CN106026389A - 断路器分合闸线圈控制电路及其监测保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种断路器分合闸线圈控制电路及其监测保护电路，主处理器电路还连接一路监测保护电路，该路监测保护电路包括A/D转换电路、以及用于采集合闸回路和分闸回路电流的电流互感器，所述电流互感器经过所述A/D转换电路连接所述主处理器电路；还设有另一路监测保护电路，该路监测保护电路包括一个逻辑处理电路、隔离电路和对应的检测电路，所述检测电路连接所述电子开关驱动电路。本发明的监测保护电路分为两路，通过两方面途径获取信息，分析分合闸线圈情况，大大提高了可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种断路器分合闸线圈控制电路，特别是其监测保护电路。
背景技术
在中压配电网中，断路器对电力系统的安全稳定运行起着重要作用。目前一般都是采用智能单元连接断路器，需要操作断路器时，通过后台终端或调度远方装置发出命令给智能单元，智能单元再向断路器操作机构发出分/合命令，操作机构一般能够正确响应信号进行断路器分合闸。在电网发生故障时，智能单元能迅速做出响应，并以毫秒级的速度去执行分闸动作，从而迅速的隔离故障。实践证明，断路器操作机构的稳定性不高，会现如机构内部卡滞、拒分、拒合等现象。特别是分、合闸电源为直流时，使用继电器进行分合闸控制，断路器的辅助触点在分合直流的时候电弧严重且不容易熄灭影响寿命。由于分合闸线圈容量都是按照短时通电设计的，便很容易因通电时间过长损坏。
因此，现有技术中也出现了采用电子开关取代继电器进行控制的方式（如专利文献CN104157509A），也有继电器与电子开关组合使用的方式（如专利文献CN103414167）。电子开关采用IGBT、VMOSFET等全控型功率器件，例如，通过设定导通时间，使电子开关仅在导通时间内接通合闸回路，这样串在合闸回路中的辅助常闭触点（延时断开的常闭触点）就不需要开断直流电流，不会影响寿命。
由于对分合闸线圈的保护、控制非常重要，有些断路器产品还设计有用于分合闸监测继电器或者电路，以便在故障或不当操作时损毁分合闸线圈本身和控制部分。如专利文献CN103414167披露的方案，通过单片机CUP采集分合闸回路的电气量，结合断路器辅助触点的开关状态，在线圈烧毁前断开通电回路从而保护分合闸线圈。
但是，这种方案完全依赖霍尔传感器，可靠性低，而且，通过单片机将电流值进行采样A/D转换处理，处理速度不够快，影响对设备的保护。
发明内容
本发明的目的是提供一种分合闸线圈的监测保护电路，用以解决现有技术的监控保护可靠性差的问题；并且进一步解决处理速度慢得问题。同时还提供了一种使用该监测保护电路的分合闸线圈控制电路。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种断路器分合闸线圈控制电路，包括主处理器电路，主处理器电路通过输出触发电路连接电子开关驱动电路，输出触发电路用于形成触发信号，电子开关驱动电路用于根据所述触发信号驱动分闸回路和合闸回路中的分闸电子开关与合闸电子开关；所述主处理器电路还连接一路监测保护电路，该路监测保护电路包括A/D转换电路、以及用于采集合闸回路和分闸回路电流的电流互感器，所述电流互感器经过所述A/D转换电路连接所述主处理器电路；还设有另一路监测保护电路，该路监测保护电路包括一个逻辑处理电路、隔离电路和对应的检测电路，所述检测电路连接所述电子开关驱动电路，用于根据电子开关驱动电路的输出形成对应的逻辑信号，并将这些逻辑信号经过所述隔离电路送入所述逻辑处理电路，逻辑处理电路根据输入的逻辑信号进行判断，所述判断结果也用于生成所述触发信号；所述检测电路为以下三种电路的一种或多种：过流检测电路，用于检测电子开关驱动电路的输出电流是否大于正常值范围；断线检测电路，用于检测分、合闸线圈回路是否处于断开状态；电压检测电路，用于检测分闸、合闸回路的供电电压。
进一步的，整流电路输出连接合闸回路和分闸回路，合闸回路中串设有合闸电子开关和合闸电流检测单元，分闸回路中串设有分闸电子开关和分闸电流检测单元；所述过流检测电路、断线检测电路分为两组，一组对应合闸电子开关，另一组对应分闸电子开关，每组包括：一个比较器，一个切换电路，一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器同相输入端连接对应的电流检测单元，反相输入端连接切换电路的输出端，切换电路的输入端分别连接所述一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器输出端连接隔离电路；当切换电路切换到基准高电压电路时，为过流检测电路工作状态，当切换电路切换到基准低电压电路时，为断线检测电路工作状态。
