斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，包括依次連接的輸入電源、整流濾波電路及電力電子開關(guān)；所述電力電子開關(guān)的輸出端分別與合閘線圈及分閘線圈的輸入端連接；所述合閘線圈及分閘線圈的輸出端分別與單刀雙擲繼電器的常開觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)連接，所述單刀雙擲繼電器的不動(dòng)端與霍爾電流傳感器的輸入端連接；所述霍爾電流傳感器的輸出端與控制器連接；所述控制器與隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與電力電子開關(guān)連接完成對(duì)線圈電流的閉環(huán)控制。本發(fā)明對(duì)分合閘電磁鐵的線圈電流進(jìn)行閉環(huán)斬波控制，從根本上改變分合閘電磁鐵的激勵(lì)方式。
【專利說明】
斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，是國(guó)家戰(zhàn)略能源總體部署的核心。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高，而配電網(wǎng)作為整個(gè)電網(wǎng)的末端是電網(wǎng)能否安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在配電網(wǎng)絡(luò)中存在大量的10kV、35kV斷路器，是電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中最重要的開關(guān)電器設(shè)備之一，控制并保護(hù)著整個(gè)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。其分、合閘操作是通過分、合閘電磁鐵的動(dòng)作來瞬時(shí)沖擊脫扣摯子，摯子脫扣后，釋放彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的能量，進(jìn)而帶動(dòng)斷路器的操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作，來完成觸頭的分、合閘。也就是說，分、合閘電磁鐵并不是斷路器動(dòng)作的直接動(dòng)力，其僅用于儲(chǔ)能彈簧的能量釋放，分、合閘電磁鐵線圈只需要短時(shí)激磁電流來提供足夠的瞬時(shí)沖擊力即可，因此，其線圈往往按短時(shí)通電設(shè)計(jì)，通電時(shí)間超過2秒就有可能燒壞，斷路器的分、合閘動(dòng)作完成后，通常依靠輔助觸點(diǎn)的動(dòng)作來及時(shí)斷開分、合閘線圈電流，避免燒壞。
[0003]由此可見:分、合閘電磁鐵是高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的第一級(jí)控制元件，斷路器的所有保護(hù)功能最后都要通過該電磁鐵的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，但由于種種原因，斷路器操作機(jī)構(gòu)可能出現(xiàn)卡澀、動(dòng)作不到位或輔助觸點(diǎn)粘連等問題，使分、合閘線圈長(zhǎng)時(shí)間通電而燒毀，降低配電系統(tǒng)的供電可靠性。且一旦線圈燒毀，則必須現(xiàn)場(chǎng)排查燒毀原因，更換線圈，之后對(duì)搶修后的斷路器進(jìn)行重新調(diào)校及參數(shù)整定，方能投入運(yùn)行，大大延長(zhǎng)配電系統(tǒng)的故障恢復(fù)時(shí)間。目前，針對(duì)分、合閘線圈燒毀這一多發(fā)故障多采取改進(jìn)斷路器二次回路的措施:增加時(shí)間繼電器、中間繼電器或其他延時(shí)開斷裝置，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)斷開分、合閘線圈回路，防止其長(zhǎng)期通電而燒壞。
[0004]目前在配電系統(tǒng)中，同樣存在越來越多的智能化斷路器，智能斷路器主要是在二次側(cè)利用微處理器技術(shù)和傳感器技術(shù)組成新型智能斷路器的二次系統(tǒng)，其主要的特點(diǎn)是:由電力電子技術(shù)、數(shù)字化控制裝置構(gòu)成的執(zhí)行單元取代了從前復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)；利用輔助繼電器使機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)電子式操動(dòng)，同時(shí)也使得機(jī)械系統(tǒng)的可靠性大為提高。目前智能斷路器的基本框架結(jié)構(gòu)多為智能控制器+傳統(tǒng)斷路器本體，而在傳統(tǒng)斷路器本體中，其分、合閘電磁鐵依然依靠智能斷路器的繼保系統(tǒng)及輔助觸點(diǎn)進(jìn)行控制，因此仍存在線圈燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]另外，斷路器“跳躍”故障是斷路器最惡劣的故障之一，發(fā)生的過程如下:由于自動(dòng)裝置觸點(diǎn)或控制開關(guān)自身特性的原因，在斷路器合閘操作完成后，分合閘啟動(dòng)回路觸點(diǎn)未立即斷開，合閘脈沖一直存在，此時(shí)，如果系統(tǒng)故障(比如存在預(yù)伏短路電流)，保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，但由于合閘命令并未解除，則斷路器在跳閘后會(huì)重新合閘，如果為永久性故障，保護(hù)會(huì)再次將開關(guān)跳開，持續(xù)存在的合閘脈沖將會(huì)使斷路器再次合閘，如此循環(huán)，發(fā)生斷路器持續(xù)的“分一合”現(xiàn)象，稱為斷路器的跳躍故障。斷路器的跳躍現(xiàn)象持續(xù)下去，會(huì)使斷路器毀壞，造成事故擴(kuò)大。
