CN104332332A - 一种电动接地开关的联锁控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动接地开关的联锁控制系统。包括主电路电源、控制电路电源、DSP控制系统、电机电流检测模块、转向控制模块和PWM控制模块；所述的主电路电源在PWM控制模块和电机转向控制模块的控制下向接地开关的电机供电；所述控制电路电源为DSP系统、电机电流检测模块、转向控制模块、PWM控制模块供电；在没有收到关联设备的闭锁信号时，DSP系统接收就地、远程的分合闸命令后，向PWM控制模块和转向控制模块发出动作指令，进而完成分、合闸操作。本发明实现了接地开关就地、远程的电动分合闸操作，并实现了与关联设备的联锁操作，确保了接地开关安全可靠的工作，保证了供电的可靠性和运行人员的人身安全。

Description

一种电动接地开关的联锁控制系统
技术领域
本发明涉及电动接地开关的控制技术领域，特别是一种电动接地开关的联锁控制系统。
背景技术
随着电力系统自动化的飞速发展，智能配电系统和无人值班变电站正在出现，这势必要求开关柜的智能化程度越来越高。电网运行水平的提高，远方集中控制、操作等自动化技术的变电站投入运行，不仅提高了生产率，又减少人为误操作的可能。采用变电站综合自动化技术，是变电站计算机应用的方向，也是电网发展的趋势。无人值守变电站是一种先进的运行管理模式，它以提高变电站设备可靠性和基础自身化为前提，并借助微机远动技术，由远方值班员取代现场值班员实施对变电站设备运行的有效控。将新建或是常规变电站改造成无人值班变电站，都有以下优势：运行和管理费用低；供电可靠性和自动化程度的提高；能在不新增加投资的条件下多供电；提高安全运行水平；进一步提高供电质量。
近几年，随着智能电网的发展，电力系统对电力设备的要求越来越严格，智能化电气设备的需求量也越来越大。自20世纪90年代以来，高压开关柜的柜体结构经历了从焊装式到组装式的变革。高压开关柜作为新一代的“机电一体化”产品，逐渐向智能化发展。智能开关柜在智能电网中发挥了重要的作用，智能开关柜是指高性能、高可靠性，具有自我诊断以及自我控制性能，利用计算机技术、传感器技术、网络通信技术、数字处理技术，实现控制、保护、测量、计量、记录、显示、开关柜在线监视、故障诊断和通信的功能的开关柜，智能开关柜的每一个器件部分都包含有智能控制的成分，例如断路器的倒闸操作，手车的摇入、摇出操作，接地开关的倒闸操作等，都采用智能控制。
并且由于科学技术的快速发展和电力设备制造行业工艺的进步，电力装备设备整体质量有了极大提高，设备运行可靠性有了质的飞跃。为进一步提高企业效率效益，供电行业各单位全面开展了变电站无人值守化改造。为适应这一需求，各电力设备制造企业也对各自的产品在智能化、小型化、高可靠性等方面进行了完善和改进，目前电网中置式开关柜停电检修的操作方式为：断路器本身可由远方控制中心遥控操作，进出断路器手车需要开关停电后变电操作人员到现场使用摇柄人工将其由运行位置退出到检修位置，最后合上线路侧接地开关。送电时操作方式与上述相反。为进一步减少运行工作量，提高电力系统的无人值守能力，希望可以在现场无人的情况下实现完整的停送电工作，这就要求断路器运行手车及接地开关可以实现就地、远方电动操作，并且要保证接地开关在合闸状态时断路器不能投入运行，断路器在运行状态下接地开关不能合闸，即要求断路器与接地开关实现联锁控制。
但是，如今市场中的接地开关在现场运行中出现了很多问题，主要表现在：机构内部没有对机械和电气部分进行全方面的闭锁措施，一旦出现接地开关本体的故障，就无法进行有效的保护；接地开关所采用的电气方案也比较少，而变电站各方面的要求也比较严格，比较全面，两者无法相互适应；电气部分的二次回路也不够完善等等。上诉的各种情况严重阻碍了变电站的正常工作，同时也给电力系统的运行埋下了巨大的隐患。为解决以上问题，设计一套可靠稳定地电动接地开关的联锁控制系统十分重要。
