CN106099866B - 具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置 - Google Patents

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    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
    • H02H7/222Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices for switches

Abstract

本发明公开了一种具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,包括电流信号检测电路、检测信号处理电路、保护执行单元电路、状态显示电路、保护计数电路、短信发送电路,其中电流信号检测电路将检测到的电流信号送入检测信号处理电路进行比较放大、延迟驱动、RS触发后输出保护控制信号,控制保护执行单元电路切断断路器分闸或者合闸电源,显示故障状态,并进行计数,同时经由计数电路控制短信发送电路发送保护动作情况的短信给检修人员及时检修。本发明杜绝了变电站发生越级跳闸和烧毁设备情况,降低供电企业因停电更换合闸线圈造成的经济损失,同时也降低了用电客户的经济损失和社会不良影响,大大提升了供电企业在社会中的良好形象。

Description

具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置
技术领域
本发明属于电子保护装置领域,具体涉及一种具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置。
背景技术
现在电力企业变电站的自动控制技术应用升级越来越高,35KV变电站多为无人值守变电站,断路器是变电站输电保护控制的主要设备,分闸、合闸多采用远程操控模式,在长期运行操作中,时有在操作停、送电或事故跳闸中发生断路器分闸、合闸线圈烧毁现象。分闸、合闸线圈设计时都是按短时通电而设计的。分闸、合闸线圈的烧毁,主要是由于分闸或合闸线圈回路的电流不能正常切断,致使分闸或合闸线圈长时间通电造成的。每次分闸或合闸线圈烧毁时,由于操作机构分闸或合闸线圈均安装在柜内,巡视检查人员很难发现故障及时更换,当线路或设备发生事故时,无法及时切断事故点,会造成越级跳闸及全站停电事故,更会牵连其他设备,使事故进一步扩大,造成更大的损失。市场上的几种专利线圈保护装置,保护动作不灵敏、不可靠。并且更换分闸、合闸线圈需要整个供电线路停电,给供电企业和用电客户造成非常大的经济损失。加上每次出车的费用,使每个线圈的更换费用达到了600元左右,造成社会不良影响,大大降低了供电企业的良好形象。
由于变电站均已实现无人值守,如果断路器保护装置动作了,却不能迅速让远方的检修人员知道故障信息,就不能及时处理故障,给故障埋下隐患,这时当设备或供电线路发生故障时,断路器分闸回路不能及时分闸切断事故设备或供电线路,就会造成变电站越级跳闸,造成全站停电或烧毁设备等严重事故。另外,每座变电站高压开关柜断路器都在20至30台,每个供电企业都有几十座变电站,当多座变电站多台断路器出现分合闸故障经检修恢复后,检修人员很难记住每个断路器操作机构发生分合闸的检修次数,当一台断路器操作机构连续发生二次以上同样故障,就要检修更换该操作机构部件了,而不是仅更换线圈了事,否则还会发生同样的故障。
目前,国内供电企业所有变电站都已实现自动控制,现有的高压开关柜断路器二次回路一般都装设有监视回路装置。但大多采用简单直观的红(绿)灯回路直接监视或利用分(合)闸位置继电器常闭触点串联启动中央信号的间接监视;以上监视回路在合闸状态下,断路器分闸、合闸线圈都不具备保护功能。当下述故障出现时,就会烧毁分闸、合闸线圈;1.当断路器辅助开关状态位置调整不当,断路器合闸后,辅助开关接点自动切断分闸回路,辅助接点打不开或拉弧,合闸接触器通过重合闸回路或绿灯回路自保持,分闸、合闸线圈长时间带电而被烧毁。2.还有断路器机构故障,传动连杆等卡涩,连板配合不好,使分闸、合闸铁芯过载,引起线圈烧坏。3.多次操作松动变位,触点转换不灵活,切换不可靠;操动机构的合闸铁芯顶杆碰到连板时,不能满足8~10mm继续上升的要求,4.