CN108666982A - 一种断路器机构合闸线圈保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器机构合闸线圈保护装置，应用于高压断路器合闸回路，保护合闸线圈不被烧毁，合闸线圈保护装置包括控制模块、电源、电流电压采集装置、中间继电器和外壳；电流电压采集装置与控制模块输入端相连，用以将采集到的合闸线圈两端电压和合闸回路电流信号转换后输入控制模块中，控制模块输出端与中间继电器相连，通过中间继电器控制辅助接点的打开或闭合，从而完成对不同故障情况下合闸线圈的保护；电源与控制模块相连，用以对控制模块供电；将控制模块、电源、电流电压采集装置、中间继电器连接好的电路固定于外壳中，且在外壳上设有接线端口和电源端口。当合闸线圈发热严重时，该装置可自动断开合闸回路，保护合闸线圈不被烧毁。

Description

一种断路器机构合闸线圈保护装置及保护方法

技术领域

本发明涉及断路器机构合闸线圈保护装置。应用于高压断路器合闸回路，当合闸线圈发热严重时，该装置可自动断开合闸回路，保护合闸线圈不被烧毁。

背景技术

高压断路器是最常见的电力设备，其在系统正常运行状态下能够保证电力系统中电路通断状态正常；系统出现故障时，又能够与继电保护装置配合，断开故障电路，防止事故扩大。所以在电力系统运行中如何保证高压断路器正确动作至关重要。然而在电网实际运行过程中，经常会发生断路器合闸失败导致线圈烧毁的事故。因为合闸线圈都是按照短时通电设计的，如果合闸回路电流不能正常切断，将导致合闸线圈长时通电发热严重，从而烧断合闸线圈。由近几年对断路器合闸线圈烧毁情况的统计可知，因合闸失败造成合闸线圈烧毁的比例非常高，可达到60％～83％左右，平均为75％。其中断路器正常操作及检修过程中对断路器手动合闸造成合闸线圈烧毁的比例占到所有合闸线圈烧毁的67％～100％，平均为83％。造成合闸线圈烧毁的原因主要有四个：高压断路器机构故障、辅助开关行程位置不当、合闸接触器故障以及合闸电源电压低。因此对高压断路器合闸线圈保护的研究迫在眉睫。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明公开了一种断路器机构合闸线圈保护装置及保护方法，完成对不同故障情况下合闸线圈的保护。

本发明按以下技术方案实现：

一种断路器机构合闸线圈保护装置，应用于高压断路器合闸回路，保护合闸线圈不被烧毁，合闸线圈保护装置包括控制模块、电源、电流电压采集装置、中间继电器和外壳；所述电流电压采集装置与控制模块输入端相连，用以将采集到的合闸线圈两端电压和合闸回路电流信号转换后输入控制模块中，所述控制模块输出端与中间继电器相连，通过中间继电器控制辅助接点的打开或闭合，从而完成对不同故障情况下合闸线圈的保护；所述电源与控制模块相连，用以对控制模块供电；将所述控制模块、电源、电流电压采集装置、中间继电器连接好的电路固定于外壳中，且在外壳上设有接线端口和电源端口。

进一步，所述控制模块采用Arduino芯片。

进一步，所述芯片电源包括充电器和数据线；通过充电器和数据线直接连接到操动机构或开关柜内的220V交流电源上，给Arduino芯片供电。

进一步，所述充电器采用直流5VUSB充电器，用以对Arduino芯片提供5V的供电电压。

进一步，所述电流电压采集装置采用JLD4U2P1和JLD4I2P1直流传感器，将采集到的合闸线圈两端电压和合闸回路电流转换成0-5V的直流电输入到Arduino芯片。

进一步，所述中间继电器采用QIFEI8路双触发继电器。

进一步，所述外壳采用无色透明有机玻璃。

一种基于前述的断路器机构合闸线圈保护装置的保护方法，该方法为：

(1)采用直流5VUSB充电器和数据线为Arduino芯片供电；

(2)JLD4U2P1和JLD4I2P1直流传感器将采集到的合闸线圈电压和电流量转换后输入Arduino芯片；

(3)Arduino芯片做出是否出口的判断，通过编程设定能够实现响应时间小于0.05S，保护定值可整定修改，至少具有三种保护方案的功能，能够实现线圈处于正常状态、合闸故障状态、线圈电压高、线圈电压低、线圈断线和线圈短路状态的监视和反应；

(4)Arduino芯片输出5V直流电启动QIFEI8路双触发继电器，断开其接入合闸回路的常闭接点，断开合闸回路，从而达到保护合闸线圈防止过热烧毁的目的。

进一步，在步骤三中，动作判断逻辑为：

首先判断U＝0&I＝0，如果是，则合闸线圈保护装置不启动；

如果不是，判断U>Umax&U＝R*I，如果是，则发电压高告警、跳闸发保护动作告警、延时t2返回；

如果不是，判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I，如果是，延时t1判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I，如果是，跳闸发保护动作告警经过t2延时返回；

