CN106707903A - 一种高压断路器的新型永磁机构控制器 - Google Patents

Abstract

一种高压断路器的新型永磁机构控制器，涉及电力控制设备领域。包括隔离电源模块、光耦隔离电路一、IGBT驱动模块、储能电源模块、储能电容、合闸继电器、分闸继电器、光耦隔离电路二、CPU控制模块、高压断路器的行程开关、第一线圈检测电路、第二线圈检测电路；合闸继电器经过第一线圈检测电路接收合闸指令，分闸继电器经过第二线圈检测电路接收分闸指令。本发明的合闸继电器的线圈和分闸继电器的线圈分别对应设置有线圈故障检测电路，同时将继电器线圈的通断情况反馈到分合闸输入信号上，使控制器通过分合闸输入端口就能够检测出输入继电器的通断。

Description

一种高压断路器的新型永磁机构控制器

技术领域

本发明涉及电力控制设备领域，具体为一种高压断路器的新型永磁机构控制器。

背景技术

现有高压永磁真空断路器的操作机构控制器不能够与原有综合自动化装置的接口正常配合，无法反馈出输入继电器的通断情况，并且不能检测并判断永磁机构线圈的断线与短路、操作电源电压是否在正常动作范围之内，不能够对永磁机构线圈及控制回路进行实时监测。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的技术问题，提供一种安全可靠的新型永磁机构控制器。

实现上述目的的技术方案是：一种高压断路器的新型永磁机构控制器，其特征在于：包括隔离电源模块、光耦隔离电路一、IGBT驱动模块、储能电源模块、储能电容、合闸继电器、分闸继电器、光耦隔离电路二、CPU控制模块、高压断路器的行程开关、第一线圈检测电路、第二线圈检测电路；

合闸继电器、分闸继电器分别通过光耦隔离电路二连接CPU控制模块，合闸继电器经过第一线圈检测电路接收合闸指令，分闸继电器经过第二线圈检测电路接收分闸指令，CPU控制模块根据分闸继电器、合闸继电器发出的信号控制永磁机构进行分合闸动作；

IGBT驱动模块通过光耦隔离电路一连接在CPU控制模块的输出端，并且同时与永磁机构线圈以及储能电容连接，IGBT驱动模块根据CPU控制模块的分合闸指令，驱动永磁机构线圈执行相应的动作；

高压断路器的行程开关分别与合闸继电器、分闸继电器连接，高压断路器的行程开关通过合闸继电器、分闸继电器将高压断路器的分合闸状态信合输入CPU控制模块；

储能电源模块与储能电容连接，作为储能电容的充电电源；

隔离电源模块通过光耦隔离电路一与IGBT驱动模块连接，作为IGBT驱动模块的驱动电源，同时隔离电源模块还分别与CPU控制模块、光耦隔离电路一、光耦隔离电路二的电源输入端连接。

进一步地，所述控制器还包括与CPU控制模块连接的故障告警模块和永磁机构线圈故障检测电路，永磁机构线圈故障检测电路同时与永磁机构线圈连接，当永磁机构线圈故障检测电路检测永磁机构线圈为短路或开路时，通过CPU控制模块发出闭锁分合闸输出信号，同时故障告警模块给出告警信号。

进一步地，所述控制器还包括与CPU控制模块连接的储能电压检测电路，储能电压检测电路同时与储能电容连接，当储能电压检测电路检测到储能电容电压小于永磁机构线圈分合闸电压阀值时，通过CPU控制模块发出闭锁分合闸输出信号，闭锁分合闸输出信号，同时故障告警模块给出告警信号。

进一步地，所述第一线圈故障检测电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R5、检测开关管V1，续流二极管D1，所述续流二极管D1并联在合闸继电器KM1的线圈两端，续流二极管D1的负极端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接检测开关管V1的基极、电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别与检测开关管V1的集电极、永磁机构的远控合闸有源接点连接，检测开关管V1的发射极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接续流二极管D1的正极端；

