CN102263439A - 柱上分支保护断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱上分支保护断路器，它含有真空断路器和保护控制单元，所述保护控制单元包含控制模块、遥控模块、通讯模块和电源模块，其中，所述控制模块的输出端分别与所述遥控模块、通讯模块和真空断路器连接，所述电源模块分别与所述控制模块、通讯模块和遥控模块连接。所述电源模块与备用电源连接。所述备用电源为蓄电池组。本发明在普通真空断路器的基础上加装了保护控制单元，具备过流速断保护、接地故障切除、自动重合闸和通讯数据传输功能，从而完全避免了因短路、接地故障而造成大面积停电事件的发生，实现非故障区域的快速恢复供电。

Description

柱上分支保护断路器

一、技术领域：本发明涉及一种具有配网接地和短路故障隔离保护功能的开关设备，特别是涉及一种柱上分支保护断路器。

二、背景技术：随着国民经济的快速发展，配电网迅速扩大，目前的配电网特别是10kV架空线路中，大部分没有安装保护装置与自动化设备，因此，一旦线路发生故障，往往造成大面积、长时间停电，故障区域难于定位，非故障区域的恢复供电需要很长时间，严重影响企事业单位及人民群众的正常工作和生活，造成大的经济损失和不良影响。

另外，环网结构中不同方向电源供电时，上下级保护配合关系也要随之改变，线路单相接地故障也应切除。

为避免出现大面积停电和实现非故障区域的快速恢复供电，现在的10kV架空线路中较多的采用带看门狗的负荷开关或重合器。带看门狗的负荷可以自动开断负荷开关用户线路负荷电流，实现用户线路单相接地故障隔离，短路故障隔离需要上级开关的重合才能实现；重合器可以自动开断、关合接地及短路电流，故障的隔离需要开关多次重合，电网将受到多次冲击。

三、发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、使用方便、功能齐全且自动化程度高的柱上分支保护断路器。

本发明的技术方案是：一种柱上分支保护断路器，含有真空断路器和保护控制单元，所述保护控制单元包含控制模块、遥控模块、通讯模块和电源模块，所述控制模块的输出端分别与所述遥控模块、通讯模块和真空断路器连接，所述电源模块分别与所述控制模块、通讯模块和遥控模块连接。

所述电源模块与备用电源连接。所述备用电源为蓄电池组。所述电源模块设置有充电电路，为所述蓄电池组充电。

所述控制模块采用TMS320F206；所述遥控模块的发射电路采用曼彻斯特编码，其接受电路采用超再生接收电路；所述通讯模块采用GPRS。

本发明的有益效果是：

1、本发明在普通真空断路器的基础上，加装保护控制单元，扩展配网接地及短路故障隔离保护功能，保护控制单元采用功能模块化结构，同时具备过流速断保护、接地故障切除、自动重合闸和通讯数据传输功能，从而完全避免了因短路、接地故障而造成大面积停电事件的发生，实现非故障区域的快速恢复供电。

2、本发明采用自适应技术，电源点随着运行方式的变化而发生变化时，满足不同侧电源供电时上下级的保护配合关系；配置暂态与稳态相结合的接地保护原理，能及时准确地切除接地线路。

3、本发明内置后备电源，可以在短路时电压降得比较低时仍然能够正确工作，并动作跳开开关。

4、本发明能够把故障信息用短信的形式发给相关人员或通过GPRS把数据及故障信息传输到数据中心以及配电GIS上，使用十分方便。

5、本发明设计合理、使用方便、功能齐全且自动化程度高，其适用范围广，推广后具有良好的经济效益。

四、附图说明：

图1为柱上分支保护断路器的结构原理图；

图2为图1所示柱上分支保护断路器的模块设计图；

图3为图1所示柱上分支保护断路器的电路原理图。

五、具体实施方式：

实施例：参见图1、图2和图3，1-电源模块，2-备用电源，3-遥控模块，4-控制模块，5-真空断路器，6-通讯模块。

柱上分支保护断路器含有真空断路器5和保护控制单元，保护控制单元包含控制模块4、遥控模块3、通讯模块6和电源模块1，控制模块4的输出端分别与遥控模块3、通讯模块6和真空断路器5连接，电源模块1分别与控制模块4、通讯模块6和遥控模块3连接。