[0006]目前，針對(duì)分、合閘線圈燒毀這一常見故障多采取改進(jìn)斷路器二次回路的措施:增加時(shí)間繼電器、中間繼電器或其他延時(shí)開斷裝置，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)斷開分、合閘線圈回路，防止其長(zhǎng)期通電而燒壞;而針對(duì)斷路器的“跳躍”故障，同樣必須在操作回路中加裝防跳繼電器保護(hù)回路。以上措施無疑增加了二次繼保回路的復(fù)雜程度，為電力系統(tǒng)引入了不可靠因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，對(duì)分合閘電磁鐵的線圈電流進(jìn)行閉環(huán)斬波控制，從根本上改變分合閘電磁鐵的激勵(lì)方式。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，其特征在于:包括依次連接的輸入電源、整流濾波電路及電力電子開關(guān)，輸入電源經(jīng)整流濾波后變成平穩(wěn)的直流電壓，直流電壓經(jīng)電力電子開關(guān)斬波，產(chǎn)生高頻方波電壓;所述電力電子開關(guān)的輸出端分別與合閘線圈及分閘線圈的輸入端連接，將所述高頻方波電壓施加在合閘線圈及分閘線圈的兩端得到平穩(wěn)的線圈電流;所述合閘線圈及分閘線圈的輸出端分別與單刀雙擲繼電器的常開觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)連接，所述單刀雙擲繼電器的不動(dòng)端與霍爾電流傳感器的輸入端連接;所述霍爾電流傳感器的輸出端與控制器連接，用于對(duì)線圈電流進(jìn)行隔離檢測(cè)并將檢測(cè)結(jié)果輸入控制器，所述控制器內(nèi)部進(jìn)行滯環(huán)電流運(yùn)算;所述控制器與隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與電力電子開關(guān)連接，控制器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路作用于電力電子開關(guān)，對(duì)合閘線圈與分閘線圈的高頻電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成對(duì)線圈電流的閉環(huán)控制。
[0009]進(jìn)一步的，還包括本地分合閘接口，所述本地分合閘接口的一端與控制器連接，另一端與電子防跳躍邏輯電路的輸入端連接，所述電子防跳躍邏輯電路的輸出端與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路的另一輸入端與控制器連接，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述單刀雙擲繼電器連接，用于驅(qū)動(dòng)所述單刀雙擲繼電器。
[0010]進(jìn)一步的，還包括輔助觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)電路，所述輔助觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)電路與控制器連接，用于監(jiān)測(cè)輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)，對(duì)斷路器的拒動(dòng)故障進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。
[0011]進(jìn)一步的，還包括線圈溫度監(jiān)測(cè)電路，所述線圈溫度監(jiān)測(cè)電路與控制器連接，用于監(jiān)測(cè)合閘線圈與分閘線圈溫度，進(jìn)行過熱保護(hù)。
[0012]進(jìn)一步的，還包括電壓檢測(cè)電路，所述電壓檢測(cè)電路的一端與控制器連接，另一端與整流濾波電路連接，用于監(jiān)測(cè)輸入電源是否正常。
[0013]進(jìn)一步的，還包括人機(jī)界面及通信接口，所述人機(jī)界面與通信接口分別與控制器連接，所述人機(jī)界面用于在本地設(shè)置相關(guān)運(yùn)行參數(shù)并顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài);所述通信接口用于融入現(xiàn)有的調(diào)度遙控體系中，對(duì)分合閘電磁鐵進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并將當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)反饋至控制器。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
1、本發(fā)明對(duì)分、合閘電磁鐵的線圈電流進(jìn)行閉環(huán)斬波控制，可以精確控制分、合閘電磁鐵的線圈激磁電流及激磁時(shí)間，避免線圈燒毀；
2、本發(fā)明可以對(duì)線圈激磁電流及激磁時(shí)間進(jìn)行在線調(diào)整，在斷路器一次遙控失敗的情況下，通過遠(yuǎn)程或本地重置，加大線圈激磁電流及激磁時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行二次遙控分、合閘，提高遙控的成功率；
