斷路器分合閘線圈控制電路及其監(jiān)測保護電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種斷路器分合閘線圈控制電路及其監(jiān)測保護電路，主處理器電路還連接一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路、以及用于采集合閘回路和分閘回路電流的電流互感器，所述電流互感器經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接所述主處理器電路；還設有另一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括一個邏輯處理電路、隔離電路和對應的檢測電路，所述檢測電路連接所述電子開關驅(qū)動電路。本發(fā)明的監(jiān)測保護電路分為兩路，通過兩方面途徑獲取信息，分析分合閘線圈情況，大大提高了可靠性。
【專利說明】
斷路器分合閘線圈控制電路及其監(jiān)測保護電路
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種斷路器分合閘線圈控制電路，特別是其監(jiān)測保護電路。
【背景技術】
[0002]在中壓配電網(wǎng)中，斷路器對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著重要作用。目前一般都是采用智能單元連接斷路器，需要操作斷路器時，通過后臺終端或調(diào)度遠方裝置發(fā)出命令給智能單元，智能單元再向斷路器操作機構發(fā)出分/合命令，操作機構一般能夠正確響應信號進行斷路器分合閘。在電網(wǎng)發(fā)生故障時，智能單元能迅速做出響應，并以毫秒級的速度去執(zhí)行分閘動作，從而迅速的隔離故障。實踐證明，斷路器操作機構的穩(wěn)定性不高，會現(xiàn)如機構內(nèi)部卡滯、拒分、拒合等現(xiàn)象。特別是分、合閘電源為直流時，使用繼電器進行分合閘控制，斷路器的輔助觸點在分合直流的時候電弧嚴重且不容易熄滅影響壽命。由于分合閘線圈容量都是按照短時通電設計的，便很容易因通電時間過長損壞。
[0003]因此，現(xiàn)有技術中也出現(xiàn)了采用電子開關取代繼電器進行控制的方式(如專利文獻CN104157509A)，也有繼電器與電子開關組合使用的方式(如專利文獻CN103414167)。電子開關采用IGBT、VM0SFET等全控型功率器件，例如，通過設定導通時間，使電子開關僅在導通時間內(nèi)接通合閘回路，這樣串在合閘回路中的輔助常閉觸點(延時斷開的常閉觸點)就不需要開斷直流電流，不會影響壽命。
[0004]由于對分合閘線圈的保護、控制非常重要，有些斷路器產(chǎn)品還設計有用于分合閘監(jiān)測繼電器或者電路，以便在故障或不當操作時損毀分合閘線圈本身和控制部分。如專利文獻CN103414167披露的方案，通過單片機CUP采集分合閘回路的電氣量，結合斷路器輔助觸點的開關狀態(tài)，在線圈燒毀前斷開通電回路從而保護分合閘線圈。
[0005]但是，這種方案完全依賴霍爾傳感器，可靠性低，而且，通過單片機將電流值進行采樣A/D轉(zhuǎn)換處理，處理速度不夠快，影響對設備的保護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種分合閘線圈的監(jiān)測保護電路，用以解決現(xiàn)有技術的監(jiān)控保護可靠性差的問題;并且進一步解決處理速度慢得問題。同時還提供了一種使用該監(jiān)測保護電路的分合閘線圈控制電路。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
一種斷路器分合閘線圈控制電路，包括主處理器電路，主處理器電路通過輸出觸發(fā)電路連接電子開關驅(qū)動電路，輸出觸發(fā)電路用于形成觸發(fā)信號，電子開關驅(qū)動電路用于根據(jù)所述觸發(fā)信號驅(qū)動分閘回路和合閘回路中的分閘電子開關與合閘電子開關;所述主處理器電路還連接一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路、以及用于采集合閘回路和分閘回路電流的電流互感器，所述電流互感器經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接所述主處理器電路;還設有另一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括一個邏輯處理電路、隔離電路和對應的檢測電路，所述檢測電路連接所述電子開關驅(qū)動電路，用于根據(jù)電子開關驅(qū)動電路的輸出形成對應的邏輯信號，并將這些邏輯信號經(jīng)過所述隔離電路送入所述邏輯處理電路，邏輯處理電路根據(jù)輸入的邏輯信號進行判斷，所述判斷結果也用于生成所述觸發(fā)信號；所述檢測電路為以下三種電路的一種或多種:過流檢測電路，用于檢測電子開關驅(qū)動電路的輸出電流是否大于正常值范圍；斷線檢測電路，用于檢測分、合閘線圈回路是否處于斷開狀態(tài);電壓檢測電路，用于檢測分閘、合閘回路的供電電壓。
