專利名稱：具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器及其保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器及其控制方法，屬電氣領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在配電系統(tǒng)中，由于配電線路安裝不符合標(biāo)準(zhǔn)、或電器設(shè)備使用操作不規(guī)范、以及線路 老化后維護(hù)不及時(shí)等原因，會(huì)導(dǎo)致線路絕緣性能降低或出現(xiàn)金屬性短路，從而發(fā)生過電流故 障。在過電流故障中尤以短路故障危害最大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰、設(shè)備燒毀、引起大面積停電， 給人們?nèi)粘Ｉ顜聿槐?，給社會(huì)造成巨大損失。
斷路器是配電系統(tǒng)中的主要保護(hù)電器，過電流保護(hù)是斷路器的基本保護(hù)功能，斷路器采 用電子式控制器可有效地實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)功能，過電流保護(hù)類型可分為過載長延時(shí)保護(hù)、短 路短延時(shí)保護(hù)、短路瞬動(dòng)保護(hù)三種。目前業(yè)內(nèi)電子式控制器通用的過電流保護(hù)解決方案如圖 l所示，它包括三相電流采集單元、電流信號(hào)調(diào)理單元、MCU處理單元和故障跳間執(zhí)行單元。 其中三相電流采集單元通過電流互感器實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)采集并輸入到電流信號(hào)調(diào)理單元。電 流信號(hào)調(diào)理單元實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)放大、比例調(diào)整、濾波等功能，然后輸入到MCU處理單元。MCU 處理單元實(shí)現(xiàn)三相電流信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換、電流值計(jì)算、電流整定值識(shí)別、過電流故障類型判別、 過電流故障閾值判別、故障保護(hù)曲線選擇、脫扣延時(shí)運(yùn)算、熱記憶等功能，若斷路器主回路 出現(xiàn)過流故障則發(fā)出故障跳闡指令給故障跳閘執(zhí)行單元，故障跳間執(zhí)行單元使斷路器分?jǐn)嗤?成故障保護(hù)。
電子式控制器是實(shí)現(xiàn)斷路器所有保護(hù)功能的指揮中心，通常電子式控制器的核心器件是 MCU (單片機(jī))。斷路器在運(yùn)行過程中，由于環(huán)境應(yīng)力負(fù)荷超過允許條件或自身設(shè)計(jì)存在問題 等原因，MCU存在失效的概率，MCU失效機(jī)理很多如物理性損壞、焊接引腳斷裂、靜電擊穿、 雷擊、氧化與硫化、強(qiáng)電磁場干擾等，失效現(xiàn)象主要有兩種程序跑飛和MCU死機(jī)，這兩種情 況都會(huì)造成控制器失效，如果此時(shí)斷路器主回路發(fā)生過電流故障(過載或短路)，斷路器控制 器保護(hù)就會(huì)失效，斷路器出現(xiàn)拒動(dòng)的現(xiàn)象。因?yàn)閿嗦菲髟谡麠l回路中阻值最大，此時(shí)斷路器 內(nèi)部金屬最先熔化，產(chǎn)生大量的熾熱的高溫電弧和高壓氣體，斷路器就會(huì)爆炸，其后果十分 嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有過電流后備保護(hù)的斷路器電子式控制器及其控制方法，當(dāng) 主MCU失效時(shí)且斷路器主回路出現(xiàn)過電流故障后，過電流后備保護(hù)仍然能夠使斷路器脫扣跳 閘排除線路故障，從而提高斷路器的可靠性，保障配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-
一種具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器，包括三相電流采集單元，用于采集三相電 流信號(hào)并輸入到電流信號(hào)調(diào)理單元；電流信號(hào)調(diào)理單元，用于對(duì)三相電流信號(hào)進(jìn)行放大、比例調(diào)整、濾波等，然后輸入到主MCU處理單元；主MCU處理單元，用于對(duì)三相電流信號(hào)進(jìn)行 處理，其輸出送到故障跳閘執(zhí)行單元；故障跳閘執(zhí)行單元，用于分?jǐn)鄶嗦菲魍瓿晒收媳Ｗo(hù)； 其特征在于還包括后備保護(hù)單元，該后備保護(hù)單元的輸入接所述電流信號(hào)調(diào)理單元的輸出和 所述主MCU處理單元的1/0端口；該后備保護(hù)單元的輸出接至所述故障跳閘執(zhí)行單元。
進(jìn)一步地，所述后備保護(hù)單元為后備MCU處理單元，該后備MCU處理單元的監(jiān)測(cè)輸入端 檢測(cè)所述主MCU處理單元輸出的失效判別信號(hào)。
進(jìn)一步地，所述后備保護(hù)單元由比較器電路、看門狗電路和邏輯與電路構(gòu)成。其中比