3、本發(fā)明通過使用一個(gè)單刀雙擲繼電器，使分閘線圈及合閘線圈共用一套控制回路，既降低了成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了斷路器的“電子防跳躍功能”；
4、本發(fā)明可以很方便的融入回路完整性檢測(cè)功能，檢測(cè)控制模塊是否存在故障。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0017]請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供一種斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，其特征在于:包括依次連接的輸入電源、整流濾波電路及電力電子開關(guān)，輸入電源經(jīng)整流濾波后變成平穩(wěn)的直流電壓，直流電壓經(jīng)電力電子開關(guān)斬波，產(chǎn)生高頻方波電壓;所述電力電子開關(guān)的輸出端分別與合閘線圈及分閘線圈的輸入端連接，將所述高頻方波電壓施加在合閘線圈及分閘線圈的兩端得到平穩(wěn)的線圈電流;所述合閘線圈及分閘線圈的輸出端分別與單刀雙擲繼電器的常開觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)連接，所述單刀雙擲繼電器的不動(dòng)端與霍爾電流傳感器的輸入端連接;所述霍爾電流傳感器的輸出端與控制器連接，用于對(duì)線圈電流進(jìn)行隔離檢測(cè)并將檢測(cè)結(jié)果輸入控制器，所述控制器內(nèi)部進(jìn)行滯環(huán)電流運(yùn)算;所述控制器與隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與電力電子開關(guān)連接，控制器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路作用于電力電子開關(guān)，對(duì)合閘線圈與分閘線圈的高頻電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成對(duì)線圈電流的閉環(huán)控制。
[0018]于本實(shí)施例中，控制器采用微芯公司dsPIC“GS”芯片系列芯片，即圖1中的dsPIC控制系統(tǒng)。當(dāng)進(jìn)行合閘操作時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)單刀雙擲繼電器使常開觸點(diǎn)閉合，將合閘線圈接入控制回路；當(dāng)分閘操作時(shí)，單刀雙擲繼電器復(fù)位，將分閘線圈接入控制回路。分閘線圈與合閘線圈分時(shí)復(fù)用一套控制電路，既降低了成本，又方便電子防跳功能的實(shí)現(xiàn)。另外，使分閘線圈與單刀雙擲繼電器的常閉觸點(diǎn)連接，與合閘相比可以具有更快的分閘相應(yīng)速度，提高配電系統(tǒng)的安全性，整個(gè)控制模塊簡(jiǎn)單可靠，集成度高。
[0019]模塊在一次遙控失敗的情況下，可以對(duì)模塊的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程或本地重置，增加激磁電流及激磁時(shí)間后及時(shí)進(jìn)行二次遙控，提高斷路器遙控分合閘的成功率，避免斷路器拒動(dòng)造成的長(zhǎng)時(shí)間、大面積停電事故。于本實(shí)施例中，還包括本地分合閘接口，所述本地分合閘接口的一端與控制器連接，另一端與電子防跳躍邏輯電路的輸入端連接;所述電子防跳躍邏輯電路的輸出端與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路的另一輸入端與控制器連接，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述單刀雙擲繼電器連接，用于驅(qū)動(dòng)所述單刀雙擲繼電器。本地分合閘接口可以接收外部電路輸入的分合閘電平脈沖，或者直接對(duì)分合閘電磁鐵進(jìn)行就地分、合閘控制;本地分合閘接口接到外部電路的控制脈沖后，將信號(hào)傳入電子防跳躍邏輯電路進(jìn)行電子防跳控制:如果一個(gè)合閘操作后緊跟一次分閘操作時(shí)，模塊控制合閘電磁鐵先動(dòng)作，合閘完成后再控制分閘電磁鐵動(dòng)作，完成脈沖要求的一次斷路器合閘-分閘動(dòng)作;但前面的這個(gè)合閘命令不會(huì)引起第二次的斷路器合閘操作，此時(shí)通過電子防跳躍邏輯電路將繼電器狀態(tài)鎖定在復(fù)位狀態(tài)，防止再次合閘；如果要進(jìn)行第二次合閘操作，則前一個(gè)合閘命令必須先消失，之后再重新發(fā)出，從而防止跳躍故障的產(chǎn)生。
[0020]由于斷路器長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成機(jī)構(gòu)摩擦力增大、磨損及老化等現(xiàn)象，產(chǎn)生斷路器拒動(dòng)故障，進(jìn)而導(dǎo)致輔助觸點(diǎn)難以有效動(dòng)作；于本實(shí)施例中，還包括輔助觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)電路，所述輔助觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)電路與控制器連接，用于監(jiān)測(cè)輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)，對(duì)斷路器的拒動(dòng)故障進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。
[0021]于本實(shí)施例中，還包括線圈溫度監(jiān)測(cè)電路，所述線圈溫度監(jiān)測(cè)電路與控制器連接，用于監(jiān)測(cè)合閘線圈與分閘線圈溫度，進(jìn)行過熱保護(hù)。