本设计涉及电动接地开关的联锁控制系统，该系统能够对接地开关实现就地、远方的电动倒闸操作，并且与配套断路器实现联锁操作，能够使变电站在无人值守的情况下完成安全可靠地停送电操作。本设计涉及的电动接地开关控制系统是基于数字信号处理器（DSP）的控制系统，DSP的优点为成本低，功耗低，高性能的信号处理能力，较高的信号处理速度，并且具有强大的外部通信接口，便于构成大的控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动接地开关的联锁控制系统，该控制系统实现了对接地开关的远程以及就地两种方式配合控制，实现了接地开关与关联设备的联锁运行，而且只要设备正常，远程操作跟就地操作效果一致，而且能够保证工作人员的人身安全，实现电力行业的“无人化”管理。同时控制器的操作也简单方便，显示简单易懂，易于操作。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电动接地开关的联锁控制系统，包括主电路电源、控制电路电源、直流电机电源控制模块、+5V直流电源变换模块、+12V直流电源变换模块、DSP控制系统、电机电流检测模块、电机转向控制模块和PWM控制模块；所述主电路电源为直流电源，其通过所述直流电机电源控制模块为接地开关的直流电机供电；所述直流电机电源控制模块由所述电机转向控制模块和所述PWM控制模块所控制，所述PWM控制模块用于控制所述直流电机电源控制模块的通断及接入直流电机电源控制模块的电压值，所述电机转向控制模块包括若干继电器，各继电器根据DSP控制系统发送的指令改变其触点的通断，从而经直流电机电源控制模块控制直流电机两端电压的极性，控制直流电机的正、反转；所述控制电路电源经+5V直流电源变换模块为DSP控制系统和电机电流检测模块供电，所述控制电路电源还经+12V直流电源变换模块为电机转向控制模块和PWM控制模块供电；所述电机电流检测模块采用霍尔电流传感器实现对直流电机电流的检测，并将该电流检测信号发送至所述DSP控制系统，若直流电机的启动电流大于允许值，DSP控制系统发送指令至PWM控制模块，改变PWM占空比，降低直流电机的启动电压，进而降低直流电机启动电流；所述DSP控制系统还连接有关联设备控制系统，所述电动接地开关的联锁控制系统的具体工作方式如下，
当DSP控制系统未接收所述关联设备控制系统的闭锁信号时，
DSP控制系统接收就地或远程的合闸指令后，根据电机电流检测模块检测直流电机的电流值，向PWM控制模块和电机转向控制模块发送相应指令，改变PWM占空比，从而调节直流电机电源控制模块的电压值，保证直流电机降压启动，常压正转，进而完成合闸操作，同时，DSP控制系统向关联设备控制系统发出闭锁信号，并发送指令就地和远程显示直流电机正转状态信息；当完成合闸操作时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示合闸位状态信息，此时，不解除对关联设备的闭锁；
DSP控制系统接收就地或者远程的分闸指令后，根据电机电流检测模块检测的电机电流值，向PWM控制模块和电机转向控制模块发送相应的动作指令，改变PWM的占空比，从而调节直流电机电源控制模块的电压值，保证电机降压启动，常压反转，进而完成分闸操作，同时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示直流电机反转状态信息；当完成合闸操作时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示分闸位状态信息，此时，解除对关联设备的闭锁；
当DSP控制系统收到关联设备控制系统的闭锁信号时，无论外界对DSP控制系统发出任何动作信号，DSP控制系统都不会执行。
在本发明实施例中，所述的DSP控制系统还连接有就地设置模块、就地显示模块和就地分析模块，并经一通信模块与远程设置模块、远程显示模块和远程分析模块连接，所述通信模块负责与上位机进行数据通信，完成电动接地开关的远程控制。
在本发明实施例中，所述设置就地设置模块和远程设置模块用于向DSP控制系统发送包括合闸、分闸和复位命令；所述就地显示模块和远程显示模块用于显示包括合闸位、分闸位、堵转、故障、电机正转和电机反转的信号；所述就地分析模块和远程分析模块用于分析直流电机的运行状态。
在本发明实施例中，当接地开关的机械防堵转失效，直流电机发生堵转时，霍尔电流传感器将检测的数据发送至DSP控制系统，经DSP处理后，向PWM控制模块发送指令，进而切断直流电机电源控制模块，使直流电机停止运行，并在就地显示模块和远程显示模块中显示堵转状态信号。
