CN104777776B - 永磁真空断路器的监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了永磁真空断路器的监控系统，属于永磁真空断路器的技术领域。监控系统，包括：整流滤波模块、充电控制模块、电源模块、包含第一微处理器和第二微处理器的下位机、合闸电容自放电模块、分闸电容自放电模块、滤波电容自放电模块、上位机监控平台。合闸电容以及滤波电容在系统异常掉电时经电阻释放储能，分闸电容在系统异常掉电时向分闸线圈释放储能，确保断路器能够可靠分闸，保证检修工作的安全；在监控系统中引入上位机监控平台，能够对人员进行身份认证后，实时调用断路器的历史监控数据，及时准确地判断故障原因。

Description

永磁真空断路器的监控系统

技术领域

本发明公开了永磁真空断路器的监控系统，属于永磁真空断路器的技术领域。

背景技术

永磁真空断路器因结构简单、可靠性高、控制灵活等优点而获得广泛应用。永磁真空断路器的合分闸电容一方面为断路器操动机构提供合分闸所需的能量，另一方面当系统因故障突然掉电时，如果合分闸电容的储能不能及时释放，则给检修维护工作带来一定安全隐患。

发明名称为双稳态永磁真空断路器智能控制器的专利(CN103123A)公开的断路器智能控制器包括：微处理器、隔离驱动模块、合分闸线圈驱动模块、电源掉电检测模块、电源电压范围检测模块、开关电源模块、合分闸电容充电模块。现有的断路器智能控制器利用单一的微处理器模块处理断路器监测过程中产生的庞大数据，且不具有用户权限管理功能，容易出现人为误操作；仅能通过人机交互单元提供瞬时电压、电流等参数，当断路器出现故障时，由于不能实时调用并显示历史数据，导致无法及时准确的判定故障原因，影响断路器的维修工作，给供电回路的用户造成不必要的经济损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了具有下位机、上位机监控平台两层框架结构的永磁真空断路器的监控系统，有效解决了合分闸电容在系统掉电时不能及时释放储存的电能、无法及时准确判断故障原因的技术问题，实现了合分闸电容以及滤波电容在系统故障时及时释放所储能量，上位机监控平台通过与下位机的双向信息交互实时调用历史数据，保证检修工作的安全进行。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

永磁真空断路器的监控系统，包括：整流滤波模块、充电控制模块、电源模块、包含第一微处理器和第二微处理器的下位机、合闸电容自放电模块、分闸电容自放电模块、滤波电容自放电模块、上位机监控平台，其中：

整流滤波模块：其输入端接交流电，其输出端接充电控制模块输入端，输出平滑的直流电给充电控制模块；

充电控制模块：其控制端接第一微处理器输出端，其输出端接合分闸线圈控制电路的输入端，输出电能给操动机构合分闸电容充电；

第一微处理器：其输入端接合分闸电容充电电压信号以及电流采样信号，输出驱动信号至充电控制模块控制端，输出请求发送合分闸电容充电电压信号、电流采样信号的指令至上位机监控平台，在收到允许信号后向上位机监控平台实时发送合分闸电容充电电压信号、电流采样信号；

第二微处理器：其I/O端与测量装置连接，将测量装置采集的动铁芯运动量信息实时发送至上位机监控平台，由合分闸指令以及动铁芯运动量信息向合分闸电容输出放电指令；

上位机监控平台经通信端口与第一、第二微处理器双向通信：接收第一微处理器的请求后反馈允许信号至第一微处理器，向第二微处理器发送合分闸指令；

合闸电容自放电模块：与接入的合闸电容形成控制回路，在系统异常时释放合闸电容储存的电能；

分闸电容自放电模块：与接入的分闸线圈形成控制回路，分闸电容储存的电能在系统异常时通过分闸线圈释放；

滤波电容自放电模块：与接入的滤波电容形成控制回路，在系统异常时释放滤波电容储存的电能；

电源模块：其输入端接交流电，为合闸电容自放电模块、分闸电容自放电模块、滤波电容自放电模块、下位机、上位机监控平台供电。

作为所述永磁真空断路器的监控系统的进一步优化方案，分闸电容自放电模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一光耦、第一二极管、第一三极管，第一单刀双掷继电器，其中：

第一光耦：其阴极经过第一电阻接地，其阳极接+3.3V直流电源，其发射极经过第二电阻接第一三极管基极，其集电极、第一二极管阴极、第三电阻一端均与+5V直流电源连接；