自动重合闸时,合闸线圈长时间带0.4~2.2A的电流。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种断路器分闸或者合闸出现故障时,能够发送短信到检修人员手机,并切断分闸或者合闸线圈电源的断路器操作机构保护装置。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,包括电流信号检测电路、检测信号处理电路、保护执行单元电路、状态显示电路、保护计数电路、短信发送电路,其中电流信号检测电路的输出端连接检测信号处理电路的输入端,检测信号处理电路的输出端分别连接保护执行单元电路、状态显示电路、保护计数电路的输入端,保护计数电路与短信发送电路双向连接,电流信号检测电路用于检测断路器分闸电流和合闸电流,检测到分闸电流和合闸电流信号送入检测信号处理电路进行比较放大、延迟驱动、RS触发后输出保护控制信号,保护控制信号分别送入保护执行单元电路切断断路器分闸电源或者合闸电源,送入状态显示电路显示故障状态,送入保护计数电路进行一次计数,送入保护计数电路的保护控制信号经由保护计数电路控制短信发送电路发送保护动作情况的短信。
本发明进一步的还包括断路器位置指示电路,该断路器位置指示电路包括指示灯D7、指示灯D8,限流电阻R32、限流电阻R33,辅助开关FW,指示灯D7和限流电阻R32串联后一端接地,另一端经断路器辅助开关FW的合闸触点HZ连接电源VCC,指示灯D8和限流电阻R33串联后一端接地,另一端经断路器辅助开关FW的分闸触点FZ连接电源VCC,当断路器操作机构动作到合闸位置,指示灯D7点亮,指示断路器在合闸位置,当断路器操作机构动作到分闸位置,指示灯D8点亮,指示断路器在分闸位置。
进一步的,所述电流信号检测电路包括霍尔电流采集器PD1、霍尔电流采集器PD2,电流传感器IC2、电流传感器IC4,其中电流传感器IC2、电流传感器IC4采用ACS712,将由霍尔电流采集器PD1、霍尔电流采集器PD2采集的电流分别输送到电流传感器IC2、电流传感器IC4,由电流传感器IC2、电流传感器IC4把电流信号转换为电压信号输出。
进一步的,所述检测信号处理电路包括运放IC3、运放IC7,电容C2、电容C5~电容C6、电容C8~电容C11、电容C13,电阻R3、电阻R4、电阻R7~电阻R11、电阻R15~电阻R17、电阻R20~电阻R23,光耦U1、光耦U2,三极管Q1、三极管Q5,RS触发器IC6,其中运放IC3,电容C2、电容C5~电容C6、电容C8,电阻R3、电阻R4、电阻R7~电阻R11,光耦U1,三极管Q1构成一路信号处理电路,运放IC7,电容C9~电容C11、电容C13,电阻R15~电阻R17、电阻R20~电阻R23,光耦U2,三极管Q5构成另一路信号处理电路,由电流信号检测电路输出的一路电压信号经电阻R8送入运放IC3,放大后的信号经由电容C2、电阻R7组成的延时电路,驱动三极管Q1导通,从而使光耦U1导通,光耦U1输出高电平至RS触发器IC6的4脚,使RS触发器IC6的2脚输出低电平并进入锁定状态,同理,由电流信号检测电路输出的另一路电压信号经电阻R17送入运放IC7,放大后的信号经由电容C9、电阻R22组成的延时电路,驱动三极管Q5导通,从而使光耦U2导通,光耦U2输出高电平至RS触发器IC6的6脚,使RS触发器IC6的9脚输出低电平并进入锁定状态。
进一步的,所述保护执行单元电路包括三极管Q6、三极管Q4,光耦U3、光耦U4,可控硅Q7、可控硅Q9,继电器LK1,继电器LK2,其中RS触发器IC6的9脚连接三极管Q6的基极,三极管Q6的集电极接地,三极管Q6的发射极连接光耦U3的输入端,光耦U3的输出端连接可控硅Q7的控制端,继电器LK1的线圈一端经熔断器F1连接电源+HM,继电器LK1的线圈另一端经可控硅Q7、熔断器F2连接电源-HM,继电器LK1的常闭触点LK1-1串接在合闸控制回路中,同理,其中RS触发器IC6的2脚连接三极管Q4的基极,三极管Q4的集电极接地,三极管Q4的发射极连接光耦U4的输入端,光耦U4的输出端连接可控硅Q9的控制端,继电器LK2的线圈一端经熔断器F3连接电源+HM,继电器LK2的线圈另一端经可控硅Q9、熔断器F4连接电源-HM,继电器LK2的常闭触点LK2-1串接在分闸控制回路中,当出现合闸或者分闸故障时,RS触发器IC6输出低电平,分别驱动三极管Q6、三极管Q4导通,从而使光耦U3、光耦U4导通,控制可控硅Q7、可控硅Q9导通,继电器LK1,LK2动作,继电器LK1的常闭触点LK1-1、继电器LK2的常闭触点LK2-1断开,切断合闸回路或者分闸回路的电源。