第二线圈故障检测电路包括电阻R2、电阻R4、电阻R6、检测开关管V2，续流二极管D2，所述续流二极管D2并联在分闸继电器KM2的线圈两端，续流二极管D2的负极端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端分别连接检测开关管V2的基极、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别与检测开关管V2的集电极、永磁机构的远控分闸有源接点连接，检测开关管V2的发射极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接续流二极管D2的正极端；

所述合闸继电器KM1的常开触点和分闸继电器KM2的常开触点的输入端连接远控分合闸公共端+，输出端均通过光耦隔离电路一连接CPU控制模块；

高压断路器的行程开关包括开关分位时的常闭触点和开关分位时的常开触点，合闸继电器KM1的常闭触点的输入端通过开关分位时的常开触点连接远控分合闸公共端—，合闸继电器KM1的常闭触点的输出端连接续流连接二极管D2的正极端和CPU控制模块；分闸继电器KM2的常闭触点的输入端通过开关分位时的常闭触点连接远控分合闸公共端—，分闸继电器KM2的常闭触点的输出端连接续流连接二极管D1的正极端和CPU控制模块。

进一步地，永磁机构线圈故障检测电路包括接触器KM3，续流二极管D3，由三极管V3、电阻R7、R8组成的永磁机构线圈选通电路，由运算放大器U1、电阻R9、R10、R11、二极管D3组成的运放测试电路，由三极管V4、电阻R12、R13、二极管D4组成的运放静态偏置电路；

所述运算放大器U1的输出端连接CPU控制模块，所述运算放大器U1的同相输入端连接二极管D3的正极端，二极管D3的负极端接地，运算放大器U1的反向输入端分别连接电阻R10的一端和电阻R11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端连接运算放大器U1的输出端；

电阻R9的一端连接运算放大器U1的同相输入端，电阻R9的另一端连接三极管V4的集电极连接，三极管V4的发射极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接二极管D4的负极端和隔离电源模块，二极管D4的正极端分别连接电阻R12的一端和三极管V4的基极，电阻R12的另一端接地；

续流二极管D3的负极端连接二极管D4的负极端，续流二极管D3的正极端连接三极管V3的集电极，三极管V3的基极分别连接电阻R7的一端和电阻R8的一端，电阻R7的另一端连接三极管V3的发射极并接地，电阻R8的另一端连接CPU控制模块；

所述接触器KM3的线圈并联在二极管D3的两端，接触器KM3主触点的输入端连接永磁机构线圈，继电器KM3主触点输出端的正极连接三极管V4的集电极，继电器KM3主触点输出端的负极接地。

本发明的有益效果：

1、本发明的合闸继电器的线圈和分闸继电器的线圈分别对应设置有线圈故障检测电路，同时将继电器线圈的通断情况反馈到分合闸输入信号上，使控制器通过分合闸输入端口就能够检测出输入继电器的通断。

2、本发明设置有储能电压检测电路，当储能电压检测电路检测到储能电容电压小于永磁机构线圈分合闸电压阀值时，则闭锁分合闸输出信号，同时故障告警模块给出告警信号。

3、本发明还设置有永磁机构线圈故障检测电路，当线圈故障检测电路检测永磁机构线圈为短路或开路时，通过CPU控制模块发出闭锁分合闸输出信号，同时故障告警模块给出告警信号。

4、本发明可以适应配电自动化的要求。电子控制系统不仅可以完成分、合闸控制，而且还可以完成某些继电保护功能、在线检测等。电子控制还可以精确发出分合闸信号，为同步开关创造条件。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为第一线圈故障检测电路和第二线圈故障检测电路的原理图；

图3为永磁机构线圈故障检测电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括隔离电源模块1、光耦隔离电路一2、IGBT驱动模块3、储能电源模块4、储能电容5、合闸继电器6、分闸继电器7、CPU控制模块8、光耦隔离电路二9、永磁机构线圈故障检测电路10、储能电压检测电路11、故障告警模块13、第一线圈故障检测电路14、第二线圈故障检测电路15、高压断路器的行程开关16。

合闸继电器6、分闸继电器7分别通过光耦隔离电路二9连接CPU控制模块8，合闸继电器6经过第一线圈检测电路14接收合闸指令，分闸继电器7经过第二线圈检测电路15接收分闸指令，CPU控制模块8根据分闸继电器7、合闸继电器6发出的信号控制永磁机构进行分合闸动作。