[0022]進(jìn)一步的，還包括電壓檢測(cè)電路，所述電壓檢測(cè)電路的一端與控制器連接，另一端與整流濾波電路連接，用于監(jiān)測(cè)輸入電源是否正常。
[0023]進(jìn)一步的，還包括人機(jī)界面及通信接口，所述人機(jī)界面與通信接口分別與控制器連接，所述人機(jī)界面用于在本地設(shè)置相關(guān)運(yùn)行參數(shù)并顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài);所述通信接口用于融入現(xiàn)有的調(diào)度遙控體系中，對(duì)分合閘電磁鐵進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并將當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)反饋至控制器。
[0024]進(jìn)一步，還包括續(xù)流模塊，所述續(xù)流模塊可以在分合閘電磁鐵續(xù)流分?jǐn)噙^程中，為線圈施加一定的負(fù)壓，加快分?jǐn)噙^程。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，其特征在于:包括依次連接的輸入電源、整流濾波電路及電力電子開關(guān)，輸入電源經(jīng)整流濾波后變成平穩(wěn)的直流電壓，直流電壓經(jīng)電力電子開關(guān)斬波，產(chǎn)生高頻方波電壓;所述電力電子開關(guān)的輸出端分別與合閘線圈及分閘線圈的輸入端連接，將所述高頻方波電壓施加在合閘線圈及分閘線圈的兩端得到平穩(wěn)的線圈電流;所述合閘線圈及分閘線圈的輸出端分別與單刀雙擲繼電器的常開觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)連接，所述單刀雙擲繼電器的不動(dòng)端與霍爾電流傳感器的輸入端連接;所述霍爾電流傳感器的輸出端與控制器連接，用于對(duì)線圈電流進(jìn)行隔離檢測(cè)并將檢測(cè)結(jié)果輸入控制器，所述控制器內(nèi)部進(jìn)行滯環(huán)電流運(yùn)算;所述控制器與隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與電力電子開關(guān)連接，控制器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路作用于電力電子開關(guān)，對(duì)合閘線圈與分閘線圈的高頻電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成對(duì)線圈電流的閉環(huán)控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，其特征在于:還包括本地分合閘接口，所述本地分合閘接口的一端與控制器連接，另一端與電子防跳躍邏輯電路的輸入端連接，所述電子防跳躍邏輯電路的輸出端與繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路的另一輸入端與控制器連接，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述單刀雙擲繼電器連接，用于驅(qū)動(dòng)所述單刀雙擲繼電器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，其特征在于:還包括輔助觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)電路，所述輔助觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)電路與控制器連接，用于監(jiān)測(cè)輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)，對(duì)斷路器的拒動(dòng)故障進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，其特征在于:還包括線圈溫度監(jiān)測(cè)電路，所述線圈溫度監(jiān)測(cè)電路與控制器連接，用于監(jiān)測(cè)合閘線圈與分閘線圈溫度，進(jìn)行過熱保護(hù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，其特征在于:還包括電壓檢測(cè)電路，所述電壓檢測(cè)電路的一端與控制器連接，另一端與整流濾波電路連接，用于監(jiān)測(cè)輸入電源是否正常。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路器分合閘電磁鐵智能控制模塊，其特征在于:還包括人機(jī)界面及通信接口，所述人機(jī)界面與通信接口分別與控制器連接，所述人機(jī)界面用于在本地設(shè)置相關(guān)運(yùn)行參數(shù)并顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài);所述通信接口用于融入現(xiàn)有的調(diào)度遙控體系中，對(duì)分合閘電磁鐵進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并將當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)反饋至控制器。
【文檔編號(hào)】H01H9/54GK106098439SQ201610543922
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】湯龍飛, 許志紅
【申請(qǐng)人】福州大學(xué)