CN110632505A - 微型断路器及其暂态电能质量快速检测记录分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型断路器及其暂态电能质量快速检测记录分析方法，包括壳体、驱动断路器自动分合闸的机械结构控制部分、智能操作控制模块、暂态电能质量波形记录分析模块，智能操作控制模块包括分压电路、穿心电流互感器及A/D转换器、存储器、输入输出I/O口、计算机CPU控制操作单元，分压电路以及穿心电流互感器输出端与智能操作控制模块的A/D转换器、存储器、输入输出I/O口、计算机CPU控制操作单元相连接，智能操作控制模块输出端与机械结构控制部分电机相连接，控制电机旋转，带动机械齿轮结构进行断路器的闭合；获得光感应开关量信号端与智能操作控制模块输入端相连接，具有数字化电流电压检测与保护功能、暂态电能质量检测与记录分析录波功能，上传物联网功能。

Description

微型断路器及其暂态电能质量快速检测记录分析方法

技术领域

本发明属于电器保护技术领域，具体涉及一种灵敏度高、可靠性安全性强的微型断路器及其暂态电能质量快速检测记录分析方法。

背景技术

现有的微型断路器一般采用塑壳为主，包括手动控制断开与闭合及电流过载热脱扣保护回路，缺少对控制支路的电压、电流数字化检测与保护功能，更缺少其运行支路的暂态电能质量情况分析及暂态扰动波形记录，且无法进行数据上传，供大数据分析使用。在现有的断路器技术中，缺少数字化电压电流检测、电流三段式保护及漏电流保护，仅有一些齿轮传动机构，尤其是没有暂态电能质量扰动的快速分析判定方法及波形记录，无法进行暂态电能质量指标计算及其超限判定，无法进行暂态录波数据与稳态运行数据上传到物联网，使微型断路器的使用用途及使用范围收到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种敏度高、可靠性安全性强的微型断路器及其暂态电能质量快速检测记录分析方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种微型断路器，包括断路器壳体、设置在断路器壳体中驱动断路器自动分合闸的机械结构控制部分、控制机械结构控制部分进行自动分合闸的智能操作控制模块、通过485通讯模式与智能操作控制模块相连接的暂态电能质量波形记录分析模块，智能操作控制模块包括采集断路器电压的分压电路、采集断路器电流的将二次小电流转换为小电压信号的穿心电流互感器以及依次连接的A/D转换器、存储器、输入输出I/O口、计算机CPU控制操作单元，在智能操作控制模块中采集断路器电压的分压电路以及穿心电流互感器的输出端依次与智能操作控制模块的A/D转换器、存储器、输入输出I/O口、计算机CPU控制操作单元相连接，暂态电能质量波形记录分析模块包括A/D转换器、存储器、计算机CPU控制操作单元，采集断路器电压的分压电路以及穿心电流互感器的输出端依次与暂态电能质量波形记录分析模块的A/D转换器、存储器、计算机CPU控制操作单元相连接；智能操作控制模块的输出端与机械结构控制部分的电机相连接，并智能操作控制模块发出跳合指令控制电机旋转，带动机械齿轮结构进行断路器的闭合；机械结构控制部分开合到位后的获得光感应开关量信号端与智能操作控制模块输入端相连接，断路器的闭合状态到位与否以机械结构控制部分的开合到位后获得光感应开关量信号，作为检测断路器状态的信号量。

机械结构控制部分包括包括塑壳绝缘壳体、安装在壳体内一侧连接外接电源的电机、设置在壳体外侧控制电机启动的按键、设置在壳体上控制微型断路器自动分合闸的拨杆、设置在壳体内与电机电性连接的智能操作控制模块，其中，