IGBT驱动模块3通过光耦隔离电路一2连接在CPU控制模块8的输出端，并且同时与永磁机构线圈12以及储能电容5连接，IGBT驱动模块3根据CPU控制模块8的分合闸指令，驱动永磁机构线圈12执行相应的动作。

高压断路器的行程开关16分别与合闸继电器6、分闸继电器7连接，高压断路器的行程开关16通过合闸继电器6、分闸继电器7将高压断路器的分合闸状态信号输入CPU控制模块8；

储能电压检测电路11分别与CPU控制模块8、储能电容5连接，当储能电压检测电路11检测到储能电容电压小于永磁机构线圈12分合闸电压阀值时，通过CPU控制模块8发出闭锁分合闸输出信号，闭锁分合闸输出信号，同时故障告警模块13给出告警信号。

永磁机构线圈故障检测电路10同时与永磁机构线圈12和CPU控制模块8连接，当永磁机构线圈故障检测电路10检测永磁机构线圈12为短路或开路时，通过CPU控制模块8发出闭锁分合闸输出信号，同时故障告警模块13给出告警信号。

储能电源模块4与储能电容5连接，作为储能电容5的充电电源；隔离电源模块1通过光耦隔离电路一2与IGBT驱动模块3连接，作为IGBT驱动模块的驱动电源，同时隔离电源模块2还分别与CPU控制模块8、光耦隔离电路一2、光耦隔离电路二9的电源输入端连接。

如图2所示，第一线圈故障检测电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R5、检测开关管V1，续流二极管D1，所述续流二极管D1并联在合闸继电器KM1的线圈两端，续流二极管D1的负极端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接检测开关管V1的基极、电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别与检测开关管V1的集电极、永磁机构的远控合闸有源接点连接，检测开关管V1的发射极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接续流二极管D1的正极端；

第二线圈故障检测电路包括电阻R2、电阻R4、电阻R6、检测开关管V2，续流二极管D2，所述续流二极管D2并联在分闸继电器KM2的线圈两端，续流二极管D2的负极端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端分别连接检测开关管V2的基极、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别与检测开关管V2的集电极、永磁机构的远控分闸有源接点连接，检测开关管V2的发射极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接续流二极管D2的正极端；

合闸继电器KM1的常开触点和分闸继电器KM2的常开触点的输入端连接远控分合闸公共端+，输出端均通过光耦隔离电路一连接CPU控制模块；

高压断路器的行程开关16包括开关分位时的常闭触点SQ2和开关分位时的常开触点SQ1，合闸继电器KM1的常闭触点的输入端通过开关分位时的常开触点SQ1连接远控分合闸公共端—，合闸继电器KM1的常闭触点的输出端连接续流连接二极管D2的正极端和CPU控制模块；分闸继电器KM2的常闭触点的输入端通过开关分位时的常闭触点SQ2连接远控分合闸公共端—，分闸继电器KM2的常闭触点的输出端连接续流连接二极管D1的正极端和CPU控制模块。

图2中所示的第一线圈故障检测电路14工作原理如下：

首先，合闸继电器KM1与分闸继电器KM2不允许同时动作，并且高压断路器已在合位时不允许再进行合闸动作、已在分位时不允许再进行分闸动作。

分闸继电器KM2的常闭触点与开关分位时的常闭触点SQ2串接在合闸继电器KM1的线圈回路中，正常情况下，高压断路器分位时，合闸继电器KM1的线圈是通的，当接到合闸命令时，合闸继电器KM1会动作，如果此时高压断路器已在合位或分闸继电器KM2已动作，则不能进行合闸操作；合闸继电器KM1的常闭触点与开关分位时的常开触点SQ1串接在分闸继电器KM2的线圈回路中，正常情况下，高压断路器合位时，分闸继电器KM2的线圈回路是通的，当接到分闸命令时，分闸继电器KM2会动作；如果此时高压断路器已在分位或合闸继电器KM1已动作，则不允许进行分闸操作。

