CN102841599A - 智能配电开关控制回路故障检测电路及该电路的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种智能配电开关控制回路故障检测电路，包括配电开关操作电源模块，还包括电压输出检测电路、回路断线检测电路和MCU主控单元，电压输出检测电路，用于连接配电开关控制电路的电压输出端，采集配电开关控制电路输出的实时电压变化信号，并传输至MCU；回路断线检测电路，用于采集配电开关控制电路与配电开关本体形成的控制回路的实时电流变化信号，并传输至MCU；MCU，用于接收电压输出检测电路和回路断线检测电路传送的信号，以及配电开关本体的各触点信号，判断控制回路的工作状态，根据控制回路的工作状态向配电开关控制电路发送控制信号，向远方主站发送工作状态信号，实现故障类别的判断。还包括一种检测方法。

Description

智能配电开关控制回路故障检测电路及该电路的检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测电路和检测方法，特别是涉及一种用于检测配电开关回路电流和输出电压的检测电路和检测方法。

背景技术

通常高压断路器、高压隔离配电开关包括配电开关本体、配电开关控制电路和用于配电开关控制电路的配电开关操作电源，配电开关本体上包括配电开关主触点和配电开关辅助触点。配电开关辅助触点，作为与主触点（或主刀闸）在时间上同步动作的小容量接点，通常用于相应的二次回路，为保护、控制、信号、计测电路提供配电开关的工作状态信号，配电开关辅助触点信号检测电路包括在配电开关控制电路中。

现有检测配电开关故障的方法，主要依靠配电开关本体内的配电开关辅助触点的状态与控制信号时间的配合，以反映是否发生了配电开关动作，如果配电开关辅助触点的状态切换超时则关闭控制信号，起到对配电开关本体的保护作用。

现有的检测方法仅依据配电开关动作与否判断是否发生了配电开关故障，不能判定发生的故障类型，造成远方主站的监控信息不全面，给后续的故障排除和设备维护增加了难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能配电开关控制回路故障检测电路，解决配电开关故障时拒动类型无法区分的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种利用上述检测电路的进行电路故障检测的方法，解决故障类型无法区别、标示的技术问题。

本发明的智能配电开关控制回路故障检测电路，包括配电开关操作电源模块，其中：还包括电压输出检测电路、回路断线检测电路和MCU主控单元，

电压输出检测电路，用于连接配电开关控制电路的电压输出端，采集配电开关控制电路输出的实时电压变化信号，并传输至MCU主控单元；

回路断线检测电路，用于采集配电开关控制电路与配电开关本体形成的控制回路的实时电流变化信号，并传输至MCU主控单元；

MCU主控单元，用于接收电压输出检测电路和回路断线检测电路传送的信号，以及配电开关本体的各触点信号，判断控制回路的工作状态，根据控制回路的工作状态向配电开关控制电路发送控制信号，向远方主站发送工作状态信号；

配电开关操作电源模块为配电开关控制电路、电压输出检测电路、回路断线检测电路和MCU主控单元提供工作电源。

还包括系统供电模块，用于为电压输出检测电路、回路断线检测电路和MCU主控单元提供工作电源，配电开关操作电源模块仅为配电开关控制电路提供工作电源。

所述电压输出检测电路包括第三输入接口、第二二极管、第六电阻、第六电容、第一二极管、第一光电耦合器和第七电阻；第三输入接口的输入端连接配电开关控制电路的两个输出端，四个第二二极管首尾串联形成全波整流的整流桥，第三输入接口的两对输出端分别连接整流桥第一引脚、第三引脚，整流桥的第四引脚连接第一光电耦合器的第二引脚，第一二极管的正极连接整流桥的第四引脚，第一二极管的负极连接第一光电耦合器的第一引脚，整流桥的第二引脚通过串联第六电阻连接第一光电耦合器的第一引脚，第一光电耦合器的第一引脚和第二引脚间连接第六电容，第一光电耦合器的第三引脚接地，第一光电耦合器的第四引脚串联第七电阻后连接系统供电模块提供的工作电源，第一光电耦合器的第四引脚与MCU主控单元的信号输入端连接。