进一步的,所述状态显示电路包括指示灯D1、指示灯D2,限流电阻R18、限流电阻R19,指示灯D1和限流电阻R18串联后一端接电源VCC,另一端连接三极管Q4的发射极,指示灯D2和限流电阻R19串联后一端接电源VCC,另一端连接三极管Q6的发射极,当断路器操发生分闸故障,指示灯D1点亮,当断路器发生合闸故障,指示灯D2点亮。
进一步的,所述保护计数电路包括单片机IC1,数码管DS1、数码管DS2,排阻RES1,电阻R1、电阻R13、电阻R14,晶振Y1,电容C1、电容C3、电容C4,按钮AN3,其中晶振Y1,电容C1、电容C3、电容C4构成单片机IC1的外围电路,来自检测信号处理电路的信号经三极管Q6、三极管Q4隔离后送入单片机IC1,经单片机IC1处理计数,输出至数码管DS1、数码管DS2显示。
进一步的,所述短信发送电路包括GSM模块,SIM卡座,电阻R26、电阻R28,指示灯D3,三极管Q8,其中,GSM模块的15脚连接单片机IC1的11脚,GSM模块的18脚、19脚分别连接单片机IC1的7脚、6脚,GSM模块的29脚、25脚、27脚、26脚、24脚分别连接SIM卡座的1脚、2脚、3脚、6脚、8脚,SIM卡座的1脚与7脚相连、4脚接地,GSM模块的32脚经电阻R28连接三极管Q8的基极,三极管Q8的发射极接地,三极管Q8的集电极经指示灯D3、电阻R26接电源,当断路器发生合闸或者分闸故障时,单片机IC1通过串口控制GSM模块向固定手机号发送固定内容的故障信息。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
本发明通过电流检测器件检测断路器合闸和分闸操作的电流,并且对电流进行延时判断,对合闸和分闸操作电流暂态过时保护的动作延迟时间精度可达微秒,且两者的动作实现无缝无触点切换,实现动作灵敏可靠,使用效果好;当断路器出现合闸和分闸故障时,通过中间继电器及时切断断路器的合闸或者分闸电源,保护分闸和合闸线圈不被烧毁,发生故障时,还发送短信给检修人员,维修人员及时得到信息,及时检修,杜绝了变电站发生越级跳闸和烧毁设备情况,降低供电企业因停电更换合闸线圈造成的经济损失,同时也降低了用电客户的经济损失和社会不良影响,大大提升了供电企业在社会中的良好形象。
附图说明
图1是本发明原理框图;
图2是本发明电路原理图;
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
如图1所示,本发明包括电流信号检测电路、检测信号处理电路、保护执行单元电路、状态显示电路、保护计数电路、短信发送电路、断路器位置指示电路,其中电流信号检测电路的输出端连接检测信号处理电路的输入端,检测信号处理电路的输出端分别连接保护执行单元电路、状态显示电路、保护计数电路的输入端,保护计数电路与短信发送电路双向连接,电流信号检测电路用于检测断路器分闸电流和合闸电流,检测到分闸电流和合闸电流信号送入检测信号处理电路进行比较放大、延迟驱动、RS触发后输出保护控制信号,保护控制信号分别送入保护执行单元电路切断断路器分闸电源或者合闸电源,送入状态显示电路显示故障状态,送入保护计数电路进行一次计数,送入保护计数电路的保护控制信号经由保护计数电路控制短信发送电路发送保护动作情况的短信。断路器位置指示电路用于指示断路器操作机构的位置,方便操作人员知晓断路器是处于合闸位置还是分闸位置,有利于判断断路器合闸或者分闸故障。
如图2所示,断路器位置指示电路包括指示灯D7、指示灯D8,限流电阻R32、限流电阻R33,辅助开关FW,指示灯D7和限流电阻R32串联后一端接地,另一端经断路器辅助开关FW的合闸触点HZ连接电源VCC,指示灯D8和限流电阻R33串联后一端接地,另一端经断路器辅助开关FW的分闸触点FZ连接电源VCC,当断路器操作机构动作到合闸位置,指示灯D7点亮,指示断路器在合闸位置,当断路器操作机构动作到分闸位置,指示灯D8点亮,指示断路器在分闸位置。
