CN105301397A - 一种带故障模拟功能的模拟断路器及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带故障模拟功能的模拟断路器，其包括合闸主电路、分闸主电路以及输入电路、输出电路和主控器；输入电路的输出端通过主控器连接于输出电路的输入端，每个输出电路中均包括一固态继电器，在合闸主电路以及分闸主电路中分别设置一与相应固态继电器相对应的第一辅助触点和第二辅助触点；合闸主电路还包括电阻R7、R8和R9、合闸电阻选择开关以及与跳位监视继电器相对应的第三辅助触点；分闸主电路还包括电阻R10、R11和R12、以及分闸电阻选择开关。本发明还公开了一种模拟断路器进行故障模拟的方法。本发明通过分闸主电路、合闸主电路、输入电路、主控器以及输出电路的配合，实现根据配置来模拟断路器的正常、非正常动作及故障。

Description

一种带故障模拟功能的模拟断路器及其模拟方法

技术领域

本发明涉及模拟断路器技术领域，尤其是涉及一种带故障模拟功能的模拟断路器及其模拟方法。

背景技术

断路器是电网中的关键设备，目前，电力行业继电保护定检的重心已经由“验功能”向“验回路”转变，断路器回路，作为一切继电保护动作的最终唯一出口，在整个继电保护的回路中占据着最重要的位置，任何的继电保护定检，莫不以传动和整组试验为最终结束步骤，“跳”还是“不跳”，成为定检盛宴的最后一道菜。

很多单位建立了继电保护培训室，大型的培训基地，有的拥有真实的断路器作为跳闸的出口，而小型培训室一般没有真实断路器，或者采用模拟断路器，甚至有时没有出口回路，只做保护装置功能上的验证试验。

作为机械设备的断路器，存在气压、油压、机械故障、延时回路、接点回路异常等影响二次回路的因素，这些因素对继电保护的动作逻辑具有较大的影响，而目前商品模拟断路器一般不具备完善的故障模拟功能。

在保护不正确动作，需要验证断路器对其影响，而现场断路器无法按要求模拟故障的时候，模拟断路器就可以发挥它的作用了。比如，保护三跳出口，操作箱有个灯不亮，需要验证断路器三相不同步到什么程度才会出现的时候，就可以通过模拟断路器来验证。

目前国内外均有模拟断路器成品出售，主流产品均已从继电器式过渡到了单片机控制。

现有的模拟断路器以模拟断路器正确动作为主要目的，而无法模拟断路器在故障状态下的情况，如断路器低气压闭锁重合闸、低气压闭锁分合闸、控制回路断线、拒动、偷跳、三相不一致、三相不同期、本体继电器损坏等故障情况。

目前，市面上模拟断路器主要用于电力系统断电保护装置或成套继电保护屏的整组试验，可真实地模拟断路器的跳合闸。在整组试验时模拟高压断路器的跳闸及合闸，以避免由于重复的整组试验造成断路器反复分合带来的不良影响。其主要作用是模拟断路器在正常状态下的动作逻辑。市面上目前未见具有完善故障模拟功能的模拟断路器。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种带故障模拟功能的模拟断路器，其通过分闸主电路、合闸主电路、输入电路、主控器以及输出电路的配合，输入电路从分闸主电路或合闸主电路检测到的信号经过主控器处理，经过输出电路将信号再返回给相应的分闸主电路或合闸主电路从而实现根据配置来模拟断路器的正常、非正常动作及故障，同时输出多付辅助触点及信号接点供继电保护装置及测控装置使用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

首先进行项目分解、资料收集，对市场上商品模拟断路器进行功能解析，吸收各产品的优点；梳理断路器正常动作及故障状态的逻辑，模拟断路器的硬件连接，保护机制等，进行功能设计，分析达到功能要求所需的软硬件方案，绘制模拟断路器原理图等。模拟断路器跳合闸回路由真实的跳合闸电阻、相关的检测及故障模拟回路组成；出口回路由继电器控制，所有输入输出回路均通过光隔隔离，以提高装置的抗干扰能力及可靠性。

