CN102157946B - 复合开关步进式触发同步保护及其核心单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合开关步进式触发的设计方法,其特征在于：在软件上将反馈信号与CPU步进式脉冲互为配合，用以实现可控硅触发过程的实时跟踪从而保证磁保持继电器闭合前可控硅可靠导通。而应用所述设计方法的核心单元，其硬件包括脉冲变压器，可控硅、磁保持继电器、电压互感器，电压比较器LM311，高速光耦6N137，PIC处理器。本发明的目的之一在于提供一种电压过零点精准检测方案，另一目的在于提供一种方法：在软件上采取反馈信号与CPU步进式脉冲互为配合，实现可控硅触发过程的实时跟踪保护功能，防止可控硅不可靠导通时磁保持继电器闭合造成的风险。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统及其自动化领域，尤其是一种运用于低压复合开关安全可靠性的步进式脉冲可控硅触发并具备即时保护功能的设计方法及其核心单元。
背景技术
低压复合开关的基本工作原理是将可控硅和磁保持继电器并接，实现电压过零导通和电流过零切断，使复合开关在接通和断开的瞬间具有可控硅过零投切的优点，而在接通后又具有触点开关静态性能优良的特性。
复合开关在低压无功补偿系统运用日益广泛，但复合开关的生产厂家水平参差有别，产品质量良莠不齐，低压复合开关运行时的安全、可靠性问题没有得到根本的解决，严重影响了电力系统的安全运行。
复合开关动作时是中央处理单元协调可控硅与磁保持继电器的动作配合，其设计最核心的难题就是可靠性和安全性设计。目前复合开关的设计主要有两大难题没有解决：
复合开关中的可控硅只在接通与断开电容器的瞬间使用，损耗很小，无须散热片。但是可控硅对电压变化率（dv/dt）很敏感，对过电流的承受能力不强，因此可控硅部分是复合开关的薄弱环节。可控硅在电压非过零点误导通，会产生极大涌流，可能导致可控硅瞬间过流损坏或使复合开关整体炸裂。因此，投入可控硅前找准电压过零点是问题的关键之一。
另外，复合开关的长时间的工作，存在可控硅运行逐步失效的现象。可控硅与磁保持继电器的配合动作过程是：CPU投入前找到电压过零点，随即发脉冲信号将可控硅导通，同时接通磁保持继电器，最后取消可控硅脉冲信号，使磁保持继电器担任稳态导通任务。但是，可控硅没有导通或没有完全导通时，接通磁保持继电器会产生强烈弧光和过流、过压现象，从而引起烧毁设备、主开关跳闸等严重的后果。因此，投入磁保持继电器前必须保证可控硅完全导通。确保磁保持继电器投入时的可靠 。
发明内容
为了克服目前低压复合开关普遍存在的性能不稳定、投入电力电容器涌流大、动作风险高等弊病，本发明的目的之一在于提供一种电压过零点精准检测方案，另一目的在于提供一种方法：在软件上采取反馈信号与CPU步进式脉冲互为配合，实现可控硅触发过程的实时跟踪保护功能，防止可控硅不可靠导通时磁保持继电器闭合造成的风险。
为了实现所述目的一，本发明提供一种电压过零点精确检测硬件系统。如图1,该系统硬件包括PIC处理器，其I/O输出口线2通过脉冲变压器T1与可控硅K1的门极信号相连；
所述可控硅K1的阳极与电源L和磁保持继电器K2的一端相连，阴极通过电容C1与地相连，阴极又与磁保持继电器K2的另一端相连；
所述磁保持继电器K2又与电压互感器T2、电压比较器LM311 U2和高速光耦6N137U3依次信号相连；
所述高速光耦6N137 U3又与PIC处理器的I/O输入口线1信号相连。
为了实现所述目的二，本发明的另一方案是提供一种方法，该方法的技术包括：在软件上将反馈信号与CPU步进式脉冲互为配合，实现可控硅触发过程的实时同步跟踪保护功能。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：一方面彻底解决低压复合开关在投入电力电容器时涌流过大问题；另一方面确保磁保持继电器闭合前可控硅已可靠导通，防止可控硅不可靠导通时磁保持继电器闭合造成炸裂、损毁设备的严重后果。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是复合开关控制及反馈回路的核心部分示意图。