所述电流信号检测电路包括霍尔电流采集器PD1、霍尔电流采集器PD2,电流传感器IC2、电流传感器IC4,其中电流传感器IC2、电流传感器IC4采用ACS712,将由霍尔电流采集器PD1、霍尔电流采集器PD2采集的电流分别输送到电流传感器IC2、电流传感器IC4,由电流传感器IC2、电流传感器IC4把电流信号转换为电压信号输出。
所述检测信号处理电路包括运放IC3、运放IC7,电容C2、电容C5~电容C6、电容C8~电容C11、电容C13,电阻R3、电阻R4、电阻R7~电阻R11、电阻R15~电阻R17、电阻R20~电阻R23,光耦U1、光耦U2,三极管Q1、三极管Q5,RS触发器IC6,其中运放IC3,电容C2、电容C5~电容C6、电容C8,电阻R3、电阻R4、电阻R7~电阻R11,光耦U1,三极管Q1构成一路信号处理电路,运放IC7,电容C9~电容C11、电容C13,电阻R15~电容R17、电容R20~电容R23,光耦U2,三极管Q5构成另一路信号处理电路,由电流信号检测电路输出的一路电压信号经电阻R8送入运放IC3,放大后的信号经由电容C2、电阻R7组成的延时电路,驱动三极管Q1导通,从而使光耦U1导通,光耦U1输出高电平至RS触发器IC6的4脚,使RS触发器IC6的2脚输出低电平并进入锁定状态,同理,由电流信号检测电路输出的另一路电压信号经电阻R17送入运放IC7,放大后的信号经由电容C9、电阻R22组成的延时电路,驱动三极管Q5导通,从而使光耦U2导通,光耦U2输出高电平至RS触发器IC6的6脚,使RS触发器IC6的9脚输出低电平并进入锁定状态。
所述保护执行单元电路包括三极管Q6、三极管Q4,光耦U3、光耦U4,可控硅Q7、可控硅Q9,继电器LK1,继电器LK2,其中RS触发器IC6的9脚连接三极管Q6的基极,三极管Q6的发射极接地,三极管Q6的集电极连接光耦U3的输入端,光耦U3的输入端连接可控硅Q7的控制端,继电器LK1的线圈一端经熔断器F1连接电源+HM,继电器LK1的线圈另一端经可控硅Q7、熔断器F2连接电源-HM,继电器LK1的常闭触点LK1-1串接在合闸控制回路中,操作正电源+HM经熔断器F3→控制开关KK⑤⑧端→继电器TBJ常闭触点TBJ-2→继电器HBJ线圈→断路器辅助常闭触点DL→合闸线圈HC→继电器LK1常闭触点LK1-1→熔断器F4→负电源-HM。
同理,其中RS触发器IC6的2脚连接三极管Q4的基极,三极管Q4的发射极接地,三极管Q4的集电极连接光耦U4的输入端,光耦U4的输入端连接可控硅Q9的控制端,继电器LK2的线圈一端经熔断器F3连接电源+HM,继电器LK2的线圈另一端经可控硅Q9、熔断器F4连接电源-HM,继电器LK2的常闭触点LK2-1串接在分闸控制回路中,操作正电源+HM经熔断器F3→电流继电器常开触点LJ→信号继电器XJ线圈→继电器HBJ线圈→断路器辅助常开触点DL1→分闸线圈TQ→继电器LK2常闭触点LK2-1→熔断器F4→负电源-HM。
当出现合闸或者分闸故障时,RS触发器IC6输出低电平,分别驱动三极管Q6、三极管Q4导通,从而使光耦U3、光耦U4导通,控制可控硅Q7、可控硅Q9导通,继电器LK1,继电器LK2动作,继电器LK1的常闭触点LK1-1、继电器LK2的常闭触点LK2-1断开,切断合闸回路或者分闸回路的电源。
所述状态显示电路包括指示灯D1、指示灯D2,限流电阻R18、限流电阻R19,指示灯D1和限流电阻R18串联后一端接电源VCC,另一端连接三极管Q4的发射极,指示灯D2和限流电阻R19串联后一端接电源VCC,另一端连接三极管Q6的发射极,当断路器操发生分闸故障,指示灯D1点亮,当断路器发生合闸故障,指示灯D2点亮。
所述保护计数电路包括单片机IC1,数码管DS1、数码管DS2,排阻RES1,电阻R1、电阻R13、电阻R14,晶振Y1,电容C1、电容C3、电容C4,按钮AN3,其中晶振Y1,电容C1、电容C3、电容C4构成单片机IC1的外围电路,来自检测信号处理电路的信号经三极管Q6、三极管Q4隔离后送入单片机IC1,经单片机IC1处理计数,输出至数码管DS1、数码管DS2显示。
所述短信发送电路包括GSM模块,SIM卡座,电阻R26、电阻R28,指示灯D3,三极管Q8,其中,GSM模块的15脚连接单片机IC1的11脚,GSM模块的18脚、19脚分别连接单片机IC1的7脚、6脚,GSM模块的29脚、25脚、27脚、26脚、24脚分别连接SIM卡座的1脚、2脚、3脚、6脚、8脚,SIM卡座的1脚与7脚相连、4脚接地,GSM模块的32脚经电阻R28连接三极管Q8的基极,三极管Q8的发射极接地,三极管Q8的集电极经指示灯D3、电阻R26接电源,当断路器发生合闸或者分闸故障时,单片机IC1通过串口控制GSM模块向固定手机号发送固定内容的故障信息。