如果不是，合闸线圈保护装置不启动，不满足第一次判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I；

接着判断U<Umin&U＝R*I，如果是，发电压低告警并延时t3接着判断U<Umin&U＝R*I，如果是，跳闸发保护动作告警并延时t2返回；

如果不满足第一次U<Umin&U＝R*I判断，接着判断U>0$U>>R*I，如果是，发合闸线圈断线告警；

如果不是，判断I>0$U<<R*I，如果是，发合闸线圈短路告警，如果不是，合闸线圈保护装置不动作；

如果有出口，Arduino芯片会输出5V直流电启动中间继电器，中间继电器常闭接点接入合闸线圈正电源侧，启动中间继电器后常闭接点打开，断开合闸回路，从而达到保护合闸线圈防止过热烧毁的目的。

本发明有益效果：

通过采集合闸线圈的两端电压及流过的电流量，判断合闸线圈是否存在烧损的危险。当合闸回路通流时间过长，合闸线圈发热严重时自动断开合闸回路，保护合闸线圈不被烧毁，从而保证高压断路器处于正常状态，避免发生更严重的事故，从而保证重要电力设备的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明的合闸线圈保护装置结构图；

图2为本发明的合闸线圈保护装置应用示意图。

图中，1-控制模块、2-电源、3-电流电压采集装置、4-中间继电器、5-外壳。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，一种断路器机构合闸线圈保护装置，应用于高压断路器合闸回路，保护合闸线圈不被烧毁，合闸线圈保护装置包括控制模块1、电源2、电流电压采集装置3、中间继电器4和外壳5；电流电压采集装置3与控制模块1输入端相连，用以将采集到的合闸线圈两端电压和合闸回路电流信号转换后输入控制模块1中，控制模块1输出端与中间继电器4相连，通过中间继电器4控制辅助接点的打开或闭合，从而完成对不同故障情况下合闸线圈的保护；电源2与控制模块1相连，用以对控制模块1供电；将控制模块1、电源2、电流电压采集装置3、中间继电器4连接好的电路固定于外壳5中，且在外壳5上设有接线端口和电源端口。

控制模块1是整个装置的核心部分，采用Arduino作为硬件平台，其技术成熟且开源、具有强大的通讯能力、稳定性好、响应快，能够满足现场环境及速度的要求，可以很好实现控制模块功能。Arduino芯片为直流5V的供电电压，采用该芯片上的microUSB接口，通过数据线和5VUSB充电器直接接到操动机构或开关柜内的220V交流电源上，给断路器合闸线圈保护装置的Arduino芯片供电。合闸线圈两端采集的电压和电流不能直接输入到Arduino芯片中，采用JLD4U2P1和JLD4I2P1直流传感器将被测电压、电流隔离转换成0-5V的直流电输入到Arduino芯片。Arduino芯片在合闸线圈通电超过整定时间后输出5V直流电启动中间继电器，采用与Arduino芯片兼容性好、线圈电压和触点容量都能满足要求的QIFEI8路双触发继电器。根据“直观、可靠、便携、安装方便”的原则，装置采用透明性好、重量轻且绝缘性好的有机玻璃外壳。

采用图形化的编程软件Mind+，设计合理的软件逻辑及流程上传到Arduino芯片中，可实现线圈处于正常状态、合闸故障状态、线圈电压高、线圈电压低、线圈断线和线圈短路等几种状态的监视和反应。采用直流5VUSB充电器和数据线为Arduino芯片提供电源。JLD4U2P1和JLD4I2P1直流传感器将采集到的合闸线圈电压和电流量转换后输入Arduino芯片，通过逻辑判断后确定是否有出口，通过中间继电器控制辅助接点的打开或闭合，从而完成对不同故障情况下合闸线圈的保护。

工作过程如下：JLD4U2P1和JLD4I2P1直流传感器将采集到的合闸线圈电压和电流量转换成Arduino芯片可接受的电压电流做为输入，Arduino芯片会根据输入量判断合闸线圈所处的状态，做出正确的出口判断，通过编程设定可以实现响应时间小于0.05S，保护定值可整定修改，至少具有三种保护方案的功能。

动作判断逻辑为：

首先判断U＝0&I＝0，如果是，则合闸线圈保护装置不启动；

如果不是，判断U>Umax&U＝R*I，如果是，则发电压高告警、跳闸发保护动作告警、延时t2返回；

如果不是，判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I，如果是，延时t1判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I，如果是，跳闸发保护动作告警经过t2延时返回；

