体机控制单元的测试控制部分、电子负载单元，所述被测件参数采集装置和参数比较分析装置包括数据采集卡、工控一体机控制单元的数据储存和分析部分、鼠标键盘盒，所述交流电源开关和直流电源开关分别与飞机交流电源和变压整流器输出端口连接，控制系统交流和直流电源输入；所述工控一体机控制单元分别与电子负载单元通过USB转TTL的转接接口相连、与数据采集卡通过USB接口相连；电子负载单元与数据采集卡采用BNC接口连接；鼠标键盘盒通过USB接口与在工控一体机控制单元连接，安装在工控一体机控制单元下方可拉动承受板上；航空电源插座通过连接线缆与飞机三相航空交流电源连接，给开关电源、逆变电源单元和变压整流器提供电源输入，交流电源开关提供该电源的通断控制；交流三相综合电量表与飞机三相航空交流电源并联连接，显示电源电压；交流三相线路穿过三个电流互感器，电流互感器与交流三相综合电量表连接，测量并显示线路电流和功率；开关电源为直流电源电压表、交流三相综合电量表、直流电源电流表、工控一体机控制单元和数据采集卡提供供电电源，通过电气接头连接；逆变电源单元为电子负载单元和散热风扇提供供电电源；变压整流器与直流电源开关、电子负载单元、直流电源电流表、被测线路输出接口依次连接，构成测试系统的主回路，变压整流器提供测试直流电源，被测线路输出接口通过连接线缆与待测飞机配电线路故障保护跳开关连接；直流电源电压表与变压整流器并联，显示变压整流器电压；直流电源电流表与电子负载单元连接，显示测试线路电流；开关电源、交流互感器、逆变电源单元、数据采集卡、变压整流器均通过螺栓固定安装在承受板上。
所述电气线路的电源模块分别和人机交互控制与指示模块、信号采集模块、负载控制模块电连接，所述人机交互控制与指示模块、负载控制模块和被测模块电连接，所述人机交互控制与指示模块分别与信号采集模块和数据分析模块相互电连接。
所述的工控一体机控制单元设有支持触摸屏功能的RS232&USB组合接口，用户通过操作鼠标键盘盒中的鼠标键盘或者直接手触液晶显示屏操控两种方式来对测试系统进行人机交互控制。
所述的数据采集卡采用USB-6009数据采集卡，单通道最高采样率为48kS/s，实时采集回路电流值，系统可同时连接8条电路测试通道，数据采集卡与工控一体机控制单元相连，通过工控一体机控制单元的数据分析与显示界面完成测量数据分析与显示。
测试系统包括配电线路正常工作模式下的毫欧级精确度的阻值测试和非正常工作模式下跳开关的10-3秒级的保护时间测试。
故障模式测试包括被测线路过载和短路，过载故障输出范围为100％I额＜I＜1200％I额，短路故障输出范围为I≥1200％I额，其中：I额为待测配电线路保护跳开关的额定电流值。
所述的电子负载单元设有本地和远程控制两种工作模式。
所述的航空电源插座可通过连接线缆与飞机三相115V/400Hz航空交流电源连接，测试系统所有设备供电及测试用电源可直接或间接采用机上电源，变压整流器属于航空适航设备，采用三相115V/400Hz飞机电源作为工作电源，输出28V机载直流电，为测试主回路提供工作电源；直流电源电压表、交流三相综合电量表、直流电源电流表、工控一体机控制单元和数据采集卡的供电电源通过开关电源将115V/400Hz飞机电源转换成24V直流电获取；电子负载单元和散热风扇的供电电源通过逆变电源单元将115V/400Hz飞机电源转换成220V/50Hz交流电获取。
所述直流电源电压表、交流三相综合电量表、直流电源电流表、交流电源开关、直流电源开关、工控一体机控制单元、电子负载单元放置的承受板四周均安装有橡胶减震垫，且承受板上用来固定这些设备的螺栓连接处采用涂胶工艺防止松动；万向轮固定支架上方安装有减震弹簧，并且在固定支架侧面配置锁轮挡板，所述的扩展插头是预留控制位。