工作原理:
合闸控制原理:
如图2所示,霍尔电流采集器PD1接入合闸回路采集合闸回路故障电流,继电器LK1线圈一端经熔断器F3接合闸正电源+HM,另一端通过可控硅Q7、熔断器F4接负极-HM,中间继电器LK1的常闭触点LK1-1串接到合闸控制回路中。保护工作过程:当合闸时断路器操作机构动作到合闸位置,由于操作机构与辅助开关FW相连接,带动连杆使辅助开关FW旋转到合闸位置,合闸位置指示灯D7点亮,指示断路器在合闸位置,同时辅助开关FW的合闸触点HZ将5V工作电源接入霍尔电流采集器PD1、电流传感器IC4、运放IC7、光耦U2,合闸回路检测保护信号电路启动,当合闸回路有较大电流流过时,电流采集器PD1采集到的电流,流过铜箔时,产生一个磁场,使电流传感器IC4的1脚和2脚到3脚和4脚的电流不断上升该电流传感器IC4输出具有正斜率),电流传感器IC4根据磁场感应出一个线性的电压信号,经过内部的放大、滤波、斩波与修正,输出一个电压信号,该电压信号从电流传感器IC4的第7脚输出,经电阻R17输入运放IC7的3脚,当运放IC7的3脚输入电压高于2脚的参考电压(Uref=2.53V)时,运放IC7开始进入放大状态,于是运放IC7的1脚输出端输出电压又进一步上升。1脚输出的电压信号经有电容C9、电阻R22组成延时电路,延时0.5s左右,输出的电压信号控制三极管Q5导通,5v电源经电阻R15使光耦U2内部发光管导通,光敏管两端电阻值由无穷大变为近似导通,光耦U2输出高电平去触发RS触发器IC6,暂态的电压信号输入到RS触发器IC6的6脚,使其输出端9脚变为低电平而进入锁定状态得到稳定状态。三极管Q6得到低电平导通,合闸事故指示灯D2点亮,指示合闸保护电路动作。同时三极管Q6使光耦U3工作,又使可控硅Q7导通,将+HM加到中间继电器LK1线圈的两端,线圈中的电流剧增并产生足够大的电磁吸合力迫使LK1常闭触头LK1-1断开合闸线圈HC的电源回路。强制断开合闸控制回路电源,使合闸线圈HC得到保护。同时该低电平信号去微单片机IC1的P3.1(3脚)端,使计数器累加记录一次保护器动作次数。单片机IC1、晶振Y1、电阻R1、电容C1、电容C3、电容C4等组成单片机电路,按钮AN3、电阻Rl、电容C1组成单片机的复位电路,接通电源的瞬间,电源电压通过对电容C1的充电过程,单片机IC1的复位端1脚获得一个高电平复位脉冲,使得单片机进入初始状态。用P3.0、P3.1端口读取来自触发器IC6的10脚、2脚端口状态,单片机的P3.0、P3.1端口是外部中断0、1的接入口。经过初始化,当P3.0、P3.1端口的状态从“1”变到“0”时就会触发外部中断,程序会自动跳到中断服务程序,进行计数并显示。数码管DS1、数码管DS2的段码是由单片机IC1的8个I/O口P1.0-P1.7提供,位码是由P3.5、P3.4通过三极管Q3、三极管Q2轮流控制2个DS1、DS2数码管的COM端,使2个数码管轮流点亮。三极管Q3、三极管Q2和电阻R13、电阻R14等组成数码显示电路,使数码管电流控制在15mA,这样当8个段一起点亮时三极管上得通过120mA的电流。而基极上需要0.63mA,为了减小三极管的负荷应使三极管过饱和,调节电阻R13、电阻R14使基极电流为2mA,集电极和漏极之间的电压约0.1V。在轮流点亮扫描过程中,每位数码管点亮时间是极短的,由于人的视觉暂留现象,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感。同时单片机IC1的11脚发送给GSM模块IC5的15脚一个低电平自动启动GSM模块IC5。
GSM模块IC5采用TC35i模块,该模块基本电路主要由GSM模块ZIF连接器、Flash、天线接口、发射模块和基带处理模块、ID卡模块6部分组成;
在进行通信时,借助可靠成熟的GSM移动通信网络,以最快捷的短消息或电话方式,直接把断路器操作机构分闸、合闸异常保护动作情况传送到检修人员的手机屏幕上。TC35i模块是西门子公司推出的一种无线通信模块,它是集射频电路、基带于一体,短信息和传真提供快速、可靠、安全的传输。
