專利名稱：基于藍牙的斷路器遙測控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于斷路器的遙測控制器，具體地說是用于電力系統(tǒng)中高中低 壓斷路器的遙測控制。
背景技術：
斷路器是供電系統(tǒng)中常用的用于斷開或接通電路的開關設備。斷路器的分合閘由操 動機構來進行。斷路器的操動機構有電磁操動機構、彈簧操動機構和液壓操動機構等。 對斷路器的操動機構實施控制可以實現(xiàn)斷路器的合閘與分閘、事故跳閘以及重合閘操作 控制等。
在國內(nèi)，斷路器這些操作的控制通常釆用傳統(tǒng)控制方法，即用繼電控制裝置來控制， 通過繼電器觸點的閉合實現(xiàn)斷路器的合閘或跳閘。目前部分電器廠家能夠生產(chǎn)低壓智能 型斷路器產(chǎn)品，這些斷路器適用于交流50Hz,額定電壓至690V，額定電流400A 6300A 的配電網(wǎng)絡中，用來分配電能和保護線路及電源設備免受過載、欠電壓、短路、單相接 地等故障的危害。除已有的產(chǎn)品外，部分研究開發(fā)機構提出用PLC構成自動重合閘裝置， 還有部分研究機構提出用嵌入式處理器對電壓、電流、頻率和功率等參量進行采樣，再 通過軟件進行計算，實現(xiàn)斷路器的分閘、合閘及過流保護。
傳統(tǒng)的繼電器控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器的遠方控制和就地控制，但由于連接導線繁 多，繼電器的壽命有限，容易發(fā)生裝置的誤動和拒動，影響電力系統(tǒng)的可靠性；其定時 單元由機電式或晶體管式時間繼電器構成，誤差大且調(diào)整不方便，影響上下級保護裝置 動作時限的配合；裝置的功能單一，不利于實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化，且體積大，有色金屬 消耗多，噪音大。有關研究開發(fā)機構提出的采用PLC或嵌入式處理器的解決辦法雖然能 夠?qū)崿F(xiàn)斷路器的分閘及合閘控制，但未提供斷路器的近距離遙控功能。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型為克服現(xiàn)有技術中不能實現(xiàn)斷路器的近距離遙控的缺點，提供了一種能 夠在10米遠的位置對斷路器進行電參數(shù)測量以及分合閘控制的遙測控制器。
為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的
本實用新型包括處理器子系統(tǒng)，電參數(shù)變換子系統(tǒng)，驅(qū)動子系統(tǒng)和藍牙通訊子系統(tǒng)； 其中所述的電參數(shù)變換子系統(tǒng)與處理器子系統(tǒng)相連，對線路的電壓和電流實施交流同步采樣，并實施對電參數(shù)進行變換；
所述的處理器子系統(tǒng)與藍牙通訊子系統(tǒng)連接，接收電參數(shù)變換子系統(tǒng)變換后的電參 數(shù)，同時還接收藍牙通訊子系統(tǒng)發(fā)送來的配置參數(shù)和分合閘命令，運行系統(tǒng)程序，發(fā)送 線路電壓、電流、頻率、功率和功率因數(shù)等實時信息給藍牙通訊子系統(tǒng)，發(fā)送合分閘控 制命令給驅(qū)動子系統(tǒng)；
所述藍牙通訊子系統(tǒng)作為人與斷路器控制器進行交互的接口 ，顯示遙測的線路電參 數(shù)信號，向處理器子系統(tǒng)配置參數(shù)和發(fā)送分合閘命令；
所述的驅(qū)動子系統(tǒng)與處理器子系統(tǒng)相連，接受處理器的控制命令，驅(qū)動子系統(tǒng)作為 驅(qū)動機構，其輸出與斷路器的操動結構相連，向斷路器的操作機構輸出合閘及分閘驅(qū)動 信號。
所述處理器子系統(tǒng)主要由基于ARM的嵌入式處理器LPC2138與E卞ROM存儲器組成； E2PR0M連接于嵌入式處理器LPC2138; E2PR0M存儲器電路與處理器LPC2138連接，存放 控制參數(shù);其中所述處理器LPC2138對電參數(shù)變換子系統(tǒng)傳輸來的數(shù)據(jù)進行采集與處理。