在壳体内电机的输出端上连接有传动蜗杆，传动蜗杆与异型蜗轮相啮合，异型蜗轮通过销轴安装在壳体上，异型蜗轮包括同轴设置的斜齿蜗轮和直齿轮，其中异型蜗轮通过斜齿蜗轮与传动蜗杆相啮合，异型蜗轮通过直齿轮与靠销轴安装在壳体上的法兰传动齿轮相啮合，在法兰传动齿轮上固定安装有第一反光镜，在法兰传动齿轮上同轴设置有凸轮扇形齿轮，凸轮扇形齿轮与第一反光镜分别位于法兰传动齿轮的两面，凸轮扇形齿轮包括同轴设置的凸轮和扇形齿轮，凸轮的中分线和扇形齿轮的中分线之间呈固定角度，凸轮扇形齿轮传动连接有异型扇形齿轮，异型扇形齿轮的轴心通过销轴安装在壳体上，在异型扇形齿轮上固定安装有第二反光镜，异型扇形齿轮包括同轴设置的扇形齿轮和异型柱状轴，异型柱状轴的横截面呈葫芦状，且异型柱状轴的一端边缘与扇形齿轮的边缘相重合，第二反光镜固接在异型柱状轴顶面上；在凸轮扇形齿轮的一侧的壳体上安装有脱扣拉杆，脱扣拉杆与异型蜗轮分别位于凸轮扇形齿轮两侧，脱扣拉杆包括第一拉杆和第二拉杆，第二拉杆水平设置，第一拉杆和第二拉杆呈弯折一体设置，第一拉杆靠近凸轮扇形齿轮的一端为第一拉杆第一端，第一拉杆的另一端为第一拉杆第二端，第一拉杆第二端上留有拉簧连接孔，拉簧连接孔内连接有拉簧，拉簧的另一端通过销轴固定在壳体上，拉簧垂直于第二拉杆设置，第二拉杆远离第一拉杆的一端为第二拉杆第一端，第二拉杆的另一端为第二拉杆第二端，第二拉杆第一端通过销轴固定在壳体上，第二拉杆第二端设有水平的U形凹槽，U形凹槽的下内侧面与第一拉杆的顶面相齐平，U形凹槽的上内侧面高于第一拉杆的顶面；第一拉杆和第二拉杆的连接处还固接有拨杆连接板，拨杆连接板的底面设有弧状凹槽，弧状凹槽内插接有拨杆连接轴，拨杆连接轴与断路器的拨杆固定连接；壳体内卡接有推拉式电磁铁，推拉式电磁铁连接外接电源，推拉式电磁铁的牵引杆垂直于第二拉杆设置，推拉式电磁铁的牵引杆的端部有环形凹槽，环形凹槽套置于第二拉杆的U形凹槽中；

在异型蜗轮上设有减重孔，在斜齿蜗轮的齿上设有弧形凹槽，弧形凹槽与传动蜗杆的轴相吻合。

在智能操作控制模块底部外两端留有接入相应导线的接线插口，在齿轮传动操作控制机构上设有对应第一反光镜和第二反光镜的用于反射信号并检测旋转位置的位置检测器，位置检测器的输出端作为机械结构控制部分开合到位后的获得光感应开关量信号端与智能操作控制模块输入端相连接，监测控制断路器的断开与合闸的具体位置，并将该开断信号送给计算机CPU控制操作单元。

所述采集断路器电压的分压电路对接入断路器的电压量进行分压后并行同时送入智能操作控制模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器和暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器,两个电流互感器分别套在接入断路器的火线和零线上，并将其电流转换成小电压信号并行同时送入智能操作控制模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器和暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器,两个模块的A/D转换器采集信号取自同一电压、电流信号，计算机CPU控制操作单元根据实时电压和电流采样数据对其接入的电能质量暂态变化量进行快速的判定、分析和计算，并将含有暂态扰动信号的录波文件打包上传到物联网数据通讯接口，供物联网上位数据收集与分析、保存，所述的电机齿轮传动操作控制机构，根据计算机CPU控制操作单元的控制命令控制断路器的闭合或断开。

一种所述的微型断路器的暂态电能质量快速检测记录分析方法，暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元根据实时电压和电流采样数据对其接入的电能质量暂态变化量进行快速的判定、分析和计算，并将含有暂态扰动信号的录波文件打包上传到物联网数据通讯接口，供物联网上位数据收集与分析、保存；该模块的计算机CPU控制操作单元对实时采样的电能质量暂态数据进行如下的判断、分析、计算及数据存储，其步骤分为：

步骤1)、暂态电能质量扰动的快速检测判定与录波启动方法：

设微型智能断路器实时等间隔采集的电压与电流数据分别为：

u_n(k-1),u_n(k),u_n(k+1),......,u_(n+1)(k-1),u_(n+1)(k),u_(n+1)(k+1),...... (1)

i_n(k-1),i_n(k),i_n(k+1),......,i_(n+1)(k-1),i_(n+1)(k),i_(n+1)(k+1),...... (2)

