CN102545388B - 一种永磁机构断路器智能控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁机构断路器智能控制器，通过永磁机构控制技术与继电保护技术结合起来，形成智能型的永磁断路器控制器，该控制器包括CPU模块、数据采集模块、电源管理模块、永磁驱动模块、通信模块、人机接口模块，该控制器可直接驱动单稳态永磁机构；可实现故障隔离和故障定位；尤其对于小电流接地故障，通过计算并比较特征频带内暂态零序电流分量幅值，能有效确定故障线路。具有故障录波功能，可记录多达5000条事件记录。该控制器具有自诊断功能，可在线检测采集通道和遥控通道的故障，及时告警；该智能控制器功能强大，与永磁断路器配合，可充分满足智能配电网建设的需求。

Description

一种永磁机构断路器智能控制器
技术领域
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种永磁机构断路器智能控制器的实现。
背景技术
永磁机构采用全新的工作原理，将电磁机构与永磁铁有机地组合起来，避兔了分合闸位置机械脱扣、锁扣系统所造成的不利因素，无需任何机械能而通过永磁铁产生的保持力就可使真空开关保持在分合闸位置上。永磁机构真空断路器具有体积小、重量轻、分合闸速度快、免维护、寿命长、节电、无油不燃、可靠性高、可以频繁操作等众多优点，已在中压开关领域获得广泛应用。
目前，中高压断路器智能化程度较低，不能适应智能配电网发展的需要。智能断路器与传统式断路器相比较，不仅有对过载长延时、短路短延时、瞬时动作保护、单相接地保护、负载监控保护等参数均可以设定的功能，而且具有测量显示功能。测量出的数据既可就地显示也可以将数据传输到上位机进行显示，自诊断功能可实现对断路器运行状态检测以及通信功能。当电力网络进行通信组网时，智能断路器可用为电力自动化网络的远程终端实现“四遥”，即所谓的遥测、遥信、遥控以及遥调，而且智能断路器支持多种协议以适用不同的组网要求，现场应用灵活。
本发明将永磁机构控制技术与继电保护技术结合起来，实现了一种智能型的永磁断路器控制器，使断路器的智能化成为现实。
发明内容
本发明提供一种智能型的永磁断路器控制器；该控制器采用DSP+ARM双核CPU，DSP用于实现高速运算，ARM用于数据存储及通信等事务处理。
为解决上述问题，本发明通过以下方案来实现：一种永磁机构断路器智能控制器，通过永磁机构控制技术与继电保护技术结合起来，形成智能型的永磁断路器控制器，该控制器包括：
a、CPU模块，用于监测线路运行状态，根据运算结果，启动保护动作或发出报警信息；
b、数据采集模块，采集三相电压、三相电流及零序电流，进行A/D转换，把数字信号送给CPU模块；
c、电源管理模块，用于将输入的来自PT或CT的交流或输入的来自太阳能供电的直流转化为直流12V，提供系统电源，对蓄电池、储能电容进行充放电管理；
d、永磁驱动模块，根据处理器的分合闸指令，驱动线圈执行相应的动作；
e、通信模块，用于接收外部指令或发送本地数据；
f、人机接口模块，人机接口模块包括液晶和键盘，用于参数设定。
所述CPU模块采用双核CPU，一是DSP核，另一个是ARM核，所述DSP核用于实现高速运算，所述ARM核用于数据存储及通信事务处理。
数据采集模块提供电流三段式保护、单相接地保护、低电压闭锁继电保护功能，能够实现故障隔离和故障定位；对于小电流接地故障，通过计算并比较特征频带内暂态零序电流分量幅值，能有效确定故障线路。
电源管理模块支持PT供电、CT供电、备用蓄电池及太阳能供电，所述备用蓄电池提供充放电管理功能，自动进行蓄电池活化。
永磁驱动模块集成了导向模块和储能电容管理模块，能够直接驱动单稳态永磁机构。
通信模块集成了以太网口，支持光口和电口连接，并集成了GPRS模块、蓝牙模块、RS485模块、遥控模块，所述GPRS模块用于与主站通信，所述蓝牙模块用于无线调试及定值设定。
本发明双核CPU，运算能力强大，通讯接口丰富，支持标准电力协议。该控制器支持多种方式供电，并提供蓄电池充放电管理功能，自动进行蓄电池活化。该控制器集成了导向模块和储能电容管理模块，能够直接驱动单稳态永磁机构。该控制器提供电流三段式保护、单相接地保护、低电压闭锁等继电保护功能，可实现故障隔离和故障定位；尤其对于小电流接地故障，通过计算并比较特征频带内暂态零序电流分量幅值，能有效确定故障线路。该控制器具有故障录波功能，可记录多达5000条事件记录。该控制器具有自诊断功能，可在线检测采集通道和遥控通道的故障，及时告警；该智能控制器功能强大，与永磁断路器配合，可充分满足智能配电网建设的需求。
以下是结合具体实施方式与附图说明对本发明做进一步的描述：
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明原理框图；
图3为本发明供电电源系统示意图；
图4为本发明永磁机构驱动原理图。
具体实施方式
如图1所示，该控制器采用类似工业计算机的板卡式结构，各功能板插在无源的母板上，方便现场的维护；卡板6包括键盘板4、母板5、板连接器3、LCD2、接线端1、下导槽7。通过欧式插头插到母板上，键盘板和LCD插在母板的另一面。
如图2所示，CPU模块监测线路运行状态，根据运算结果，启动保护动作或发出报警信息。数据采集模块采集三相电压、三相电流及零序电流，进行A/D转换，把数字信号送给CPU模块。电源管理模块，用于将输入的来自PT或CT的交流或输入的来自太阳能供电的直流转化为直流12V，提供系统电源，对蓄电池、储能电容进行充放电管理；提供系统电源；对蓄电池、储能电容进行充放电管理。永磁驱动电路模块根据处理器的分合闸指令，驱动线圈执行相应的动作。通信接口模块用于接收外部指令或发送本地数据。人机接口模块包括液晶和键盘，用于参数设定。
所述CPU模块采用双核CPU，一是DSP核，另一个是ARM核，DSP用于实现高速运算，ARM用于数据存储及通信等事务处理；采用I/O接口，通过遥控输入；通信模块集成了以太网口，支持光口和电口连接，集成了GPRS模块、蓝牙模块、RS485模块、遥控模块，GPRS用于与主站通信，蓝牙模块用于无线调试及定值设定；电源管理模块支持PT供电、CT供电及太阳能供电。提供蓄电池充放电管理功能，自动进行蓄电池活化；永磁驱动模块集成了驱动线圈、导向模块和储能电容管理模块，能够直接驱动单稳态永磁机构。数据采集模块提供电流三段式保护、单相接地保护、低电压闭锁等继电保护功能，能够实现故障隔离和故障定位；尤其对于小电流接地故障，通过计算并比较特征频带内暂态零序电流分量幅值，能有效确定故障线路。该控器支持电力标准通信协议，包括IEC61850、101、104等。该控制器具有故障录波功能，能够记录多达5000条事件记录。该控制器具有自诊断功能，能够在线检测采集通道和遥控通道的故障，及时告警。
电源模块原理框图参见附图3所示，采用反激模式开关电源，支持多种供电方式，包括太阳能(18V)、CT(0-30V)、交直流(AC110V/220V，DC110V/220V)和蓄电池(12V)。蓄电池电量不足时，能够由太阳能、CT或交直流任意一种电源为其充电。电源模块将输入转换为直流12V，额定功率5W，供给各个子模块。电能自动分配，处理器系统优先供电，其次为导向升压模块，最后为电池充电；当电池充足后，自动调节电源输入功率，确保不会造成过充电；当外部供电中断或不足时，管理单元自动转入电池供电，电源模块还提供蓄电池电压检测和自动活化功能，延长电池使用寿命。
永磁机构驱动原理见图4所示，合闸时，CPU输出一合闸脉冲，使IGBT管Q5、Q8导通，激励电流正向流过合分闸线圈，使动铁心运动，实现合闸；分闸时，CPU输出一分闸脉冲，使IGBT管Q6、Q7导通，激励电流反向流过合分闸线圈，使动铁心运动，实现分闸。