最后，根据装置的实际情况，将装置安装进合适的设备箱，配备相应的线材，说明书等，形成一台便携的带故障模拟功能的智能模拟断路器。

具体地，一种带故障模拟功能的模拟断路器，其包括：

合闸主电路，用于模拟断路器的合闸动作；

分闸主电路，用于模拟断路器的分闸动作；

以及输入电路、输出电路和主控器；

其中，所述输入电路的输出端通过主控器连接于输出电路的输入端，在所述输出电路中包括结构相同的第一输出电路和第二输出电路，其中第一输出电路和第二输出电路中分别设置有第一固态继电器和第二固态继电器，在所述合闸主电路中设置有一与第一固态继电器相对应的第一辅助触点，在分闸主电路中设置有一与第二固态继电器相对应的第二辅助触点；

所述合闸主电路进一步包括电阻R7、R8和R9、合闸电阻选择开关以及与一跳位监视继电器相对应的第三辅助触点；所述合闸电阻选择开关包括第一动触点以及与该第一动触点相配合的第一静触点、第二静触点和第三静触点；所述电阻R7的一端连接至第一动触点，另一端依次经电阻R8、电阻R9、第一辅助触点和第三辅助触点连接至跳位监视端；所述第一动触点连接至合闸主电路公共端，第一静触点连接于电阻R8和电阻R9之间，第二静触点连接于电阻R7和电阻R8之间，第三静触点悬空，第一辅助触点和第三辅助触点之间的引线分成两路，一路作为合闸主电路输入端，另一路连接至输入电路；

所述分闸主电路进一步包括电阻R10、R11和R12、以及分闸电阻选择开关；所述分闸电阻选择开关包括第二动触点以及与该第二动触点相配合的第四静触点、第五静触点和第六静触点；所述电阻R10的一端连接至第二动触点，另一端依次经电阻R11、电阻R12连接至第二辅助触点的一端，第二辅助触点的另一端分成两路，一路作为分闸主电路输入端，另一路连接至输入电路；所述第二动触点连接至分闸主电路公共端，第四静触点连接于电阻R11和电阻R12之间，第五静触点连接于电阻R10和电阻R11之间，第六静触点悬空。

所述输入电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、光电隔离芯片U6、二极管D1以及第一缓冲门电路，其中，所述输入电路的输入端连接至光电隔离芯片U6的发光二极管，光电隔离芯片U6的光敏三极管的集电极连接至电压源，光电隔离芯片U6的光敏三极管的发射极通过第一缓冲门电路与主控器的输入端相连，电阻R1的一端接地，另一端连接于光电隔离芯片U6的光敏三极管的发射极和第一缓冲门电路之间，电阻R2与光电隔离芯片U6的发光二极管串联，电容C1和二极管D1均并接于光电隔离芯片U6的发光二极管的两端。

所述输出电路包括第二缓冲门电路、继电器驱动电路、以及光电隔离电路，所述第二缓冲门电路的输入端作为输出电路的输入端连接于主控器的输出端，对于第一输出电路，第二缓冲门电路的输出端经光电隔离电路再通过继电器驱动电路连接于第一固态继电器；对于第二输出电路，第二缓冲门电路的输出端经光电隔离电路再通过继电器驱动电路连接于第二固态继电器。

所述光电隔离电路包括光电隔离芯片U2和光电隔离芯片U3，第二缓冲门电路的输出端通过电阻R3与光电隔离芯片U2的发光二极管的负极以及光电隔离芯片U3的发光二极管的正极分别连接，光电隔离芯片U2的发光二极管的正极以及光电隔离芯片U3的发光二极管的负极均接地，光电隔离芯片U2的光敏三极管和光电隔离芯片U3的光敏三极管均连接于继电器驱动电路的输入端。

所述继电器驱动电路包括二极管D2、电阻R4、NPN三极管Q1、电阻R5、电阻R6；其中，电阻R5和电阻R6串联后一端接地，另一端与光电隔离芯片U2的光敏三极管的发射极以及光电隔离芯片U3的光敏三极管的发射极均相连，NPN三极管Q1的基极连接于电阻R5和电阻R6之间，NPN三极管Q1的发射极接地；对于第一输出电路，电阻R4和二极管D2并接于第一固态继电器的两端，第一固态继电器与电压源连接的一端与光电隔离芯片U2的光敏三极管的集电极以及光电隔离芯片U3的光敏三极管的集电极均相连，第一固态继电器的另一端连接至NPN三极管Q1的集电极；对于第二输出电路，电阻R4和二极管D2并接于第二固态继电器的两端，第二固态继电器与电压源连接的一端与光电隔离芯片U2的光敏三极管的集电极以及光电隔离芯片U3的光敏三极管的集电极均相连，第二固态继电器的另一端连接至NPN三极管Q1的集电极。