当合闸继电器KM1的线圈正常时，检测开关管V1导通，电阻R3（约2kΩ）可以反馈一个正确电位到远控合闸有源接点，提示合闸继电器KM1的线圈正常；当合闸继电器KM1的线圈断开时，检测开关管V1截止，远控合闸有源接点接到断开的电位点，CPU控制模块8会提示控制回路断线。

第二线圈故障检测电路与第一线圈故障检测电路同样原理，在此不再赘述。

如图3所示，永磁机构线圈故障检测电路10包括接触器KM3，续流二极管D3，由三极管V3、电阻R7、R8组成的永磁机构线圈选通电路，由运算放大器U1、电阻R9、R10、R11、二极管D3组成的运放测试电路，由三极管V4、电阻R12、R13、二极管D4组成的运放静态偏置电路；

所述运算放大器U1的输出端连接CPU控制模块，所述运算放大器U1的同相输入端连接二极管D3的正极端，二极管D3的负极端接地，运算放大器U1的反向输入端分别连接电阻R10的一端和电阻R11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端连接运算放大器U1的输出端；

电阻R9的一端连接运算放大器U1的同相输入端，电阻R9的另一端连接三极管V4的集电极连接，三极管V4的发射极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接二极管D4的负极端和隔离电源模块，二极管D4的正极端分别连接电阻R12的一端和三极管V4的基极，电阻R12的另一端接地；

续流二极管D3的负极端连接二极管D4的负极端，续流二极管D3的正极端连接三极管V3的集电极，三极管V3的基极分别连接电阻R7的一端和电阻R8的一端，电阻R7的另一端连接三极管V3的发射极并接地，电阻R8的另一端连接CPU控制模块8。

所述接触器KM3的线圈并联在二极管D3的两端，接触器KM3主触点的输入端连接永磁机构线圈12，继电器KM3主触点输出端的正极连接三极管V4的集电极，继电器KM3主触点输出端的负极接地。

永磁机构线圈故障检测电路10的工作原理如下：

CPU控制模块8定时（或根据预先设定方式）发出永磁机构线圈故障检测命令，此时三极管V3导通，接触器KM3动作，接触器KM3的主触点闭合，将永磁机构线圈12两端分别接到三极管V4的集电极与地之间；当永磁机构线圈12开路、短路或正常时，电阻R9与续流二极管D3之间的电位完全不同，运算放大器U1检测该点电位后送到CPU控制模块8，CPU控制模块8根据测试到的电压数据判断出永磁机构线圈12是开路、短路还是正常，同时关闭三极管V3结束本次测试；如果发现永磁机构线圈12开路或短路，CPU控制模块8会通过故障告警模块13给出告警信号，如果收到分合闸命令，CPU控制模块8会闭锁分合闸输出信号。

Claims (5)

1.一种高压断路器的新型永磁机构控制器，其特征在于：包括隔离电源模块、光耦隔离电路一、IGBT驱动模块、储能电源模块、储能电容、合闸继电器、分闸继电器、光耦隔离电路二、CPU控制模块、高压断路器的行程开关、第一线圈检测电路、第二线圈检测电路；

合闸继电器、分闸继电器分别通过光耦隔离电路二连接CPU控制模块，合闸继电器经过第一线圈检测电路接收合闸指令，分闸继电器经过第二线圈检测电路接收分闸指令，CPU控制模块根据分闸继电器、合闸继电器发出的信号控制永磁机构进行分合闸动作；

IGBT驱动模块通过光耦隔离电路一连接在CPU控制模块的输出端，并且同时与永磁机构线圈以及储能电容连接，IGBT驱动模块根据CPU控制模块的分合闸指令，驱动永磁机构线圈执行相应的动作；