进一步的，所述电流检测单元为采样电阻。
进一步的，所述电压检测电路连接整流电路输出端。
本发明还提供了一种断路器分合闸线圈监测保护电路，所述断路器分合闸线圈监测保护电路分为两路，一路包括主处理器电路、A/D转换电路、以及用于采集合闸回路和分闸回路电流的电流互感器，所述电流互感器经过所述A/D转换电路连接所述主处理器电路；另一路包括一个逻辑处理电路、隔离电路和对应的检测电路，所述检测电路连接所述电子开关驱动电路，用于根据电子开关驱动电路的输出形成对应的逻辑信号，并将这些逻辑信号经过所述隔离电路送入所述逻辑处理电路；逻辑处理电路根据输入的逻辑信号进行判断，所述判断结果用于生成所述电子开关驱动电路的触发信号所述检测电路为以下三种电路的一种或多种：过流检测电路，用于检测电子开关驱动电路的输出电流是否大于正常值范围；断线检测电路，用于检测分、合闸线圈回路是否处于断开状态；电压检测电路，用于检测分闸、合闸回路的供电电压。
进一步的，整流电路输出连接合闸回路和分闸回路，合闸回路中串设有合闸电子开关和合闸电流检测单元，分闸回路中串设有分闸电子开关和分闸电流检测单元；所述过流检测电路、断线检测电路分为两组，一组对应合闸电子开关，另一组对应分闸电子开关，每组包括：一个比较器，一个切换电路，一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器同相输入端连接对应的电流检测单元，反相输入端连接切换电路的输出端，切换电路的输入端分别连接所述一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器输出端连接隔离电路；当切换电路切换到基准高电压电路时，为过流检测电路工作状态，当切换电路切换到基准低电压电路时，为断线检测电路工作状态。
进一步的，所述电流检测单元为采样电阻。
进一步的，所述电压检测电路连接整流电路输出端。
本发明的监测保护电路分为两路，通过两方面途径获取信息，分析分合闸线圈情况，大大提高了可靠性。
而且，主处理器实时高精度采样分合闸线圈电流，记录分析分合闸线圈电流波形，及时输出过流报警信号。同时加设逻辑处理电路，一旦检测到过流信号，直接停止分合闸动作，增加电流保护的灵活性，逻辑处理电路属于硬件逻辑，因此能够从硬件和软件两方面保护分合闸回路。
附图说明
图1是本发明的一种实施方式的电路框图；
图2是本发明的另一种实施方式的电路框图；
图3是图2的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示是本发明的断路器分合闸线圈控制电路的电路框图。
实线框内部分是断路器分合闸线圈控制电路，实线框外部分是与控制电路相关的断路器部分，如分闸回路、合闸回路、辅助触点、电源等。
现有技术中的控制电路，包括主处理器电路、输出触发电路、电子开关驱动电路、A/D转换电路、电流互感器。
其中主处理器电路、输出触发电路、电子开关驱动电路构成主要的控制部分，主处理器电路用于接收远方调度遥控或就地控制的分合闸命令，经过输出触发电路、电子开关驱动电路输出到分、合闸线圈。
其中的电流互感器及A/D转换电路，构成第一路监测保护电路，进行分、合闸电流电压实时采样，发现异常及时停止分合闸动作，并且上传至后台终端或调度远方装置，及时发现问题，及时维护。
具体的，电流互感器可以采用霍尔电流传感器，执行分、合闸动作时，霍尔电流传感器采样录波分、合闸线圈电流，主处理器分析电流波形，记录分合闸次数，判断分合闸线圈及操作机构工况，电流过高时产生过流告警信号。
第一路监测保护电路中，主处理器电路，可为单片机MCU、DSP、ARM等；A/D转换电路，可以是独立的转换芯片，也可以是主处理器中集成的转换模块。另外，一般来说，考虑到电压差别较大，输出触发电路和主处理器电路之间还设置有隔离电路。再者，还可以增加霍尔电压传感器，检测控制电路电压，从而可以更全面的记录断路器工作情况。
本发明的重点在于，为了克服仅依靠电流互感器进行录波判断异常情况的局限性和低可靠性，本发明还增加了第二路监测保护电路，该第二路监测保护电路如图1所示，包括逻辑处理电路和检测电路。检测电路连接电子开关驱动电路，用于根据电子开关驱动电路的输出形成对应的逻辑信号，并将这些逻辑信号经过所述隔离电路送入逻辑处理电路，逻辑处理电路根据输入的逻辑信号进行判断，所述判断结果用于生成（对电子开关驱动电路的）触发信号。
逻辑处理电路，可以选取单片机，也可为FPGA/CPLD，也可为逻辑门芯片搭建的电路。选择FPGA等芯片，相对单片机，处理速度更有优势。
