CN104267340B - 一种直流馈线断路器的信息检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流馈线断路器的信息检测装置及检测方法，其成本低、空间利用率高、信息上传便捷，能够实现故障预警，包括断路器、分流器、断路器电流检测电路、断路器过载检测电路、断路器短路检测电路、断路器位置检测电路、处理器电路和通信接口电路；断路器电流检测电路检测断路器的工作电流信号并放大；断路器过载检测电路将放大后的工作电流信号与过载限定值进行比较，得到过载电平信号；断路器短路检测电路将工作电流信号与短路限定值进行比较，得到短路脉冲信号；断路器位置检测电路检测断路器的位置电平信号；处理器电路读取位置电平信号、过载电平信号和捕捉短路脉冲信号进行处理，获得断路器的位置信息、过载信息和短路跳闸信息。
Description
技术领域
本发明涉及直流馈线系统的监控技术领域，尤其是一种直流馈线断路器的信息检测装置及检测方法。
背景技术
在电力、轨道交通、石化等行业的供电系统中，直流馈线屏为各种控制、保护、操作设备提供可靠的直流供电电源，各用电设备通过直流馈线断路器连接到直流电源母线。由于供电电源是各种用电设备正常工作的基础，因此，用户均要求对馈线断路器位置和跳闸信息进行监测，以便于实时了解馈线屏工作信息，及时发现和排除故障。如果能检测断路器的过载信息，用户可以在断路器故障跳闸之前采取处理措施，避免设备异常断电造成损失。
目前直流馈线断路器的位置信息监测一般是通过给断路器增加一个辅助触头实现，无论断路器的位置改变是人为操作或系统过载、短路、故障所引起，辅助触头均随着断路器的闭合而闭合，随着断路器的断开而断开，用于指示断路器所处的分断或闭合位置信息。辅助触头提供一对无源干接点接入后级开关量监测模块。
直流馈线断路器的脱扣信息监测是通过给断路器增加一个报警触头实现，报警触头用于指示断路器由于过载、短路等故障引起的跳闸信息，对于人为操作引起断路器断开或闭合位置的改变，断路器报警触头不发生动作。后级开关量监测模块检测报警触头的干接点闭合动作，监测断路器跳闸故障。
采用机械触头方式的断路器位置和跳闸信息监测方案存在如下缺陷，一是辅助触头和报警触头均是专用配套的机械装置组件，采购价格昂贵，会导致系统成本较高；二是由于辅助触头和报警触头需要与断路器配套安装在馈线屏面板上，占用馈线屏面板空间，降低了馈电屏面板利用率；三是机械触头信号需要在后级配置馈线监控模块才能完成信号采集和上传到后台监控系统；四是由于过载导致的馈线断路器的故障，只能在断路器跳闸后通过报警触头作出指示，而不能提前给出警示以便用户提前采取处理措施，避免损失。
发明内容
本发明提供一种直流馈线断路器的信息检测装置及检测方法，所要解决的技术问题是现有技术采用机械触头方式的断路器位置和跳闸信息监测方案中存在的成本高、占空间、信号采集及上传过程复杂、不能做出故障预警等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种直流馈线断路器的信息检测装置，包括断路器、分流器、断路器电流检测电路、断路器过载检测电路、断路器短路检测电路、断路器位置检测电路、处理器电路和通信接口电路。
所述断路器的正极输入端连接直流电源的正母线端，所述断路器的负极输入端连接所述分流器的一端，所述分流器的另一端连接直流电源的负母线端，所述断路器的正极输出端和负极输出端为直流负载端。
所述断路器电流检测电路用于通过所述分流器检测经过所述断路器的工作电流信号，并进行放大处理，将经过放大处理后的所述工作电流信号分别输入到所述断路器过载检测电路和断路器短路检测电路中；
所述断路器过载检测电路用于将所述断路器当前的工作电流信号与预先设定过载限定值进行比较并判断，得到过载电平信号，并将所述过载电平信号输入到所述处理器电路的电平检测端口。所述断路器过载检测电路具有过载电流门限值设置功能，过载电流门限值可通过断路器过载检测电路内部的电阻分压电路或电位器进行设置，也可通过处理器电路中的处理器给出的PWM信号设置。所述断路器过载检测电路通过其内部的电阻分压电路进行幅值变换和稳压管进行限幅处理后，将过载信号传输给处理器电路，可防止过载信号的电平电压过高损害处理器的输入接口。
所述断路器短路检测电路用于将所述断路器当前的工作电流信号与预先设定的短路限定值进行比较并判断，得到短路脉冲信号，并将所述短路脉冲信号输入到所述处理器电路的脉冲捕捉端口。所述断路器短路检测电路具有短路电流门限值设置功能，短路电流门限值可通过断路器短路检测电路内部的电阻分压电路或电位器进行设置，也可通过处理器电路中的处理器给出的PWM信号进行设置。所述断路器短路检测电路通过其内部的电阻分压电路进行幅值变换和稳压管进行限幅处理后，将短路信号传输给处理器电路，可防止短路信号的电平电压过高损害处理器的输入接口。
所述断路器位置检测电路用于检测所述断路器的位置电平信号，并将所述位置电平信号输入到所述处理器电路的位置信号输入端口。所述断路器位置检测电路包含从断路器的输出端连接直流电压信号时防止正、负电压接反的防反二极管。
所述处理器电路用于读取所述断路器的位置电平信号和过载电平信号，并对所述位置电平信号和过载电平信号进行处理，分别获得所述断路器的位置信息和过载信息；捕捉所述短路脉冲信号，根据所述位置信息对所述短路脉冲信号并进行处理，获得所述断路器的短路跳闸信息；将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给所述通信接口电路；
所述通信接口电路，用于将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给外部监控设备。
