CN110061566A - 物联网低压台区配变智能断路器控制器 - Google Patents

物联网低压台区配变智能断路器控制器 Download PDF

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Abstract

一种物联网低压台区配变智能断路器控制器，由三相主回路电流检测单元、漏电电流检测单元、断路器温度检测单元所获得的信号经16位微型控制单元MCU1接收、运算、处理后从异步通信接收/发送端口输出并通过485通信驱动单元和485总线发送给上位机；本系统还设有低功耗微型控制单元MCU2，当主回路三相供电断电时，低功耗微型控制单元MCU2从异步发送端口TX向485通信驱动单元发送断电故障信号并上传至上位机；本系统还设有直流工作电源的双供电方式，以及电磁脱扣和电机脱扣这一双脱扣机构。本系统能有效地保障了变压器台区用电安全。

Description

物联网低压台区配变智能断路器控制器
技术领域
本发明涉及变压器台区配变智能断路器技术领域，尤其涉及一种物联网低压台区配变智能断路器控制器。
背景技术
随着我国经济的高速发展及人民生活水平的不断提高，对电能的需求越来越大，如何监控各台区的用电情况，保证用电的安全性和连续性，始终是电网配电部门最主要的关注目标。现有的监控型智能断路器虽然解决了台区用电参数的获取和监控，但还需要解决当出现三相供电故障时的报警信息的确认。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种物联网低压台区配变智能断路器控制器，它能对变压器台区的漏电、三相主回路电流、断路器的温度等关键参数进行实时监控，并能在三相主回路断电的情况下发出断电报警信息，从而，有效地保障了变压器台区用电安全。
本发明所提出的技术解决方案是这样的：
一种物联网低压台区配变智能断路器控制器，三相主回路电流IA、IB、IC经整流、信号调理转换后得到UA、UB、UC电压信号并分别接至16位微型控制单元MCU1的ADC1端口、ADC2端口和ADC3端口；漏电电流I△经漏电电流检测电路转换为电压信号U△并接入16位微型控制单元MCU1的ADC4端口，漏电电流I△的检测报警量程分为三档：50mA～500mA，150mA～1500mA，300mA～3000mA，断路器温度检测单元DT输出电压信号UT接入16位微型控制单元MCU1的ADC5端口；16位微型控制单元MCU1的RX/TX端口与485通信驱动单元第一异步通信端口双向连接，485通信驱动单元的输出端口通过RS485总线与上位机双向连接；16位微型控制单元MCU1的两个I/O端口分别与脱扣驱动单元两个输入端口连接，脱扣驱动单元两个输出端口分别接有电磁脱扣线图L和脱扣电机M；系统直流工作电源VW1采用三相电源降压变压器与三相主回路电流并联供电方式，当I＜20%In时，由三相电源降压变压器整流供电，当I≥20%In时，由三相主回路电流的二次信号整流供电，其中，In为三相主回路额定电流，I为三相主回路实时电流；还设有低功耗微型控制单元MCU2、控制三极管G1和带有充电和供电的备用电池单元，控制三极管G1的集电极与低功耗微型控制单元MCU2的唤醒端口RA5相连接，备用电池单元输出端与低功耗微型控制单元MCU2的电源输入端口Vw3相连接，低功耗微型控制单元MCU2的异步发送端口TX与485通信驱动单元第二异步通信端口相连接。
所述16位微型控制单元MCU1的I/O1端口接有按键盘，16位微型控制单元MCU1的I/O2端口接有LCD显示器。
设有三级稳压直流工作电源，第一级稳压直流工作电源Vw1=+12V，供电于备用电池单元、控制三极管G1的基板、电磁脱扣线圈L和脱扣电机M；第二级稳压直流工作电源Vw2=+5V，供电于16位微型控制单元MCU1；第三级稳压直流工作电源Vw3=+3.3V，供电于16位微型控制单元MCU1、断路器温度检测电路；所述备用电池单元输出+3.3V至低功耗微型控制单元MCU2的电源输入端口Vw3。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
（1）当台区变压器出现故障，例如三相供电系统断电时，也能将“断电报警”的信息借助本发明的终端控制器系统的低功耗微型控制单元MCU2通过485通信驱动单元发送给上位机，从而有效地解决了三相供电断电故障信息的传输和确认这一难题。
（2）本终端控制器系统除采用三相电源降压变压器整流滤波供给直流工作电源外还以并联方式同时采用一种集三相主回路电流的二次信号整流作为直流工作电源供电和主回路电流检测于一体的紧凑型的供电方案。当主回路电流I＜20%In（主回路额定电流）时，由三相电源降压变压器整流供电，当I≥20%In时，由三相主回路电流的二次信号整流供电，这样，系统在正常运行时整个硬件模块均不与强电电路有任何直接联系，因而屏蔽了通过电源端过来的干扰，抗干扰能力强。
（3）本断路器控制器系统配置了双并联脱扣机构，即采用电磁脱扣与电机脱扣的双并联脱扣方案，提高了脱扣的可靠性。
附图说明
图1是本发明一种物联网低压台区配变智能断路器控制器的电原理结构框图。
图2是图1所示三相主回路电流检测与供电电原理图。
图3是图1所示漏电电流检测电原理图。
图4是图1所示断路器温度检测电原理图。
图5是图1所示低功耗微型控制单元与带充电的备用电池的电路连接结构示意图。
图6是图5所示低功耗微型控制单元的软件流程图。
图7是图1所示三级稳压直流工作电源电原理图。
图8是图1所示三相电源降压变压器供电的电原理图。
具体实施方式
通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。