在本发明实施例中，所述DSP控制系统的内部计时器设定有正常合闸所需时间和正常分闸所需时间；当接地开关合闸时，直流电机正转的运行时间超过DSP控制系统的内部计时器设定的合闸时间，或者接地开关分闸时，直流电机反转的运行时间超过DSP控制系统的内部计时器设定的分闸时间，DSP控制系统向PWM控制模块发出指令，切断直流电机电源控制模块，使电机停止运行，并在就地显示模块和远程显示模块中显示故障状态信号。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）控制系统在没有收到闭锁信号的情况下，当接地开关进行合闸操作时，会向其关联设备发出闭锁信号，使关联设备无法被操作；当接地开关完成分闸操作时，会解除对关联设备的闭锁；控制系统收到闭锁关联设备的闭锁信号时，接地开关被闭锁，无法进行分合闸操作。实现了接地开关与关联设备的联锁运行，保证了供电的安全性和可靠性；
    （2）当接地开关的机械防堵转措施失效时，控制系统会对接地开关实施电气防堵转措施；当接地开关发生故障时，控制系统将切除电机电源，使电机停止运行；该控制系统可避免事故的扩大，保证了设备和运行人员的安全。
附图说明
图1为本发明系统原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明一种电动接地开关的联锁控制系统，包括主电路电源、控制电路电源、直流电机电源控制模块、+5V直流电源变换模块、+12V直流电源变换模块、DSP控制系统、电机电流检测模块、电机转向控制模块和PWM控制模块；所述主电路电源为直流电源，其通过所述直流电机电源控制模块为接地开关的直流电机供电；所述直流电机电源控制模块由所述电机转向控制模块和所述PWM控制模块所控制，所述PWM控制模块用于控制所述直流电机电源控制模块的通断及接入直流电机电源控制模块的电压值，所述电机转向控制模块包括若干继电器，各继电器根据DSP控制系统发送的指令改变其触点的通断，从而经直流电机电源控制模块控制直流电机两端电压的极性，控制直流电机的正、反转；所述控制电路电源经+5V直流电源变换模块为DSP控制系统和电机电流检测模块供电，所述控制电路电源还经+12V直流电源变换模块为电机转向控制模块和PWM控制模块供电；所述电机电流检测模块采用霍尔电流传感器实现对直流电机电流的检测，并将该电流检测信号发送至所述DSP控制系统，若直流电机的启动电流大于允许值，DSP控制系统发送指令至PWM控制模块，改变PWM占空比，降低直流电机的启动电压，进而降低直流电机启动电流；所述DSP控制系统还连接有关联设备控制系统，所述电动接地开关的联锁控制系统的具体工作方式如下，
当DSP控制系统未接收所述关联设备控制系统的闭锁信号时，
DSP控制系统接收就地或远程的合闸指令后，根据电机电流检测模块检测直流电机的电流值，向PWM控制模块和电机转向控制模块发送相应指令，改变PWM占空比，从而调节直流电机电源控制模块的电压值，保证直流电机降压启动，常压正转，进而完成合闸操作，同时，DSP控制系统向关联设备控制系统发出闭锁信号，并发送指令就地和远程显示直流电机正转状态信息；当完成合闸操作时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示合闸位状态信息，此时，不解除对关联设备的闭锁；
DSP控制系统接收就地或者远程的分闸指令后，根据电机电流检测模块检测的电机电流值，向PWM控制模块和电机转向控制模块发送相应的动作指令，改变PWM的占空比，从而调节直流电机电源控制模块的电压值，保证电机降压启动，常压反转，进而完成分闸操作，同时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示直流电机反转状态信息；当完成合闸操作时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示分闸位状态信息，此时，解除对关联设备的闭锁；
当DSP控制系统收到关联设备控制系统的闭锁信号时，无论外界对DSP控制系统发出任何动作信号，DSP控制系统都不会执行。
为更清楚的讲述本发明的技术方案，以下为本发明的具体实施过程。
本发明的电动接地开关的联锁控制系统，电动接地开关中的直流电动机用来控制接地开关的分、合闸操作。当电机正转时，接地开关合闸；当电机反转时，接地开关分闸。完成分合闸操作时，电机自动停止运转。并且当接地开关合闸时要向其他关联设备发出闭锁信号；当接地开关分闸完成后要解除对关联设备的闭锁。