[0008]進一步的，整流電路輸出連接合閘回路和分閘回路，合閘回路中串設有合閘電子開關和合閘電流檢測單元，分閘回路中串設有分閘電子開關和分閘電流檢測單元;所述過流檢測電路、斷線檢測電路分為兩組，一組對應合閘電子開關，另一組對應分閘電子開關，每組包括:一個比較器，一個切換電路，一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器同相輸入端連接對應的電流檢測單元，反相輸入端連接切換電路的輸出端，切換電路的輸入端分別連接所述一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器輸出端連接隔離電路;當切換電路切換到基準高電壓電路時，為過流檢測電路工作狀態(tài)，當切換電路切換到基準低電壓電路時，為斷線檢測電路工作狀態(tài)。
[0009]進一步的，所述電流檢測單元為采樣電阻。
[0010]進一步的，所述電壓檢測電路連接整流電路輸出端。
[0011]本發(fā)明還提供了一種斷路器分合閘線圈監(jiān)測保護電路，所述斷路器分合閘線圈監(jiān)測保護電路分為兩路，一路包括主處理器電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、以及用于采集合閘回路和分閘回路電流的電流互感器，所述電流互感器經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接所述主處理器電路；另一路包括一個邏輯處理電路、隔離電路和對應的檢測電路，所述檢測電路連接所述電子開關驅(qū)動電路，用于根據(jù)電子開關驅(qū)動電路的輸出形成對應的邏輯信號，并將這些邏輯信號經(jīng)過所述隔離電路送入所述邏輯處理電路;邏輯處理電路根據(jù)輸入的邏輯信號進行判斷，所述判斷結果用于生成所述電子開關驅(qū)動電路的觸發(fā)信號所述檢測電路為以下三種電路的一種或多種:過流檢測電路，用于檢測電子開關驅(qū)動電路的輸出電流是否大于正常值范圍；斷線檢測電路，用于檢測分、合閘線圈回路是否處于斷開狀態(tài);電壓檢測電路，用于檢測分閘、合閘回路的供電電壓。
[0012]進一步的，整流電路輸出連接合閘回路和分閘回路，合閘回路中串設有合閘電子開關和合閘電流檢測單元，分閘回路中串設有分閘電子開關和分閘電流檢測單元;所述過流檢測電路、斷線檢測電路分為兩組，一組對應合閘電子開關，另一組對應分閘電子開關，每組包括:一個比較器，一個切換電路，一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器同相輸入端連接對應的電流檢測單元，反相輸入端連接切換電路的輸出端，切換電路的輸入端分別連接所述一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器輸出端連接隔離電路;當切換電路切換到基準高電壓電路時，為過流檢測電路工作狀態(tài)，當切換電路切換到基準低電壓電路時，為斷線檢測電路工作狀態(tài)。
[0013]進一步的，所述電流檢測單元為采樣電阻。
[0014]進一步的，所述電壓檢測電路連接整流電路輸出端。
[0015]本發(fā)明的監(jiān)測保護電路分為兩路，通過兩方面途徑獲取信息，分析分合閘線圈情況，大大提高了可靠性。
[0016]而且，主處理器實時高精度采樣分合閘線圈電流，記錄分析分合閘線圈電流波形，及時輸出過流報警信號。同時加設邏輯處理電路，一旦檢測到過流信號，直接停止分合閘動作，增加電流保護的靈活性，邏輯處理電路屬于硬件邏輯，因此能夠從硬件和軟件兩方面保護分合閘回路。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的一種實施方式的電路框圖；
圖2是本發(fā)明的另一種實施方式的電路框圖；
圖3是圖2的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0019]如圖1所示是本發(fā)明的斷路器分合閘線圈控制電路的電路框圖。
[0020]實線框內(nèi)部分是斷路器分合閘線圈控制電路，實線框外部分是與控制電路相關的斷路器部分，如分閘回路、合閘回路、輔助觸點、電源等。