参见图1～图8所示，一种物联网低压台区配变智能断路器控制器，三相主回路电流IA、IB、IC经整流、信号调理转换后得到UA、UB、UC电压信号并分别接至16位微型控制单元MCU1的ADC1端口、ADC2端口和ADC3端口，漏电电流I△经漏电电流检测电路转换为电压信号U△并接入16位微型控制单元MCU1的ADC4端口，漏电电流I△的检测报警量程分为三档：50mA～500mA，150mA～1500mA，300mA～3000mA，断路器温度检测单元DT输出电压信号UT接入16位微型控制单元MCU1的ADC5端口；16位微型控制单元MCU1的RX/TX端口与485通信驱动单元第一异步通信端口双向连接，485通信驱动单元的输出端口通过RS485总线与上位机双向连接，16位微型控制单元MCU1的两个I/O端口分别与脱扣驱动单元两个输入端口连接，脱扣驱动单元两个输出端口分别接有电磁脱扣线圈L和脱扣电机M；系统直流工作电源VW1采用三相电源降压变压器与三相主回路电流并联供电方式，当I＜20%In时，由三相电源降压变压器整流供电，当I≥20%In时，由三相主回路电流的二次信号整流供电，其中，In为三相主回路额定电流，I为三相主回路实时电路；还设有低功耗微型控制单元MCU2、控制三极管G1和带有充电和供电的备用电池单元，控制三极管G1的集电极与低功耗微型控制单元MCU2的唤醒端口RA5相连接，备用电池单元输出端与低功耗微型控制单元MCU2的电源输入端口Vw3相连接，低功耗微型控制单元MCU2的异步发送端口TX与485通信驱动单元第二异步通信端口相连接。
所述16位微型控制单元MCU1的I/O1端口接有按键盘，16位微型控制单元MCU1的I/O2端口接有LCD显示器。
设有三级稳压直流工作电源，第一级稳压直流工作电源Vw1=+12V，供电于备用电池单元、控制三极管G1的基板、电磁脱扣线圈L和脱扣电机M；第二级稳压直流工作电源Vw2=+5V，供电于16位微型控制单元MCU1；第三级稳压直流工作电源Vw3=+3.3V，供电于16位微型控制单元MCU1、断路器温度检测电路；所述备用电池单元输出+3.3V至低功耗微型控制单元MCU2的电源输入端口Vw3。
所述低功耗微型控制单元MCU2选用集成件P1C12LF1822，其RA5端口与控制三极管G1的集电极相连接，控制三极管G1的基极通过限流电阻与+12V直流工作电源VW1相连接。当主回路正常运行时，+12V直流工作电源VW1向备用电池充电，此时低功耗微型控制单元MCU2处于睡眠状态；当三相主回路出现断电情况时，+12V工作电源VW1失电，则控制三极管G1的集电极电位升高，唤醒低功耗微型控制单元MCU2，此后，该低功耗微型控制单元MCU2通过其异步发送端口TX向485通信驱动单元周期性地发送断电故障信号，发送周期可达4分钟，发送间隔低功耗微型控制单元MCU2又恢复睡眠状态，直至+12V工作电源VW1恢复为止。即使主回路处于断电情况，由于低功耗微型控制单元MCU2是处于周期性地发送断电报警信号的状态，在发送间隔是处于睡眠状态，所以功耗极低，可以维持长时间的断电报警。低功耗微型控制单元MCU2的软件流程参见图6所示。
三相主回路电流检测及三相主回路电流的二次信号用作直流工作电源的电原理图参见图2所示，主回路三相电流IA、IB、IC穿过各自对应的电流互感器CTA、CTB、CTC获得二次信号经整流桥BGA、BGB、BGC整流输出相“或”后的直流电源E+，A相主电流IA的二次信号经整流从负极输出的直流通过采样电阻RA、滤波电路（由电阻RA1、RA2和电容CA组成）和反相放大运放电路OPA转换为UA电压信号并输送至16位微型控制单元MCU1的ADC1端口；同理，B相、C相主电流IB、IC经与A相相同的电路转换为UB、UC电压信号并分别输送至16位微型控制单元MCU1的ADC2和ADC3端口。
漏电电流I△通过电流互感器CTA获得的二次信号经反向并接的两个保护二极管D1、D2、采样电阻R1、滤波电容C1和反相放大运放电路OP△转换为U△电压信号并输送至16位微型控制单元MCU1的ADC4端口，参见图3所示。
断路器温度检测单元DT选用型号为DS18B20的数字温度传感器，直流工作电压为VW3=+3.3V，该传感器所获得的电压信号UT输送至16位微型控制单元MCU1的ADC5端口，参见图4所示。
本控制器系统设有三级稳压直流工作电源，参见图7所示，在第一级稳压直流工作电源中，ZD为稳压二极管，标称稳压值为+12V，改变电阻RI4和RI5的比值可调节稳压二极管ZD的稳压值。当主回路三相电流IA、IB、IC中任一相电流从启动到≥20%In（主回路相电流的额定值）时，E+端就会产生一定的电压，当E+对地的电压超过+12V时，三极管G2开始导通；当E+继续升高时，三极管G2导通后在电阻RI2形成的电压将使场效应管G3导通；进而，将场效应管G3两端的电压限制在略大于+12V的位置；第一级稳压直流工作电压VW1从二极管DI输出。第二级稳压直流工作电源选用稳压集成块LM7805，其输出的稳压直流工作电压VW2为+ 5V；第三级稳压直流工作电源选用稳压集成块LM117-3.3，其输出的稳压直流工作电压VW3为+3.3V。
本控制器系统采用了三相电源降压变压器整流供电与三相主回路电流二次信号整流供电的并联供电方式，参见图8、图2和图1所示，其工作过程是这样的：
当上电之初，在空载状态时，由于主回路电流IA、IB、IC≈0，其二次信号无法为控制器系统供给+12V直流工作电源，此时就由三相电源降压变压器向系统提供+12V直流工作电源，这时，即使三相主回路中有两相缺失，只要还有一相运行，仍可获得+12V的非稳压直流输出。
上电运行正常后，当三相主回路中任一相的主回路电流升至≥20%In时，则其输出至VW1端的直流工作电压就会稍微＞+12V，通过二极管DA、DB、DC与D5的“或”电路就会自动切断三相电源降压变压器整流供电；在主回路电流I≥20%In的正常运行情况下，本系统的+12V直流工作电源完全是由主回路电流IA、IB、IC的二次信号自生供电的。