Claims (6)

1.一种永磁机构断路器智能控制器，通过永磁机构控制技术与继电保护技术结合起来，形成智能型的永磁断路器控制器，其特征在于，该控制器包括：
a、CPU模块，用于监测线路运行状态，根据运算结果，启动保护动作或发出报警信息；
b、数据采集模块，采集三相电压、三相电流及零序电流，进行A/D转换，把数字信号送给CPU模块；
c、电源管理模块，用于将输入的来自PT或CT的交流或输入的来自太阳能供电的直流转化为直流12V，提供系统电源，对蓄电池、储能电容进行充放电管理；
d、永磁驱动模块，根据处理器的分合闸指令，驱动线圈执行相应的动作；
e、通信模块，用于接收外部指令或发送本地数据；
f、人机接口模块，人机接口模块包括液晶和键盘，用于参数设定。
2.根据权利要求1所述的永磁机构断路器智能控制器，其特征在于：所述CPU模块采用双核CPU，一是DSP核，另一个是ARM核，所述DSP核用于实现高速运算，所述ARM核用于数据存储及通信事务处理。
3.根据权利要求1所述的永磁机构断路器智能控制器，其特征在于：所述数据采集模块提供电流三段式保护、单相接地保护、低电压闭锁继电保护功能，能够实现故障隔离和故障定位；对于小电流接地故障，通过计算并比较特征频带内暂态零序电流分量幅值，能有效确定故障线路。
4.根据权利要求1所述的永磁机构断路器智能控制器，其特征在于：所述电源管理模块支持PT供电、CT供电、备用蓄电池及太阳能供电，所述备用蓄电池提供充放电管理功能，自动进行蓄电池活化。
5.根据权利要求1所述的永磁机构断路器智能控制器，其特征在于：所述永磁驱动模块集成了导向模块和储能电容管理模块，能够直接驱动单稳态永磁机构。
6.根据权利要求1所述的永磁机构断路器智能控制器，其特征在于：所述通信模块集成了以太网口，支持光口和电口连接，并集成了GPRS模块、蓝牙模块、RS485模块、遥控模块，所述GPRS模块用于与主站通信，所述蓝牙模块用于无线调试及定值设定。
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