[0021]現(xiàn)有技術中的控制電路，包括主處理器電路、輸出觸發(fā)電路、電子開關驅(qū)動電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電流互感器。
[0022]其中主處理器電路、輸出觸發(fā)電路、電子開關驅(qū)動電路構成主要的控制部分，主處理器電路用于接收遠方調(diào)度遙控或就地控制的分合閘命令，經(jīng)過輸出觸發(fā)電路、電子開關驅(qū)動電路輸出到分、合閘線圈。
[0023]其中的電流互感器及A/D轉(zhuǎn)換電路，構成第一路監(jiān)測保護電路，進行分、合閘電流電壓實時采樣，發(fā)現(xiàn)異常及時停止分合閘動作，并且上傳至后臺終端或調(diào)度遠方裝置，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時維護。
[0024]具體的，電流互感器可以采用霍爾電流傳感器，執(zhí)行分、合閘動作時，霍爾電流傳感器采樣錄波分、合閘線圈電流，主處理器分析電流波形，記錄分合閘次數(shù)，判斷分合閘線圈及操作機構工況，電流過高時產(chǎn)生過流告警信號。
[0025]第一路監(jiān)測保護電路中，主處理器電路，可為單片機MCU、DSP、ARM等;A/D轉(zhuǎn)換電路，可以是獨立的轉(zhuǎn)換芯片，也可以是主處理器中集成的轉(zhuǎn)換模塊。另外，一般來說，考慮到電壓差別較大，輸出觸發(fā)電路和主處理器電路之間還設置有隔離電路。再者，還可以增加霍爾電壓傳感器，檢測控制電路電壓，從而可以更全面的記錄斷路器工作情況。
[0026]本發(fā)明的重點在于，為了克服僅依靠電流互感器進行錄波判斷異常情況的局限性和低可靠性，本發(fā)明還增加了第二路監(jiān)測保護電路，該第二路監(jiān)測保護電路如圖1所示，包括邏輯處理電路和檢測電路。檢測電路連接電子開關驅(qū)動電路，用于根據(jù)電子開關驅(qū)動電路的輸出形成對應的邏輯信號，并將這些邏輯信號經(jīng)過所述隔離電路送入邏輯處理電路，邏輯處理電路根據(jù)輸入的邏輯信號進行判斷，所述判斷結果用于生成(對電子開關驅(qū)動電路的)觸發(fā)信號。
[0027]邏輯處理電路，可以選取單片機，也可為FPGA/CPLD，也可為邏輯門芯片搭建的電路。選擇FPGA等芯片，相對單片機，處理速度更有優(yōu)勢。
[0028]主處理器可以不經(jīng)過邏輯處理電路，通過輸出觸發(fā)電路形成觸發(fā)信號控制電子開關驅(qū)動電路，如圖1所示的那樣，在正常情況下，主處理器不經(jīng)過邏輯處理電路，直接控制輸出觸發(fā)電路;在對電流互感器采集的電流進行錄波的過程中，同時判斷電流波形，在異常情況下形成告警并且直接由主處理器發(fā)出指令控制輸出觸發(fā)電路形成觸發(fā)信號，使電子開關停止分、合閘操作(也可以是由主處理器向后臺調(diào)度反饋錄波信息，由后臺調(diào)度給出指令，而主處理器進行響應)。這種方式下，第二路監(jiān)測保護電路的判斷結果也需要由邏輯處理電路送入主處理器，由主處理器發(fā)出指令，在異常情況下停止分、合閘動作。
[0029]作為其他實施方式，主處理器也可以先經(jīng)過邏輯處理電路，通過邏輯處理電路、輸出觸發(fā)電路后形成觸發(fā)信號，如圖2所示的那樣;這種方式下，如果第二路的監(jiān)測保護電路的邏輯處理電路采用FPGA等芯片，就能夠發(fā)揮FPGA邏輯處理速度快的優(yōu)勢:即在第二路的監(jiān)測保護電路檢測到異常狀態(tài)時不用經(jīng)過主處理器，直接通過邏輯處理電路發(fā)出指令停止分、合閘動作。當然，這種情況下，正常情況下的觸發(fā)信號形成也需要經(jīng)過主處理器和邏輯處理電路，異常情況下第一路監(jiān)測保護電路的采集結果也需要經(jīng)過主處理器、邏輯處理電路、輸出觸發(fā)電路后形成觸發(fā)信號。
[0030]邏輯處理電路選擇FPGA等芯片時，屬于硬件邏輯，主處理電路屬于軟件邏輯，因此能夠從硬件和軟件兩方面保護分合閘回路。本實施例中，整個控制電路屬于(【背景技術】中所述的)斷路器智能單元的一部分，因此上述處理器電路、邏輯處理器電路都可以使用斷路器智能單元的處理器和邏輯處理器，這樣就不必單獨設置處理器電路和邏輯處理器電路。