本发明的工作原理为通过检测断路器的工作电流信号，将该工作电流信号与断路器的过载限定值和短路限定值进行实时比较，获得断路器的过载信号和短路信号，并将这两个信号输入到处理器电路中；同时通过断路器位置检测电路检测断路器断开和闭合时的位置信息，将该位置信息也输入到处理器电路中；处理器电路对断路器的位置信息、过载信号或短路信号进行综合判断，并完成直流馈线系统中断路器的位置信息、过载和短路脱扣信息的监测。
本发明的有益效果是：通过本发明进行断路器的信息检测，能够及时检测到断路器的过载状态信息、短路引起的脱扣跳闸信息和断路器手动开合引起的位置变化信息，并可通过串行总线实现信息上传，方便快捷；检测时无需使用辅助触头和报警触头，极大地降低了检测成本；检测信息通过串行总线上传，显著的减少了机柜接线和电缆用量，增加空间利用率，有效提高产品市场竞争力。并且，本发明可及时检测断路器过载信息，用户可在断路器故障之前收到预警并采取处理措施避免设备停电。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述断路器电流检测电路包括模拟调试信号电路、输入端保护电路、差分滤波电路、差分放大电路和分压电路。
所述模拟调试信号电路包括第一电阻、第二电阻、第一开关和第二开关；所述第一电阻的一端接12V电源，另一端通过所述第一开关连接所述断路器电流检测电路的第一输入端；所述第二电阻的一端接12V电源，另一端通过所述第二开关连接所述断路器电流检测电路的第一输入端。
所述输入端保护电路包括第三电阻、第四电阻、第一双向稳压管、第二双向稳压管和第一电容；所述第三电阻与所述第一电容并联连接，两个并联公共端分别连接所述断路器电流检测电路的第一输入端和所述断路器电流检测电路的第二输入端；所述第四电阻与所述第二双向稳压管并联连接，其中一个并联公共端连接所述断路器电流检测电路的第二输入端，另一并联公共端接信号地；所述第一双向稳压管的一端连接所述断路器电流检测电路的第一输入端，所述第一双向稳压管的另一端接信号地；第一双向稳压管、第二双向稳压管为差分放大电路输入端的保护器件，用于防止静电放电或输入电压过高而损坏运算放大器。
所述差分滤波电路包括第五电阻、第六电阻、第二电容、第三电容和第四电容；所述第五电阻的一端连接所述断路器电流检测电路的第一输入端，所述第五电阻的另一端连接所述第二电容与所述第三电容的公共连接端，所述第三电容的另一端连接所述第四电容的一端并接信号地，所述第四电容的另一端连接所述第二电容与所述第六电阻的公共连接端，所述第六电阻的另一端连接所述断路器电流检测电路的第二输入端。
所述差分放大电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第五电容、第六电容和第一运算放大器；所述第七电阻的一端连接所述第五电阻、第二电容与第三电容三者的公共连接端，所述第七电阻的另一端连接所述第一运算放大器的同相输入端；所述第五电容与所述第九电阻并联，其中一个并联公共端连接所述第一运算放大器的同相输入端，另一并联公共端接信号地；所述第八电阻的一端连接所述第六电阻、第二电容与第四电容三者的公共连接端，所述第八电阻的另一端连接所述第一运算放大器的反相输入端；所述第六电容与所述第十电阻并联，其中一个并联公共端连接所述第一运算放大器的反相输入端，另一并联公共端连接所述第一运算放大器的输出端。通过差分放大电路将分流器的mV级电压小信号变换为适合于后级电路的V级电压信号，放大倍数由第五电阻、第七电阻、第九电阻的阻值确定，第五电容和第六电容分别与第九电阻和第十电阻组成一阶低通滤波，抑制第一运算放大器的噪声。
所述分压电路包括第十一电阻和第十二电阻；所述第十一电阻的一端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第十一电阻的另一端连接所述第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端接信号地，所述第十一电阻与所述第十二电阻连接的公共端为所述断路器电流检测电路的输出端。第十一电阻和第十二电阻完成分压处理，形成断路器的工作电流信号送至下级电路。
进一步，所述断路器过载检测电路包括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第二运算放大器和第一稳压二极管；所述第十三电阻的一端接+5V电源，另一端通过所述第十四电阻接信号地，所述第十三电阻与所述第十四电阻连接的公共端连接所述第二运算放大器的反相输入端；所述第二运算放大器的同相输入端为所述断路器过载检测电路的输入端，所述第二运算放大器的正电源输入端接+12V电源，所述第二运算放大器的负电源输入端接-12V电源，所述第二运算放大器的输出端连接所述第十五电阻的一端，所述第十五电阻的另一端为所述断路器过载检测电路的输出端；所述第十六电阻与所述第一稳压二极管并联，其中一个并联公共端连接所述断路器过载检测电路的输出端，另一并联公共端接信号地。
进一步，所述断路器短路检测电路包括第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第三运算放大器、第二稳压二极管和第一二极管；所述第十七电阻的一端接+5V电源，另一端通过所述第十八电阻接信号地，所述第十七电阻与所述第十八电阻连接的公共端连接所述第三运算放大器的同相输入端，所述第三运算放大器的反相输入端为所述断路器短路检测电路的输入端，所述第三运算放大器的正电源输入端接+12V电源，所述第三运算放大器的负电源输入端接-12V电源，所述第三运算放大器的输出端连接所述第十九电阻的一端，所述第十九电阻的一端连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极为所述断路器短路检测电路的输出端，所述第二十电阻与所述第二稳压二极管并联，其中一个并联公共端连接所述第一二极管的负极，另一并联公共端接信号地。