TC35i的18脚(RXD0)、19脚(TXD0)作为串口通信使用,单片机IC1控制GSM模块,用P3.2、3.3外部中断实现外部触发,根据控制程序,单片机IC1控制GSM模块向固定手机号发送固定内容的故障信息。
当高压断路器合闸后,合闸位置指示灯点亮,已指示操作机构在合闸位置,保护检测电路已工作,当合闸回路出现故障时,保护电路启动,合闸事故指示灯D2点亮。同时短信指示灯会闪烁。操作机构检修正常后,需要解除故障状态时,手动按压复位端子AN1,使RS触发器IC6输出高电平,三极管Q6得到高电平截止,合闸事故指示灯D2熄灭;光耦U3不工作,进而双向可控硅Q7截止,合闸保护电路恢复正常运行。
分闸控制原理:
继电器LK2线圈一端经熔断器F3接合闸正电源+HM,另一端通过可控硅Q9、熔断器F4接负极-HM,中间继电器LK2的常闭触点LK1-2串接到分闸控制回路中,实现对线圈的保护。当分闸时断路器操作机构动作到分闸位置,由于操作机构与辅助开关FW相连接,带动连杆使辅助开关FW旋转到分闸位置,分闸位置指示灯D8点亮,指示断路器在分闸位置,同时辅助开关FW的分闸触点FZ将5V工作电源,接入霍尔电流采集器PD2、电流传感器IC2、运放IC3、光耦U1分闸回路,检测保护信号电路启动,当分闸回路有较大电流流过时,电流采集器PD2采集到的电流,流过铜箔时,产生一个磁场,使电流传感器IC2的1脚和2脚,到3脚和4脚的电流不断上升(电流传感器IC2的输出具有正斜率),电流传感器IC2根据磁场感应出一个线性的电压信号,经过内部的放大、滤波、斩波与修正,输出一个电压信号,该电压信号从电流传感器IC2的第7脚输出,经电阻R8输入运放IC3的3脚,当运放IC3的3脚输入电压高于2脚的参考电压时,运放IC3开始进入放大状态,于是运放IC3输出端1脚的输出电压又进一步上升。1脚的输出的电压信号经有电容C2、电阻R7组成延时电路,延时0.5s左右,输出的电压信号控制Q1导通,5v电源经电阻R13使光耦U1内部发光管导通,光敏管两端电阻值由无穷大变为近似导通,光耦U1输出高电平去RS触发器IC6的4脚,使其2脚输出低电平,电路由暂态的电平信号转换为稳态状态。三极管Q4得到低电平导通,分闸事故指示灯D1点亮,指示分闸保护电路动作。同时使光耦U4工作,使双向可控硅Q9导通,将+HM和-HM加到中间继电器LK2线圈的两端,分闸回路中的电流剧增并产生足够大的电磁吸合力迫使LK2常闭触头LK2-1断开分闸电源回路。由于常闭触点LK2-1断开,强制断开分闸控制回路电源,使分闸线圈TQ得到保护。同时该低电平信号去单片机IC1的P3.0端,使计数器累加记录一次保护器动作次数及短信发送。计数以及短信发送工作原理与合闸保护一样。
当高压断路器分闸后,分闸位置指示灯点亮,已指示操作机构在分闸位置,保护检测电路已工作,当分闸回路出现故障时,保护电路启动,分闸事故指示灯D1点亮。同时短信指示灯D3会闪烁。操作机构检修正常后,需要解除故障状态时,手动按压复位端子AN2,使RS触发器输出高电平,三极管Q4得到高电平截止,分闸事故指示灯D1熄灭;光耦U4不工作,进而双向可控硅Q9截止,合闸保护电路恢复正常运行。
本发明各模块电路的供电电路如下:采用交流220v输入,压敏电阻R31用来吸收供电系统的雷电和各种操作过电压,R31具有通电容量大,电压范围宽、漏电流小及响应速度快等优点,是最理想的过压保护元件。变压器输出端的9V电压经桥式整流并滤波电容,在电容C18、电容C17两端大约会有11V左右电压,三端稳压IC9输出5v电压LM7805一路通过断路器辅助开关为分闸霍尔电流采集器PD2、IC2、IC3、U1和合闸霍尔电流采集器PD1、电流传感器IC4、运放IC7、光耦U2启动供电另一路为单片机IC1、RS触发器IC6等电路供电,芯片IC8采用AMS1117,为TC35i主模块提供3.3V
本发明保护装置主要功能:本发明安装在高压开关柜上。保护装置正常运行中,运行指示灯点亮指示装置正在运行,断路器在分闸状态时,分闸指示灯点亮,合闸指示灯不亮;断路器如在合闸位置时,合闸位置指示灯会点亮,指示断路器在合闸位置,分闸指示灯不亮;保护装置动作后,1.分合闸回路未排除故障不容许恢复退出保护状态,排除分合闸回路故障后,需要操作人员按动分闸AN2复位按键,分闸事故指示灯D1熄灭,分闸保护电路恢复正常保护状态。2.排除合合闸回路故障后,需要操作人员按动合闸AN1复位按键,合闸事故指示灯D2熄灭后,合闸保护电路恢复正常保护状态。装置保护启动后光电报警及远传恢复工作。3.按动AN3按键,保护动作次数计数器清零时。