[0031]具體的，圖1中的檢測電路包括至少三種電路，在具體的實施時，可以選擇配置任意一種、任意兩種或全部三種電路。如圖2所述為包括全部三種電路的情況，這三種電路分別是斷線檢測電路，用于判斷分、合閘線圈回路是否處于斷開狀態(tài)。過流檢測電流，分、合閘時，檢測驅(qū)動電路輸出的電流是否大于正常值范圍，在設備損壞之前停止分、合閘。過流的原因包括分、合閘線圈故障，接線短路等。電壓檢測電路，用于監(jiān)測線圈控制電源的有無;通過實時高精度采樣分合閘控制回路電壓值，同時硬件電壓檢測電路監(jiān)測控制回路電壓狀態(tài)，通過邏輯電路禁止無壓或回路斷線時的分合閘動作，有效避免拒動。
[0032]圖2中，電壓檢測電路用于檢測整流電路的輸出，整流電路用于將輸入的控制電源整流為電子開關驅(qū)動電路供電。
[0033]執(zhí)行分、合閘動作時，過流檢測電路一旦檢測到過流，并且超過預設時間，邏輯處理電路會停止分、合閘動作，以保護分、合閘線圈及控制電路。
[0034]執(zhí)行分、合閘動作時，如果電壓檢測電路檢測到無壓或斷線檢測電路檢測到回路斷線，邏輯處理電路會禁止分、合閘動作，并且主處理器會將狀態(tài)實時上傳至后臺終端或調(diào)度遠方裝置。
[0035]執(zhí)行分、合閘動作時，邏輯處理電路判斷輔助觸點的通斷，當分閘時輔助觸點處于非合位置(即另三種位置的任意一種)，合閘時輔助觸點處于非分位置便及時停止分、合閘動作，以防止常閉觸點、常開觸點在分斷直流時燃弧時間過長。
[0036]另外，圖2中還給出了開關量處理電路，用于檢測輔助觸點的狀態(tài);開關量處理電路通過隔離電路連接邏輯處理電路，將輔助觸點的信息提供給邏輯處理電路，以供邏輯處理電路進行分析判斷。開關量處理電路也屬于監(jiān)測保護電路，可以作為上述第一路監(jiān)測保護電路的一部分，也可以視為上述第二路監(jiān)測保護電路的一部分。
[0037]如圖3所示，整流電路輸出連接合閘回路和分閘回路，合閘回路中串設有合閘電子開關和合閘電流檢測單元，分閘回路中串設有分閘電子開關和分閘電流檢測單元;所述過流檢測電路、斷線檢測電路分為兩組，一組對應合閘電子開關，另一組對應分閘電子開關，每組包括:一個比較器，一個切換電路，一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器同相輸入端連接對應的電流檢測單元，反相輸入端連接切換電路的輸出端，切換電路的輸入端分別連接所述一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器輸出端連接隔離電路;當切換電路切換到基準高電壓電路時，為過流檢測電路工作狀態(tài)，當切換電路切換到基準低電壓電路時，為斷線檢測電路工作狀態(tài)。
[0038]其中的電流檢測單元可以采用采樣電阻。
[0039]其中通過切換電路切換為基準低電壓時，電流檢測與比較器可以響應很小的電流，用于進行回路斷線檢測。通過切換電路切換為基準高電壓時，電流檢測與比較器可以響應很大的過流電流，用于進行線圈過流檢測。電機啟動瞬間進行回路斷線檢測，檢測到回路正常后，切換為線圈過流檢測，直至電機運行完成。分閘電子開關、合閘電子開關，為mosfet或IGBT。
[0040]電壓檢測電路連接整流電路輸出端。電壓檢測電路不能檢測具體電壓數(shù)值，只能檢測電壓有無，霍爾電壓傳感器電路可以測量回路電壓的具體數(shù)值。
[0041]本發(fā)明要求保護的主題包括控制電路和監(jiān)測保護電路，由于以上已經(jīng)對控制電路進行了詳細描述，而監(jiān)測保護電路屬于控制電路的一部分，因此不再以單獨的篇幅進行介紹。
[0042]以上給出了本發(fā)明涉及的【具體實施方式】，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應技術手段基本相同、實現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調(diào)形成的，這種技術方案仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種斷路器分合閘線圈控制電路，包括主處理器電路，主處理器電路通過輸出觸發(fā)電路連接電子開關驅(qū)動電路，輸出觸發(fā)電路用于形成觸發(fā)信號，電子開關驅(qū)動電路用于根據(jù)所述觸發(fā)信號驅(qū)動分閘回路和合閘回路中的分閘電子開關與合閘電子開關;所述主處理器電路還連接一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路、以及用于采集合閘回路和分閘回路電流的電流互感器，所述電流互感器經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接所述主處理器電路;其特征在于，還設有另一