图2软件实现算法示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1, 核心单元硬件实现过程如下：
输入部分。在复合开关没有投入时，磁保持继电器与可控硅均断开，220V的压降全部加在复合开关上下两端，通过互感器SPT204A将复合开关上下两端的电压转化为弱电信号，电压比较器LM311及相关电路将弱电信号转换为标准方波（方波的跳变处即是电压正弦波的过零处），标准方波经高速光耦6N137隔离输出，转变为0-5V、跳变沿<0.2us、占空比为50%的方波并传送至CPU的I/O口作为反馈信号。
反馈标准方波过零投入误差：Uo<(0.2us/1000us)*220V=0.04V，在此误差下，即使考虑变压器的最小电抗，过零投入电容器时涌流冲击不会超过额定值的5%。
如图2, 软件实现算法如下：
输出部分。程序中首先设置好脉冲序列数和脉冲频率，并将输出置为推挽结构。CPU在检测到方波上跳沿的同时，推挽结构的I/O口采用程序步进的方式发送第一个脉冲，在发送下一个脉冲前对反馈波形进行分析，判断可控硅导通情况：如果输入口线为低电平，说明当前时刻可控硅为导通状态，则继续发送下一个脉冲并进行导通判断，直至整个过程可控硅均导通方可闭合磁保持继电器。
在整个发送脉冲与通断判断过程中，若发送某一个脉冲后CPU判断口线为高电平，说明当前时刻可控硅没有导通，则放弃后续的脉冲发送及闭合磁保持继电器的动作，有效杜绝可控硅不可靠导通时磁保持继电器盲目闭合造成的隐患。
软硬件的有效结合，输入部分和输出部分可靠配合，解决了电压过零检测不准确时可控硅涌流过大的问题，同时也解决了可控硅不可靠导通时磁保持继电器闭合造成的烧毁设备的风险。低压复合开关设计中的安全、可靠的核心问题从根本上予以解决，为电力系统安全可靠地运行奠定了坚实的基础。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (2)
1.复合开关步进式触发的设计方法,其特征在于：在软件上将反馈信号与CPU步进式脉冲互为配合，在整个发送脉冲与通断判断过程中，若发送某一个脉冲后CPU判断输入口线为高电平，判断为当前时刻可控硅没有导通，则放弃后续的脉冲发送及闭合磁保持继电器的动作，即可控硅触发过程的实时跟踪保护，用于实现可控硅触发过程的实时跟踪保护和用于磁保持继电器闭合前可控硅可靠导通；其具体工作步骤是：
输入部分:在复合开关没有投入时，磁保持继电器与可控硅均断开，220V的压降全部加在复合开关上下两端，通过电压互感器将复合开关上下两端的电压转化为弱电信号，电压比较器LM311及相关电路将弱电信号转换为标准方波，标准方波经高速光耦6N137隔离输出，转变为0-5V、跳变沿<0.2us、占空比为50%的方波并传送至CPU的I/O口作为反馈信号；
输出部分:程序中首先设置好脉冲序列数和脉冲频率，并将输出置为推挽结构;CPU在检测到方波上跳沿的同时，推挽结构的I/O口采用程序步进的方式发送第一个脉冲，在发送下一个脉冲前对反馈波形进行分析，判断可控硅导通情况：如果输入口线为低电平，判断为当前时刻可控硅为导通状态，则继续发送下一个脉冲并进行导通判断，直至整个过程可控硅均导通方可闭合磁保持继电器。
2.一种应用如权利要求1所述的复合开关步进式触发的设计方法的系统，其特征在于：该系统硬件包括PIC处理器，其I/O输出口线(2)通过脉冲变压器（T1）与可控硅（K1）的门极信号相连；
所述可控硅（K1）的阳极与电源（L）和磁保持继电器（K2）的一端相连，阴极通过电容（C1）与地相连，阴极又与磁保持继电器（K2）的另一端相连；
所述磁保持继电器（K2）又与电压互感器（T2）、电压比较器LM311（U2）和高速光耦6N137（U3）依次信号相连；
所述高速光耦6N137（U3）又与PIC处理器的I/O输入口线(1)信号相连。
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