CN103903906A - 单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是公开的单稳态永磁机构户外断路器的控制装置，包括有主控制器，主控制器通过RS232通信线连接有协处理器，协处理器分别与以太网模块、GPRS模块、液晶按键功能模块及通信接口连接，主控制器通过导线分别与分合闸输出单元、开入量监测单元、遥控部分控制电路、电流电压采集模块连接，主控制器还通过导线依次与电源控制器、电容储能模块连接构成闭合回路，电源控制器分别通过导线连接有开关电源、蓄电池组。本发明单稳态永磁机构户外断路器的控制装置具有体积小、安装、调试方便及输出信号的精度高的优势。
Description
技术领域
本发明属于智能电网配电自动化设备技术领域，具体涉及一种单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置。
背景技术
单稳态永磁机构是一种新型的操动机构，它把电磁机构和永磁机构结合在一起，利用永磁体的磁力将真空断路器保持在合闸位置，利用弹簧将真空断路器保持在分闸位置，在同一线圈中通以正、反向电流控制永磁机构断路器的分闸、合闸，而无须任何传统的脱扣和锁扣装置。因此，操动机构具有体积小、结构简单及零部件数量少的特点，提高了断路器的机械可靠性。
传统的真空断路器操动机构主要为电磁式和电动弹簧式，是由复杂的传动机构组成的机械系统，需要较多的机械零件，这不仅成本高，而且可靠性不足。
基于永磁机构的特性和优点，开发一种单稳态永磁机构真空断路器的控制装置具有重要的现实意义和发展前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，不仅安装和调试方便，还实现了断电后的持续供电。
本发明所采用的技术方案是，单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，包括有主控制器，主控制器通过RS232通信线连接有协处理器，协处理器分别与以太网模块、GPRS模块、液晶按键功能模块及通信接口连接；主控制器通过导线分别与分合闸输出单元、开入量监控单元、遥控部分控制电路及电流电压采集模块连接，主控制器还通过导线依次与电源控制器、电容储能模块连接构成闭合回路；电源控制器分别通过导线连接有开关电源及蓄电池组。
本发明的特点还在于，
主控制器采用stm32f407做为主控制CPU；协处理器采用stm32f103系列CPU；电源控制器内采用一个型号为stm32f103的CPU。
通信接口由RS232接口及485接口组成。
液晶按键功能模块采用12864的单色液晶显示模块。
GPRS模块采用M12-D GSM/GPRS双频模块。
遥控部分控制电路由315M无线发送接模块和2272解码芯片组成。
电流电压采集模块包括有电压采样单元和电流采样单元；电压采样单元为ZMPT101B精密电压互感器；电流采样单元为ZMCT101B精密微型电流互感器。
开关电源采用的是输入为220V交流，输出为24V直流的开关电源。
电容储能模块由电容充放电控制单元和电解电容组成；电容充放电控制单元采用TCC100D-24S220模块；电解电容采用单个耐压250V容量22000uF的电解电容。
蓄电池组由两节12V，7.5AH的铅酸电池串联组成。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明的控制装置体积小巧，安装和调试较为方便。
（2）本发明的控制装置具备良好的人机接口。
（3）本发明的控制装置能满足可靠性高、能就地下放、多功能、抗干扰及良好的户外适应性等更高的要求。
（4）本发明的控制装置，面向保护对象、面向系统数字信号处理流程的设计，免除了相似的底层电路的重复设计，减轻了工作量，提高了工作效率，缩短了设计的开发周期。
附图说明
图1是本发明单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置的结构原理图。
图中，1.通信接口，2.液晶按键功能模块，3.以太网模块，4.协处理器，5.GPRS模块，6.分合闸输出单元，7.开入量监控单元，8.遥控部分控制电路，9.主控制器，10.电流电压采集模块，11.开关电源，12.电源控制器，13.电容储能模块，14.蓄电池组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其结构如图1所示，包括有主控制器9，主控制器9通过RS232通信线连接有协处理器4，协处理器4分别与以太网模块3、GPRS模块5、液晶按键功能模块2及通信接口1连接；另外，主控制器9通过导线分别与分合闸输出单元6、开入量监控单元7、遥控部分控制电路8、电流电压采集模块10连接，主控制器9还通过导线依次与电源控制器12及电容储能模块13连接构成闭合回路，电源控制器12分别通过导线连接有开关电源11和蓄电池组14。
本发明的控制装置包含保护逻辑及算法，主控制器9选用ST公司的stm32f407做为主控制CPU，它是ARM Cortex-M432位MCU带有FPU单元，有210DMIPS，多达1MB FLASH/192+4KB RAM，USB OTG HS/FS，Ethernet，具有17个定时器，3个ADC，15个通讯接口和一个摄像口，外设丰富多样，可满足本发明的控制装置的需求；此外还内带FPU，可快速的完成保护算法。设置参数时可以使用内部flash，无需外接eeprom芯片，而且主控CPU内部自带4kB的由后备电池供电的sram，也可以用作参数的较长时间存储，但不可做永久存储。
通信接口1由RS232接口及485接口组成，RS232接口为调试口，RS485接口用来实现本发明的控制装置与监控中心之间进行有线通信。
液晶按键功能模块2，在现场实现人机交互，考虑到户外强光的情况下，要能清晰显示，本发明的控制装置中采用12864的单色液晶显示模块。
以太网模块3用来实现本发明的控制装置与监控中心之间进行有线通信。