本发明的有益效果是：该飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，能够实现的功能包括：检测配电线路正常工作模式下回路的导通性能；检测配电线路非正常工作模式下跳开关的保护性能；绘制跳开关反延时保护时间曲线；生成跳开关性能参数报表。本系统有效解决了飞机配电线路故障隔离过程中或飞机线路定期维护期间，实现在不破坏飞机配电线路原有构型以及不拆卸机上部件的状态下在翼测试飞机跳开关的保护性能参数值。系统可同时连接8路测试通道，单通道最高采样率为48kS/s。线路阻值测试默认测试跳开关额定功率状态下的线路总阻值，测试结果精确到毫欧级。单通道过载测试点119个，亦可按需填写加载数值。单通道短路测试点60个。软件根据检测参数，绘制I2t保护曲线，通过对比分析，得出器件目前性能状态以及预估器件寿命。参数所有测试项目仅需一次接线可完成。系统预留了未来扩容空间，可增设故障设置接口，同时可根据需求增设大功率电子负载单元和多通道数据采集卡。
附图说明
图1是本发明飞机跳开关测试系统装配示意图；
图2是本发明飞机跳开关测试系统背部示意图；
图3是本发明飞机跳开关测试系统电气连接原理图；
图4是本发明飞机跳开关测试系统结构原理图。
其中：
1、直流电源电压表 2、交流三相综合电量表
3、直流电源电流表 4、交流电源开关
5、直流电源开关 6、工控一体机控制单元
7、电子负载单元 8、散热风扇
9、开关电源 10、交流互感器
11、逆变电源单元 12、数据采集卡
13、变压整流器 14、鼠标键盘盒
15、万向轮 16、功能扩展插头
17、被测线路输出接口 18、保险
19、航空电源插座
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1和图2所示，本发明的飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其包括：直流电源电压表1、交流三相综合电量表2、直流电源电流表3、交流电源开关4、直流电源开关5、工控一体机控制单元6、电子负载单元7、散热风扇8、开关电源9、交流互感器10、逆变电源单元11、数据采集卡12、变压整流器13、鼠标键盘盒14、万向轮15、功能扩展插头16、被测线路输出接口17、保险18、航空电源插座19。其中交流电源开关4和直流电源开关5分别与飞机交流电源和变压整流器13输出端口连接，测试员通过上述两个开关控制系统交流和直流电源输入；工控一体机控制单元6与电子负载单元7通过USB转TTL的转接接口相连，测试员可在工控一体机控制单元上对基于LabVIEW编写的测试软件平台实行操作，向电子负载单元7发送远程控制指令；鼠标键盘盒14通过USB接口与工控一体机控制单元6连接，鼠标键盘盒14可按需推入和抽出，操作员可以使用鼠标键盘操控工控一体机控制单元6，也可以选择用触摸的方式操作，丰富人机交互体验；工控一体机控制单元6与数据采集卡12通过USB接口相连，数据采集卡12的工作启动由LabVIEW测试程序发出指令，采集的数据回传至测试程序中进行计算分析；电子负载单元7与数据采集卡12采用BNC接口连接，以实时反馈线路负载输出值，通过工控一体机控制单元6的程序界面可按需选择本地和远程控制两种工作模式；飞机三相航空交流电源通过外接线缆与航空电源插座19连接，给开关电源9、逆变电源单元11和变压整流器13提供电源输入；交流电源开关4与保险18、航空电源插座19顺序相连，分别起到控制电源通断以及测试线路短路硬保护功能；交流三相综合电量表2与飞机三相航空交流电源并联连接，显示电源电压；交流三相线路穿过三个电流互感器10，电流互感器10与三相综合电量表2连接，测量并显示线路电流和功率；开关电源9将机载115V/400Hz交流电转换成24V直流电为直流电源电压表1、交流三相综合电量表2、直流电源电流表3、工控一体机控制单元6和数据采集卡12提供供电电源；逆变电源单元11将115V/400Hz交流电转换成220V/50Hz电为电子负载单元7和散热风扇8提供供电电源；变压整流器13与直流电源开关4、电子负载单元7、直流电源电流表2、被测线路输出接口17依次连接，构成测试系统的主回路，变压整流器13提供测试直流电源，是飞机二次电源设备，输出稳态和瞬态参数符合飞机供电特性标准；被测线路输出接口17通过连接线缆与机上被测件连接；直流电源电压表1与变压整流器13并联，显示系统直流电压；直流电源电流表3与电子负载单元7连接，显示测试线路电流；开关电源9、交流互感器10、逆变电源单元11、数据采集卡12、变压整流器13均通过螺栓固定安装在承受板上。