第一单刀双掷继电器：其控制线圈一端接+5V直流电源，其控制线圈另一端与第一二极管阳极、第三电阻另一端、第一三极管集电极连接，其单刀固定端接分闸线圈的电流输出端，其单刀的一个活动端接地，其单刀的另一个活动端悬空；

第一三极管的发射极接地。

再进一步的，所述永磁真空断路器的监控系统中，滤波电容自放电电路与合闸电容自放电电路结构相同，均包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二光耦、第二二极管、第三二极管、第二三极管、第二单刀双掷继电器，其中：

第二光耦：其阴极经过第四电阻接地，其阳极接+3.3V直流电源，其发射极经过第五电阻接第二三极管基极，其集电极、第二二极管阴极、第六电阻一端均与+5V直流电源连接；

第二单刀双掷继电器：其控制线圈一端接+5V直流电源，其控制线圈另一端与第二二极管阳极、第六电阻另一端、第二三极管集电极连接，其单刀固定端接地，其单刀的一个活动端与第七电阻一端连接，其单刀的另一个活动端悬空；

第七电阻：其另一端与第三二极管阴极连接作为滤波电容正极的接入点；

第八电阻：其一端作为合闸电容正极的接入点，其另一端接第三二极管阳极；

第二三极管的发射极接地。

进一步的，所述永磁真空断路器的监控系统，还包括：与上位机监控平台双向信息交互的触摸屏，触摸屏由电源模块输出的电能供电。

进一步的，所述永磁真空断路器的监控系统中，第一和/或第二微处理器的核心器件为STM32F103RBT6芯片，所述上位机监控平台的核心器件为S3C2440芯片。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)合闸电容以及滤波电容在系统异常掉电时经电阻释放储能，分闸电容在系统异常掉电时向分闸线圈释放储能，确保断路器能够可靠分闸，保证检修工作的安全；

(2)在监控系统中引入上位机监控平台组成两层框架结构的监控系统，能够对人员进行身份认证后，实时调用断路器的历史监控数据，及时准确地判断故障原因；

(3)上位机的引入让下位机专注于断路器的充电及合分闸控制，而数据存储、显示、合分闸指令的下达、用户管理等都由上位机实现，降低了下位机数据处理压力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为分闸电容自放电电路。

图2为滤波/合闸电容自放电电路。

图3为永磁真空断路器监控系统的框图。

图中标号说明：R1至R8为第一至第八电阻，D1至D3为第一至第三二极管，O1、O2为第一、第二光耦，U1、U2为第一、第二单刀双掷继电器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

永磁真空断路器监控系统如图3所示，包括：下位机、上位机监控平台、触摸屏、整流滤波模块、充电控制模块、分闸电容自放电模块、滤波/合闸电容自放电模块以及电源模块。

电源模块输入端接交流电，下位机、上位机监控平台、触摸屏的电源引脚以及分闸电容自放电模块、滤波/合闸电容自放电模块的电源端口均接电源模块输出端。

整流滤波模块输入端接交流电，充电控制模块电源端口与整流滤波模块输出端连接。

下位机由微处理器1和微处理器2组成，微处理器1和微处理器2均采用意法半导体公司的32位微处理器STM32F103RBT6，合分闸电容充电电压、电流的采样信号接下位机微处理器1的信号采集引脚，微处理器1的控制引脚接充电控制模块控制端，微处理器1根据合分闸电容充电电压、电流采样信号，输出充电控制模块的控制信号，为合分闸电容提供可控大小的充电电流。微处理器1通过TTL串口输出请求发送合分闸电容充电电压信号、电流采样信号的指令至上位机监控平台，通过TTL串口接收上位机监控平台发送的数据传输指令(即为权利要求1中的允许信号)后向上位机监控平台发送合分闸电容充电电压、电流采样信号。

激光位移传感器检测动铁心运动量，激光位移传感器的输出端接微处理器2的运动量信号采集引脚，微处理器2的控制引脚输出合闸或分闸电容放电的控制信号，对合分闸实施闭环控制，减小合闸或分闸过程中触头的电气、机械磨损，有利于提高断路器使用寿命。微处理器2通过TTL串口向上位机监控平台发送动铁心运动量采样信号，接收并执行上位机监控平台发送的合闸或分闸指令。

上位机监控平台采用的微处理器是三星公司基于ARM内核的S3C2440，运行Linux操作系统，采用Qt编写远程监控软件实现历史数据的实时调用，通过触摸屏实现人机交互。上位机监控平台通过TTL串口与下位机微处理器1、微处理器2双向通信，接收微处理器1发送的合分闸电容充电电压、电流采样数据以及微处理器2发送的断路器操动机构动铁心运动量采样信号，并通过TTL串口向微处理器2发送合闸或分闸操作指令，控制永磁真空断路器的合分闸。