主处理器可以不经过逻辑处理电路，通过输出触发电路形成触发信号控制电子开关驱动电路，如图1所示的那样，在正常情况下，主处理器不经过逻辑处理电路，直接控制输出触发电路；在对电流互感器采集的电流进行录波的过程中，同时判断电流波形，在异常情况下形成告警并且直接由主处理器发出指令控制输出触发电路形成触发信号，使电子开关停止分、合闸操作（也可以是由主处理器向后台调度反馈录波信息，由后台调度给出指令，而主处理器进行响应）。这种方式下，第二路监测保护电路的判断结果也需要由逻辑处理电路送入主处理器，由主处理器发出指令，在异常情况下停止分、合闸动作。
作为其他实施方式，主处理器也可以先经过逻辑处理电路，通过逻辑处理电路、输出触发电路后形成触发信号，如图2所示的那样；这种方式下，如果第二路的监测保护电路的逻辑处理电路采用FPGA等芯片，就能够发挥FPGA逻辑处理速度快的优势：即在第二路的监测保护电路检测到异常状态时不用经过主处理器，直接通过逻辑处理电路发出指令停止分、合闸动作。当然，这种情况下，正常情况下的触发信号形成也需要经过主处理器和逻辑处理电路，异常情况下第一路监测保护电路的采集结果也需要经过主处理器、逻辑处理电路、输出触发电路后形成触发信号。
逻辑处理电路选择FPGA等芯片时，属于硬件逻辑，主处理电路属于软件逻辑，因此能够从硬件和软件两方面保护分合闸回路。本实施例中，整个控制电路属于（背景技术中所述的）断路器智能单元的一部分，因此上述处理器电路、逻辑处理器电路都可以使用断路器智能单元的处理器和逻辑处理器，这样就不必单独设置处理器电路和逻辑处理器电路。
具体的，图1中的检测电路包括至少三种电路，在具体的实施时，可以选择配置任意一种、任意两种或全部三种电路。如图2所述为包括全部三种电路的情况，这三种电路分别是断线检测电路，用于判断分、合闸线圈回路是否处于断开状态。过流检测电流，分、合闸时，检测驱动电路输出的电流是否大于正常值范围，在设备损坏之前停止分、合闸。过流的原因包括分、合闸线圈故障，接线短路等。电压检测电路，用于监测线圈控制电源的有无；通过实时高精度采样分合闸控制回路电压值，同时硬件电压检测电路监测控制回路电压状态，通过逻辑电路禁止无压或回路断线时的分合闸动作，有效避免拒动。
图2中，电压检测电路用于检测整流电路的输出，整流电路用于将输入的控制电源整流为电子开关驱动电路供电。
执行分、合闸动作时，过流检测电路一旦检测到过流，并且超过预设时间，逻辑处理电路会停止分、合闸动作，以保护分、合闸线圈及控制电路。
执行分、合闸动作时，如果电压检测电路检测到无压或断线检测电路检测到回路断线，逻辑处理电路会禁止分、合闸动作，并且主处理器会将状态实时上传至后台终端或调度远方装置。
执行分、合闸动作时，逻辑处理电路判断辅助触点的通断，当分闸时辅助触点处于非合位置（即另三种位置的任意一种），合闸时辅助触点处于非分位置便及时停止分、合闸动作，以防止常闭触点、常开触点在分断直流时燃弧时间过长。
另外，图2中还给出了开关量处理电路，用于检测辅助触点的状态；开关量处理电路通过隔离电路连接逻辑处理电路，将辅助触点的信息提供给逻辑处理电路，以供逻辑处理电路进行分析判断。开关量处理电路也属于监测保护电路，可以作为上述第一路监测保护电路的一部分，也可以视为上述第二路监测保护电路的一部分。
如图3所示，整流电路输出连接合闸回路和分闸回路，合闸回路中串设有合闸电子开关和合闸电流检测单元，分闸回路中串设有分闸电子开关和分闸电流检测单元；所述过流检测电路、断线检测电路分为两组，一组对应合闸电子开关，另一组对应分闸电子开关，每组包括：一个比较器，一个切换电路，一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器同相输入端连接对应的电流检测单元，反相输入端连接切换电路的输出端，切换电路的输入端分别连接所述一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器输出端连接隔离电路；当切换电路切换到基准高电压电路时，为过流检测电路工作状态，当切换电路切换到基准低电压电路时，为断线检测电路工作状态。
其中的电流检测单元可以采用采样电阻。
其中通过切换电路切换为基准低电压时，电流检测与比较器可以响应很小的电流，用于进行回路断线检测。通过切换电路切换为基准高电压时，电流检测与比较器可以响应很大的过流电流，用于进行线圈过流检测。电机启动瞬间进行回路断线检测，检测到回路正常后，切换为线圈过流检测，直至电机运行完成。分闸电子开关、合闸电子开关，为mosfet或IGBT。
电压检测电路连接整流电路输出端。电压检测电路不能检测具体电压数值，只能检测电压有无，霍尔电压传感器电路可以测量回路电压的具体数值。