所述的工控一体机控制单元6设有支持触摸屏功能的RS232&USB组合接口，用户通过操作鼠标键盘盒14中的鼠标键盘或者直接手触液晶显示屏操控两种方式来对测试系统进行人机交互控制。
所述的数据采集卡12采用National Instruments公司的USB-6009数据采集卡12，单通道最高采样率为48kS/s，实时采集回路电流值，数据采集卡12与工控一体机控制单元7相连，通过工控一体机控制单元7的数据分析与显示界面完成测量数据分析与显示。根据USB-6009数据采集卡12设备规格，系统可同时连接8路测试通道。
测试系统可完成配电线路正常工作模式下回路的毫欧级精确度的阻值测试和配电线路非正常工作模式下跳开关的10-3秒级的保护时间测试。
基于数字式远程控制电子负载值的测试系统，能提供被测线路过载和短路两种故障模式测试，过载故障输出范围为100％I额＜I＜1200％I额，其中：I额为待测配电线路保护跳开关的额定电流值，短路故障输出范围为I≥1200％I额。
所述的电子负载单元7具备本地和远程控制两种工作模式，可根据测试需求选择。
所述的航空电源插座19可通过连接线缆与飞机三相航空交流电源连接，无需外接其他电源，测试系统所有设备供电及测试用电源可直接或间接采用三相115V/400Hz飞机电源。变压整流器13采用三相115V/400Hz飞机电源作为工作电源，提供测试主回路电源；直流电源电压表1、交流三相综合电量表2、直流电源电流表3、工控一体机控制单元6和数据采集卡12的供电电源通过开关电源9将115V/400Hz飞机电源转换成24V直流电获取；电子负载单元7和散热风扇8的供电电源通过逆变电源单元11将115V/400Hz飞机电源转换成220V/50Hz交流电获取。
所述直流电源电压表1、交流三相综合电量表2、直流电源电流表3、交流电源开关4、直流电源开关5、工控一体机控制单元6、电子负载单元7放置的承受板四周均安装有橡胶减震垫，且承受板上用来固定这些设备的螺栓连接处采用涂胶工艺防止松动；万向轮15固定支架上方安装有减震弹簧，并且在固定支架侧面配置锁轮挡板。
所述的扩展插头16是预留控制位，以备后期开发飞机配电系统故障诊断和测试模块。
结合附图3将本发明提供的飞机配电线路故障保护跳开关测试系统的总体结构框架阐述如下：
所述的飞机配电线路故障保护跳开关测试系统主要分为6个模块：电源模块、人机交互控制与指示模块、负载控制模块、信号采集模块、被测模块、数据分析模块；上述6个模块综合实现测试参数设置功能、负载控制功能、被测件测试功能和参数比较分析功能。电源模块包括开关电源9和逆变电源单元11,实现向工控一体机控制单元6、电子负载单元7和数据采集卡12供电；人机交互控制与指示模块主要部件为工控一体机控制单元6；加载控制模块主要部件为电子负载单元7；信号采集模块主要部件为数据采集卡12；被测模块主要为机上被测件；数据分析模块主要由工控一体机控制单元6内设软件程序完成。
结合附图4将本发明提供的飞机配电线路故障保护跳开关测试系统的使用方法阐述如下：
测试员首先将飞机配电线路故障保护跳开关测试系统仪移动到待测飞机附近，通过外接电缆将飞机115V/400Hz航空三相交流电源从航空电源插座19接入测试系统为设备提供供电能源，将另一条外接电缆一端与被测线路输出接口16连接，另一端与被测件相连。
按下交流电源开关4和直流电源开关5，观察交流三相综合电量表2、直流电源电压表1和直流电源电流表3读数，示数正常情况下在工控一体机控制单元6上进行测试操作。