电源模块1同时与备用电源2连接。备用电源2为蓄电池组。电源模块1设置有充电电路，能够为蓄电池组2充电。

工作时，电源模块1通过PT从一次线路得到交流电源，给后备电源2充电，当没有交流电源时，后备电源2通过电源模块1给控制模块4、通讯模块6和遥控模块3提供电源。

控制模块4对从电网一次设备CT及PT采样来的电压电流信号进行处理，其中，电压经过精密电压变换器LXYM150V/3.53V转换，电流信号经过WGSLA50A/3.53V变换成较小信号，再经两阶低通滤波器滤除谐波，再经放大器LM2092(接成射极跟随)连接到A/D转换器MAX125的输入端上。A/D模数转换芯片基准电源采用外部基准，以提高精度；A/D数据采集流程：设定MAX125的工作模式，读A/D以便清除系统上电引起的虚假的转换完成信号，初始化定时器，设置定时时间间隔(即A/D采样周期)，定时触发源选择，开F206外部中断，启动定时器，F206外部中断服务程序用于读A/D数据。读取的数据通过F206运算、处理。

外部开关信号经光耦进行光电隔离、电容滤波，再经数据缓冲器(F734H，只读)，进入F206运算、综合处理、判断，对于故障则发出相应的开出量，开出量经数据缓冲器(F734H，只写)，再经过光电隔离，驱动继电器，出口继电器接通断路器的跳合闸回路。并通过开入量反馈断路器状态信息，经光电隔离，数据缓冲器，进入F206，作为运算的数据。16路数字量输出组合产生一反馈信号，给F206的IO2，用于检测每一路数字量输出是否正常。

控制模块4采用高速TMS320F206，TMS320F206是TI公司C2**系列16位定点DSP芯片中的一种，它采用静态CMOS集成电路工艺制造，并使用哈佛结构以及多级流水线操作技术，因而应用非常灵活，速度很高。可以实现每秒2000万次的定点运算。544×16位片上DARAM，4K×16位片上SARAM，32K×16位零待片上FLASH，四个通用I/O位，一个专用输入位，一个专用输出位，三级外部中断。

译码电路采用CPLD器件，本设计采用的CPLD芯片为EPM7064STI-100，CPLD主要是由可编程逻辑宏单元(MC，Macro Cell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。其中MC结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构，根据需要生成特定的电路结构，完成功能。

采用ST16C552双路异步串行通讯收发器。ST16C552片内有二个完全独立的异步串行通讯收发器，分别可对数据位数、奇偶校验、停止位及波特率等进行编程。ST16C552每个通道有13个寄存器，通过A2～A0对它们进行寻址。13个寄存器，由A2～A0和线路控制寄存器中的DLAB位来寻址。

控制模块4有RS485与RS232接口，通讯模块6可以很方便的接入，实现通讯功能。

保护控制单元的软件设计：

a)采样部分：对模拟信号进行每周波32点的采样，采样数据递推刷新。

b)算法部分：根据DSP器件的特性，每点采样值和前31点采样值构成一个波形，利用快速傅里叶变换算法，进行一次计算。

c)逻辑部分：根据计算的各种数据和采集到的各种信号，以及相应的参数定值，完成故障隔离、非故障区域供电恢复算法。

d)通讯部分：采用内部规约或其他规约，向其他单元传递主CPU的各种处理信息。

遥控模块3，其发射电路采用曼彻斯特编码，其接受电路采用超再生接收电路，采用选择、反校、执行三步遥控操作方式。直接驱动出口继电器，接通控制回路，对断路器进行分合操作。方便现场的操作。

通讯模块6采用GPRS，通过GPRS网络传输，设备现场不能联Internet网而是监控中心可以联Internet网，采用多点到中心的连接方式，现场设备通过串口把数据送给GPRS通讯模块，然后GPRS通讯模块通过GPRS、Internet把数据远传出去，用户通过Internet网接收数据。实现对数据的实时监测，开关的远程控制。

Claims (5)

1.一种柱上分支保护断路器，含有真空断路器和保护控制单元，其特征是：所述保护控制单元包含控制模块、遥控模块、通讯模块和电源模块，所述控制模块的输出端分别与所述遥控模块、通讯模块和真空断路器连接，所述电源模块分别与所述控制模块、通讯模块和遥控模块连接。

2.根据权利要求1所述的柱上分支保护断路器，其特征是：所述电源模块与备用电源连接。

3.根据权利要求2所述的柱上分支保护断路器，其特征是：所述备用电源为蓄电池组。

4.根据权利要求3所述的柱上分支保护断路器，其特征是：所述电源模块设置有充电电路，为所述蓄电池组充电。

5.根据权利要求1-4任一项所述的柱上分支保护断路器，其特征是：所述控制模块采用TMS320F206；所述遥控模块的发射电路采用曼彻斯特编码，其接受电路采用超再生接收电路；所述通讯模块采用GPRS。

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