具体内容，请参见图1，图中，P1为直流电源，P11为直流电机电源控制模块，G为直流电机，K为接地开关的操作机构，A为PWM控制模块，B为电机转向控制模块，H为电机电流检测模块，P2为控制电路电源（即220V的交流电），P21为+12V直流电源转换模块，P22为+5V直流电源转换模块，M1为DSP控制系统，M2为关联设备控制系统，N1为通信模块，N11为远程设置模块，N12为远程显示模块，N13为远程分析模块，N2为就地设置模块，N3为就地显示模块，N4为就地分析模块。
从图1中可以看出：主电路电源P1为直流电源，其通过直流电机电源控制模块P11向接地开关的直流电机G供电；直流电机电源控制模块P11由PWM控制模块A和电机转向控制模块B所控制，PWM控制模块A用于控制直流电机电源控制模块P11的通断及接入直流电机电源控制模块P11电压的大小，电机转向控制模块B用于控制直流电机G两端电压的极性，进而控制电机G的正、反转；所述控制电路电源P2由市电经+5V直流电源变换模块P22转变为所需电压为DSP控制系统M1和电机电流检测模块H供电，经+12V直流电源变换模块P21转变为所需电压给电机转向控制模块B、PWM控制模块A提供工作电源；电机的转向控制模块B利用继电器来实现，各继电器根据指令来改变自己触点的通断，从而改变直流电机G两端的电压极性，使电机进行正反转；电机电流检测模块H利用霍尔电流传感器来实现，电机电流检测模块H实时检测直流电机G的电流，并向DSP控制系统M1发送电流数据，如果电机的启动电流大于允许值，DSP系统M1向PWM控制模块A发指令，改变PWM的占空比，降低直流电机G的启动电压，进而降低启动电流。
当DSP控制系统M1没有收到关联设备控制系统M2的闭锁信号时，DSP控制系统M1接收就地或者远程的合闸指令后，根据电机电流检测模块H检测的电机电流大小，经过内部程序处理后，向PWM控制模块A和电机转向控制模块B发送相应的动作指令，改变PWM的占空比，从而调节直流电机电源控制模块P11的电压大小，保证直流电机G降压启动，并常压正转，进而完成合闸操作，同时DSP控制系统M1向关联设备控制系统M2发出闭锁信号，并发出指令使显示模块N12和N3中显示“电机正转”信号。当完成合闸操作时，DSP控制系统M1发出指令，使显示模块N12和N3中显示“合闸位”信号，此时不解除对关联设备的闭锁。
DSP控制系统M1接收就地或者远程的分闸指令后，根据电机电流检测模块H检测的直流电机G电流大小，经过内部程序处理，向PWM控制模块A和电机转向控制模块B发送相应的动作指令，改变PWM的占空比，从而调节直流电机电源控制模块P11的电压大小，保证直流电机G降压启动，并常压反转，进而完成分闸操作，同时发出指令使显示模块N12和N3中显示“电机反转”信号。当完成分闸操作时，DSP控制系统M1发出指令使显示模块N12和N3中显示“分闸位”信号，同时解除对关联设备的闭锁。
当DSP控制系统M1收到关联设备控制系统M2的闭锁信号时，无论外界对DSP控制系统M1发出任何动作信号，DSP控制系统M1都不会执行。
本实施例中，所述的DSP控制系统M1还连接有通信模块N1，通信模块N1负责与上位机的远程设置模块N11，远程显示模块N12，远程分析模块N13进行数据通信，完成电动接地开关的远程控制。设置模块N11和N2用于向DSP系统M发合闸、分闸、复位等命令；显示模块N12和N3用于显示“合闸位”、“分闸位”、“堵转”、“故障”、“电机正转”、“电机反转”等信号；分析模块N13和N4用于分析直流电机G的运行状态。
本实施例中，当接地开关的机械防堵转失效，直流电机G发生堵转时，霍尔电流传感器H把检测的数据发给DSP控制系统M1，经DSP处理后，向PWM控制模块A发送指令，进而切断电机G的电源P11，使电机停止运行，并在显示模块N12和N3中发出“堵转”显示信号。