打开测试系统程序，进入测试主界面。首先点击系统初始设置按钮，自动配置软件与控制电子负载单元7和数据采集卡12的通信接口。测试软件可提供被测配电回路正常工作状态下线路电阻测试、非正常工作状态下过载保护时间测试和非正常工作状态下短路保护时间测试。其中，线路电阻测试默认测试额定功率状态下的跳开关接触电阻值、导线阻值、线路中压接、搭接、插接、螺栓紧固连接和焊接等各种连接电阻的总和，测试结果精确到毫欧级。测试非正常工作状态下过载保护时间，可通过人工或远程控制电子负载单元7，实现100％～1200％被测件额定功率的过载输入，测试点可根据需求选择0.1和1两档设定值递增输入测试，过载测试点119个，或可按需填写加载数值。软件根据检测的保护时间参数，绘制I2t保护曲线。测试非正常工作状态下短路保护时间时，在电子负载单元7的最大输出功率范围内，可任意设定被测线路功率输入值，例如500W的电子负载单元7可为额定功率28W的跳开关提供近60个短路测试点。根据航空保护器件适航规定，默认1200％倍额定功率输入为短路保护门限，进而测试短路保护反应时间。测试员可通过软件界面直观观察线路电流情况以及跳开关连通状态，随时暂停或停止测试过程。上述测试过程数据结果通过通信接口上传至工控一体机控制单元6上分析处理，并在显示屏幕上显示。
综上所述，本发明提供的飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，在飞机线路故障人工诊断期间，有效解决了人工逐次测量时，效率低、容易漏检，强度大的缺点，大大提高了测试效率和测试精度，节约了大量的人力和时间成本。本系统解决了飞机配电线路故障隔离过程中，快速准确实现飞机跳开关误动作与真实线路故障的判定，保障飞机配电线路地面维修故障定位的可靠性，大幅度提高维修效率；实现在不破坏飞机配电线路原有构型以及不拆卸机上部件的状态下在翼测试飞机跳开关的保护性能参数值，一次接线就能逐次完成所有数据的加载测试，并具备足够大的测试容量，大大节省飞机线路定期维护期间检查工作的人力和时间投入；系统具有较长的使用寿命和升级空间，未来可根据需求加入新的模块或升级现有模块实现新的测试功能。
Claims (10)
1.一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：包括设置在测试柜内的测试供电装置、负载控制装置、被测件参数采集装置和参数比较分析装置，且分别与电气线路连接。
2.根据权利要求1所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：所述测试供电装置包括设置在测试柜显示面板上的直流电源电压表(1)、交流三相综合电量表(2)、直流电源电流表(3)、交流电源开关(4)、直流电源开关(5)，测试柜内设有开关电源(9)、交流互感器(10)、逆变电源单元(11)、变压整流器(13)以及测试柜背板上的输出接口(17)、航空电源插座(19)，所述负载控制装置包括设置在测试柜内的工控一体机控制单元(6)的测试控制部分、电子负载单元(7)，所述被测件参数采集装置和参数比较分析装置包括数据采集卡(12)、工控一体机控制单元(6)的数据储存和分析部分、鼠标键盘盒(14)，所述交流电源开关(4)和直流电源开关(5)分别与飞机交流电源和变压整流器(13)输出端口连接，控制系统交流和直流电源输入；所述工控一体机控制单元(6)分别与电子负载单元(7)通过USB转TTL的转接接口相连、与数据采集卡(12)通过USB接口相连；电子负载单元(7)与数据采集卡(12)采用BNC接口连接；鼠标键盘盒(14)通过USB接口与在工控一体机控制单元(6)连接，安装在工控一体机控制单元(6)下方可拉动承受板上；航空电源插座(19)通过连接线缆与飞机三相航空交流电源连接，给开关电源(9)、逆变电源单元(11)和变压整流器(13)提供电源输入，交流电源开关(4)提供该电源的通断控制；交流三相综合电量表(2)与飞机三相航空交流电源并联连接，显示电源电压；交流三相线路穿过三个电流互感器(10)，电流互感器(10)与交流三相综合电量表(2)连接，测量并显示线路电流和功率；开关电源(9)为直流电源电压表(1)、交流三相综合电量表(2)、直流电源电流表(3)、工控一体机控制单元(6)和数据采集卡(12)提供供电电源，通过电气接头连接；逆变电源单元(11)为电子负载单元(7)和散热风扇(8)提供供电电源；变压整流器(13)与直流电源开关(4)、电子负载单元(7)、直流电源电流表(2)、被测线路输出接口(17)依次连接，构成测试系统的主回路，变压整流器(13)提供测试直流电源，被测线路输出接口(17)通过连接线缆与待测飞机配电线路故障保护跳开关连接；直流电源电压表(1)与变压整流器(13)并联，显示变压整流器(13)电压；直流电源电流表(3)与电子负载单元(7)连接，显示测试线路电流；开关电源(9)、交流互感器(10)、逆变电源单元(11)、数据采集卡(12)、变压整流器(13)均通过螺栓固定安装在承受板上。