所述模拟断路器进一步包括输入输出接口，所述输出电路包括与第一输出电路和第二输出电路结构相同的第三输出电路，在该第三输出电路中设置有一第三固态继电器，所述输入输出接口上连接有与该第三固态继电器相对应的第四辅助触点；所述输入输出接口的输入端通过输入电路经主控器连接至输出电路；或者所述输入输出接口的输入端通过合闸主电路或分闸主电路后，再通过输入电路经主控器连接至输出电路。

以上输出电路的结构可以看出，输出电路的个数与相关模拟功能的输入信号(例如合闸主电路的外部合闸脉冲、分闸主电路的外部分闸脉冲以及输入输出接口的不同辅助脉冲等)相对应，即是每个输出电路结构均完全相同，均设置一固态继电器，这些固态继电器均与相关模拟功能电路(例如合闸主电路、分闸主电路以及输入输出接口)中的辅助触点一一对应，实现对这些触点的控制。

本发明的另一目的在于提供一种模拟断路器故障模拟的方法，其通过分闸主电路、合闸主电路、输入电路、主控器以及输出电路的配合，输入电路从分闸主电路或合闸主电路检测到的信号经过主控器处理，经过输出电路将信号再返回给相应的分闸主电路或合闸主电路从而实现根据配置来模拟断路器的正常、非正常动作及故障，同时输出多付辅助触点及信号接点供继电保护装置及测控装置使用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种带故障模拟功能的模拟断路器实现故障模拟的方法，模拟断路器的合闸动作时，将外部合闸脉冲连接于合闸主电路输入端和合闸主电路公共端，通过调整合闸电阻选择开关的连接选取实际合闸线圈大小的电阻值，然后将该外部合闸脉冲经由输入电路进入主控器，主控器对该外部合闸脉冲进行处理后通过输出电路输出至第一固态继电器和跳位监视继电器，实现对合闸主电路中的第一辅助触点和第三辅助触点进行控制，完成模拟断路器的合闸动作；

模拟断路器的分闸动作时，将外部分闸脉冲连接于分闸主电路输入端和分闸主电路公共端，通过调整分闸电阻选择开关的连接选取实际分闸线圈大小的电阻值，然后将该外部分闸脉冲经由输入电路进入主控器，主控器对该外部分闸脉冲进行处理后通过输出电路输出至第二固态继电器，实现对分闸主电路中的第二辅助触点进行控制，完成模拟断路器的分闸动作。

具体地，当模拟断路器在分位，则第一固态继电器及跳位继电器励磁，第一辅助触点和第三辅助触点闭合，合闸主电路接通，外部合闸脉冲到来后，经过第一辅助触点和合闸电阻形成合闸电流，输入电路检测到该合闸电流后，经过主控器的判断，延时一段时间后，控制第一固态继电器不励磁，则第一辅助触点断开，合闸主电路被切断，跳位继电器也失去励磁，合闸过程完成；同时模拟断路器转换到合位，主控器控制第二固态继电器励磁，使分闸主电路接通，准备进入分闸过程；

当模拟断路器在合位，则第二固态继电器励磁，第二辅助触点闭合，分闸主电路接通，外部分闸脉冲到来后，经过第二辅助触点及分闸电阻形成分闸电流，输入电路检测到该分闸电流后，经过控制器的判断，延时一段时间后，控制第二固态继电器不励磁，则分闸主电路被切断，分闸过程完成；同时模拟断路器转换到分位，控制器控制第一固态继电器及跳位继电器励磁，使合闸主电路接通，准备进入合闸过程。

根据所模拟的故障，除对分合闸进行控制外，还输出相应的信号。

在分合闸的过程中，或者在任何时候，根据故障模拟的配置文件，主控器经过逻辑判断，控制相关输出电路中固态继电器的通断，从而控制分合闸主电路的通断，以模拟符合逻辑的断路器故障。比如，在模拟低压闭锁分(合)闸故障时，通过读取配置文件，控制器控制分(合)闸主电路对应的第二(第一)固态继电器不励磁，切断分(合)闸主电路，从而模拟低气压闭锁分(合)闸故障，同时，“低压闭锁”信号接点接通，将该故障信号输出，而位置接点保持不变，原来是什么状态就处于什么状态。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1)相对比传统商品模拟断路器，具有完善故障模拟功能，包括但不限于低气压闭锁重合闸、低气压闭锁分合闸、控制回路断线、拒动、偷跳、三相不一致、三相不同期、断路器内部继电器故障等，具备继电器级故障模拟功能；