所述回路断线检测电路包括第一输入接口、电流传感器、双路电压比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电位器、第二电位器、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容；第一输入接口的两个输入端分别串接于配电开关本体两侧，配电开关控制电路与配电开关本体形成的控制回路中，第一输入接口的一组输出端（IN1）连接电流传感器的第一引脚和第二引脚，第一输入接口的另一组输出端（IN2）连接电流传感器的第三引脚和第四引脚，电流传感器的第五引脚接地，电流传感器的第五引脚和第六引脚间连接第三电容，电流传感器的第八引脚串联第一电容后接地，电流传感器的第八引脚连接系统供电模块提供的工作电源，电流传感器的第七引脚串联第一电阻后分别连接双路电压比较器的第三引脚和第五引脚，电流传感器的第七引脚串联第一电阻和第二电容后接地，双路电压比较器的第四引脚接地，双路电压比较器的第八引脚连接系统供电模块提供的工作电源，双路电压比较器的第七引脚连接第二输入接口的一个输入端，双路电压比较器的第一引脚连接第二输入接口的另一个输入端，通过第二输入接口与MCU主控单元的信号输入端连接；

双路电压比较器的第七引脚串联第二电阻后连接工作电源，双路电压比较器的第一引脚串联第三电阻后连接工作电源；第一电位器的动触点连接双路电压比较器的第二引脚，第一电位器的一个定触点接地，另一个定触点连接工作电源后，串联第五电容后接地；第二电位器的动触点连接双路电压比较器的第六引脚，第二电位器的一个定触点接地，另一个定触点连接工作电源后，串联第四电容后接地。

利用以上所述的智能配电开关控制回路故障检测电路，进行电路故障检测的方法，包括以下步骤：

当配电开关正常工作时，MCU主控单元接收电压输出检测电路05和回路断线检测电路传送的电压检测信号和控制回路短线信号，根据信号状态判定故障类型；

当回路断线检测电路的两输出端有一个为高电平时，配电开关正常工作；

当电压输出检测电路的输出端输出为低电平时，回路断线检测电路的两输出端均为低电平时，标示故障原因为线路开断或者配电开关分合闸线圈烧坏；

当电压输出检测电路的输出端输出为高电平时，且回路断线检测电路的两输出端均为低电平时，标示故障原因为配电开关控制电路器件损坏或者MCU主控单元至配电开关控制电路的控制信号线路开断；

当电压输出检测电路的输出端输出为低电平时，且回路断线检测电路的两输出端均为高电平时，标示故障原因为配电开关本体机构卡死；

当电压输出检测电路的输出端输出为低电平时，且回路断线检测电路的两输出端有一个为高电平时，配电开关辅助触点信号不翻转，标示故障原因为配电开关辅助触点故障。

本发明的智能配电开关控制回路故障检测电路，具有电路结构简单、检测结果可靠等优点，直接可以连接在现有控制回路中，降低了改成成本。通过对控制回路中电流、电压信号的变化进行判断解决了无法区分各种配电开关故障的缺点，提高了整个系统工作的可靠性和智能化，为后续的故障排除提供了参考依据。同时，本设计兼容交流配电开关和直流配电开关，有利于相应产品生产工艺的简化。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。

附图说明

图1为本发明智能配电开关控制回路故障检测电路的电路原理示意图；

图2为本发明智能配电开关控制回路故障检测电路的电路结构示意图一；

图3为本发明智能配电开关控制回路故障检测电路的电路结构示意图二。

具体实施方式

如图1所示，本实施例智能配电开关控制回路故障检测电路包括电压输出检测电路05、回路断线检测电路06和MCU主控单元07，其中：

电压输出检测电路05，用于连接配电开关控制电路04的电压输出端，采集配电开关控制电路04输出的实时电压变化信号，并传输至MCU主控单元07；

回路断线检测电路06，用于采集配电开关控制电路04与配电开关本体03形成的控制回路的实时电流变化信号，并传输至MCU主控单元07；

MCU主控单元07，用于接收电压输出检测电路05和回路断线检测电路06传送的信号，以及配电开关本体03的各触点信号，判断控制回路的工作状态，根据控制回路的工作状态向配电开关控制电路04发送控制信号，向远方主站发送工作状态信号；