本发明要求保护的主题包括控制电路和监测保护电路，由于以上已经对控制电路进行了详细描述，而监测保护电路属于控制电路的一部分，因此不再以单独的篇幅进行介绍。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种断路器分合闸线圈控制电路，包括主处理器电路，主处理器电路通过输出触发电路连接电子开关驱动电路，输出触发电路用于形成触发信号，电子开关驱动电路用于根据所述触发信号驱动分闸回路和合闸回路中的分闸电子开关与合闸电子开关；所述主处理器电路还连接一路监测保护电路，该路监测保护电路包括A/D转换电路、以及用于采集合闸回路和分闸回路电流的电流互感器，所述电流互感器经过所述A/D转换电路连接所述主处理器电路；其特征在于，还设有另一路监测保护电路，该路监测保护电路包括一个逻辑处理电路、隔离电路和对应的检测电路，所述检测电路连接所述电子开关驱动电路，用于根据电子开关驱动电路的输出形成对应的逻辑信号，并将这些逻辑信号经过所述隔离电路送入所述逻辑处理电路，逻辑处理电路根据输入的逻辑信号进行判断，所述判断结果也用于生成所述触发信号；所述检测电路为以下三种电路的一种或多种：过流检测电路，用于检测电子开关驱动电路的输出电流是否大于正常值范围；断线检测电路，用于检测分、合闸线圈回路是否处于断开状态；电压检测电路，用于检测分闸、合闸回路的供电电压。
2.根据权利要求1所述的一种断路器分合闸线圈控制电路，其特征在于，整流电路输出连接合闸回路和分闸回路，合闸回路中串设有合闸电子开关和合闸电流检测单元，分闸回路中串设有分闸电子开关和分闸电流检测单元；所述过流检测电路、断线检测电路分为两组，一组对应合闸电子开关，另一组对应分闸电子开关，每组包括：一个比较器，一个切换电路，一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器同相输入端连接对应的电流检测单元，反相输入端连接切换电路的输出端，切换电路的输入端分别连接所述一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器输出端连接隔离电路；当切换电路切换到基准高电压电路时，为过流检测电路工作状态，当切换电路切换到基准低电压电路时，为断线检测电路工作状态。
3.根据权利要求2所述的一种断路器分合闸线圈控制电路，其特征在于，所述电流检测单元为采样电阻。
4.根据权利要求2所述的一种断路器分合闸线圈控制电路，其特征在于，所述电压检测电路连接整流电路输出端。
5.一种断路器分合闸线圈监测保护电路，其特征在于，所述断路器分合闸线圈监测保护电路分为两路，一路包括主处理器电路、A/D转换电路、以及用于采集合闸回路和分闸回路电流的电流互感器，所述电流互感器经过所述A/D转换电路连接所述主处理器电路；另一路包括一个逻辑处理电路、隔离电路和对应的检测电路，所述检测电路连接所述电子开关驱动电路，用于根据电子开关驱动电路的输出形成对应的逻辑信号，并将这些逻辑信号经过所述隔离电路送入所述逻辑处理电路；逻辑处理电路根据输入的逻辑信号进行判断，所述判断结果用于生成所述电子开关驱动电路的触发信号所述检测电路为以下三种电路的一种或多种：过流检测电路，用于检测电子开关驱动电路的输出电流是否大于正常值范围；断线检测电路，用于检测分、合闸线圈回路是否处于断开状态；电压检测电路，用于检测分闸、合闸回路的供电电压。
6.根据权利要求5所述的一种断路器分合闸线圈监测保护电路，其特征在于，整流电路输出连接合闸回路和分闸回路，合闸回路中串设有合闸电子开关和合闸电流检测单元，分闸回路中串设有分闸电子开关和分闸电流检测单元；所述过流检测电路、断线检测电路分为两组，一组对应合闸电子开关，另一组对应分闸电子开关，每组包括：一个比较器，一个切换电路，一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器同相输入端连接对应的电流检测单元，反相输入端连接切换电路的输出端，切换电路的输入端分别连接所述一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器输出端连接隔离电路；当切换电路切换到基准高电压电路时，为过流检测电路工作状态，当切换电路切换到基准低电压电路时，为断线检测电路工作状态。
7.根据权利要求6所述的一种断路器分合闸线圈监测保护电路，其特征在于，所述电流检测单元为采样电阻。
8.根据权利要求6所述的一种断路器分合闸线圈监测保护电路，其特征在于，所述电压检测电路连接整流电路输出端。
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