2)通过配置装置的各种参数，可模拟断路器回路上任意故障的组合，故障模拟功能不再仅仅局限于仪器原来设定的故障，而是可以由操作人员自我配置，以适应层出不穷的故障。

3)本模拟断路器装置以主控器为核心，通过分闸主电路、合闸主电路，模拟断路器的跳合闸回路及跳位监视回路，该分合闸主电路具有大功率电阻及固态继电器，用于模拟实际的分合闸线圈，并具有分合闸电阻阻值选择功能，输入电路从分闸主电路、合闸主电路及输入输出接口检测到的信号经过主控器处理，经过输出电路将信号输出至分闸主电路、合闸主电路及输入输出接口，从而实现根据配置来模拟断路器的正常、非正常动作及故障，同时输出多付辅助触点及信号接点供继电保护装置及测控装置使用。

附图说明

图1为本发明一种带故障模拟功能的模拟断路器的结构框图；

图2为本发明一种带故障模拟功能的模拟断路器的面板结构；

图3为图1中输入电路的电路原理图；

图4为图1中输出电路的电路原理图；

图5为图1中合闸主电路的电路原理图；

图6为图1中分闸主电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

下面介绍本模拟断路器装置的具体组成和工作原理。

本参照图1所示，一种带故障模拟功能的模拟断路器，模拟断路器装置包括主控器MCU及其外围电路、输入电路、输出电路、分闸主电路、合闸主电路、输入输出接口、上位机、电源等。

其中，合闸主电路，用于模拟断路器的合闸动作；分闸主电路，用于模拟断路器的分闸动作；输入电路用于将进入合闸主电路或分闸主电路传递至主控器进行处理，而输出电路中包括一组固态继电器(对于三相交流电网而言，其设置有两组三相分闸主电路和一组三相合闸主电路，而输出电路则对应设置有九个，即每个输出电路带有一个固态继电器与相应的分闸主电路或合闸主电路相对应，当然，也可以是一个输出电路中带有六个固态继电器，每个继电器均通过一个开关管(例如图4中的NPN三极管Q1)进行控制)，由主控器控制每个固态继电器是否励磁，从而对合闸主电路(或分闸主电路)中设置一与每个固态继电器相对应的第一辅助触点(或第二辅助触点)进行控制，实现模拟断路器的分合闸。

同样的，上述输出电路为九个结构相同的结构组成，而在主控器通过输出电路对其他模拟功能的电路进行控制时，则只需要增加输出电路的个数或者输出电路上并联的固态继电器的个数即可。以下仅对单个输出电路的结构以及其与分闸主电路或合闸主电路的控制原理进行说明。

上述主控器的外围电路包括晶振时钟电路、复位电路、IO接口电路、串口通信电路、存储电路等，在本例之中，主控器采用STM32F103ZET6型单片机。

图2为模拟断路器的面板图，面板是模拟断路器操作及与外部输入输出接线的界面，其组成如下：

上位机及屏幕1、上位机电源开关2、分合闸按钮3、合闸电阻及跳闸电阻选择开关4、信号接点回路5、跳合闸回路6、交流电源插座7、操作电源检测输入回路8、位置接点回路9。

“上位机及屏幕1”，区为一平板电脑，用于配置文件的编写及下载。也可以脱离上位机运行，直接将配置文件复制到存储卡，插入存储卡槽即可。

“上位机电源开关2”区为上位机的电源开关。

面板上的“跳合闸回路6”区的接口接入分闸主电路及合闸主电路，被输入电路检测到之后，通过IO口进入主控器进行处理；面板上的“分合闸按钮3”、“操作电源检测输入回路8”区将直接接入输入电路，通过IO口进入主控器进行处理。

主控器根据存储的配置文件和输入电路输入的信号进行运算，将结果经过输出电路进行输出，一部分小功率的信号直接经过输出电路进行输出，如面板上的各种指示灯、“信号接点回路5”、“位置接点回路”区的接口9；一部分经过含固态继电器的分闸主电路、合闸主电路后，在“跳合闸回路6”区输出。