所述電參數(shù)變換子系統(tǒng)是由霍爾隔離電路、檢波電路、限幅電路、硬件同步信號 電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成，霍爾隔離電路輸入端與斷路器的輸電線路PT、 CT的輸出端相 連，霍爾隔離電路輸出端連接檢波電路，檢波電路連接限幅電路，限幅電路連接硬件同 步信號電路，硬件同步信號電路連接A/D轉(zhuǎn)換器。電參數(shù)變換子系統(tǒng)的采集信號來自于 斷路器輸電線路PT、 CT的輸出。
所述的驅(qū)動子系統(tǒng)包括光電隔離電路與MOSTET電路;光電隔離電路的輸入端與處 理器子系統(tǒng)的一輸出口相連，光電隔離電路的輸出端與MOSTET電路相連，M0STET電 路的輸出與斷路器的操動機構連接。
所述藍牙通訊子系統(tǒng)由電平轉(zhuǎn)換器RS-232、藍牙串口轉(zhuǎn)換器和具有藍牙功能的 PDA (個人掌上電腦)組成；其中電平轉(zhuǎn)換器RS-232與處理器子系統(tǒng)的微控器LPC2138 相連，進行RS-232電平轉(zhuǎn)換；電平轉(zhuǎn)換器RS-232的串行接口與藍牙串口轉(zhuǎn)換器連接， 藍牙串口轉(zhuǎn)換器與具有藍牙功能的PDA通過本地無線通訊系統(tǒng)連接。
所述的具有藍牙功能的PDA上安裝有用于該斷路器遙測控制的數(shù)據(jù)收發(fā)軟件，通 過所述的數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設定斷路器短路電流、重合閘次數(shù)和重合閘時間等參數(shù)；所述 PDA對斷路器進行分合閘操作，還可以顯示線路電壓、電流、有功功率、無功功率、功 率因素等電參數(shù)。
本實用新型把藍牙技術應用于斷路器的遙測控制，提供了在本地實現(xiàn)對真空斷路
器測控的功能，能夠解決真空斷路器人工操作的不足，提高了斷路器的自動化水平和操 作安全性。
圖1是本實用新型的硬件結構示意圖
圖2是處理器子系統(tǒng)的硬件框圖
圖3是電參數(shù)變換子系統(tǒng)硬件原理圖
圖4是驅(qū)動子系統(tǒng)硬件原理圖
圖5是藍牙通訊子系統(tǒng)硬件框圖
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步描述
將本斷路器遙測控制器用在"ZZCK-I柱上型真空斷路器遙測控制器"中，該控制 器的構成如圖1所示由處理器子系統(tǒng)、電參數(shù)變換子系統(tǒng)、驅(qū)動子系統(tǒng)和藍牙通訊 子系統(tǒng)組成。其中電參數(shù)變換子系統(tǒng)與處理器子系統(tǒng)相連，驅(qū)動子系統(tǒng)與處理器子系統(tǒng) 相連，處理器子系統(tǒng)與藍牙通訊子系統(tǒng)連接。該斷路器遙測控制器的驅(qū)動子系統(tǒng)作為驅(qū) 動機構，其輸出與斷路器的操動結構相連，對操動結構發(fā)出控制信號，如分、合閘控制 信號和儲能機構所需的儲能信號，完成對斷路器的控制。
處理器子系統(tǒng)框圖如圖2所示，其中處理器LPC2138是基于ARM的嵌入式處理器， 內(nèi)嵌512KB的高速Flash存儲器和32KB的RAM, 2個32位帶捕獲功能定時器,2通道8 路10位ADC, 1路PWM，兩個UART串行接口， 一個12(:接口，其中捕獲功能定時器用于 捕獲電壓電流的方向，6路ADC用于采集線路電壓電流， 一個UART串行接口用于收發(fā) 串行數(shù)據(jù)，一個I2C接口用于連接E2PR0M存儲器。E2PR0M存儲器選用的是CAT1025JI， 其內(nèi)置為256字節(jié)，通過LPC2138芯片的I2C接口與其連接。