較器電路的兩個(gè)輸入分別連接過電流動(dòng)作閾值和電流信號(hào)調(diào)理電路的輸出，其輸出連接邏輯
與電路的一個(gè)輸入端；看門狗電路的輸入接主MCU的1/0端口，主MCU通過I/0引腳輸出失 效判別信號(hào)(失效判別信號(hào)定義為脈沖信號(hào))給看門狗電路，看門狗電路的輸出連接邏輯與 電路的另一個(gè)輸入端；邏輯與電路的輸出連接故障跳閘執(zhí)行單元。 一種斷路器控制器的過電流后備保護(hù)方法，包括以下步驟
1) 斷路器開始運(yùn)行；
2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)斷路器主回路電流信號(hào)；
3) 后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)主MCU處理單元的運(yùn)行狀態(tài)；
4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5);否則轉(zhuǎn)步驟
6);
5) 后備MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā) 生則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運(yùn)行結(jié)束；
6) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生
則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運(yùn)行結(jié)束。 另一種斷路器控制器的過電流后備保護(hù)方法，包括以下步驟
1) 斷路器開始運(yùn)行；
2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)斷路器主回路電流信號(hào)；
3) 后備MCU處理單元和主MCU處理單元互相監(jiān)測(cè)對(duì)方的運(yùn)行狀態(tài)；
4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5)，否則轉(zhuǎn)步驟
6);
5) 后備MCU處理單元發(fā)出主MCU處理單元失效報(bào)警，供用戶判斷是否斷電檢修設(shè)備 若用戶斷電檢修設(shè)備，則斷路器運(yùn)行結(jié)束；
若用戶未斷電檢修設(shè)備，則后備MCU處理單元進(jìn)一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流 若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);
若發(fā)生過電流，則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單 元執(zhí)行故障跳閘和故障報(bào)警，斷路器運(yùn)行結(jié)束；
6) 主MCU處理單元判斷后備MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟7)，否則轉(zhuǎn)步驟
8);
57) 主MCU處理單元發(fā)出后備MCU處理單元失效報(bào)警，供用戶判斷是否斷電檢修設(shè)備 若用戶斷電檢修設(shè)備，則斷路器運(yùn)行結(jié)束；
若用戶未斷電檢修設(shè)備，則主MCU處理單元進(jìn)一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流 若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);
若發(fā)生過電流，則由主MCL)處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單元 執(zhí)行故障跳閘和故障報(bào)警，斷路器運(yùn)行結(jié)束；
8) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生 則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘和故障 報(bào)警，斷路器運(yùn)行結(jié)束。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于具備過電流后備保護(hù)的電子式控制器提高了斷路器故障保護(hù)的概率，
從而實(shí)現(xiàn)配電線路和電源設(shè)備的可靠保護(hù)，大大提高了配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
圖1為目前業(yè)內(nèi)電子式控制器通用的過電流保護(hù)解決方案框圖2為本發(fā)明采用后備MCU實(shí)現(xiàn)過電流后備保護(hù)的整體解決方案框圖3為本發(fā)明采用的另一種過電流后備保護(hù)電路框圖； 圖4為本發(fā)明具備擴(kuò)展功能的過電流后備保護(hù)的整體解決方案框圖； 圖5為本發(fā)明過電流后備保護(hù)執(zhí)行流程圖； 圖6為本發(fā)明過電流后備保護(hù)擴(kuò)展功能執(zhí)行流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