“合闸电阻及跳闸电阻选择开关4”区和分闸主电路、合闸主电路连接，可以选择分合闸回路的电阻，有110欧、220欧、440欧三种选择。

“交流电源插座7”区为模拟断路器的外部电源接口，为各部件提供工作所需的电源。

输入电路从分闸主电路、合闸主电路及输入输出接口检测到的信号经过主控器处理，经过输出电路将信号输出至分闸主电路、合闸主电路及输入输出接口，从而实现根据配置来模拟断路器的正常、非正常动作及故障，同时输出多付辅助触点及信号接点供继电保护装置及测控装置使用。

请参照图5所示，合闸主电路进一步包括电阻R7、R8和R9、合闸电阻选择开关、第一辅助触点以及与一跳位监视继电器相对应的第三辅助触点；合闸电阻选择开关包括第一动触点以及与该第一动触点相配合的第一静触点、第二静触点和第三静触点；电阻R7的一端连接至第一动触点，另一端依次经电阻R8、电阻R9、第一辅助触点和第三辅助触点连接至跳位监视端；第一动触点连接至合闸主电路公共端，第一静触点连接于电阻R8和电阻R9之间，第二静触点连接于电阻R7和电阻R8之间，第三静触点悬空，第一辅助触点和第三辅助触点之间的引线分成两路，一路作为合闸主电路输入端，另一路连接至输入电路。

模拟断路器的合闸动作时，将外部合闸脉冲连接于合闸主电路输入端和合闸主电路公共端，通过调整合闸电阻选择开关的连接选取实际合闸线圈大小的电阻值，然后将该外部合闸脉冲经由输入电路进入主控器，主控器对该外部合闸脉冲进行处理后通过输出电路输出至固态继电器和跳位监视继电器，实现对合闸主电路中的第一辅助触点和第三辅助触点进行控制，完成模拟断路器的合闸动作。

模拟断路器的合闸动作时，将外部合闸脉冲连接于合闸主电路输入端和合闸主电路公共端，通过调整合闸电阻选择开关的连接选取实际合闸线圈大小的电阻值，然后将该外部合闸脉冲经由输入电路进入主控器，主控器对该外部合闸脉冲进行处理后通过输出电路输出至与第一辅助触点对应的第一固态继电器和跳位监视继电器，实现对合闸主电路中的第一辅助触点和第三辅助触点进行控制，完成模拟断路器的合闸动作。具体是：当模拟断路器在分位，则主控器控制第一固态继电器及跳位继电器励磁，第一辅助触点和第三辅助触点闭合，合闸主电路接通，外部合闸脉冲到来后，经过第一辅助触点和合闸电阻形成合闸电流，输入电路检测到该合闸电流后，经过主控器的判断，延时一段时间后，控制第一固态继电器不励磁，则第一辅助触点断开，合闸主电路被切断，跳位继电器也失去励磁，合闸过程完成；同时模拟断路器转换到合位，主控器控制第二固态继电器励磁，使分闸主电路接通，准备进入分闸过程；

请参照图6所示，分闸主电路进一步包括电阻R10、R11和R12、以及分闸电阻选择开关；分闸电阻选择开关包括第二动触点以及与该第二动触点相配合的第四静触点、第五静触点和第六静触点；电阻R10的一端连接至第二动触点，另一端依次经电阻R11、电阻R12连接至第二辅助触点的一端，第二辅助触点的另一端分成两路，一路作为分闸主电路输入端，另一路连接至输入电路；第二动触点连接至分闸主电路公共端，第四静触点连接于电阻R11和电阻R12之间，第五静触点连接于电阻R10和电阻R11之间，第六静触点悬空。

模拟断路器的分闸动作时，将外部分闸脉冲连接于分闸主电路输入端和分闸主电路公共端，通过调整分闸电阻选择开关的连接选取实际分闸线圈大小的电阻值，然后将该外部分闸脉冲经由输入电路进入主控器，主控器对该外部分闸脉冲进行处理后通过输出电路输出至与第二辅助触点对应的第二固态继电器，实现对分闸主电路中的第二辅助触点进行控制，完成模拟断路器的分闸动作；具体是：当模拟断路器在合位，则第二固态继电器励磁，第二辅助触点闭合，分闸主电路接通，外部分闸脉冲到来后，经过第二辅助触点及分闸电阻形成分闸电流，输入电路检测到该分闸电流后，经过控制器的判断，延时一段时间后，控制第二固态继电器不励磁，则分闸主电路被切断，分闸过程完成；同时模拟断路器转换到分位，控制器控制第一固态继电器及跳位继电器励磁，使合闸主电路接通，准备进入合闸过程。