进一步，所述断路器位置检测电路第二十一电阻、第二十二电阻、第二二极管和光电耦合器；所述第二十一电阻的一端为所述断路器位置检测电路的第一输入端，所述第二十一电阻的另一端连接所述光电耦合器的正极输入端；所述第二二极管的负极为所述断路器位置检测电路的第二输入端，所述第二二极管的正极连接所述光电耦合器的负极输入端,所述光电耦合器的发射电极输出端接信号地，所述光电耦合器的发射电极输出端为所述断路器位置检测电路的输出端；所述第二十二电阻电阻的一端接+5V电源，另一端接所述光电耦合器的发射电极输出端。
本发明还提供一种直流馈线断路器的信息检测方法，包括以下步骤：
步骤1：检测经过断路器的工作电流信号，对所述工作电流信号进行放大处理。
步骤2：将步骤1中经过处理放大后的所述工作电流信号与预先设定的过载限定值进行比较并判断，得到过载电平信号。
步骤3：将步骤1中经过处理放大后的所述工作电流信号与预先设定的短路限定值进行比较并判断，得到短路脉冲信号。
步骤4：检测所述断路器的位置电平信号。
步骤5：读取所述位置电平信号和过载电平信号，并对所述位置电平信号和过载电平信号进行处理，分别获得所述断路器的位置信息和过载信息；捕捉所述短路脉冲信号，根据所述位置信息对所述短路脉冲信号进行处理，获得所述断路器的短路跳闸信息。
步骤6：将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给外部监控设备。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤5中读取所述位置电平信号并进行处理，获得所述断路器的位置信息的具体实现步骤为：
步骤SA1：定时读取所述位置电平信号。
步骤SA2：根据预先设定的处理器输入端口的高低电平与断路器的开合位置信息的对应关系，修改所述断路器的位置信息的变量数值。
步骤SA3：将修改后的所述位置信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区。
步骤SA4：将所述位置信息的变量数值传送给外部监控设备。
进一步，所述步骤5中读取所述过载电平信号并进行处理，获得所述断路器的过载信息的具体实现步骤为：
步骤SB1：定时读取所述过载电平信号。
步骤SB2：根据所述过载电平信号判断所述断路器是否工作在过载状态，若所述断路器工作在过载状态，则时间计数器的数值加1，进一步判断所述时间计数器的计数值是否等于过载限定值，是则判定所述断路器发生过载故障，发出所述断路器的过载告警信号，否则执行步骤SB1；若所述断路器没有工作在过载状态，则时间计数器的计数值清零。
步骤SB3：发出所述断路器的过载告警信号后，修改所述断路器的过载信息的变量数值，并将修改后的所述过载信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区。
步骤SB4：将所述过载信息的变量数值传送给外部监控设备。
进一步，所述步骤5中捕捉所述短路脉冲信号，并根据所述位置信息对所述短路脉冲信号进行处理，获得所述断路器的短路跳闸信息的具体实现步骤为：
步骤SC1：实时捕捉所述短路脉冲信号。
步骤SC2：当捕捉到所述短路脉冲信号时，进行延迟处理，然后读取所述断路器的位置信息，根据所述断路器的位置信息判断所述断路器是否处于断开位置，是则判断所述断路器发生短路跳闸，并发出跳闸告警信号，否则结束。
步骤SC3：若所述断路器发生短路跳闸，则修改所述断路器的短路跳闸信息的变量数值，并将修改后的所述短路跳闸信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区。
步骤SC4：将所述短路跳闸信息的变量数值传送给外部监控设备。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的断路器电流检测电路图；
图3为本发明的断路器过载检测电路图；
图4为本发明的断路器短路检测电路图；
图5为本发明的断路器位置检测电路图；
图6为本发明的方法流程图；
图7为本发明读取位置电平信号并进行处理，获得断路器QF1的位置信息的具体实现方法流程图；
图8为本发明读取过载电平信号并进行处理，获得断路器QF1的过载信息的具体实现方法流程图；
图9为本发明捕捉短路脉冲信号，并根据位置信息对短路脉冲信号进行处理，获得断路器QF1的短路跳闸信息的具体实现方法流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
QF1、断路器，RS1、分流器，1、断路器电流检测电路，2、断路器过载检测电路，3、断路器短路检测电路，4、断路器位置检测电路，5、处理器电路，6、通信接口电路，101、模拟调试信号电路，102、输入端保护电路，103、差分滤波电路，104、差分放大电路，105、分压电路，in1、断路器电流检测电路的第一输入端，in2、断路器电流检测电路的第二输入端，in3、断路器过载检测电路的输入端，in4、断路器短路检测电路的输入端，in5、断路器位置检测电路的第一输入端，in6、断路器位置检测电路的第二输入端，out1、断路器电流检测电路的输出端，out2、断路器过载检测电路的输出端，out3、断路器短路检测电路3的输出端，out4、断路器位置检测电路的输出端，R1、第一电阻，R2、第二电阻，R3、第三电阻，R4、第四电阻，R5、第五电阻，R6、第六电阻，R7、第七电阻，R8、