CN106098439A - 断路器分合闸电磁铁智能控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器分合闸电磁铁智能控制模块，包括依次连接的输入电源、整流滤波电路及电力电子开关；所述电力电子开关的输出端分别与合闸线圈及分闸线圈的输入端连接；所述合闸线圈及分闸线圈的输出端分别与单刀双掷继电器的常开触点及常闭触点连接，所述单刀双掷继电器的不动端与霍尔电流传感器的输入端连接；所述霍尔电流传感器的输出端与控制器连接；所述控制器与隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与电力电子开关连接完成对线圈电流的闭环控制。本发明对分合闸电磁铁的线圈电流进行闭环斩波控制，从根本上改变分合闸电磁铁的激励方式。

Description

断路器分合闸电磁铁智能控制模块

技术领域

本发明涉及一种断路器分合闸电磁铁智能控制模块。

背景技术

电力是国民经济发展的命脉，是国家战略能源总体部署的核心。随着国民经济的不断发展和科学技术的持续进步，社会对电能质量的要求越来越高，而配电网作为整个电网的末端是电网能否安全运行的关键环节之一。在配电网络中存在大量的10kV、35kV断路器，是电力系统配电网中最重要的开关电器设备之一，控制并保护着整个配电网的正常运行。其分、合闸操作是通过分、合闸电磁铁的动作来瞬时冲击脱扣挚子，挚子脱扣后，释放弹簧储能机构的能量，进而带动断路器的操作机构动作，来完成触头的分、合闸。也就是说，分、合闸电磁铁并不是断路器动作的直接动力，其仅用于储能弹簧的能量释放，分、合闸电磁铁线圈只需要短时激磁电流来提供足够的瞬时冲击力即可，因此，其线圈往往按短时通电设计，通电时间超过2秒就有可能烧坏，断路器的分、合闸动作完成后，通常依靠辅助触点的动作来及时断开分、合闸线圈电流，避免烧坏。

由此可见：分、合闸电磁铁是高压断路器操作机构的第一级控制元件，断路器的所有保护功能最后都要通过该电磁铁的动作来实现，但由于种种原因， 断路器操作机构可能出现卡涩、动作不到位或辅助触点粘连等问题，使分、合闸线圈长时间通电而烧毁，降低配电系统的供电可靠性。且一旦线圈烧毁，则必须现场排查烧毁原因，更换线圈，之后对抢修后的断路器进行重新调校及参数整定，方能投入运行，大大延长配电系统的故障恢复时间。目前，针对分、合闸线圈烧毁这一多发故障多采取改进断路器二次回路的措施：增加时间继电器、中间继电器或其他延时开断装置，在设定时间内断开分、合闸线圈回路，防止其长期通电而烧坏。

目前在配电系统中，同样存在越来越多的智能化断路器，智能断路器主要是在二次侧利用微处理器技术和传感器技术组成新型智能断路器的二次系统，其主要的特点是：由电力电子技术、数字化控制装置构成的执行单元取代了从前复杂的机械结构；利用辅助继电器使机械结构得到简化，从而实现电子式操动，同时也使得机械系统的可靠性大为提高。目前智能断路器的基本框架结构多为智能控制器+传统断路器本体，而在传统断路器本体中，其分、合闸电磁铁依然依靠智能断路器的继保系统及辅助触点进行控制，因此仍存在线圈烧毁的风险。

另外，断路器“跳跃”故障是断路器最恶劣的故障之一，发生的过程如下：由于自动装置触点或控制开关自身特性的原因，在断路器合闸操作完成后，分合闸启动回路触点未立即断开，合闸脉冲一直存在，此时，如果系统故障（比如存在预伏短路电流），保护动作，断路器跳闸，但由于合闸命令并未解除，则断路器在跳闸后会重新合闸，如果为永久性故障，保护会再次将开关跳开，持续存在的合闸脉冲将会使断路器再次合闸，如此循环，发生断路器持续的“分—合”现象，称为断路器的跳跃故障。断路器的跳跃现象持续下去，会使断路器毁坏，造成事故扩大。