根据所模拟的故障，除对分合闸进行控制外，还输出相应的信号。在分合闸的过程中，或者在任何时候，根据故障模拟的配置文件，主控器经过逻辑判断，控制相关输出电路中固态继电器的通断，从而控制分合闸主电路的通断，以模拟符合逻辑的断路器故障。比如，在模拟低压闭锁分(合)闸故障时，通过读取配置文件，控制器控制分(合)闸主电路对应的第二(第一)固态继电器不励磁，切断分(合)闸主电路，从而模拟低气压闭锁分(合)闸故障，同时，“低压闭锁”信号接点接通，将该故障信号输出，而位置接点保持不变，原来是什么状态就处于什么状态。

分闸主电路、合闸主电路既有输入检测的作用，也有输出作用。

请参照图3所示，输入电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、光电隔离芯片U6、二极管D1以及第一缓冲门电路，其中，输入电路的输入端连接至光电隔离芯片U6的发光二极管，光电隔离芯片U6的光敏三极管的集电极连接至电压源，光电隔离芯片U6的光敏三极管的发射极通过第一缓冲门电路与主控器的输入端相连，电阻R1的一端接地，另一端连接于光电隔离芯片U6的光敏三极管的发射极和第一缓冲门电路之间，电阻R2与光电隔离芯片U6的发光二极管串联，电容C1和二极管D1均并接于光电隔离芯片U6的发光二极管的两端。面板上的输入端子一部分直接和输入电路相连，一部分经检测分合闸主电路后，经过输入匹配电路，光电隔离及缓冲后，经主控器IO口进入主控器。直接和输入电路相连的输入主要有分合闸按钮及操作电源检测回路。

请参照图4所示，输出电路包括第二缓冲门电路、继电器驱动电路、以及光电隔离电路，第二缓冲门电路的输入端作为输出电路的输入端连接于主控器的输出端，第二缓冲门电路的输出端经光电隔离电路再通过继电器驱动电路连接于固态继电器。光电隔离电路包括光电隔离芯片U2和光电隔离芯片U3，第二缓冲门电路的输出端通过电阻R3与光电隔离芯片U2的发光二极管的负极以及光电隔离芯片U3的发光二极管的正极分别连接，光电隔离芯片U2的发光二极管的正极以及光电隔离芯片U3的发光二极管的负极均接地，光电隔离芯片U2的光敏三极管和光电隔离芯片U3的光敏三极管均连接于继电器驱动电路的输入端。继电器驱动电路包括二极管D2、电阻R4、NPN三极管Q1、电阻R5、电阻R6；其中，电阻R4和二极管D2并接于固态继电器的两端，固态继电器与电压源连接的一端与光电隔离芯片U2的光敏三极管的集电极以及光电隔离芯片U3的光敏三极管的集电极均相连，NPN三极管Q1的集电极连接于固态继电器的另一端；电阻R5和电阻R6串联后一端接地，另一端与光电隔离芯片U2的光敏三极管的发射极以及光电隔离芯片U3的光敏三极管的发射极均相连，NPN三极管Q1的基极连接于电阻R5和电阻R6之间，NPN三极管Q1的发射极接地。

本模拟断路器的继电器可以是多个，设置于不同的输出电路上，分别连接于主控器不同的IO口上，分合闸主电路采用固态继电器，用于切断回路电流。例如，继电器可以是包括跳闸接点、合闸接点、辅助接点及机构故障模拟接点等多组，用于实现各种断路器可能的故障。这些故障包括：开关拒动、开关误动、开关慢分、非全相、开关操作机构故障、SF6开关轻微、严重泄漏、油开关轻微、严重泄漏、开关空压、油压低、辅助接点异常等。

本模拟断路器装置的一个显著特点在于通过继电器的开关组合模拟实现断路器的多种故障类型。具体而言，本模拟断路器装置的输出继电器中包括32对常开接点，并可由嵌入式微处理器控制产生多个接点开断的组合逻辑电路，从而模拟断路器故障，如油压低需监控系统控制产生一个带电闭接点，如开关慢分需监控系统控制产生延时打开的断路器接点及辅助接点。这样，在一次性接入后，无需改动任何线路的情况下，可动态产生多种故障类型变化，并且通过改变继电器的状态可撤销故障，恢复常态。