第八电阻，R9、第九电阻，R10、第十电阻，R11、第十一电阻，R12、第十二电阻，R13、第十三电阻，R14、第十四电阻，R15、第十五电阻，R16、第十六电阻，C1、R17、第十七电阻，R18、第十八电阻，R19、第十九电阻，R20、第二十电阻，R21、第二十一电阻，R22、第二十二电阻，第一电容，C2、第二电容，C3、第三电容，C4、第四电容，C5、第五电容，C6、第六电容，SA1、第一开关，SA2、第二开关，VW1、第一双向稳压管，VW2、第二双向稳压管，V1、第一稳压二极管，V2、第二稳压二极管，VD1、第一二极管，VD2、第二二极管，A1、第一运算放大器，A2、第二运算放大器，A3、第三运算放大器，ED1、光电耦合器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在一具体实施方式中，如图1所示，一种直流馈线断路器的信息检测装置，包括断路器QF1、分流器RS1、断路器电流检测电路1、断路器过载检测电路2、断路器短路检测电路3、断路器位置检测电路4、处理器电路5和通信接口电路6。
所述断路器QF1的正极输入端连接直流电源的正母线端HM+，所述断路器QF1的负极输入端连接所述分流器RS1的一端，所述分流器RS1的另一端连接直流电源的负母线端HM-，所述断路器QF1的正极输出端和负极输出端为直流负载端。
所述断路器电流检测电路1用于通过所述分流器RS1检测经过所述断路器QF1的工作电流信号，并进行放大处理，将经过放大处理后的所述工作电流信号分别输入到所述断路器过载检测电路2和断路器短路检测电路3中。
所述断路器过载检测电路2用于将所述断路器QF1当前的工作电流信号与预先设定过载限定值进行比较并判断，得到过载电平信号，并将所述过载电平信号输入到所述处理器电路5的电平检测端口。所述断路器过载检测电路2具有过载电流门限值设置功能，过载电流门限值可通过断路器过载检测电路2内部的电阻分压电路或电位器进行设置，也可通过处理器电路5中的处理器给出的PWM信号设置。所述断路器过载检测电路2通过其内部的电阻分压电路进行幅值变换和稳压管进行限幅处理后，将过载信号传输给处理器电路5，可防止过载信号的电平电压过高损害处理器的输入接口。
所述断路器短路检测电路3用于将所述断路器QF1当前的工作电流信号与预先设定的短路限定值进行比较并判断，得到短路脉冲信号，并将所述短路脉冲信号输入到所述处理器电路5的脉冲捕捉端口。所述断路器短路检测电路3具有短路电流门限值设置功能，短路电流门限值可通过断路器短路检测电路3内部的电阻分压电路或电位器进行设置，也可通过处理器电路5中的处理器给出的PWM信号进行设置。所述断路器短路检测电路3通过其内部的电阻分压电路进行幅值变换和稳压管进行限幅处理后，将短路信号传输给处理器电路5，可防止短路信号的电平电压过高损害处理器的输入接口。
所述断路器位置检测电路4用于检测所述断路器QF1的位置电平信号，并将所述位置电平信号输入到所述处理器电路5的位置信号输入端口。所述断路器位置检测电路4包含从断路器QF1的输出端连接直流电压信号时防止正、负电压接反的防反二极管。
所述处理器电路5用于读取所述断路器QF1的位置电平信号和过载电平信号，并对所述位置电平信号和过载电平信号进行处理，分别获得所述断路器QF1的位置信息和过载信息；捕捉所述短路脉冲信号，根据所述位置信息对所述短路脉冲信号并进行处理，获得所述断路器QF1的短路跳闸信息；将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给所述通信接口电路；
所述通信接口电路6，用于将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给外部监控设备。
如图2所示，所述断路器电流检测电路1包括模拟调试信号电路101、输入端保护电路102、差分滤波电路103、差分放大电路104和分压电路105。
所述模拟调试信号电路101包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一开关SA1和第二开关SA2；所述第一电阻R1的一端接12V电源，另一端通过所述第一开关SA1连接所述断路器电流检测电路1的第一输入端in1；所述第二电阻R2的一端接12V电源，另一端通过所述第二开关SA2连接所述断路器电流检测电路1的第一输入端in1。
所述输入端保护电路102包括第三电阻R3、第四电阻R4、第一双向稳压管VW1、第二双向稳压管VW2和第一电容C1；所述第三电阻R3与所述第一电容C1并联连接，两个并联公共端分别连接所述断路器电流检测电路1的第一输入端in1和所述断路器电流检测电路1的第二输入端in2；所述第四电阻R4与所述第二双向稳压管VW2并联连接，其中一个并联公共端连接所述断路器电流检测电路1的第二输入端in2，另一并联公共端接信号地；所述第一双向稳压管VW1的一端连接所述断路器电流检测电路1的第一输入端in1，所述第一双向稳压管VW1的另一端接信号地；第一双向稳压管VW1、第二双向稳压管VW2为差分放大电路104输入端的保护器件，用于防止静电放电或输入电压过高而损坏运算放大器。
所述差分滤波电路103包括第五电阻R5、第六电阻R6、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；所述第五电阻R5的一端连接所述断路器电流检测电路1的第一输入端in1，所述第五电阻R5的另一端连接所述第二电容C2与所述第三电容C3的公共连接端，所述第三电容C3的另一端连接所述第四电容C4的一端并接检测信号地，所述第四电容C4的另一端连接所述第二电容C2与所述第六电阻R6的公共连接端，所述第六电阻R6的另一端连接所述断路器电流检测电路1的第二输入端in2。