式中n代表正弦信号第n个采样周期，k代表正弦信号第n个采样周期内第k个采样点；

①暂态电压扰动的快速判定与录波启动：

根据实时等间隔采样的电压数据，则暂态电压的扰动量ΔU可采用连续三个采样点的值进行快速的计算：

式中

为等间隔采样数据之间的角度，等于2π/N,N为每周采样点数；

当暂态扰动量ΔU超过其暂态扰动定值u_D时可以快速启动录波记录，即：

Δu＞u_D； (4)

式中u_D为暂态电压扰动定值，其值可表示为：

k_k≥1，为可靠系数，0＜ε＜1，为采样值调整数，可以在线设定与调整；

基于(3)、(4)和(5)式，形成基于采样信号的自适应线性阈值暂态电压快速扰动判定方法，并根据判定结果快速启动录波记录；

②暂态功率跃变的判定与录波启动：

根据实时采样的电压电流数据，则暂态电能每周波的有功功率变化表示式为：

当暂态功率跃变超过设定值时其启动录波，即

Δp＞p_D (7)

式中p_D可表示为：

式中0＜k_d＜1,反映功率跃变定值占前一个周波功率的比列系数；

步骤2)、暂态电能质量数据的存储格式及文件传输：

当判定有暂态扰动并启动录波功能后，即从该启动信号开始连续统计记录该信号前一个周波数据及后续500个周波的数据为一个启动录波文件，暂态存储器可以连续存储100个文件，并及时发送上传，当文件数大于100后从第一个文件开始覆盖刷新存储，数据上传云服务器的即时通讯协议格式为MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输)方式；

步骤3)、暂态电能质量指标的在线计算及事件记录：

①瞬态过电压与暂时过电压计算及事件记录：

瞬态过电压判定采用半周波窗口，以半周采样值均值计算方法计算，当半周计算值超过瞬态过电压设定值时，判定为瞬态过电压事件，并记录该事件发生时刻；暂时过电压计算采用三个半周波窗口计算判定，当连续三个半周波计算的电压值都超过暂时过电压设定的定值时判定为暂时过电压，并记录该事件发生时刻；

②短时电压中断及晃电事件记录：

短时电压中断计算采用半周波窗口，当计算值降低到整定的瞬态中断定值时认为发生瞬态电压中断；当连续几个窗口计算值都降低到瞬态电压中断定值以下认为发生了短时电压中断；当随后电压恢复，恢复后又发生电压中断，如此跳跃式的发展设定为电压不稳定的晃电事件；

③电压波动、电压偏差计算及事件记录：

电压有效值采用全波窗口计算，当连续10个周波电压有效值的最大值与最小值之差大于整定的电压波动定值时，认为电压波动异常，并记录该事件发生的时刻；当每周波电压与电压额定值之差整定的电压偏差定值时，认为发生了电压偏差事件。

本发明的积极效果是：本发明的断路器相比于现有技术中断路器具有①数字化电流电压检测与保护功能，②暂态电能质量检测与记录分析录波功能，③暂态电能质量数据波形与稳态运行数据上传泛在物联网功能；其暂态电能质量扰动的自适应阈值判定方法属于首次提出并嵌入应用到微型断路器、暂态电能质量计算与越限判定方法首次嵌入应用于微型断路器。

本发明增加了数字化电压电流检测、电流三段式保护及漏电流保护，增加了齿轮传动机构，增加了暂态电能质量扰动的快速分析判定方法及波形记录、增加了暂态电能质量指标计算及其超限判定方法、增加了暂态录波数据与稳态运行数据上传泛在物联网功能。