Claims (3)

1.一种物联网低压台区配变智能断路器控制器，其特征在于：三相主回路电流IA、IB、IC经整流、信号调理转换后得到UA、UB、UC电压信号并分别接至16位微型控制单元MCU1的ADC1端口、ADC2端口和ADC3端口，漏电电流I△经漏电电流检测电路转换为电压信号U△并接入16位微型控制单元MCU1的ADC4端口，漏电电流I△的检测报警量程分为三档：50mA～500mA，150mA～1500mA，300mA～3000mA，断路器温度检测单元DT输出电压信号UT接入16位微型控制单元MCU1的ADC5端口；16位微型控制单元MCU1的RX/TX端口与485通信驱动单元第一异步通信端口双向连接，485通信驱动单元的输出端口通过RS485总线与上位机双向连接，16位微型控制单元MCU1的两个I/O端口分别与脱扣驱动单元两个输入端口连接，脱扣驱动单元两个输出端口分别接有电磁脱扣线图L和脱扣电机M；系统直流工作电源VW1采用三相电源降压变压器与三相主回路电流并联供电方式，当I＜20%In时，由三相电源降压变压器整流供电，当I≥20%In时，由三相主回路电流的二次信号整流供电，其中，In为三相主回路额定电流，I为三相主回路实时电路；还设有低功耗微型控制单元MCU2、控制三极管G1和带有充电和供电的备用电池单元，控制三极管G1的集电极与低功耗微型控制单元MCU2的唤醒端口RA5相连接，备用电池单元输出端与低功耗微型控制单元MCU2的电源输入端口Vw3相连接，低功耗微型控制单元MCU2的异步发送端口TX与485通信驱动单元第二异步通信端口相连接。
2.根据权利要求1所述的物联网低压台区配变智能断路器控制器，其特征在于：所述16位微型控制单元MCU1的I/O1端口接有按键盘，16位微型控制单元MCU1的I/O2端口接有LCD显示器。
3.根据权利要求1所述的物联网低压台区配变智能断路器控制器，其特征在于：设有三级稳压直流工作电源，第一级稳压直流工作电源Vw1=+12V，供电于备用电池单元、控制三极管G1的基板、电磁脱扣线圈L和脱扣电机M；第二级稳压直流工作电源Vw2=+5V，供电于16位微型控制单元MCU1；第三级稳压直流工作电源Vw3=+3.3V，供电于16位微型控制单元MCU1、断路器温度检测电路；所述备用电池单元输出+3.3V至低功耗微型控制单元MCU2的电源输入端口Vw3。
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