為了提高斷路器的可靠性，我們提出了在電子式控制器中增加過電流后備保護(hù)的解決方
案，即增加獨(dú)立的后備MCU，用其來監(jiān)控主MCU (由于增加了后備MCU,所以把原來MCU定義 為主MCU，以示區(qū)別)，如果斷路器主回路發(fā)生過電流故障，后備MCU檢測(cè)到主MCU失效后立 即啟動(dòng)保護(hù)功能，這樣便可以避免因主MCU失效而導(dǎo)致事故發(fā)生。我們把用于檢測(cè)主MCU的 后備MCU以及配置電路的過電流保護(hù)作用稱為過電流后備保護(hù)。
具有過電流后備保護(hù)的電子式控制器整體解決方案框圖如圖2所示，其中加粗框圖為過 電流后備保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方案。
該過電流后備保護(hù)的核心內(nèi)容是主MCU+后備MCU的設(shè)計(jì)方案，后備MCU實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主MCU， 當(dāng)主MCU失效時(shí)如果斷路器主回路出現(xiàn)過電流故障，則后備MCU立即啟動(dòng)故障跳閘保護(hù)功能。
該過電流后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案中包括三相電流采集單元、電流信號(hào)調(diào)理單元、主MCU處 理單元、故障跳閘執(zhí)行單元、后備MCU處理單元。其中
三相電流采集單元主要由電流互感器構(gòu)成，它把斷路器主回路的三相電流轉(zhuǎn)換為電流小 信號(hào)，并具備電氣隔離作用。它通過電流互感器實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)采集并輸入到電流信號(hào)調(diào)理單 元。
電流信號(hào)調(diào)理單元主要由運(yùn)算放大器、容阻器件構(gòu)成，用于對(duì)三相電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)放大、比例調(diào)整、濾波等功能，然后輸入到主MCU處理單元和后備MCU處理單元。
主MCU處理單元的輸入和后備MCU處理單元的輸入與電流信號(hào)調(diào)理單元的輸出連接，為 了提高信號(hào)質(zhì)量，在后備MCU處理單元的輸入和電流信號(hào)調(diào)理單元的輸出之間增加了電流跟 隨器電路，以實(shí)現(xiàn)隔離信號(hào)并降低干擾。
主MCU處理單元主要由主MCU、 A/D轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘器件等構(gòu)成，實(shí) 現(xiàn)電流信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、電流值計(jì)算、故障判別、電流整定值識(shí)別、過電流故障類型判別、 過電流故障閾值判別、故障保護(hù)曲線選擇、脫扣延時(shí)運(yùn)算、熱記憶、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障日期時(shí) 間記錄等功能。主MCU的輸出送到故障跳閘執(zhí)行單元。如果斷路器主回路出現(xiàn)過電流，主MCU 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元。
故障跳閘執(zhí)行單元由脫扣執(zhí)行電路、磁通變換器、脫扣跳閘機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，接收到故障跳 閘指令后，由脫扣執(zhí)行電路驅(qū)動(dòng)磁通變換器來推動(dòng)脫扣跳閘機(jī)構(gòu)完成斷路器跳閘分?jǐn)啵袛?配電線路主回路完成故障保護(hù)。
后備MCU處理單元主要由后備MCU、主MCU監(jiān)測(cè)接口電路、電流保護(hù)信息數(shù)據(jù)傳輸電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘器件等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)三相電流信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換、電流值 計(jì)算、電流整定值識(shí)別、過電流故障類型判別、過電流故障閾值判別等功能。主MCU監(jiān)測(cè)接 口電路由邏輯門電路實(shí)現(xiàn)，電流保護(hù)信息數(shù)據(jù)傳輸電路由I2C總線實(shí)現(xiàn)。后備MCU處理單元 的輸出送到故障跳閘執(zhí)行單元。檢測(cè)到主MCU失效后，如果斷路器主回路出現(xiàn)過電流，后備 MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元。