電參數(shù)變換子系統(tǒng)框圖如圖3所示，包括霍爾隔離電路、交流信號檢波電路、限幅 電路、硬件同步信號電路和A/D轉(zhuǎn)換器等?；魻柛綦x電路K1利用帶磁補償?shù)幕魻杺鞲?器將三相PT、 CT來的交流信號轉(zhuǎn)換為同波形的測量信號，該信號經(jīng)由U1(A，B,C)運放 組成的檢波電路變換為LPC2318 ARM CPU A/D接口的0-3V的整形信號；為防止因輸入 信號超過CPU A/D測量范圍而造成其余通道測量不準確或損壞A/D,設計了由UlC和U9A 組成的軌對軌輸入輸出限幅電路，該電路既克服了穩(wěn)壓二極管限幅電路的漏電流，又減 少了標準有源限幅電路的運放數(shù)量和可靠性，有效的保護了 A/D電路，經(jīng)處理了的A 相電流la信號直接進入LPC2138的ADO. 0端口 ，而該相的電壓信號Ua進入AD1. 0端口 ，
實現(xiàn)單相交流通道同時可采樣，由U1D、 U7A組成的同步信號整形電路除了提供同步采 樣信號基準點外，還為A/D采樣提供信號的正負極性。經(jīng)電參數(shù)變換子系統(tǒng)傳輸采集的 電參數(shù)通過A/D轉(zhuǎn)換器按一定規(guī)律采集交流量，該交流量傳輸給處理器子系統(tǒng)后，處理 器經(jīng)FFT運算得到電壓、電流有效值及有功功率、無功功率等交流電量參數(shù)。
驅(qū)動子系統(tǒng)原理圖如圖4所示，包括光電隔離電路與MOSTET.電路；光電隔離電路 的輸入端與處理器子系統(tǒng)的一輸出口相連，光電隔離電路的輸出端與MOSTET電路相連， M0STET電路的輸出與斷路器的操動機構連接。由處理器子系統(tǒng)CPU輸出的分閘、合閘 及儲能指令通過光電隔離器PS2805-4隔離，PS2805-4輸出的信號作為高壓MOSFET器 件IRF840A的控制信號，IRF840A輸出斷路器操動機構所需的分、合閘控制信號和儲能 機構所需的儲能信號，完成對斷路器的控制。該驅(qū)動子系統(tǒng)實現(xiàn)了信號的電氣隔離和電 平轉(zhuǎn)換，提高系統(tǒng)的可靠性。
藍牙通訊子系統(tǒng)的硬件如圖5所示，藍牙通訊子系統(tǒng)由電平轉(zhuǎn)換器RS-232、藍牙 串口轉(zhuǎn)換器和具有藍牙功能的PDA組成;藍牙串口轉(zhuǎn)換器與具有藍牙功能的PDA通過本 地無線通訊系統(tǒng)連接。其中電平轉(zhuǎn)換器RS-232為SPE232E，藍牙串口轉(zhuǎn)換器選用的是金 毆藍牙串口模塊，具有藍牙功能的PDA為Dell Axiro X50 PDA。 SPE232E與處理器子系 統(tǒng)的UART進行RS-232電平轉(zhuǎn)換；SPE232E提供的串行接口與金毆藍牙串口模塊連接， 實現(xiàn)URAT信號與藍牙信號之間的轉(zhuǎn)換。
具有藍牙功能的的Dell Axim X50 PDA,安裝有用于該斷路器遙測控制的數(shù)據(jù)收發(fā) 軟件，通過該數(shù)據(jù)收發(fā)軟件可設定斷路器短路電流、重合閘次數(shù)和重合閘時間等參數(shù)； 還可以近距離(不超過10米)斷路器進行分合閘操作，在斷路器閉合時，PDA上的數(shù) 據(jù)收發(fā)軟件顯示電力線路上的三相電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因素等電參 數(shù)，以便有關人員隨時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀況，當供電線路出現(xiàn)短路、缺相等故障時，PDA 上的數(shù)據(jù)收發(fā)軟件顯示有關故障信息。
權利要求1、一種基于藍牙的斷路器遙測控制器，其特征在于包括處理器子系統(tǒng)、電參數(shù)變換子系統(tǒng)、驅(qū)動子系統(tǒng)和藍牙通訊子系統(tǒng)；其中所述的電參數(shù)變換子系統(tǒng)與處理器子系統(tǒng)相連，對線路的電壓和電流實施交流同步采樣，并對電參數(shù)進行變換；所述的處理器子系統(tǒng)與藍牙通訊子系統(tǒng)連接，接收電參數(shù)變換子系統(tǒng)變換后的電參數(shù)，同時還接收藍牙通訊子系統(tǒng)發(fā)送來的配置參數(shù)和分合閘命令，運行系統(tǒng)程序，發(fā)送線路