目前，针对分、合闸线圈烧毁这一常见故障多采取改进断路器二次回路的措施：增加时间继电器、中间继电器或其他延时开断装置，在设定时间内断开分、合闸线圈回路，防止其长期通电而烧坏；而针对断路器的“跳跃”故障，同样必须在操作回路中加装防跳继电器保护回路。以上措施无疑增加了二次继保回路的复杂程度，为电力系统引入了不可靠因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种断路器分合闸电磁铁智能控制模块，对分合闸电磁铁的线圈电流进行闭环斩波控制，从根本上改变分合闸电磁铁的激励方式。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种断路器分合闸电磁铁智能控制模块，其特征在于：包括依次连接的输入电源、整流滤波电路及电力电子开关，输入电源经整流滤波后变成平稳的直流电压，直流电压经电力电子开关斩波，产生高频方波电压；所述电力电子开关的输出端分别与合闸线圈及分闸线圈的输入端连接，将所述高频方波电压施加在合闸线圈及分闸线圈的两端得到平稳的线圈电流；所述合闸线圈及分闸线圈的输出端分别与单刀双掷继电器的常开触点及常闭触点连接，所述单刀双掷继电器的不动端与霍尔电流传感器的输入端连接；所述霍尔电流传感器的输出端与控制器连接，用于对线圈电流进行隔离检测并将检测结果输入控制器，所述控制器内部进行滞环电流运算；所述控制器与隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与电力电子开关连接，控制器输出驱动信号经隔离驱动电路作用于电力电子开关，对合闸线圈与分闸线圈的高频电压进行调节，完成对线圈电流的闭环控制。

进一步的，还包括本地分合闸接口，所述本地分合闸接口的一端与控制器连接，另一端与电子防跳跃逻辑电路的输入端连接，所述电子防跳跃逻辑电路的输出端与继电器驱动电路的输入端连接，所述继电器驱动电路的另一输入端与控制器连接，所述继电器驱动电路的输出端与所述单刀双掷继电器连接，用于驱动所述单刀双掷继电器。

进一步的，还包括辅助触点监测电路，所述辅助触点监测电路与控制器连接，用于监测辅助触点的状态，对断路器的拒动故障进行及时报警。

进一步的，还包括线圈温度监测电路，所述线圈温度监测电路与控制器连接，用于监测合闸线圈与分闸线圈温度，进行过热保护。

进一步的，还包括电压检测电路，所述电压检测电路的一端与控制器连接，另一端与整流滤波电路连接，用于监测输入电源是否正常。

进一步的，还包括人机界面及通信接口，所述人机界面与通信接口分别与控制器连接，所述人机界面用于在本地设置相关运行参数并显示当前运行状态；所述通信接口用于融入现有的调度遥控体系中，对分合闸电磁铁进行远程控制，并将当前运行状态反馈至控制器。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明对分、合闸电磁铁的线圈电流进行闭环斩波控制，可以精确控制分、合闸电磁铁的线圈激磁电流及激磁时间，避免线圈烧毁；

2、本发明可以对线圈激磁电流及激磁时间进行在线调整，在断路器一次遥控失败的情况下，通过远程或本地重置，加大线圈激磁电流及激磁时间，及时进行二次遥控分、合闸，提高遥控的成功率；

3、本发明通过使用一个单刀双掷继电器，使分闸线圈及合闸线圈共用一套控制回路，既降低了成本，同时实现了断路器的“电子防跳跃功能”；

4、本发明可以很方便的融入回路完整性检测功能，检测控制模块是否存在故障。

附图说明

图1是本发明的系统控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种断路器分合闸电磁铁智能控制模块，其特征在于：包括依次连接的输入电源、整流滤波电路及电力电子开关，输入电源经整流滤波后变成平稳的直流电压，直流电压经电力电子开关斩波，产生高频方波电压；所述电力电子开关的输出端分别与合闸线圈及分闸线圈的输入端连接，将所述高频方波电压施加在合闸线圈及分闸线圈的两端得到平稳的线圈电流；所述合闸线圈及分闸线圈的输出端分别与单刀双掷继电器的常开触点及常闭触点连接，所述单刀双掷继电器的不动端与霍尔电流传感器的输入端连接；所述霍尔电流传感器的输出端与控制器连接，用于对线圈电流进行隔离检测并将检测结果输入控制器，所述控制器内部进行滞环电流运算；所述控制器与隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与电力电子开关连接，控制器输出驱动信号经隔离驱动电路作用于电力电子开关，对合闸线圈与分闸线圈的高频电压进行调节，完成对线圈电流的闭环控制。

于本实施例中，控制器采用微芯公司dsPIC“GS”芯片系列芯片，即图1中的dsPIC控制系统。当进行合闸操作时，控制器驱动单刀双掷继电器使常开触点闭合，将合闸线圈接入控制回路；当分闸操作时，单刀双掷继电器复位，将分闸线圈接入控制回路。分闸线圈与合闸线圈分时复用一套控制电路，既降低了成本，又方便电子防跳功能的实现。另外，使分闸线圈与单刀双掷继电器的常闭触点连接，与合闸相比可以具有更快的分闸相应速度，提高配电系统的安全性，整个控制模块简单可靠，集成度高。