高压断路器的行程开关分别与合闸继电器、分闸继电器连接，高压断路器的行程开关通过合闸继电器、分闸继电器将高压断路器的分合闸状态信合输入CPU控制模块；

储能电源模块与储能电容连接，作为储能电容的充电电源；

隔离电源模块通过光耦隔离电路一与IGBT驱动模块连接，作为IGBT驱动模块的驱动电源，同时隔离电源模块还分别与CPU控制模块、光耦隔离电路一、光耦隔离电路二的电源输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压断路器的新型永磁机构控制器，其特征在于：所述控制器还包括与CPU控制模块连接的故障告警模块、永磁机构线圈故障检测电路，永磁机构线圈故障检测电路同时与永磁机构线圈连接，当永磁机构线圈故障检测电路检测永磁机构线圈为短路或开路时，通过CPU控制模块发出闭锁分合闸输出信号，同时故障告警模块给出告警信号。

3.根据权利要求2所述的一种高压断路器的新型永磁机构控制器，其特征在于：所述控制器还包括与CPU控制模块连接的储能电压检测电路，储能电压检测电路同时与储能电容连接，当储能电压检测电路检测到储能电容电压小于永磁机构线圈分合闸电压阀值时，通过CPU控制模块发出闭锁分合闸输出信号，闭锁分合闸输出信号，同时故障告警模块给出告警信号。

4.根据权利要求1所述的一种高压断路器的新型永磁机构控制器，其特征在于：所述第一线圈故障检测电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R5、检测开关管V1，续流二极管D1，所述续流二极管D1并联在合闸继电器KM1的线圈两端，续流二极管D1的负极端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接检测开关管V1的基极、电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别与检测开关管V1的集电极、永磁机构的远控合闸有源接点连接，检测开关管V1的发射极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接续流二极管D1的正极端；

第二线圈故障检测电路包括电阻R2、电阻R4、电阻R6、检测开关管V2，续流二极管D2，所述续流二极管D2并联在分闸继电器KM2的线圈两端，续流二极管D2的负极端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端分别连接检测开关管V2的基极、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别与检测开关管V2的集电极、永磁机构的远控分闸有源接点连接，检测开关管V2的发射极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接续流二极管D2的正极端；

所述合闸继电器KM1的常开触点和分闸继电器KM2的常开触点的输入端连接远控分合闸公共端+，输出端均通过光耦隔离电路一连接CPU控制模块；

高压断路器的行程开关包括开关分位时的常闭触点SQ2和开关分位时的常开触点SQ1，合闸继电器KM1的常闭触点的输入端通过开关分位时的常开触点SQ1连接远控分合闸公共端—，合闸继电器KM1的常闭触点的输出端连接续流连接二极管D2的正极端和CPU控制模块；分闸继电器KM2的常闭触点的输入端通过开关分位时的常闭触点SQ2连接远控分合闸公共端—，分闸继电器KM2的常闭触点的输出端连接续流连接二极管D1的正极端和CPU控制模块。

5.根据权利要求2所述的一种高压断路器的新型永磁机构控制器，其特征在于：永磁机构线圈故障检测电路包括接触器KM3，续流二极管D3，由三极管V3、电阻R7、R8组成的永磁机构线圈选通电路，由运算放大器U1、电阻R9、R10、R11、二极管D3组成的运放测试电路，由三极管V4、电阻R12、R13、二极管D4组成的运放静态偏置电路；

所述运算放大器U1的输出端连接CPU控制模块，所述运算放大器U1的同相输入端连接二极管D3的正极端，二极管D3的负极端接地，运算放大器U1的反向输入端分别连接电阻R10的一端和电阻R11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端连接运算放大器U1的输出端；

电阻R9的一端连接运算放大器U1的同相输入端，电阻R9的另一端连接三极管V4的集电极，三极管V4的发射极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接二极管D4的负极端和隔离电源模块，二极管D4的正极端分别连接电阻R12的一端和三极管V4的基极，电阻R12的另一端接地；

续流二极管D3的负极端连接二极管D4的负极端，续流二极管D3的正极端连接三极管V3的集电极，三极管V3的基极分别连接电阻R7的一端和电阻R8的一端，电阻R7的另一端连接三极管V3的发射极并接地，电阻R8的另一端连接CPU控制模块；

所述接触器KM3的线圈并联在二极管D3的两端，接触器KM3主触点的输入端连接永磁机构线圈，继电器KM3主触点输出端的正极连接三极管V4的集电极，继电器KM3主触点输出端的负极接地。