主MCU在正常運(yùn)行狀態(tài)下，通過I/O 口輸出失效判別信號(hào)給主MCU監(jiān)測(cè)接口電路，主MCU 監(jiān)測(cè)接口電路完成電平轉(zhuǎn)換和邏輯運(yùn)算后輸入給后備MCU，后備MCU實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該信號(hào)，并判 定主MCU的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。主MCU失效判別信號(hào)定義為脈沖方式、信號(hào)通道為兩路(定 時(shí)器中斷輸出脈沖1.6kHz，主程序輸出脈沖50Hz)、通用I/0輸出、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、觸發(fā)方式檢 測(cè)、有線電路傳輸媒質(zhì)。主MCU失效判據(jù)為失效判別信號(hào)中的一路消失或全部消失。
在斷路器控制器運(yùn)行期間，后備MCU和主MCU共同監(jiān)測(cè)斷路器主回路電流狀況，同時(shí)后 備MCU始終監(jiān)測(cè)主MCU的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)主MCU失效后，如果斷路器主回路出現(xiàn)過電流故障， 則由后備MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元，進(jìn)行故障跳閘保護(hù)，使斷路器分?jǐn)啵?切斷配電線路主回路。
主MCU的失效判別信號(hào)可以根據(jù)具體軟硬件環(huán)境而定義，其信號(hào)類型一般為脈沖方式， 信號(hào)通道至少一路，輸出端口一般為通用1/0，監(jiān)測(cè)類型一般采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而在故障保護(hù)實(shí)時(shí) 性要求不高的情況下也可采用定時(shí)監(jiān)測(cè)方式，檢測(cè)方式一般為觸發(fā)方式，傳輸媒質(zhì)為有線線 路但不限采用其他媒質(zhì)。后備MCU對(duì)主MCU失效的判別依據(jù)是失效判別信號(hào)的消失或異常。
除了上述用后備MCU處理單元作為后備保護(hù)單元外，本發(fā)明還可采用硬件檢測(cè)單元作為 后備保護(hù)單元，硬件檢測(cè)單元由比較器電路、看門狗電路和邏輯與電路等構(gòu)成。比較器監(jiān)測(cè) 主回路電流，比較器根據(jù)斷路器規(guī)格不同而設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)作閾值，過電流超過動(dòng)作閾值則比 較器輸出高電平，輸入到邏輯與電路；看門狗電路監(jiān)測(cè)主MCU通過I/O引腳輸出的失效判別
7信號(hào)(失效信號(hào)定義為脈沖信號(hào))，主MCU失效后看門狗電路輸出高電平，輸入到邏輯與電 路。過電流和主MCU失效這兩個(gè)條件同時(shí)成立時(shí)，邏輯與電路才能輸出過電流故障跳閘指令 給故障跳閘執(zhí)行單元，使斷路器分?jǐn)嗵l。
如圖3所示，硬件檢測(cè)單元由比較器電路、看門狗電路和邏輯與電路構(gòu)成，其中比較
器電路的兩個(gè)輸入分別連接過電流動(dòng)作閾值和電流信號(hào)調(diào)理電路的輸出，其輸出端連接到邏
輯與電路的一個(gè)輸入端；看門狗電路輸入接口主MCU的1/0端口，其輸出連接邏輯與電路的 另一個(gè)輸入端；邏輯與電路輸出連接故障跳閘執(zhí)行單元。其工作原理是
在主回路無過電流情況下，MCU運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí)看門狗電路接收固定頻率的脈沖信號(hào)， 其輸出為低電平；比較器輸入電流信號(hào)不超過動(dòng)作閾值，其輸出也為低電平。所以邏輯與電 路不輸出故障跳閘指令，斷路器仍然運(yùn)行。
在主回路無過電流情況下，MCU運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)看門狗電路接收不到固定頻率的脈沖信 號(hào)，其輸出為高電平；比較器輸入電流信號(hào)不超過動(dòng)作閾值，其輸出仍然為低電平。由于這 兩個(gè)啟動(dòng)條件為與關(guān)系，所以邏輯與電路仍然不輸出故障跳閘指令，斷路器仍然運(yùn)行。
在主回路有過電流情況下，MCU運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí)看門狗電路接收固定頻率的脈沖信號(hào)， 其輸出為低電平；比較器輸入電流信號(hào)超過動(dòng)作閾值，其輸出為高電平。由于這兩個(gè)啟動(dòng)條 件為與關(guān)系，所以邏輯與電路仍然不輸出故障跳閘指令。主MCU發(fā)出故障跳閘指令使斷路器跳 閘斷開。
在主回路有過電流情況下，MCU運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)看門狗電路接收不到固定頻率的脈沖 信號(hào)，其輸出為高電平；比較器輸入電流信號(hào)超過動(dòng)作閾值，其輸出也為高電平。由于這兩 個(gè)啟動(dòng)條件為與關(guān)系，所以比較器啟動(dòng)輸出故障跳閘指令，使斷路器跳閘斷開。