3.根据权利要求1所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：所述电气线路的电源模块分别和人机交互控制与指示模块、信号采集模块、负载控制模块电连接，所述人机交互控制与指示模块、负载控制模块和被测模块电连接，所述人机交互控制与指示模块分别与信号采集模块和数据分析模块相互电连接。
4.根据权利要求2所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：所述的工控一体机控制单元(6)设有支持触摸屏功能的RS232&USB组合接口，用户通过操作鼠标键盘盒(14)中的鼠标键盘或者直接手触液晶显示屏操控两种方式来对测试系统进行人机交互控制。
5.根据权利要求2所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：所述的数据采集卡(12)采用USB-6009数据采集卡(12)，单通道最高采样率为48kS/s，实时采集回路电流值，系统可同时连接8条电路测试通道，数据采集卡(12)与工控一体机控制单元(7)相连，通过工控一体机控制单元(7)的数据分析与显示界面完成测量数据分析与显示。
6.根据权利要求1所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：测试系统包括对配电线路正常工作模式下毫欧级精确度的阻值测试和非正常工作模式下跳开关的10-3秒级的保护时间测试。
7.根据权利要求1所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：故障模式测试包括被测线路过载和短路，过载故障输出范围为100％I额＜I＜1200％I额，短路故障输出范围为I≥1200％I额，其中：I额为待测配电线路保护跳开关的额定电流值。
8.根据权利要求1所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：所述的电子负载单元(7)设有本地和远程控制两种工作模式。
9.根据权利要求1所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：所述的航空电源插座(19)可通过连接线缆与飞机三相115V/400Hz航空交流电源连接，测试系统所有设备供电及测试用电源可直接或间接采用机上电源，变压整流器(13)属于航空适航设备，采用三相115V/400Hz飞机电源作为工作电源，输出28V机载直流电，为测试主回路提供工作电源；直流电源电压表(1)、交流三相综合电量表(2)、直流电源电流表(3)、工控一体机控制单元(6)和数据采集卡(12)的供电电源通过开关电源(9)将115V/400Hz飞机电源转换成24V直流电获取；电子负载单元(7)和散热风扇(8)的供电电源通过逆变电源单元(11)将115V/400Hz飞机电源转换成220V/50Hz交流电获取。
10.根据权利要求1所述的一种飞机配电线路故障保护跳开关测试系统，其特征是：所述直流电源电压表(1)、交流三相综合电量表(2)、直流电源电流表(3)、交流电源开关(4)、直流电源开关(5)、工控一体机控制单元(6)、电子负载单元(7)放置的承受板四周均安装有橡胶减震垫，且承受板上用来固定这些设备的螺栓连接处采用涂胶工艺防止松动；万向轮(15)固定支架上方安装有减震弹簧，并且在固定支架侧面配置锁轮挡板，所述的扩展插头(16)是预留控制位。
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