所述差分放大电路104包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第五电容C5、第六电容C6和第一运算放大器A1；所述第七电阻R7的一端连接所述第五电阻R5、第二电容C2与第三电容C3三者的公共连接端，所述第七电阻R7的另一端连接所述第一运算放大器A1的同相输入端；所述第五电容C5与所述第九电阻R9并联，其中一个并联公共端连接所述第一运算放大器A1的同相输入端，另一并联公共端接信号地；所述第八电阻R8的一端连接所述第六电阻R6、第二电容C2与第四电容C4三者的公共连接端，所述第八电阻R8的另一端连接所述第一运算放大器A1的反相输入端；所述第六电容C6与所述第十电阻R10并联，其中一个并联公共端连接所述第一运算放大器A1的反相输入端，另一并联公共端连接所述第一运算放大器A1的输出端；通过差分放大电路104将分流器RS1的mV级电压小信号变换为适合于后级电路的V级电压信号，放大倍数由第五电阻R5、第七电阻R7、第九电阻R9的阻值确定，第五电容C5和第六电容C6分别与第九电阻R9和第十电阻R10组成一阶低通滤波，抑制第一运算放大器A1的噪声。
所述分压电路105包括第十一电阻R11和第十二电阻R12；所述第十一电阻R11的一端连接所述第一运算放大器A1的输出端，所述第十一电阻R11的另一端连接所述第十二电阻R12的一端，所述第十二电阻R12的另一端接信号地，所述第十一电阻R11与所述第十二电阻R12连接的公共端为所述断路器电流检测电路1的输出端out1。第十一电阻R11和第十二电阻R12完成分压处理，形成断路器QF1的工作电流信号送至下级电路。
如图3所示，所述断路器过载检测电路2包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第二运算放大器A2和第一稳压二极管V1；所述第十三电阻R13的一端接+5V电源，另一端通过所述第十四电阻R14接信号地，所述第十三电阻R13与所述第十四电阻R14连接的公共端连接所述第二运算放大器A2的反相输入端；所述第二运算放大器A2的同相输入端为所述断路器过载检测电路2的输入端in3，所述第二运算放大器A2的正电源输入端接+12V电源，所述第二运算放大器A2的负电源输入端接-12V电源，所述第二运算放大器A2的输出端连接所述第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端为所述断路器过载检测电路2的输出端out2；所述第十六电阻R16与所述第一稳压二极管V1并联，其中一个并联公共端连接所述断路器过载检测电路2的输出端out2，另一并联公共端接信号地。断路器QF1的工作电流信号输送至第二运算放大器A2的同相端，过载限定值设置电路即由第十三电阻R13和第十四电阻R14组成的电路的输出端接第二运算放大器A2的反相端，断路器QF1的工作电流信号与过载限定值信号进行比较，当断路器QF1的工作电流信号大于过载整定值时，第二运算放大器A2输出高电平信号，经过第十五电阻R15、第十六电阻R16和第一稳压二极管V1组成的电路进行分压和限压处理后送至处理器电路5，处理器电路5通过检测输入端口电平的高低判断断路器QF1是否过载工作。
如图4所示，所述断路器短路检测电路3包括第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第三运算放大器A3、第二稳压二极管V2和第一二极管VD1；所述第十七电阻R17的一端接+5V电源，另一端通过所述第十八电阻R18接信号地，所述第十七电阻R17与所述第十八电阻R18连接的公共端连接所述第三运算放大器A3的同相输入端，所述第三运算放大器A3的反相输入端为所述断路器短路检测电路3的输入端in4，所述第三运算放大器A3的正电源输入端接+12V电源，所述第三运算放大器A3的负电源输入端接-12V电源，所述第三运算放大器A3的输出端连接所述第十九电阻R19的一端，所述第十九电阻R19的一端连接所述第一二极管VD1的负极，所述第一二极管VD1的正极为所述断路器短路检测电路3的输出端out3，所述第二十电阻R20与所述第二稳压二极管V2并联，其中一个并联公共端连接所述第一二极管VD1的负极，另一并联公共端接信号地。断路器QF1的工作电流信号传输至第三运算放大器A3的反相端，短路限定值接第三运算放大器A3的同相端，断路器QF1的工作电流信号与短路限定值信号进行比较，当断路器QF1的工作电流信号大于短路限定值时，第三运算放大器A3输出低电平信号，经过第十九电阻R19、第二十电阻R20和第二稳压二极管V2组成的电路进行分压和限压处理，再通过第一二极管VD1送至处理器电路5，将处理器电路5中的处理器端口的电平拉至低电平，处理器电路5通过实时检测输入端口电平的下降沿判断断路器QF1是否发生短路故障。
如图5所示，所述断路器位置检测电路4第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二二极管VD2和光电耦合器ED1；所述第二十一电阻R21的一端为所述断路器位置检测电路4的第一输入端in5，所述第二十一电阻R21的另一端连接所述光电耦合器ED1的正极输入端；所述第二二极管VD2的负极为所述断路器位置检测电路4的第二输入端in6，所述第二二极管VD2的正极连接所述光电耦合器ED1的负极输入端,所述光电耦合器ED1的发射电极输出端接信号地，所述光电耦合器ED1的发射电极输出端为所述断路器位置检测电路4的输出端out4；所述第二十二电阻R22电阻的一端接+5V电源，另一端接所述光电耦合器ED1的发射电极输出端。第二十一电阻R21为限流电阻，第二二极管VD2为防止反接二极管，当断路器QF1闭合时，断路器QF1输出端电压导致光电耦合器ED1原边发光管工作，光电耦合器ED1输出隔离的低电平信号送至处理器电路5，处理器电路5通过检测输入端口电平的高低确定断路器QF1的断开、闭合位置。