在圖2的具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器電路中，本發(fā)明使用的一種斷路器控制器 的過電流后備保護(hù)方法，包括以下步驟(如圖5所示)
1) 斷路器開始運(yùn)行。
2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)斷路器主回路電流信號(hào)。
3) 后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)主MCU處理單元的運(yùn)行狀態(tài)。
4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5);否則轉(zhuǎn)步驟6)。
5) 后備MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)
生則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運(yùn)行結(jié)束。
6) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生
則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運(yùn)行結(jié)束。
其中
(一)當(dāng)斷路器主回路無過電流時(shí)，主MCU處于正常工作狀態(tài)。如圖5中的斷路器控制器 狀態(tài)l，后備MCU和主MCU同時(shí)完成主回路電流信號(hào)的采集、計(jì)算、故障判別等工作，判定 斷路器主回路無過電流故障時(shí)，同時(shí)后備MCU檢測(cè)到主MCU處于正常狀態(tài)后，后備MCU和主
8MCU均無過電流故障保護(hù)動(dòng)作，而是直接進(jìn)入下一個(gè)監(jiān)測(cè)周期(主MCU監(jiān)測(cè)和過電流監(jiān)測(cè))。
(二) 當(dāng)斷路器主回路有過電流時(shí)，主MCU處于正常工作狀態(tài)。如圖5中的斷路器控制器 狀態(tài)2，后備MCU和主MCU同時(shí)完成主回路電流信號(hào)的采集、計(jì)算、故障判別等工作，判定 主回路有過電流故障時(shí)，同時(shí)后備MCU檢測(cè)到主MCU處于正常狀態(tài)后，后備MCU無動(dòng)作，完 全由主MCU執(zhí)行電流值計(jì)算、電流整定值識(shí)別、過電流故障類型判別、過電流故障閾值判別、 故障保護(hù)曲線選擇、脫扣延時(shí)運(yùn)算、熱記憶等功能，發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元， 使斷路器跳閘，切斷主回路，完成故障保護(hù)。斷路器運(yùn)行結(jié)束。
(三) 當(dāng)斷路器主回路無過電流時(shí)，主MCU處于失效狀態(tài)。如圖5中的斷路器控制器狀態(tài) 3，后備MCU完成主回路電流信號(hào)的采集、計(jì)算、故障判別等工作，判定主回路無過電流故障 時(shí)，同時(shí)后備MCU檢測(cè)到主MCU失效后，后備MCU無故障保護(hù)動(dòng)作即不發(fā)出故障跳閘指令給 故障跳閘執(zhí)行單元，而是直接進(jìn)入下一個(gè)監(jiān)測(cè)周期(主MCU監(jiān)測(cè)和過電流監(jiān)測(cè))。
(四) 當(dāng)斷路器主回路出現(xiàn)過電流時(shí)，主MCU處于失效狀態(tài)。如圖5中的斷路器控制器狀 態(tài)4，后備MCU完成主回路電流信號(hào)的采集、計(jì)算、故障判別等工作，判定主回路有過電流 故障時(shí)，同時(shí)后備MCU檢測(cè)到主MCU失效后，后備MCU立即發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí) 行單元，使斷路器跳閘，切斷主回路，完成故障保護(hù)。斷路器運(yùn)行結(jié)束。
具有過電流后備保護(hù)的電子式控制器在運(yùn)行中，重復(fù)執(zhí)行上述四個(gè)狀態(tài)的工作，其中后 備MCU狀態(tài)4和后備MCU狀態(tài)3因斷路器跳閘而需要用戶人為干預(yù)。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，具 備過電流后備保護(hù)的斷路器增加了故障脫扣跳閘保護(hù)的概率，從而實(shí)現(xiàn)線路和電源設(shè)備的可 靠保護(hù)，大大提高了配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
除了上述核心保護(hù)功能外，從過電流后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案中還可以派生出其他功能，如后 備MCU自動(dòng)跟蹤電流保護(hù)信息、主MCU失效報(bào)警、后備MCU和主MCU相互監(jiān)測(cè)等。如圖4所 示，加粗虛線框?yàn)閿U(kuò)展功能。