可以通过配电开关操作电源模块02为配电开关控制电路04、电压输出检测电路05、回路断线检测电路06和MCU主控单元07提供工作电源。

或者是利用系统供电模块01，用于为电压输出检测电路05、回路断线检测电路06和MCU主控单元07提供工作电源，配电开关操作电源模块02为配电开关控制电路04提供工作电源。

如图2所示，电压输出检测电路05包括第三输入接口P3、第二二极管D2、第六电阻R6、第六电容C6、第一二极管D1、第一光电耦合器U3和第七电阻R7；第三输入接口P3的输入端连接配电开关控制电路04的两个输出端，四个第二二极管D2首尾串联形成全波整流的整流桥，第三输入接口P3的两对输出端分别连接整流桥第一引脚、第三引脚，整流桥的第四引脚连接第一光电耦合器U3的第二引脚，第一二极管D1的正极连接整流桥的第四引脚，第一二极管D1的负极连接第一光电耦合器U3的第一引脚，整流桥的第二引脚通过串联第六电阻R6连接第一光电耦合器U3的第一引脚，第一光电耦合器U3的第一引脚和第二引脚间连接第六电容C6，第一光电耦合器U3的第三引脚接地，第一光电耦合器U3的第四引脚串联第七电阻R7后连接系统供电模块01提供的工作电源，第一光电耦合器U3的第四引脚与MCU主控单元07的信号输入端连接。

在电压输出检测电路中，整流桥在输入为交流时起到整流作用，在输入为直流时防止输入端接反烧毁电路，从而起到保护电路的作用；第一二极管D1的作用是防止反向电压过高烧毁第一光电耦合器U3。第一二极管D1和第二二极管D2采用IN4007，第一光电耦合器U3采用P521。

如图3所示，回路断线检测电路06包括第一输入接口P1、电流传感器U1、双路电压比较器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电位器R4、第二电位器R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5；第一输入接口P1的两个输入端分别串接于配电开关本体03两侧，配电开关控制电路04与配电开关本体03形成的控制回路中，第一输入接口P1的一组输出端IN1连接电流传感器U1的第一引脚和第二引脚，第一输入接口P1的另一组输出端IN2连接电流传感器U1的第三引脚和第四引脚，电流传感器U1的第五引脚接地，电流传感器U1的第五引脚和第六引脚间连接第三电容C3，电流传感器U1的第八引脚串联第一电容C1后接地，电流传感器U1的第八引脚连接系统供电模块01提供的工作电源，电流传感器U1的第七引脚串联第一电阻R1后分别连接双路电压比较器U2的第三引脚和第五引脚，电流传感器U1的第七引脚串联第一电阻R1和第二电容C2后接地，双路电压比较器U2的第四引脚接地，双路电压比较器U2的第八引脚连接系统供电模块01提供的工作电源，双路电压比较器U2的第七引脚连接第二输入接口P2的一个输入端，双路电压比较器U2的第一引脚连接第二输入接口P2的另一个输入端，通过第二输入接口P2与MCU主控单元07的信号输入端连接；

双路电压比较器U2的第七引脚串联第二电阻R2后连接工作电源，双路电压比较器U2的第一引脚串联第三电阻R3后连接连接工作电源；第一电位器R4的动触点连接双路电压比较器U2的第二引脚，第一电位器R4的一个定触点接地，另一个定触点连接工作电源后，串联第五电容C5后接地；第二电位器R5的动触点连接双路电压比较器U2的第六引脚，第二电位器R5的一个定触点接地，另一个定触点连接工作电源后，串联第四电容C4后接地。

电流传感器U1测量回路电流大小，采用ACS712，双路电压比较器U2的两输入通道通过调节第一电位器R4、第二电位器R5的阻值形成两个比较门限，用以区分回路是否流过电流和电流过大，采用LM393。