如图6所示，一种直流馈线断路器的信息检测方法，包括以下步骤：
步骤1：检测经过断路器QF1的工作电流信号，对所述工作电流信号进行放大处理。
步骤2：将步骤1中经过处理放大后的所述工作电流信号与预先设定的过载限定值进行比较并判断，得到过载电平信号。
步骤3：将步骤1中经过处理放大后的所述工作电流信号与预先设定的短路限定值进行比较并判断，得到短路脉冲信号。
步骤4：检测电路检测所述断路器QF1的位置电平信号。
步骤5：读取所述位置电平信号和过载电平信号，并对所述位置电平信号和过载电平信号进行处理，分别获得所述断路器QF1的位置信息和过载信息；捕捉所述短路脉冲信号，根据所述位置信息对所述短路脉冲信号进行处理，获得所述断路器QF1的短路跳闸信息。
步骤6：将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给外部监控设备。
如图7所示，所述步骤5中读取所述位置电平信号并进行处理，获得所述断路器QF1的位置信息的具体实现步骤为：
步骤SA1：定时读取所述位置电平信号。
步骤SA2：根据预先设定的处理器输入端口的高低电平与断路器QF1的开合位置信息的对应关系，修改所述断路器QF1的位置信息的变量数值。
步骤SA3：将修改后的所述位置信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区。
步骤SA4：将所述位置信息的变量数值传送给外部监控设备。
如图8所示，所述步骤5中读取所述过载电平信号并进行处理，获得所述断路器QF1的过载信息的具体实现步骤为：
步骤SB1：定时读取所述过载电平信号。
步骤SB2：根据所述过载电平信号判断所述断路器QF1是否工作在过载状态，若所述断路器QF1工作在过载状态，则时间计数器的数值加1，进一步判断所述时间计数器的计数值是否等于过载限定值，是则判定所述断路器QF1发生过载故障，发出所述断路器QF1的过载告警信号，否则执行步骤SB1；若所述断路器QF1没有工作在过载状态，则时间计数器的计数值清零。
步骤SB3：发出所述断路器QF1的过载告警信号后，修改所述断路器QF1的过载信息的变量数值，并将修改后的所述过载信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区。
步骤SB4：将所述过载信息的变量数值传送给外部监控设备。
如图9所示，所述步骤5中捕捉所述短路脉冲信号，并根据所述位置信息对所述短路脉冲信号进行处理，获得所述断路器QF1的短路跳闸信息的具体实现步骤为：
步骤SC1：实时捕捉所述短路脉冲信号。
步骤SC2：当捕捉到所述短路脉冲信号时，进行延迟处理，然后读取所述断路器QF1的位置信息，根据所述断路器QF1的位置信息判断所述断路器QF1是否处于断开位置，是则判断所述断路器QF1发生短路跳闸，并发出跳闸告警信号，否则结束。
步骤SC3：若所述断路器QF1发生短路跳闸，则修改所述断路器QF1的短路跳闸信息的变量数值，并将修改后的所述短路跳闸信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区。
步骤SC4：将所述短路跳闸信息的变量数值传送给外部监控设备。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种直流馈线断路器的信息检测装置，其特征在于，包括断路器(QF1)、分流器(RS1)、断路器电流检测电路(1)、断路器过载检测电路(2)、断路器短路检测电路(3)、断路器位置检测电路(4)、处理器电路(5)和通信接口电路(6)；
所述断路器(QF1)的正极输入端连接直流电源的正母线端(HM+)，所述断路器(QF1)的负极输入端连接所述分流器(RS1)的一端，所述分流器(RS1)的另一端连接直流电源的负母线端(HM-)，所述断路器(QF1)的正极输出端和负极输出端为直流负载端；
所述断路器电流检测电路(1)用于通过所述分流器(RS1)检测经过所述断路器(QF1)的工作电流信号，并进行放大处理，将经过放大处理后的所述工作电流信号分别输入到所述断路器过载检测电路(2)和断路器短路检测电路(3)中；
所述断路器过载检测电路(2)用于将所述断路器(QF1)当前的工作电流信号与预先设定过载限定值进行比较并判断，得到过载电平信号，并将所述过载电平信号输入到所述处理器电路(5)的电平检测端口；
所述断路器短路检测电路(3)用于将所述断路器(QF1)当前的工作电流信号与预先设定的短路限定值进行比较并判断，得到短路脉冲信号，并将所述短路脉冲信号输入到所述处理器电路(5)的脉冲捕捉端口；
所述断路器位置检测电路(4)用于检测所述断路器(QF1)的位置电平信号，并将所述位置电平信号输入到所述处理器电路(5)的位置信号输入端口；
所述处理器电路(5)用于读取所述断路器(QF1)的位置电平信号和过载电平信号，并对所述位置电平信号和过载电平信号进行处理，分别获得所 述断路器(QF1)的位置信息和过载信息；捕捉所述短路脉冲信号，根据所述位置信息对所述短路脉冲信号并进行处理，获得所述断路器(QF1)的短路跳闸信息；将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给所述通信接口电路；