分闸电容自放电模块如图1所示，包括：第一接线端P1、由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一光耦O1、第一二极管D1、第一三极管Q1组成的继电器驱动电路，以分闸线圈为控制线圈的第一单刀双掷继电器U1。第一接线端P1连接永磁真空断路器分闸线圈的两个端子，第一接线端P1的1号端子与分闸线圈的电流输入端CF+连接，第一接线端P1的2号端子与分闸线圈电流输出端FZ-连接，第一接线端P1的2号端子与第一单刀双掷继电器U1的1号端子(即为权利要求书中的单刀固定端)连接。

第一光耦O1的阴极经过第一电阻R1接控制回路的地DGND，第一光耦O1的阳极接+3.3V直流电源，第一光耦O1的发射极经过第二电阻R2接第一三极管Q1基极，第一光耦O1的集电极、第一二极管D1阴极、第三电阻R3一端均与+5V直流电源连接，第一单刀双掷继电器U1控制线圈的一端接+5V直流电源，第一单刀双掷继电器U1控制线圈的另一端与第一二极管D1阳极、第三电阻R3另一端、第一三极管Q1集电极连接，第一单刀双掷继电器U1的2号端子(即为权利要求书中所述单刀的一个活动端)接电源的地GND_main，第一单刀双掷继电器U1的3号端子(即为权利要求书中所述单刀的另一个活动端)悬空，第一三极管Q1的发射极接控制回路的地DGND。

在系统正常工作时，第一光耦O1阳极接+3.3V直流电压源、集电极接+5V直流电压源，第一光耦O1的集电极与发射极间导通，第一三极管Q1导通，第一单刀双掷继电器的控制线圈得电，第一单刀双掷继电器的1号端子与3号端子连接，分闸电容不能自放电；当系统掉电时，+3.3V和+5V直流电源值降为零，第一光耦O1、第一三极管Q1均截止，第一单刀双掷继电器的控制线圈失电，第一单刀双掷继电器的1号端子与2号端子连接，分闸电容通过第一接线端P1释放储能，保证永磁真空断路器在系统掉电情况下可靠分闸。

滤波/合闸电容自放电模块如图2所示，包括：第二单刀双掷继电器U2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二光耦O2、第二二极管D2、第三二极管D3、第二三极管Q2组成的继电器驱动电路。合闸电容的正极CH+连接第八电阻R8一端，

第二光耦O2的阴极经过第四电阻R4接控制回路的地DGND，第二光耦O2的阳极接+3.3V直流电源，第二光耦O2的发射极经过第五电阻R5接第二三极管Q2基极，第二光耦O2的集电极、第二二极管D2阴极、第六电阻R6一端均与+5V直流电源连接，第二单刀双掷继电器U2控制线圈的一端接+5V直流电源，第二单刀双掷继电器U2控制线圈的另一端与第二二极管D2阳极、第六电阻R6另一端、第二三极管Q2集电极连接，第二单刀双掷继电器U2的1号端子(即为权利要求书中所述的单刀固定端)接电源的地GND_main，第二单刀双掷继电器U2的2号端子(即为权利要求书中所述单刀的一个活动端)与第七电阻R7一端连接，第二单刀双掷继电器U2的3号端子(即为权利要求书中所述单刀的另一个活动端)悬空，第七电阻R7的另一端与第三二极管D3阴极连接作为滤波电容正极CL+的接入点，第八电阻R8的另一端接第三二极管D3阳极，第二三极管Q2的发射极接控制回路的地DGND。

系统正常工作时，第二光耦O2阳极接+3.3V直流电源、集电极接+5V直流电源，第二光耦O2的集电极与发射极间导通，第二三极管Q2导通，第二单刀双掷继电器控制线圈得电，第二单刀双掷继电器U2的1号端子与3号端子连接；当系统掉电时，+3.3V和+5V直流电源降为零，第二光耦O2、第二三极管Q2均截止，第二单刀双掷继电器U2的控制线圈失电，第二单刀双掷继电器U2的1号端子与2号端子连接，滤波电容正极CL+通过功率电阻R7释放储能，合闸电容正极CH+通过功率电阻R7和R8释放储能；由于滤波电容两端的直流电压高于合闸电容的电压值，设置第三二极管D3防止自放电过程中滤波电容向合闸电容储能。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：合闸电容以及滤波电容在系统异常断电时经电阻释放储能，分闸电容在系统异常掉电时向分闸线圈释放储能，确保断路器能够可靠分闸，保证检修工作的安全；在监控系统中引入上位机监控平台，能够对用于进行身份认证后，实时调用断路器的历史监控数据，及时准确地判断故障原因。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