電壓、電流、頻率、功率和功率因數(shù)實時信息給藍牙通訊子系統(tǒng)，發(fā)送合分閘控制命令給驅(qū)動子系統(tǒng)；所述藍牙通訊子系統(tǒng)與處理器子系統(tǒng)連接，作為人與斷路器控制器進行交互的接口，顯示遙測的線路電參數(shù)信號，向處理器子系統(tǒng)配置參數(shù)和發(fā)送分合閘命令；所述的驅(qū)動子系統(tǒng)與處理器子系統(tǒng)相連，接受處理器的控制命令，驅(qū)動子系統(tǒng)作為驅(qū)動機構，其輸出與斷路器的操動結構相連，向斷路器的操作機構輸出合閘及分閘驅(qū)動信號。
2、 根據(jù)權利要求1所述的基于藍牙的斷路器遙測控制器，其特征在于處理器子系統(tǒng)由 基于ARM的嵌入式處理器LPC2138、 E2PR0M存儲器電路組成；E2PR0M存儲器電路與 處理器LPC2138連接，存放控制參數(shù)，LPC2138對電參數(shù)變換子系統(tǒng)傳輸來的數(shù)據(jù) 進行采集與處理。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的基于藍牙的斷路器遙測控制器，其特征在于所述電參數(shù) 變換子系統(tǒng)是由霍爾隔離電路、檢波電路、限幅電路、硬件同步信號電路和A/D轉(zhuǎn) 換器組成，霍爾隔離電路輸入端與斷路器的輸電線路PT、 CT的輸出端相連，電參數(shù) 變換子系統(tǒng)的采集信號來自于斷路器輸電線路PT、 CT的輸出，霍爾隔離電路輸出端 連接檢波電路，檢波電路連接限幅電路，限幅電路連接硬件同步信號電路，硬件同 步信號電路連接A/D轉(zhuǎn)換器。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的基于藍牙的斷路器遙測控制器，其特征在于驅(qū)動子系統(tǒng) 包括光電隔離電路與M0STET電路;光電隔離電路的輸入端與處理器子系統(tǒng)的一輸出 口相連，光電隔離電路的輸出端與M0STET電路相連，M0STET電路的輸出與斷路器 的操動機構連接。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的基于藍牙的斷路器遙測控制器，其特征在于藍牙通訊子 系統(tǒng)由電平轉(zhuǎn)換器RS-232、藍牙串口轉(zhuǎn)換器和具有藍牙功能的PDA組成；其中電平轉(zhuǎn)換器RS-232與處理器子系統(tǒng)的微控器LPC2138相連，進行RS-232電平轉(zhuǎn)換；電 平轉(zhuǎn)換器RS-232的串行接口與藍牙串口轉(zhuǎn)換器連接，藍牙串口轉(zhuǎn)換器與具有藍牙功 能的PDA通過本地無線通訊系統(tǒng)連接。
專利摘要本實用新型提出一種基于藍牙的斷路器遙測控制器，包括處理器子系統(tǒng)、電參數(shù)變換子系統(tǒng)、驅(qū)動子系統(tǒng)和藍牙通訊子系統(tǒng)；其中電參數(shù)變換子系統(tǒng)與處理器子系統(tǒng)相連，對線路的電壓和電流實施交流同步采樣，并對電參數(shù)進行變換；處理器子系統(tǒng)與藍牙通訊子系統(tǒng)連接，接收電參數(shù)變換子系統(tǒng)變換后的電參數(shù)，接收藍牙通訊子系統(tǒng)發(fā)送來的配置參數(shù)和分合閘命令，運行系統(tǒng)程序，發(fā)送線路電壓、電流、頻率、功率和功率因數(shù)實時信息給藍牙通訊子系統(tǒng)，發(fā)送合分閘控制命令給驅(qū)動子系統(tǒng)。本實用新型把藍牙技術應用于斷路器的遙測控制，提供了在本地實現(xiàn)對真空斷路器測控的功能，能夠解決真空斷路器人工操作的不足，提高了斷路器的自動化水平和操作安全性。
文檔編號H02J13/00GK201075735SQ20072012470
公開日2008年6月18日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權日2007年7月13日
發(fā)明者政 劉, 張光建, 武 楊, 黃賢英 申請人:重慶工學院