所述通信接口电路(6)，用于将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给外部监控设备 ；
其中，所述断路器电流检测电路(1)包括模拟调试信号电路(101)、输入端保护电路(102)、差分滤波电路(103)、差分放大电路(104)和分压电路(105)；
所述模拟调试信号电路(101)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一开关(SA1)和第二开关(SA2)；所述第一电阻(R1)的一端接12V电源，另一端通过所述第一开关(SA1)连接所述断路器电流检测电路(1)的第一输入端(in1)；所述第二电阻(R2)的一端接12V电源，另一端通过所述第二开关(SA2)连接所述断路器电流检测电路(1)的第一输入端(in1)；
所述输入端保护电路(102)包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第一双向稳压管(VW1)、第二双向稳压管(VW2)和第一电容(C1)；所述第三电阻(R3)与所述第一电容(C1)并联连接，两个并联公共端分别连接所述断路器电流检测电路(1)的第一输入端(in1)和所述断路器电流检测电路(1)的第二输入端(in2)；所述第四电阻(R4)与所述第二双向稳压管(VW2)并联连接，其中一个并联公共端连接所述断路器电流检测电路(1)的第二输入端(in2)，另一并联公共端接信号地；所述第一双向稳压管(VW1)的一端连接所述断路器电流检测电路(1)的第一输入端(in1)，所述第一双向稳压管(VW1)的另一端接信号地；
所述差分滤波电路(103)包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第二电容(C2)、第三电容(C3)和第四电容(C4)；所述第五电阻(R5)的一端 连接所述断路器电流检测电路(1)的第一输入端(in1)，所述第五电阻(R5)的另一端连接所述第二电容(C2)与所述第三电容(C3)的公共连接端，所述第三电容(C3)的另一端连接所述第四电容(C4)的一端并接信号地，所述第四电容(C4)的另一端连接所述第二电容(C2)与所述第六电阻(R6)的公共连接端，所述第六电阻(R6)的另一端连接所述断路器电流检测电路(1)的第二输入端(in2)；
所述差分放大电路(104)包括第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第五电容(C5)、第六电容(C6)和第一运算放大器(A1)；所述第七电阻(R7)的一端连接所述第五电阻(R5)、第二电容(C2)与第三电容(C3)三者的公共连接端，所述第七电阻(R7)的另一端连接所述第一运算放大器(A1)的同相输入端；所述第五电容(C5)与所述第九电阻(R9)并联，其中一个并联公共端连接所述第一运算放大器(A1)的同相输入端，另一并联公共端接信号地；所述第八电阻(R8)的一端连接所述第六电阻(R6)、第二电容(C2)与第四电容(C4)三者的公共连接端，所述第八电阻(R8)的另一端连接所述第一运算放大器(A1)的反相输入端；所述第六电容(C6)与所述第十电阻(R10)并联，其中一个并联公共端连接所述第一运算放大器(A1)的反相输入端，另一并联公共端连接所述第一运算放大器(A1)的输出端；
所述分压电路(105)包括第十一电阻(R11)和第十二电阻(R12)；所述第十一电阻(R11)的一端连接所述第一运算放大器(A1)的输出端，所述第十一电阻(R11)的另一端连接所述第十二电阻(R12)的一端，所述第十二电阻(R12)的另一端接信号地，所述第十一电阻(R11)与所述第十二电阻(R12)连接的公共端为所述断路器电流检测电路(1)的输出端(out1)。
2.根据权利要求1所述一种直流馈线断路器的信息检测装置，其特征在于，所述断路器过载检测电路(2)包括第十三电阻(R13)、第十四电阻 (R14)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)、第二运算放大器(A2)和第一稳压二极管(V1)；所述第十三电阻(R13)的一端接+5V电源，另一端通过所述第十四电阻(R14)接信号地，所述第十三电阻(R13)与所述第十四电阻(R14)连接的公共端连接所述第二运算放大器(A2)的反相输入端；所述第二运算放大器(A2)的同相输入端为所述断路器过载检测电路(2)的输入端(in3)，所述第二运算放大器(A2)的正电源输入端接+12V电源，所述第二运算放大器(A2)的负电源输入端接-12V电源，所述第二运算放大器(A2)的输出端连接所述第十五电阻(R15)的一端，所述第十五电阻(R15)的另一端为所述断路器过载检测电路(2)的输出端(out2)；所述第十六电阻(R16)与所述第一稳压二极管(V1)并联，其中一个并联公共端连接所述断路器过载检测电路(2)的输出端(out2)，另一并联公共端接信号地。
3.根据权利要求1所述一种直流馈线断路器的信息检测装置，其特征在于，所述断路器短路检测电路(3)包括第十七电阻(R17)、第十八电阻(R18)、第十九电阻(R19)、第二十电阻(R20)、第三运算放大器(A3)、第二稳压二极管(V2)和第一二极管(VD1)；所述第十七电阻(R17)的一端接+5V电源，另一端通过所述第十八电阻(R18)接信号地，所述第十七电阻(R17)与所述第十八电阻(R18)连接的公共端连接所述第三运算放大器(A3)的同相输入端，所述第三运算放大器(A3)的反相输入端为所述断路器短路检测电路(3)的输入端(in4)，所述第三运算放大器(A3)的正电源输入端接+12V电源，所述第三运算放大器(A3)的负电源输入端接-12V电源，所述第三运算放大器(A3)的输出端连接所述第十九电阻(R19)的一端，所述第十九电阻(R19)的一端连接所述第一二极管(VD1)的负极，所述第一二极管(VD1)的正极为所述断路器短路检测电路(3)的输出端(out3)，所述第二十电阻(R20)与所述第二稳压二极管(V2)并联，其中一个并联公共端连接所述第一二极管(VD1)的负极，另一并联公共端接信 号地。