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括一個邏輯處理電路、隔離電路和對應的檢測電路，所述檢測電路連接所述電子開關驅(qū)動電路，用于根據(jù)電子開關驅(qū)動電路的輸出形成對應的邏輯信號，并將這些邏輯信號經(jīng)過所述隔離電路送入所述邏輯處理電路，邏輯處理電路根據(jù)輸入的邏輯信號進行判斷，所述判斷結果也用于生成所述觸發(fā)信號;所述檢測電路為以下三種電路的一種或多種:過流檢測電路，用于檢測電子開關驅(qū)動電路的輸出電流是否大于正常值范圍；斷線檢測電路，用于檢測分、合閘線圈回路是否處于斷開狀態(tài)；電壓檢測電路，用于檢測分閘、合閘回路的供電電壓。2.根據(jù)權利要求1所述的一種斷路器分合閘線圈控制電路，其特征在于，整流電路輸出連接合閘回路和分閘回路，合閘回路中串設有合閘電子開關和合閘電流檢測單元，分閘回路中串設有分閘電子開關和分閘電流檢測單元;所述過流檢測電路、斷線檢測電路分為兩組，一組對應合閘電子開關，另一組對應分閘電子開關，每組包括:一個比較器，一個切換電路，一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器同相輸入端連接對應的電流檢測單元，反相輸入端連接切換電路的輸出端，切換電路的輸入端分別連接所述一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器輸出端連接隔離電路；當切換電路切換到基準高電壓電路時，為過流檢測電路工作狀態(tài)，當切換電路切換到基準低電壓電路時，為斷線檢測電路工作狀態(tài)。3.根據(jù)權利要求2所述的一種斷路器分合閘線圈控制電路，其特征在于，所述電流檢測單元為采樣電阻。4.根據(jù)權利要求2所述的一種斷路器分合閘線圈控制電路，其特征在于，所述電壓檢測電路連接整流電路輸出端。5.—種斷路器分合閘線圈監(jiān)測保護電路，其特征在于，所述斷路器分合閘線圈監(jiān)測保護電路分為兩路，一路包括主處理器電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、以及用于采集合閘回路和分閘回路電流的電流互感器，所述電流互感器經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接所述主處理器電路;另一路包括一個邏輯處理電路、隔離電路和對應的檢測電路，所述檢測電路連接所述電子開關驅(qū)動電路，用于根據(jù)電子開關驅(qū)動電路的輸出形成對應的邏輯信號，并將這些邏輯信號經(jīng)過所述隔離電路送入所述邏輯處理電路;邏輯處理電路根據(jù)輸入的邏輯信號進行判斷，所述判斷結果用于生成所述電子開關驅(qū)動電路的觸發(fā)信號所述檢測電路為以下三種電路的一種或多種:過流檢測電路，用于檢測電子開關驅(qū)動電路的輸出電流是否大于正常值范圍；斷線檢測電路，用于檢測分、合閘線圈回路是否處于斷開狀態(tài)；電壓檢測電路，用于檢測分閘、合閘回路的供電電壓。6.根據(jù)權利要求5所述的一種斷路器分合閘線圈監(jiān)測保護電路，其特征在于，整流電路輸出連接合閘回路和分閘回路，合閘回路中串設有合閘電子開關和合閘電流檢測單元，分閘回路中串設有分閘電子開關和分閘電流檢測單元;所述過流檢測電路、斷線檢測電路分為兩組，一組對應合閘電子開關，另一組對應分閘電子開關，每組包括:一個比較器，一個切換電路，一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器同相輸入端連接對應的電流檢測單元，反相輸入端連接切換電路的輸出端，切換電路的輸入端分別連接所述一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器輸出端連接隔離電路；當切換電路切換到基準高電壓電路時，為過流檢測電路工作狀態(tài)，當切換電路切換到基準低電壓電路時，為斷線檢測電路工作狀態(tài)。7.根據(jù)權利要求6所述的一種斷路器分合閘線圈監(jiān)測保護電路，其特征在于，所述電流檢測單元為采樣電阻。8.根據(jù)權利要求6所述的一種斷路器分合閘線圈監(jiān)測保護電路，其特征在于，所述電壓檢測電路連接整流電路輸出端。
【文檔編號】H02H7/22GK106026389SQ201610346859
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】魏明, 張國躍, 黃銀才, 李文藝, 周仁領, 柳俊崗, 柴娜, 張世陽, 陳陽, 廉繼英
【申請人】天津平高智能電氣有限公司, 平高集團有限公司, 國家電網(wǎng)公司