過電流后備保護(hù)為了實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，可以增加后備MCU失效監(jiān)測(cè)電路實(shí)現(xiàn)主MCU和后備 MCU的相互監(jiān)測(cè)；增加報(bào)警器件可以實(shí)現(xiàn)主MCU失效報(bào)警、后備MCU失效報(bào)警、過電流故障 報(bào)警；主MCU和后備MCU之間增加通信接口可以實(shí)現(xiàn)后備MCU自動(dòng)跟蹤主MCU電流保護(hù)信息 并實(shí)時(shí)更新。
具備附加功能的保護(hù)功能執(zhí)行流程圖如圖6所示，加粗虛線功能框?yàn)閿U(kuò)展功能部分。此 種斷路器控制器的過電流后備保護(hù)方法包括以下步驟(如圖6所示)
1) 斷路器開始運(yùn)行。
2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)斷路器主回路電流信號(hào)。
3) 后備MCU處理單元和主MCU處理單元互相監(jiān)測(cè)對(duì)方的運(yùn)行狀態(tài)，并判斷用戶是否更新 過電流動(dòng)作閾值若未更新，則不作處理；若更新，則主MCU處理單元把過電流動(dòng)作閾值傳 送給后備MCU處理單元，后備MCU處理單元進(jìn)行更新保存。
4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5)，否則轉(zhuǎn)步驟6)。5) 后備MCU處理單元發(fā)出主MCU處理單元失效報(bào)警，供用戶判斷是否斷電檢修設(shè)備 若用戶斷電檢修設(shè)備，則斷路器運(yùn)行結(jié)束；
若用戶未斷電檢修設(shè)備，則后備MCU處理單元進(jìn)一歩判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流
若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);
若發(fā)生過電流，則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單 元執(zhí)行故障跳閘和故障報(bào)警，斷路器運(yùn)行結(jié)束。
6) 主MCU處理單元判斷后備MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟7)，否則轉(zhuǎn)步驟8)。
7) 主MCU處理單元發(fā)出后備MCU處理單元失效報(bào)警，供用戶判斷是否斷電檢修設(shè)備 若用戶斷電檢修設(shè)備，則斷路器運(yùn)行結(jié)束；
若用戶未斷電檢修設(shè)備，則主MCU處理單元進(jìn)一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流 若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);
若發(fā)生過電流，則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單元 執(zhí)行故障跳閘和故障報(bào)警，斷路器運(yùn)行結(jié)束。
8) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生
則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘和故障
報(bào)警，斷路器運(yùn)行結(jié)束。 其中
(一) 后備MCU和主MCU運(yùn)行狀態(tài)均正常期間
斷路器主回路此時(shí)無過電流。后備MCU和主MCU均無故障保護(hù)動(dòng)作，斷路器控制器持續(xù) 運(yùn)行，并進(jìn)入下一個(gè)監(jiān)測(cè)周期(MCU相互監(jiān)測(cè)和過電流監(jiān)測(cè))，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)1。
斷路器主回路此時(shí)有過電流。主MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元和發(fā)出故障 報(bào)警指令給故障報(bào)警執(zhí)行單元，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)2。
(二) 后備MCU運(yùn)行狀態(tài)正常，檢測(cè)到主MCU失效時(shí)
斷路器控制器進(jìn)行主MCU失效報(bào)警，報(bào)警信號(hào)持續(xù)執(zhí)行直到用戶斷電檢修或斷路器因過 電流故障跳閘，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)5。
如果用戶發(fā)現(xiàn)主MCU失效報(bào)警信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行斷電檢修，則斷路器控制器的狀態(tài)如圖6 中的斷路器控制器狀態(tài)8。
(三) 后備MCU運(yùn)行狀態(tài)正常，主MCU失效期間
斷路器主回路無過電流。后備MCU無故障保護(hù)動(dòng)作即不發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí) 行單元，斷路器持續(xù)運(yùn)行，并進(jìn)入下一個(gè)監(jiān)測(cè)周期(主MCU監(jiān)測(cè)和過電流監(jiān)測(cè))，如圖6中的 斷路器狀態(tài)3。