4.根据权利要求1所述一种直流馈线断路器的信息检测装置，其特征在于，所述断路器位置检测电路(4)第二十一电阻(R21)、第二十二电阻(R22)、第二二极管(VD2)和光电耦合器(ED1)；所述第二十一电阻(R21)的一端为所述断路器位置检测电路(4)的第一输入端(in5)，所述第二十一电阻(R21)的另一端连接所述光电耦合器(ED1)的正极输入端；所述第二二极管(VD2)的负极为所述断路器位置检测电路(4)的第二输入端(in6)，所述第二二极管(VD2)的正极连接所述光电耦合器(ED1)的负极输入端,所述光电耦合器(ED1)的发射电极输出端接信号地，所述光电耦合器(ED1)的发射电极输出端为所述断路器位置检测电路(4)的输出端(out4)；所述第二十二电阻(R22)电阻的一端接+5V电源，另一端接所述光电耦合器(ED1)的发射电极输出端。
5.一种直流馈线断路器的信息检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：检测经过断路器(QF1)的工作电流信号，对所述工作电流信号进行放大处理；
步骤2：将步骤1中经过处理放大后的所述工作电流信号与预先设定的过载限定值进行比较并判断，得到过载电平信号；
步骤3：将步骤1中经过处理放大后的所述工作电流信号与预先设定的短路限定值进行比较并判断，得到短路脉冲信号；
步骤4：检测所述断路器(QF1)的位置电平信号；
步骤5：读取所述位置电平信号和过载电平信号，并对所述位置电平信号和过载电平信号进行处理，分别获得所述断路器(QF1)的位置信息和过载信息；捕捉所述短路脉冲信号，根据所述位置信息对所述短路脉冲信号进行处理，获得所述断路器(QF1)的短路跳闸信息；
步骤6：将所述位置信息、过载信息和短路跳闸信息传送给外部监控设 备 ；
其中，所述步骤5中读取所述位置电平信号并进行处理，获得所述断路器(QF1)的位置信息的具体实现步骤为：
步骤SA1：定时读取所述位置电平信号；
步骤SA2：根据预先设定的处理器输入端口的高低电平与断路器(QF1)的开合位置信息的对应关系，修改所述断路器(QF1)的位置信息的变量数值；
步骤SA3：将修改后的所述位置信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区；
步骤SA4：将所述位置信息的变量数值传送给外部监控设备。
6.根据权利要求5所述一种直流馈线断路器的信息检测方法，其特征在于，所述步骤5中读取所述过载电平信号并进行处理，获得所述断路器(QF1)的过载信息的具体实现步骤为：
步骤SB1：定时读取所述过载电平信号；
步骤SB2：根据所述过载电平信号判断所述断路器(QF1)是否工作在过载状态，若所述断路器(QF1)工作在过载状态，则时间计数器的计数值加1，进一步判断所述时间计数器的计数值是否等于过载限定值，是则判定所述断路器(QF1)发生过载故障，发出所述断路器(QF1)的过载告警信号，否则执行步骤SB1；若所述断路器(QF1)没有工作在过载状态，则时间计数器的计数值清零；
步骤SB3：发出所述断路器(QF1)的过载告警信号后，修改所述断路器(QF1)的过载信息的变量数值，并将修改后的所述过载信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区；
步骤SB4：将所述过载信息的变量数值传送给外部监控设备。
7.根据权利要求5所述一种直流馈线断路器的信息检测方法，其特征 在于，所述步骤5中捕捉所述短路脉冲信号，并根据所述位置信息对所述短路脉冲信号进行处理，获得所述断路器(QF1)的短路跳闸信息的具体实现步骤为：
步骤SC1：实时捕捉所述短路脉冲信号；
步骤SC2：当捕捉到所述短路脉冲信号时，进行延迟处理，然后读取所述断路器(QF1)的位置信息，根据所述断路器(QF1)的位置信息判断所述断路器(QF1)是否处于断开位置，是则判断所述断路器(QF1)发生短路跳闸，并发出跳闸告警信号，否则结束；
步骤SC3：若所述断路器(QF1)发生短路跳闸，则修改所述断路器(QF1)的短路跳闸信息的变量数值，并将修改后的所述短路跳闸信息的变量数值放入处理器的发送缓冲区；
步骤SC4：将所述短路跳闸信息的变量数值传送给外部监控设备。
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Denomination of invention: An information detection device and detection method for DC feeder circuit breakers Effective date of registration: 20231030 Granted publication date: 20170412 Pledgee: Bank of China Limited Yantai South Street sub branch Pledgor: YANTAI DONGFANG YOKELIN ELECTONIC CO.,LTD. Registration number: Y2023980063416 |
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