在实际使用中，MCU主控单元07接收电压输出检测电路05和回路断线检测电路06传送的电压检测信号和控制回路断线信号，根据信号状态判定故障类型。

当配电开关控制电路04和配电开关本体03处于正常工作状态时，回路断线检测电路06的电流传感器U1感应控制回路的正常工作电流，在第七引脚输出一定电压值，该电压超过双路电压比较器U2其中一个通道的门限值，输出高电平，而另一通道则输出低电平，即当两输出端OUT1、OUT2有一个为高电平时，则MCU主控单元07向远方主站发出配电开关正常工作的状态信号。

当电压输出检测电路05的输出端OUT3输出为低电平时，即有电压输出，但是回路断线检测电路06的两输出端OUT1、OUT2均为低电平，即回路中无电流流过，则MCU主控单元07判定发生了回路断线故障，并向远方主站发出故障信号，标示故障原因可能为线路开断或者配电开关分合闸线圈烧坏。

当电压输出检测电路05的输出端OUT3输出为高电平时，即无电压输出，且回路断线检测电路06的两输出端OUT1、OUT2均为低电平，即回路中无电流流过，则MCU主控单元07判定发生了控制回路断线故障，并向远方主站发出故障信号，标示故障原因可能为配电开关控制电路04器件损坏或者MCU主控单元07至配电开关控制电路04的控制信号线路开断。

当电压输出检测电路05的输出端OUT3输出为低电平时，即有电压输出，且回路断线检测电路06的两输出端OUT1、OUT2均为高电平，即回路中有大电流流过，则MCU主控单元07判定发生了配电开关本体03的机构故障，并向远方主站发出故障信号，标示故障原因可能为配电开关本体03机构卡死，致使分合闸线圈流过电流加大。

当电压输出检测电路05的输出端OUT3输出为低电平时，即有电压输出，且回路断线检测电路06的两输出端OUT1、OUT2有一个为高电平，即为正常工作电流，但此时没有发生配电开关辅助触点信号翻转，则MCU主控单元07判定发生了配电开关辅助触点故障，并向远方主站发出故障信号。

本实施例可兼容交流输入的配电开关和直流输入的配电开关。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种智能配电开关控制回路故障检测电路，包括配电开关操作电源模块（02），其特征在于：还包括电压输出检测电路（05）、回路断线检测电路（06）和MCU主控单元（07），其中：

电压输出检测电路（05），用于连接配电开关控制电路（04）的电压输出端，采集配电开关控制电路（04）输出的实时电压变化信号，并传输至MCU主控单元（07）；

回路断线检测电路（06），用于采集配电开关控制电路（04）与配电开关本体（03）形成的控制回路的实时电流变化信号，并传输至MCU主控单元（07）；

MCU主控单元（07），用于接收电压输出检测电路（05）和回路断线检测电路（06）传送的信号，以及配电开关本体（03）的各触点信号，判断控制回路的工作状态，根据控制回路的工作状态向配电开关控制电路（04）发送控制信号，向远方主站发送工作状态信号；

配电开关操作电源模块（02）为配电开关控制电路（04）、电压输出检测电路（05）、回路断线检测电路（06）和MCU主控单元（07）提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的智能配电开关控制回路故障检测电路，其特征在于：还包括系统供电模块（01），用于为电压输出检测电路（05）、回路断线检测电路（06）和MCU主控单元（07）提供工作电源，配电开关操作电源模块（02）仅为配电开关控制电路（04）提供工作电源。