在断路器分合闸回路中,加装中间继电器LK1、继电器LK2的常闭触点。操作断路器分合闸过程中,当造成断路器辅助开关不能正确切换,经过保护电路启动延时后(延时整定值大于断路器分合闸时间),由常闭触点LK1-1、常闭触点LK2-1与辅助开关分、合闸操作回路相串联,将分合闸回路断开,使分合闸继电器返回,就可避免分合闸线圈被烧毁。安装使用的主要技术数据,断路器分合闸时间为不大于0.5s-0.6s。如果中间继电器LK1、中间继电器LK2的延时整定值太接近断路器的分合闸时间,可能会使断路器在未完成合闸时,继电器常闭触点就将分合闸回路断开,影响断路器的正常合闸;若中间继电器LK1、中间继电器LK2的延时整定值太长,在操作断路器分合闸过程中,就无法保护合闸线圈而烧毁。因此,将中间继电器LK1、中间继电器LK2的延时整定值为0.5s左右。这样既保证断路器能顺利分合闸,又不烧坏分合闸线圈。在变电站加装了该保护装置,经多次分合闸试验,未再出现烧毁分合闸线圈的现象,大大提高无人值守变电站设备监视保护的可靠性,又可以降低成本。本方案不仅实现了高压断路器二次回路的全工况监测,也从根本上解决了由于断路器辅助开关状态位置调整不当、断路器机构故障、操动机构不良等导致的分合闸线圈长时间通过大电流而烧毁问题。同时记录下断路器分合闸次数,给检修人员提供每座变电站每台断路器故障动作次数信息,便于对多次发生故障的断路器操作机构维护更换。加装该装置的变电站,维修人员可以及时得到信息,及时检修,杜绝了变电站发生越级跳闸和烧毁设备情况,降低供电企业因停电更换合闸线圈造成的经济损失,同时也降低了用电客户的经济损失和社会不良影响,大大提升了供电企业在社会中的良好形象。

Claims (7)

1.一种具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,其特征在于:包括电流信号检测电路、检测信号处理电路、保护执行单元电路、状态显示电路、保护计数电路、短信发送电路,其中电流信号检测电路的输出端连接检测信号处理电路的输入端,检测信号处理电路的输出端分别连接保护执行单元电路、状态显示电路、保护计数电路的输入端,保护计数电路与短信发送电路双向连接,电流信号检测电路用于检测断路器分闸电流和合闸电流,检测到分闸电流和合闸电流信号送入检测信号处理电路进行比较放大、延迟驱动、RS触发后输出保护控制信号,保护控制信号分别送入保护执行单元电路切断断路器分闸电源或者合闸电源,送入状态显示电路显示故障状态,送入保护计数电路进行一次计数,送入保护计数电路的保护控制信号经由保护计数电路控制短信发送电路发送保护动作情况的短信;
还包括断路器位置指示电路,该断路器位置指示电路包括指示灯D7、指示灯D8,限流电阻R32、限流电阻R33,辅助开关FW,指示灯D7和限流电阻R32串联后一端接地,另一端经断路器辅助开关FW的合闸触点HZ连接电源VCC,指示灯D8和限流电阻R33串联后一端接地,另一端经断路器辅助开关FW的分闸触点FZ连接电源VCC,当断路器操作机构动作到合闸位置,指示灯D7点亮,指示断路器在合闸位置,当断路器操作机构动作到分闸位置,指示灯D8点亮,指示断路器在分闸位置。
2.根据权利要求1所述的具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,其特征在于所述电流信号检测电路包括霍尔电流采集器PD1、霍尔电流采集器PD2,电流传感器IC2、电流传感器IC4,其中电流传感器IC2、电流传感器IC4采用ACS712,将由霍尔电流采集器PD1、霍尔电流采集器PD2采集的电流分别输送到电流传感器IC2、电流传感器IC4,由电流传感器IC2、电流传感器IC4把电流信号转换为电压信号输出。