Claims (5)

1.永磁真空断路器的监控系统，包括：输入端接交流电的整流滤波模块、充电控制模块、电源模块、第一微处理器、合闸电容自放电模块、分闸电容自放电模块、上位机监控平台，其中，

充电控制模块：其控制端接第一微处理器输出端，其输出端接合分闸线圈控制电路的输入端，输出电能给操动机构合分闸电容充电，

第一微处理器：其输入端接合分闸电容充电电压信号以及电流采样信号，输出驱动信号至充电控制模块控制端，

合闸电容自放电模块：与接入的合闸电容形成控制回路，在系统异常时释放合闸电容储存的电能，

分闸电容自放电模块：与接入的分闸线圈形成控制回路，分闸电容储存的电能在系统异常时通过分闸线圈释放；

其特征在于，

所述监控系统还包括：与第一微处理器组成下位机的第二微处理器以及滤波电容自放电模块，其中，

整流滤波模块的输出端接充电控制模块输入端，输出平滑的直流电给充电控制模块，

第二微处理器：其I/O端与测量装置连接，将测量装置采集的动铁芯运动量信息实时发送至上位机监控平台，由合分闸指令以及动铁芯运动量信息向合分闸电容输出放电指令；

上位机监控平台经通信端口与第一、第二微处理器双向通信：第一微处理器输出请求发送合分闸电容充电电压信号、电流采样信号的指令至上位机监控平台，上位机监控平台接收第一微处理器的请求后反馈允许信号至第一微处理器，第一微处理器在收到允许信号后向上位机监控平台实时发送合分闸电容充电电压信号、电流采样信号，上位机监控平台向第二微处理器发送合分闸指令；

滤波电容自放电模块：与接入的滤波电容形成控制回路，在系统异常时释放滤波电容储存的电能；

电源模块：其输入端接交流电，为合闸电容自放电模块、分闸电容自放电模块、滤波电容自放电模块、下位机、上位机监控平台供电。

2.根据权利要求1所述的永磁真空断路器的监控系统，其特征在于，所述分闸电容自放电模块包括：第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一光耦(O1)、第一二极管(D1)、第一三极管(Q1)，第一单刀双掷继电器(U1)，其中：

第一光耦(O1)：其阴极经过第一电阻(R1)接地，其阳极接+3.3V直流电源，其发射极经过第二电阻(R2)接第一三极管(Q1)基极，其集电极、第一二极管(D1)阴极、第三电阻(R3)一端均与+5V直流电源连接；

第一单刀双掷继电器(U1)：其控制线圈一端接+5V直流电源，其控制线圈另一端与第一二极管(D1)阳极、第三电阻(R3)另一端、第一三极管(Q1)集电极连接，其单刀固定端接分闸线圈的电流输出端，其单刀的一个活动端接地，其单刀的另一个活动端悬空；

第一三极管(Q1)的发射极接地。

3.根据权利要求1或2所述的永磁真空断路器的监控系统，其特征在于，所述滤波电容自放电电路与合闸电容自放电电路结构相同，均包括：第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第二光耦(O2)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第二三极管(Q2)、第二单刀双掷继电器(U2)，其中：

第二光耦(O2)：其阴极经过第四电阻(R4)接地，其阳极接+3.3V直流电源，其发射极经过第五电阻(R5)接第二三极管(Q2)基极，其集电极、第二二极管(D2)阴极、第六电阻(R6)一端均与+5V直流电源连接；

第二单刀双掷继电器(U2)：其控制线圈一端接+5V直流电源，其控制线圈另一端与第二二极管(D2)阳极、第六电阻(R6)另一端、第二三极管(Q2)集电极连接，其单刀固定端接地，其单刀的一个活动端与第七电阻(R7)一端连接，其单刀的另一个活动端悬空；

第七电阻(R7)：其另一端与第三二极管(D3)阴极连接作为滤波电容正极的接入点；

第八电阻(R8)：其一端作为合闸电容正极的接入点，其另一端接第三二极管(D3)阳极；

第二三极管(Q2)的发射极接地。

4.根据权利要求1所述的永磁真空断路器的监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括：与上位机监控平台双向信息交互的触摸屏，触摸屏由电源模块输出的电能供电。

5.根据权利要求1所述的永磁真空断路器的监控系统，其特征在于，所述第一和/或第二微处理器的核心器件为STM32F103RBT6芯片，所述上位机监控平台的核心器件为S3C2440芯片。