模块在一次遥控失败的情况下，可以对模块的运行参数进行远程或本地重置，增加激磁电流及激磁时间后及时进行二次遥控，提高断路器遥控分合闸的成功率，避免断路器拒动造成的长时间、大面积停电事故。于本实施例中，还包括本地分合闸接口，所述本地分合闸接口的一端与控制器连接，另一端与电子防跳跃逻辑电路的输入端连接；所述电子防跳跃逻辑电路的输出端与继电器驱动电路的输入端连接，所述继电器驱动电路的另一输入端与控制器连接，所述继电器驱动电路的输出端与所述单刀双掷继电器连接，用于驱动所述单刀双掷继电器。本地分合闸接口可以接收外部电路输入的分合闸电平脉冲，或者直接对分合闸电磁铁进行就地分、合闸控制；本地分合闸接口接到外部电路的控制脉冲后，将信号传入电子防跳跃逻辑电路进行电子防跳控制：如果一个合闸操作后紧跟一次分闸操作时，模块控制合闸电磁铁先动作，合闸完成后再控制分闸电磁铁动作，完成脉冲要求的一次断路器合闸-分闸动作；但前面的这个合闸命令不会引起第二次的断路器合闸操作，此时通过电子防跳跃逻辑电路将继电器状态锁定在复位状态，防止再次合闸；如果要进行第二次合闸操作，则前一个合闸命令必须先消失，之后再重新发出，从而防止跳跃故障的产生。

由于断路器长期运行会造成机构摩擦力增大、磨损及老化等现象，产生断路器拒动故障，进而导致辅助触点难以有效动作；于本实施例中，还包括辅助触点监测电路，所述辅助触点监测电路与控制器连接，用于监测辅助触点的状态，对断路器的拒动故障进行及时报警。

于本实施例中，还包括线圈温度监测电路，所述线圈温度监测电路与控制器连接，用于监测合闸线圈与分闸线圈温度，进行过热保护。

进一步的，还包括电压检测电路，所述电压检测电路的一端与控制器连接，另一端与整流滤波电路连接，用于监测输入电源是否正常。

进一步的，还包括人机界面及通信接口，所述人机界面与通信接口分别与控制器连接，所述人机界面用于在本地设置相关运行参数并显示当前运行状态；所述通信接口用于融入现有的调度遥控体系中，对分合闸电磁铁进行远程控制，并将当前运行状态反馈至控制器。

进一步，还包括续流模块，所述续流模块可以在分合闸电磁铁续流分断过程中，为线圈施加一定的负压，加快分断过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种断路器分合闸电磁铁智能控制模块，其特征在于：包括依次连接的输入电源、整流滤波电路及电力电子开关，输入电源经整流滤波后变成平稳的直流电压，直流电压经电力电子开关斩波，产生高频方波电压；所述电力电子开关的输出端分别与合闸线圈及分闸线圈的输入端连接，将所述高频方波电压施加在合闸线圈及分闸线圈的两端得到平稳的线圈电流；所述合闸线圈及分闸线圈的输出端分别与单刀双掷继电器的常开触点及常闭触点连接，所述单刀双掷继电器的不动端与霍尔电流传感器的输入端连接；所述霍尔电流传感器的输出端与控制器连接，用于对线圈电流进行隔离检测并将检测结果输入控制器，所述控制器内部进行滞环电流运算；所述控制器与隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与电力电子开关连接，控制器输出驱动信号经隔离驱动电路作用于电力电子开关，对合闸线圈与分闸线圈的高频电压进行调节，完成对线圈电流的闭环控制。

2.根据权利要求1所述的断路器分合闸电磁铁智能控制模块，其特征在于：还包括本地分合闸接口，所述本地分合闸接口的一端与控制器连接，另一端与电子防跳跃逻辑电路的输入端连接，所述电子防跳跃逻辑电路的输出端与继电器驱动电路的输入端连接，所述继电器驱动电路的另一输入端与控制器连接，所述继电器驱动电路的输出端与所述单刀双掷继电器连接，用于驱动所述单刀双掷继电器。

3.根据权利要求1所述的断路器分合闸电磁铁智能控制模块，其特征在于：还包括辅助触点监测电路，所述辅助触点监测电路与控制器连接，用于监测辅助触点的状态，对断路器的拒动故障进行及时报警。

4.根据权利要求1所述的断路器分合闸电磁铁智能控制模块，其特征在于：还包括线圈温度监测电路，所述线圈温度监测电路与控制器连接，用于监测合闸线圈与分闸线圈温度，进行过热保护。

5.根据权利要求1所述的断路器分合闸电磁铁智能控制模块，其特征在于：还包括电压检测电路，所述电压检测电路的一端与控制器连接，另一端与整流滤波电路连接，用于监测输入电源是否正常。

6.根据权利要求1所述的断路器分合闸电磁铁智能控制模块，其特征在于：还包括人机界面及通信接口，所述人机界面与通信接口分别与控制器连接，所述人机界面用于在本地设置相关运行参数并显示当前运行状态；所述通信接口用于融入现有的调度遥控体系中，对分合闸电磁铁进行远程控制，并将当前运行状态反馈至控制器。