3.根据权利要求1所述的具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,其特征在于所述检测信号处理电路包括运放IC3、运放IC7,电容C2、电容C5~电容C6、电容C8~电容C11、电容C13,电阻R3、电阻R4、电阻R7~电阻R11、电阻R15~电阻R17、电阻R20~电阻R23,光耦U1、光耦U2,三极管Q1、三极管Q5,RS触发器IC6,其中运放IC3,电容C2、电容C5~电容C6、电容C8,电阻R3、电阻R4、电阻R7~电阻R11,光耦U1,三极管Q1构成一路信号处理电路,运放IC7,电容C9~电容C11、电容C13,电阻R15~电阻R17、电阻R20~电阻R23,光耦U2,三极管Q5构成另一路信号处理电路,由电流信号检测电路输出的一路电压信号经电阻R8送入运放IC3,放大后的信号经由电容C2、电阻R7组成的延时电路,驱动三极管Q1导通,从而使光耦U1导通,光耦U1输出高电平至RS触发器IC6的4脚,使RS触发器IC6的2脚输出低电平并进入锁定状态,同理,由电流信号检测电路输出的另一路电压信号经电阻R17送入运放IC7,放大后的信号经由电容C9、电阻R22组成的延时电路,驱动三极管Q5导通,从而使光耦U2导通,光耦U2输出高电平至RS触发器IC6的6脚,使RS触发器IC6的9脚输出低电平并进入锁定状态。
4.根据权利要求1所述的具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,其特征在于所述保护执行单元电路包括三极管Q6、三极管Q4,光耦U3、光耦U4,可控硅Q7、可控硅Q9,继电器LK1,继电器LK2,其中RS触发器IC6的9脚连接三极管Q6的基极,三极管Q6的集电极接地,三极管Q6的发射极连接光耦U3的输入端,光耦U3的输出端连接可控硅Q7的控制端,继电器LK1的线圈一端经熔断器F1连接电源+HM,继电器LK1的线圈另一端经可控硅Q7、熔断器F2连接电源-HM,继电器LK1的常闭触点LK1-1串接在合闸控制回路中,同理,其中RS触发器IC6的2脚连接三极管Q4的基极,三极管Q4的集电极接地,三极管Q4的发射极连接光耦U4的输入端,光耦U4的输出端连接可控硅Q9的控制端,继电器LK2的线圈一端经熔断器F3连接电源+HM,继电器LK2的线圈另一端经可控硅Q9、熔断器F4连接电源-HM,继电器LK2的常闭触点LK2-1串接在分闸控制回路中,当出现合闸或者分闸故障时,RS触发器IC6输出低电平,分别驱动三极管Q6、三极管Q4导通,从而使光耦U3、光耦U4导通,控制可控硅Q7、可控硅Q9导通,继电器LK1,继电器LK2动作,继电器LK1的常闭触点LK1-1、继电器LK2的常闭触点LK2-1断开,切断合闸回路或者分闸回路的电源。
5.根据权利要求1所述的具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,其特征在于所述状态显示电路包括指示灯D1、指示灯D2,限流电阻R18、限流电阻R19,指示灯D1和限流电阻R18串联后一端接电源VCC,另一端连接三极管Q4的发射极,指示灯D2和限流电阻R19串联后一端接电源VCC,另一端连接三极管Q6的发射极,当断路器操发生分闸故障,指示灯D1点亮,当断路器发生合闸故障,指示灯D2点亮。
6.根据权利要求1所述的具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,其特征在于所述保护计数电路包括单片机IC1,数码管DS1、数码管DS2,排阻RES1,电阻R1、电阻R13、电阻R14,晶振Y1,电容C1、电容C3、电容C4,按钮AN3,其中晶振Y1,电容C1、电容C3、电容C4构成单片机IC1的外围电路,来自检测信号处理电路的信号经三极管Q6、三极管Q4隔离后送入单片机IC1,经单片机IC1处理计数,输出至数码管DS1、数码管DS2显示。
7.根据权利要求1所述的具有短信发送功能的断路器操作机构保护装置,其特征在于所述短信发送电路包括GSM模块,SIM卡座,电阻R26、电阻R28,指示灯D3,三极管Q8,其中,GSM模块的15脚连接单片机IC1的11脚,GSM模块的18脚、19脚分别连接单片机IC1的7脚、6脚,GSM模块的29脚、25脚、27脚、26脚、24脚分别连接SIM卡座的1脚、2脚、3脚、6脚、8脚,SIM卡座的1脚与7脚相连、4脚接地,GSM模块的32脚经电阻R28连接三极管Q8的基极,三极管Q8的发射极接地,三极管Q8的集电极经指示灯D3、电阻R26接电源,当断路器发生合闸或者分闸故障时,单片机IC1通过串口控制GSM模块向固定手机号发送固定内容的故障信息。
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