基于上述的设计原理，本模拟断路器装置可实现的功能包括：三相跳闸回路、三相合闸回路、每相跳闸回路可单独跳闸、每相合闸回路可单独合闸、每相跳闸回路可单独设定跳闸时间、每相合闸回路可单独设定合闸时间、支持三跳(三相同时跳闸)、支持三合(三相同时合闸)每相支持双跳闸回路、每相跳闸回路包括4对辅助空接点、每相合闸回路包括4对辅助空接点。支持开关机构故障模拟、机构故障模拟包括10对辅助空接点。

另外，模拟断路器进一步包括输入输出接口，输入输出接口的输入端通过输入电路经主控器连接至输出电路；或者输入输出接口的输入端通过合闸主电路或分闸主电路后，再通过输入电路经主控器连接至输出电路。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或应用，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (8)

1.一种带故障模拟功能的模拟断路器，其特征在于，其包括：

合闸主电路，用于模拟断路器的合闸动作；

分闸主电路，用于模拟断路器的分闸动作；

以及输入电路、输出电路和主控器；

其中，所述输入电路的输出端通过主控器连接于输出电路的输入端，在所述输出电路中包括结构相同的第一输出电路和第二输出电路，其中第一输出电路和第二输出电路中分别设置有第一固态继电器和第二固态继电器，在所述合闸主电路中设置有一与第一固态继电器相对应的第一辅助触点，在分闸主电路中设置有一与第二固态继电器相对应的第二辅助触点；

所述合闸主电路进一步包括电阻R7、R8和R9、合闸电阻选择开关以及与一跳位监视继电器相对应的第三辅助触点；所述合闸电阻选择开关包括第一动触点以及与该第一动触点相配合的第一静触点、第二静触点和第三静触点；所述电阻R7的一端连接至第一动触点，另一端依次经电阻R8、电阻R9、第一辅助触点和第三辅助触点连接至跳位监视端；所述第一动触点连接至合闸主电路公共端，第一静触点连接于电阻R8和电阻R9之间，第二静触点连接于电阻R7和电阻R8之间，第三静触点悬空，第一辅助触点和第三辅助触点之间的引线分成两路，一路作为合闸主电路输入端，另一路连接至输入电路；

所述分闸主电路进一步包括电阻R10、R11和R12、以及分闸电阻选择开关；所述分闸电阻选择开关包括第二动触点以及与该第二动触点相配合的第四静触点、第五静触点和第六静触点；所述电阻R10的一端连接至第二动触点，另一端依次经电阻R11、电阻R12连接至第二辅助触点的一端，第二辅助触点的另一端分成两路，一路作为分闸主电路输入端，另一路连接至输入电路；所述第二动触点连接至分闸主电路公共端，第四静触点连接于电阻R11和电阻R12之间，第五静触点连接于电阻R10和电阻R11之间，第六静触点悬空。

2.根据权利要求1所述的带故障模拟功能的模拟断路器，其特征在于，所述输入电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、光电隔离芯片U6、二极管D1以及第一缓冲门电路，其中，所述输入电路的输入端连接至光电隔离芯片U6的发光二极管，光电隔离芯片U6的光敏三极管的集电极连接至电压源，光电隔离芯片U6的光敏三极管的发射极通过第一缓冲门电路与主控器的输入端相连，电阻R1的一端接地，另一端连接于光电隔离芯片U6的光敏三极管的发射极和第一缓冲门电路之间，电阻R2与光电隔离芯片U6的发光二极管串联，电容C1和二极管D1均并接于光电隔离芯片U6的发光二极管的两端。

3.根据权利要求1所述的带故障模拟功能的模拟断路器，其特征在于，所述输出电路包括第二缓冲门电路、继电器驱动电路、以及光电隔离电路，所述第二缓冲门电路的输入端作为输出电路的输入端连接于主控器的输出端，对于第一输出电路，第二缓冲门电路的输出端经光电隔离电路再通过继电器驱动电路连接于第一固态继电器；对于第二输出电路，第二缓冲门电路的输出端经光电隔离电路再通过继电器驱动电路连接于第二固态继电器。