斷路器主回路有過電流。后備MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元和發(fā)出故障報(bào) 警指令給故障報(bào)警執(zhí)行單元，使斷路器跳閘，切斷主回路，完成故障保護(hù)，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)4。
(四) 主MCU運(yùn)行狀態(tài)正常，檢測(cè)到后備MCU失效時(shí)
斷路器控制器進(jìn)行后備MCU失效報(bào)警，報(bào)警信號(hào)持續(xù)執(zhí)行直到用戶斷電檢修或斷路器因 過電流故障跳閘，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)6。
如果用戶發(fā)現(xiàn)后備MCU失效報(bào)警信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行斷電檢修，則斷路器的狀態(tài)如圖6中的 斷路器控制器狀態(tài)8。
(五) 在主MCU運(yùn)行狀態(tài)正常，后備MCU失效期間
斷路器主回路無過電流。主MCU無故障保護(hù)動(dòng)作，斷路器控制器持續(xù)運(yùn)行，并進(jìn)入下一 個(gè)監(jiān)測(cè)周期(后備MCU監(jiān)測(cè)和過電流監(jiān)測(cè))，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)7。
斷路器主回路有過電流。主MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元和發(fā)出故障報(bào)警 指令給故障報(bào)警執(zhí)行單元，使斷路器跳閘，切斷主回路，完成故障保護(hù)，如圖6中的斷路器 控制器狀態(tài)2。
權(quán)利要求
1.一種具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器，包括三相電流采集單元，用于采集三相電流信號(hào)并輸入到電流信號(hào)調(diào)理單元；電流信號(hào)調(diào)理單元，用于對(duì)三相電流信號(hào)進(jìn)行放大、比例調(diào)整、濾波等，然后輸入到主MCU處理單元；主MCU處理單元，用于對(duì)三相電流信號(hào)進(jìn)行處理，其輸出送到故障跳閘執(zhí)行單元；故障跳閘執(zhí)行單元，用于分?jǐn)鄶嗦菲魍瓿晒收媳Ｗo(hù)；其特征在于還包括后備保護(hù)單元，其中該后備保護(hù)單元的輸入接所述電流信號(hào)調(diào)理單元的輸出和所述主MCU處理單元的I/O端口該后備保護(hù)單元的輸出接至所述故障跳閘執(zhí)行單元。
2. 如權(quán)利要求l所述的具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器，其特征在于所述后備保護(hù)單元為后備MCU處理單元，該后備MCU處理單元的監(jiān)測(cè)輸入端檢測(cè)所述主MCU 處理單元輸出的失效判別信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器，其特征在于 所述主MCU處理單元的監(jiān)測(cè)輸入端檢測(cè)所述后備MCU處理單元輸出的失效判別信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器，其特征在于 所述主MCU處理單元和后備MCU處理單元之間經(jīng)I/0端口違接。
5. 如權(quán)利要求4所述的具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器，其特征在于 所述連接主MCU處理單元和后備MCU處理單元兩者的I/0端口之間的傳輸媒介為有線線路。
6. 如權(quán)利要求l所述的具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器，其特征在于所述后備保護(hù)單元由比較器電路、看門狗電路和邏輯與電路構(gòu)成，其中所述比較器電路的兩個(gè)輸入分別連接過電流動(dòng)作閾值和所述電流信號(hào)調(diào)理單元的輸出，所述比較器電路的輸出連接邏輯與電路的一個(gè)輸入端；所述看門狗電路的輸入連接所述主MCU處理單元輸出的失效判別信號(hào)，所述看門狗電路的輸出連接邏輯與電路的另一個(gè)輸入端；所述邏輯與電路的輸出連接所述故障跳閘執(zhí)行單元。
7. 如權(quán)利要求2或6所述的具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器，其特征在于 所述失效判別信號(hào)被定義為信號(hào)類型為脈沖方式，信號(hào)通道至少一路，輸出端口為通用1/0，監(jiān)測(cè)類型采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)方式為觸發(fā)方式。所述后備保護(hù)單元判別所述主MCU失效的依據(jù)是所述主MCU輸出的失效判別信號(hào)的消失或異常。