本实施例中，DSP控制系统M1内部计时器设定了正常合闸所需时间和正常分闸所需时间。当接地开关合闸时，电动机正转的运行时间超过DSP控制系统M1内部计时器设定的合闸时间，或者接地开关分闸时，电动机反转的运行时间超过DSP控制系统M1内部计时器设定的分闸时间，DSP控制系统M1向PWM控制模块A发出指令，切断直流电机电源控制模块P11，使直流电机G停止运行，并在显示模块N12和N3发出“故障”显示信号。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电动接地开关的联锁控制系统，其特征在于：包括主电路电源、控制电路电源、直流电机电源控制模块、+5V直流电源变换模块、+12V直流电源变换模块、DSP控制系统、电机电流检测模块、电机转向控制模块和PWM控制模块；所述主电路电源为直流电源，其通过所述直流电机电源控制模块为接地开关的直流电机供电；所述直流电机电源控制模块由所述电机转向控制模块和所述PWM控制模块所控制，所述PWM控制模块用于控制所述直流电机电源控制模块的通断及接入直流电机电源控制模块的电压值，所述电机转向控制模块包括若干继电器，各继电器根据DSP控制系统发送的指令改变其触点的通断，从而经直流电机电源控制模块控制直流电机两端电压的极性，控制直流电机的正、反转；所述控制电路电源经+5V直流电源变换模块为DSP控制系统和电机电流检测模块供电，所述控制电路电源还经+12V直流电源变换模块为电机转向控制模块和PWM控制模块供电；所述电机电流检测模块采用霍尔电流传感器实现对直流电机电流的检测，并将该电流检测信号发送至所述DSP控制系统，若直流电机的启动电流大于允许值，DSP控制系统发送指令至PWM控制模块，改变PWM占空比，降低直流电机的启动电压，进而降低直流电机启动电流；所述DSP控制系统还连接有关联设备控制系统，所述电动接地开关的联锁控制系统的具体工作方式如下，
当DSP控制系统未接收所述关联设备控制系统的闭锁信号时，
DSP控制系统接收就地或远程的合闸指令后，根据电机电流检测模块检测直流电机的电流值，向PWM控制模块和电机转向控制模块发送相应指令，改变PWM占空比，从而调节直流电机电源控制模块的电压值，保证直流电机降压启动，常压正转，进而完成合闸操作，同时，DSP控制系统向关联设备控制系统发出闭锁信号，并发送指令就地和远程显示直流电机正转状态信息；当完成合闸操作时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示合闸位状态信息，此时，不解除对关联设备的闭锁；
DSP控制系统接收就地或者远程的分闸指令后，根据电机电流检测模块检测的电机电流值，向PWM控制模块和电机转向控制模块发送相应的动作指令，改变PWM的占空比，从而调节直流电机电源控制模块的电压值，保证电机降压启动，常压反转，进而完成分闸操作，同时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示直流电机反转状态信息；当完成合闸操作时，DSP控制系统发送指令就地和远程显示分闸位状态信息，此时，解除对关联设备的闭锁；
当DSP控制系统收到关联设备控制系统的闭锁信号时，无论外界对DSP控制系统发出任何动作信号，DSP控制系统都不会执行。
2.根据权利要求1所述的电动接地开关的联锁控制系统，其特征在于：所述的DSP控制系统还连接有就地设置模块、就地显示模块和就地分析模块，并经一通信模块与远程设置模块、远程显示模块和远程分析模块连接，所述通信模块负责与上位机进行数据通信，完成电动接地开关的远程控制。
3.根据权利要求2所述的电动接地开关的联锁控制系统，其特征在于：所述设置就地设置模块和远程设置模块用于向DSP控制系统发送包括合闸、分闸和复位命令；所述就地显示模块和远程显示模块用于显示包括合闸位、分闸位、堵转、故障、电机正转和电机反转的信号；所述就地分析模块和远程分析模块用于分析直流电机的运行状态。
4.根据权利要求3所述的一种电动接地开关的联锁控制系统，其特征在于：当接地开关的机械防堵转失效，直流电机发生堵转时，霍尔电流传感器将检测的数据发送至DSP控制系统，经DSP处理后，向PWM控制模块发送指令，进而切断直流电机电源控制模块，使直流电机停止运行，并在就地显示模块和远程显示模块中显示堵转状态信号。
5.根据权利要求1所述的一种电动接地开关的联锁控制系统，其特征在于：所述DSP控制系统的内部计时器设定有正常合闸所需时间和正常分闸所需时间；当接地开关合闸时，直流电机正转的运行时间超过DSP控制系统的内部计时器设定的合闸时间，或者接地开关分闸时，直流电机反转的运行时间超过DSP控制系统的内部计时器设定的分闸时间，DSP控制系统向PWM控制模块发出指令，切断直流电机电源控制模块，使电机停止运行，并在就地显示模块和远程显示模块中显示故障状态信号。
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