4.根据权利要求3所述的带故障模拟功能的模拟断路器，其特征在于，所述光电隔离电路包括光电隔离芯片U2和光电隔离芯片U3，第二缓冲门电路的输出端通过电阻R3与光电隔离芯片U2的发光二极管的负极以及光电隔离芯片U3的发光二极管的正极分别连接，光电隔离芯片U2的发光二极管的正极以及光电隔离芯片U3的发光二极管的负极均接地，光电隔离芯片U2的光敏三极管和光电隔离芯片U3的光敏三极管均连接于继电器驱动电路的输入端。

5.根据权利要求4所述的带故障模拟功能的模拟断路器，其特征在于，所述继电器驱动电路包括二极管D2、电阻R4、NPN三极管Q1、电阻R5、电阻R6；其中，电阻R5和电阻R6串联后一端接地，另一端与光电隔离芯片U2的光敏三极管的发射极以及光电隔离芯片U3的光敏三极管的发射极均相连，NPN三极管Q1的基极连接于电阻R5和电阻R6之间，NPN三极管Q1的发射极接地；对于第一输出电路，电阻R4和二极管D2并接于第一固态继电器的两端，第一固态继电器与电压源连接的一端与光电隔离芯片U2的光敏三极管的集电极以及光电隔离芯片U3的光敏三极管的集电极均相连，第一固态继电器的另一端连接至NPN三极管Q1的集电极；对于第二输出电路，电阻R4和二极管D2并接于第二固态继电器的两端，第二固态继电器与电压源连接的一端与光电隔离芯片U2的光敏三极管的集电极以及光电隔离芯片U3的光敏三极管的集电极均相连，第二固态继电器的另一端连接至NPN三极管Q1的集电极。

6.根据权利要求1所述的带故障模拟功能的模拟断路器，其特征在于，所述模拟断路器进一步包括输入输出接口，所述输出电路包括与第一输出电路和第二输出电路结构相同的第三输出电路，在该第三输出电路中设置有一第三固态继电器，所述输入输出接口上连接有与该第三固态继电器相对应的第四辅助触点；所述输入输出接口的输入端通过输入电路经主控器连接至输出电路；或者所述输入输出接口的输入端通过合闸主电路或分闸主电路后，再通过输入电路经主控器连接至输出电路。

7.根据权利要求1-6任一项所述的带故障模拟功能的模拟断路器实现故障模拟的方法，其特征在于，

模拟断路器的合闸动作时，将外部合闸脉冲连接于合闸主电路输入端和合闸主电路公共端，通过调整合闸电阻选择开关的连接选取实际合闸线圈大小的电阻值，然后将该外部合闸脉冲经由输入电路进入主控器，主控器对该外部合闸脉冲进行处理后通过输出电路输出至第一固态继电器和跳位监视继电器，实现对合闸主电路中的第一辅助触点和第三辅助触点进行控制，完成模拟断路器的合闸动作；

模拟断路器的分闸动作时，将外部分闸脉冲连接于分闸主电路输入端和分闸主电路公共端，通过调整分闸电阻选择开关的连接选取实际分闸线圈大小的电阻值，然后将该外部分闸脉冲经由输入电路进入主控器，主控器对该外部分闸脉冲进行处理后通过输出电路输出至第二固态继电器，实现对分闸主电路中的第二辅助触点进行控制，完成模拟断路器的分闸动作。

8.根据权利要求7所述的带故障模拟功能的模拟断路器实现故障模拟的方法，其特征在于，

当模拟断路器在分位，则第一固态继电器及跳位继电器励磁，第一辅助触点和第三辅助触点闭合，合闸主电路接通，外部合闸脉冲到来后，经过第一辅助触点和合闸电阻形成合闸电流，输入电路检测到该合闸电流后，经过主控器的判断，延时一段时间后，控制第一固态继电器不励磁，则第一辅助触点断开，合闸主电路被切断，跳位继电器也失去励磁，合闸过程完成；同时模拟断路器转换到合位，主控器控制第二固态继电器励磁，使分闸主电路接通，准备进入分闸过程；

当模拟断路器在合位，则第二固态继电器励磁，第二辅助触点闭合，分闸主电路接通，外部分闸脉冲到来后，经过第二辅助触点及分闸电阻形成分闸电流，输入电路检测到该分闸电流后，经过控制器的判断，延时一段时间后，控制第二固态继电器不励磁，则分闸主电路被切断，分闸过程完成；同时模拟断路器转换到分位，控制器控制第一固态继电器及跳位继电器励磁，使合闸主电路接通，准备进入合闸过程。