如果不是，合闸线圈保护装置不启动，不满足第一次判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I；

接着判断U<Umin&U＝R*I，如果是，发电压低告警并延时t3接着判断U<Umin&U＝R*I，如果是，跳闸发保护动作告警并延时t2返回；

如果不满足第一次U<Umin&U＝R*I判断，接着判断U>0$U>>R*I，如果是，发合闸线圈断线告警；

如果不是，判断I>0$U<<R*I，如果是，发合闸线圈短路告警，如果不是，合闸线圈保护装置不动作；

如果有出口，Arduino芯片会输出5V直流电启动中间继电器，中间继电器常闭接点接入合闸线圈正电源侧，启动中间继电器后常闭接点打开，断开合闸回路，从而达到保护合闸线圈防止过热烧毁的目的。

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明带电作业机器人的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

Claims (9)

1.一种断路器机构合闸线圈保护装置，应用于高压断路器合闸回路，保护合闸线圈不被烧毁，其特征在于：合闸线圈保护装置包括控制模块、电源、电流电压采集装置、中间继电器和外壳；

所述电流电压采集装置与控制模块输入端相连，用以将采集到的合闸线圈两端电压和合闸回路电流信号转换后输入控制模块中，所述控制模块输出端与中间继电器相连，通过中间继电器控制辅助接点的打开或闭合，从而完成对不同故障情况下合闸线圈的保护；所述电源与控制模块相连，用以对控制模块供电；

将所述控制模块、电源、电流电压采集装置、中间继电器连接好的电路固定于外壳中，且在外壳上设有接线端口和电源端口。

2.根据权利要求1所述的一种断路器机构合闸线圈保护装置，其特征在于：所述控制模块采用Arduino芯片。

3.根据权利要求2所述的一种断路器机构合闸线圈保护装置，其特征在于：所述芯片电源包括充电器和数据线；

通过充电器和数据线直接连接到操动机构或开关柜内的220V交流电源上，给Arduino芯片供电。

4.根据权利要求3所述的一种断路器机构合闸线圈保护装置，其特征在于：所述充电器采用直流5VUSB充电器，用以对Arduino芯片提供5V的供电电压。

5.根据权利要求2所述的一种断路器机构合闸线圈保护装置，其特征在于：所述电流电压采集装置采用JLD4U2P1和JLD4I2P1直流传感器，将采集到的合闸线圈两端电压和合闸回路电流转换成0-5V的直流电输入到Arduino芯片。

6.根据权利要求1所述的一种断路器机构合闸线圈保护装置，其特征在于：所述中间继电器采用QIFEI8路双触发继电器。

7.根据权利要求1所述的一种断路器机构合闸线圈保护装置，其特征在于：所述外壳采用无色透明有机玻璃。

8.一种基于权利要求1至7任一项所述的断路器机构合闸线圈保护装置的保护方法，其特征在于，该方法为：

(1)采用直流5VUSB充电器和数据线为Arduino芯片供电；

(2)JLD4U2P1和JLD4I2P1直流传感器将采集到的合闸线圈电压和电流量转换后输入Arduino芯片；

(3)Arduino芯片做出是否出口的判断，通过编程设定能够实现响应时间小于0.05S，保护定值可整定修改，至少具有三种保护方案的功能，能够实现线圈处于正常状态、合闸故障状态、线圈电压高、线圈电压低、线圈断线和线圈短路状态的监视和反应；

(4)Arduino芯片输出5V直流电启动QIFEI8路双触发继电器，断开其接入合闸回路的常闭接点，断开合闸回路，从而达到保护合闸线圈防止过热烧毁的目的。

9.根据权利要求8所述的一种断路器机构合闸线圈保护方法，其特征在于：

在步骤三中，动作判断逻辑为：

首先判断U＝0&I＝0，如果是，则合闸线圈保护装置不启动；

如果不是，判断U>Umax&U＝R*I，如果是，则发电压高告警、跳闸发保护动作告警、延时t2返回；

如果不是，判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I，如果是，延时t1判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I，如果是，跳闸发保护动作告警经过t2延时返回；

如果不是，合闸线圈保护装置不启动，不满足第一次判断Umax≥U≥Umin&U＝R*I；

接着判断U<Umin&U＝R*I，如果是，发电压低告警并延时t3接着判断U<Umin&U＝R*I，如果是，跳闸发保护动作告警并延时t2返回；

如果不满足第一次U<Umin&U＝R*I判断，接着判断U>0&U>>R*I，如果是，发合闸线圈断线告警；

如果不是，判断I>0&U<<R*I，如果是，发合闸线圈短路告警，如果不是，合闸线圈保护装置不动作；

如果有出口，Arduino芯片会输出5V直流电启动中间继电器，中间继电器常闭接点接入合闸线圈正电源侧，启动中间继电器后常闭接点打开，断开合闸回路，从而达到保护合闸线圈防止过热烧毁的目的。