3.根据权利要求2所述的智能配电开关控制回路故障检测电路，其特征在于：所述电压输出检测电路（05）包括第三输入接口（P3）、第二二极管（D2）、第六电阻（R6）、第六电容（C6）、第一二极管（D1）、第一光电耦合器（U3）和第七电阻（R7）；第三输入接口（P3）的输入端连接配电开关控制电路（04）的两个输出端，四个第二二极管（D2）首尾串联形成全波整流的整流桥，第三输入接口（P3）的两对输出端分别连接整流桥第一引脚、第三引脚，整流桥的第四引脚连接第一光电耦合器（U3）的第二引脚，第一二极管（D1）的正极连接整流桥的第四引脚，第一二极管（D1）的负极连接第一光电耦合器（U3）的第一引脚，整流桥的第二引脚通过串联第六电阻（R6）连接第一光电耦合器（U3）的第一引脚，第一光电耦合器（U3）的第一引脚和第二引脚间连接第六电容（C6），第一光电耦合器（U3）的第三引脚接地，第一光电耦合器（U3）的第四引脚串联第七电阻（R7）后连接系统供电模块（01）提供的工作电源，第一光电耦合器（U3）的第四引脚与MCU主控单元（07）的信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的智能配电开关控制回路故障检测电路，其特征在于：所述回路断线检测电路（06）包括第一输入接口（P1）、电流传感器（U1）、双路电压比较器（U2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第一电位器（R4）、第二电位器（R5）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）和第五电容（C5）；第一输入接口（P1）的两个输入端分别串接于配电开关本体（03）两侧，配电开关控制电路（04）与配电开关本体（03）形成的控制回路中，第一输入接口（P1）的一组输出端（IN1）连接电流传感器（U1）的第一引脚和第二引脚，第一输入接口（P1）的另一组输出端（IN2）连接电流传感器（U1）的第三引脚和第四引脚，电流传感器（U1）的第五引脚接地，电流传感器（U1）的第五引脚和第六引脚间连接第三电容（C3），电流传感器（U1）的第八引脚串联第一电容（C1）后接地，电流传感器（U1）的第八引脚连接系统供电模块（01）提供的工作电源，电流传感器（U1）的第七引脚串联第一电阻（R1）后分别连接双路电压比较器（U2）的第三引脚和第五引脚，电流传感器（U1）的第七引脚串联第一电阻（R1）和第二电容（C2）后接地，双路电压比较器（U2）的第四引脚接地，双路电压比较器（U2）的第八引脚连接系统供电模块（01）提供的工作电源，双路电压比较器（U2）的第七引脚连接第二输入接口（P2）的一个输入端，双路电压比较器（U2）的第一引脚连接第二输入接口（P2）的另一个输入端，通过第二输入接口（P2）与MCU主控单元（07）的信号输入端连接；

双路电压比较器（U2）的第七引脚串联第二电阻（R2）后连接工作电源，双路电压比较器（U2）的第一引脚串联第三电阻（R3）后连接工作电源；第一电位器（R4）的动触点连接双路电压比较器（U2）的第二引脚，第一电位器（R4）的一个定触点接地，另一个定触点连接工作电源后，串联第五电容（C5）后接地；第二电位器（R5）的动触点连接双路电压比较器（U2）的第六引脚，第二电位器（R5）的一个定触点接地，另一个定触点连接工作电源后，串联第四电容（C4）后接地。

5.利用权利要求1至4任一所述的智能配电开关控制回路故障检测电路，进行电路故障检测的方法，其特征在于包括以下步骤：

当配电开关正常工作时，MCU主控单元（07）接收电压输出检测电路05和回路断线检测电路（06）传送的电压检测信号和控制回路断线信号，根据信号状态判定故障类型；

当回路断线检测电路（06）的两输出端有一个为高电平时，配电开关正常工作；

当电压输出检测电路（05）的输出端输出为低电平时，回路断线检测电路（06）的两输出端均为低电平时，标示故障原因为线路开断或者配电开关分合闸线圈烧坏；

当电压输出检测电路（05）的输出端输出为高电平时，且回路断线检测电路（06）的两输出端均为低电平时，标示故障原因为配电开关控制电路（04）器件损坏或者MCU主控单元（07）至配电开关控制电路（04）的控制信号线路开断；

当电压输出检测电路（05）的输出端输出为低电平时，且回路断线检测电路（06）的两输出端均为高电平时，标示故障原因为配电开关本体（03）机构卡死；

当电压输出检测电路（05）的输出端输出为低电平时，且回路断线检测电路（06）的两输出端有一个为高电平时，配电开关辅助触点信号不翻转，标示故障原因为配电开关辅助触点故障。

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