协处理器4采用stm32f103系列CPU，主要来实现与GPRS模块5、以太网模块3的通信、对液晶按键功能模块2的控制及101、104协议，并预留本地的RS232接口及RS485接口，同时，能够与主控制器9之间采用串口通信。
GPRS模块5用来实现本发明的控制装置与监控中心之间进行无线通信，本发明的控制装置中GPRS模块5采用M12-D GSM/GPRS双频模块，其集成度高，性能优异。
分合闸输出单元6，采用全桥驱动来控制分合闸线圈中电流的方向，实现分合闸，全桥驱动由四个IGBT组成，主控制CPU在接收到分合闸信号或故障跳闸信号后，首先判断电解电容是否充满电，然后控制IGBT的导通和关断。
开入量监控单元7，利用光耦817实现电气隔离，监测断路器、隔离开关或接地刀的位置信号，供保护逻辑及状态显示使用。
遥控部分控制电路8，采用成熟的315M无线发送接模块和2272解码芯片组成，完成就近遥控分合闸功能。
电流电压采集模块10内设置有电压采样单元和电流采样单元，电压采样单元选用ZMPT101B精密电压互感器，电流采样单元选用ZMCT101B精密微型电流互感器，它们的输出都是电流信号，经过一个合适的精密电阻，产生适合主控制器9自带AD处理的电压信号。
开关电源11，选用输入为220V交流，输出为24V直流的开关电源，可以为本发明的控制装置供电、给蓄电池组14及电容储能模块13充电。
电容储能模块13由电容充放电控制单元和电解电容组成，其中，电容充放电控制单元采用TCC100D-24S220模块，电解电容采用单个耐压250V容量22000uF的电解电容，电容储能模块13主要用来提供分合闸的瞬时功率。
电源控制器12内采用一个单独的CPU（stm32f103）来负责开关电源11对蓄电池组14的充电，蓄电池组14通过电容充电模块对电容的充电、开关电源11通过电容充电模块对电容的充电等功能，并完成蓄电池激活与电源信息采集功能。
蓄电池组14，由两节12V，7.5AH的铅酸电池串联组成，蓄电池组14作为后备电源，在PT失电时为整个装置供电，保护证装置能够在一定时间内正常工作，电源取自PT的二次侧交流220V，经开关电源11，给整个装置供电及电容储能模块13充电。
本发明单稳态永磁机构户外断路器的控制装置的使用方法如下：
在使用本发明的控制装置前，首先要合上PT及蓄电池组14的按钮；然后，按下蓄电池组14的激活按钮，使蓄电池组14投入运行以便于给本发明的控制装置供电；最后，给本发明的控制装置整定定值，投入运行。
本发明单稳态永磁机构户外断路器的控制装置具有体积小、安装、调试方便及输出信号的精度高的优势，还具备良好的人机接口，能满足可靠性，实现了远方/就地操作永磁机构户外断路器、多功能及良好的户外适应性等；本发明单稳态永磁机构户外断路器的控制装置面向保护对象、面向系统数字信号处理流程的设计免除了相似的底层电路的重复设计，减轻了工作量，提高了工作效率，缩短了设计的开发周期。
Claims (10)
1.单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，包括有主控制器（9），所述主控制器（9）通过RS232通信线连接有协处理器（4），所述协处理器（4）分别与以太网模块（3）、GPRS模块（5）、液晶按键功能模块（2）及通信接口（1）连接；
所述主控制器（9）通过导线分别与分合闸输出单元（6）、开入量监控单元（7）、遥控部分控制电路（8）及电流电压采集模块（10）连接，所述主控制器（9）还通过导线依次与电源控制器（12）、电容储能模块（13）连接构成闭合回路；
所述电源控制器（12）分别通过导线连接有开关电源（11）及蓄电池组（14）。
2.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述主控制器（9）采用stm32f407做为主控制CPU；
所述协处理器（4）采用stm32f103系列CPU；
所述电源控制器（12）内采用一个型号为stm32f103的CPU。
3.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述通信接口（1）由RS232接口及485接口组成。
4.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述液晶按键功能模块（2）采用12864的单色液晶显示模块。
5.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述GPRS模块（5）采用M12-D GSM/GPRS双频模块。
6.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述遥控部分控制电路（8）由315M无线发送接模块和2272解码芯片组成。
7.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述电流电压采集模块（10）包括有电压采样单元和电流采样单元；
所述电压采样单元为ZMPT101B精密电压互感器；
所述电流采样单元为ZMCT101B精密微型电流互感器。
8.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述开关电源（11）采用的是输入为220V交流，输出为24V直流的开关电源。
9.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述电容储能模块（13）由电容充放电控制单元和电解电容组成；
所述电容充放电控制单元采用TCC100D-24S220模块；
所述电解电容采用单个耐压250V容量22000uF的电解电容。
10.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构户外真空断路器的控制装置，其特征在于，所述蓄电池组（14）由两节12V，7.5AH的铅酸电池串联组成。
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