8. —種斷路器控制器的過電流后備保護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟1) 斷路器開始運(yùn)行；2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)斷路器主回路電流信號(hào)；3) 后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)主MCU處理單元的運(yùn)行狀態(tài)；4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5);否則轉(zhuǎn)步驟6);5) 后備MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運(yùn)行結(jié)束；6) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運(yùn)行結(jié)束。
9. 一種斷路器控制器的過電流后備保護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟1) 斷路器開始運(yùn)行；2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測(cè)斷路器主回路電流信號(hào)；3) 后備MCU處理單元和主MCU處理單元互相監(jiān)測(cè)對(duì)方的運(yùn)行狀態(tài)；4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5)，否則轉(zhuǎn)步驟6);5) 后備MCU處理單元發(fā)出主MCU處理單元失效報(bào)警，供用戶判斷是否斷電檢修設(shè)備 若用戶斷電檢修設(shè)備，則斷路器運(yùn)行結(jié)束；若用戶未斷電檢修設(shè)備，則后備MCU處理單元進(jìn)一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);若發(fā)生過電流，則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘和故障報(bào)警，斷路器運(yùn)行結(jié)束；6) 主MCU處理單元判斷后備MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟7),否則轉(zhuǎn)步驟8);7) 主MCU處理單元發(fā)出后備MCU處理單元失效報(bào)警，供用戶判斷是否斷電檢修設(shè)備 若用戶斷電檢修設(shè)備，則斷路器運(yùn)行結(jié)束；若用戶未斷電檢修設(shè)備，則主MCU處理單元進(jìn)一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流 若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);若發(fā)生過電流，則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí) 行故障跳閘和故障報(bào)警，斷路器運(yùn)行結(jié)束；8) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報(bào)警指令，相應(yīng)執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘和故障報(bào) 警，斷路器運(yùn)行結(jié)束。
10. 如權(quán)利要求9所述的斷路器控制器的過電流后備保護(hù)方法，其特征在于 在所述步驟3)后增加以下步驟判斷用戶是否更新過電流動(dòng)作閾值若未更新，則不作處理；若更新，則主MCU處理單元把過電流動(dòng)作閾值實(shí)時(shí)地傳送給后備MCU處理單元，后備MCU處理單元進(jìn)行更新保存。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有過電流后備保護(hù)的斷路器控制器及其保護(hù)方法。本發(fā)明的控制器包括三相電流采集單元、電流信號(hào)調(diào)理單元、主MCU處理單元、故障跳閘執(zhí)行單元、后備保護(hù)單元，后備保護(hù)單元的輸入接電流信號(hào)調(diào)理單元的輸出和主MCU處理單元的I/O端口，后備保護(hù)單元的輸出接故障跳閘執(zhí)行單元。在本發(fā)明方法中用后備MCU來監(jiān)控主MCU，如果斷路器主回路發(fā)生過電流故障時(shí)，后備MCU檢測(cè)到主MCU失效后立即啟動(dòng)故障跳閘保護(hù)功能，這樣便可以避免因主MCU失效而導(dǎo)致事故發(fā)生。本發(fā)明提高了斷路器故障保護(hù)的概率，從而實(shí)現(xiàn)配電線路和電源設(shè)備的可靠保護(hù)，大大提高了配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
文檔編號(hào)H02H3/05GK101673926SQ200810119789
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者寅 南, 魏占勇 申請(qǐng)人:北京人民電器廠有限公司