附图说明

图1是本发明的内部安装结构示意图。

图2是本发明的内部组件连接结构示意图。

图3是本发明的内部组件连接结构示意图的另一视图。

图4是本发明的脱扣拉杆与法兰传动齿轮的位置结构示意图。

图5是本发明的脱扣拉杆的结构示意图。

图6是本发明的异型蜗轮的结构示意图。

图7是本发明的凸轮扇形齿轮的结构示意图。

图8是本发明的法兰传动齿轮的结构示意图。

图9是本发明的异型扇形齿轮的结构示意图。

图10是本发明的一种微型断路器及其暂态电能质量快速检测记录分析方法硬件结构示意图。

具体实施方式

如图1到图9所示，一种微型断路器，包括断路器壳体1、设置在断路器壳体1中驱动断路器自动分合闸的机械结构控制部分、控制机械结构控制部分进行自动分合闸的智能操作控制模块、通过485通讯模式与智能操作控制模块相连接的暂态电能质量波形记录分析模块，智能操作控制模块包括采集断路器电压的分压电路、采集断路器电流的将二次小电流转换为小电压信号的穿心电流互感器以及依次连接的A/D转换器、存储器、输入输出I/O口、计算机CPU控制操作单元，在智能操作控制模块中采集断路器电压的分压电路以及穿心电流互感器的输出端依次与智能操作控制模块的A/D转换器、存储器、输入输出I/O口、计算机CPU控制操作单元相连接，暂态电能质量波形记录分析模块包括A/D转换器、存储器、计算机CPU控制操作单元，采集断路器电压的分压电路以及穿心电流互感器的输出端依次与暂态电能质量波形记录分析模块的A/D转换器、存储器、计算机CPU控制操作单元相连接；智能操作控制模块的输出端与机械结构控制部分的电机4相连接，并智能操作控制模块发出跳合指令控制电机旋转，带动机械齿轮结构进行断路器的闭合；机械结构控制部分开合到位后的获得光感应开关量信号端与智能操作控制模块输入端相连接，断路器的闭合状态到位与否以机械结构控制部分的开合到位后获得光感应开关量信号，作为检测断路器状态的信号量。

机械结构控制部分包括包括塑壳绝缘壳体1、安装在壳体内一侧连接外接电源的电机4、设置在壳体外侧控制电机启动的按键3、设置在壳体上控制微型断路器自动分合闸的拨杆14、设置在壳体内与电机电性连接的智能操作控制模块，其中，

在壳体内电机4的输出端上连接有传动蜗杆5，传动蜗杆5与异型蜗轮6相啮合，异型蜗轮6通过销轴安装在壳体上，异型蜗轮6包括同轴设置的斜齿蜗轮601和直齿轮602，其中异型蜗轮6通过斜齿蜗轮601与传动蜗杆相啮合，异型蜗轮6通过直齿轮602与靠销轴安装在壳体上的法兰传动齿轮8相啮合，在法兰传动齿轮8上固定安装有第一反光镜10，在法兰传动齿轮8上同轴设置有凸轮扇形齿轮7，凸轮扇形齿轮7与第一反光镜10分别位于法兰传动齿轮8的两面，凸轮扇形齿轮7包括同轴设置的凸轮701和扇形齿轮702，凸轮701的中分线和扇形齿轮702的中分线之间呈固定角度76.8°，凸轮扇形齿轮7传动连接有异型扇形齿轮9，异型扇形齿轮9的轴心通过销轴安装在壳体上，在异型扇形齿轮9上固定安装有第二反光镜11，异型扇形齿轮9包括同轴设置的扇形齿轮901和异型柱状轴902，异型柱状轴902的横截面呈葫芦状，且异型柱状轴902的一端边缘与扇形齿轮的边缘相重合，第二反光镜11固接在异型柱状轴顶面上。

在凸轮扇形齿轮7的一侧的壳体上安装有脱扣拉杆2，脱扣拉杆2与异型蜗轮6分别位于凸轮扇形齿轮7两侧，脱扣拉杆2包括第一拉杆201和第二拉杆202，第二拉杆202水平设置，第一拉杆201和第二拉杆202呈弯折一体设置，第一拉杆201靠近凸轮扇形齿轮7的一端为第一拉杆第一端2011，第一拉杆的另一端为第一拉杆第二端2012，第一拉杆第二端2012上留有拉簧连接孔2013，拉簧连接孔2013内连接有拉簧13，拉簧13的另一端通过销轴固定在壳体上，拉簧13垂直于第二拉杆202设置，第二拉杆远离第一拉杆的一端为第二拉杆第一端2021，第二拉杆的另一端为第二拉杆第二端2022，第二拉杆第一端2021通过销轴固定在壳体上，第二拉杆第二端2022设有水平的U形凹槽2023，U形凹槽2023的下内侧面与第一拉杆201的顶面相齐平，U形凹槽2023的上内侧面高于第一拉杆201的顶面；第一拉杆201和第二拉杆202的连接处还固接有拨杆连接板203，拨杆连接板203的底面设有弧状凹槽，弧状凹槽内插接有拨杆连接轴，拨杆连接轴与断路器的拨杆14固定连接；壳体1内卡接有推拉式电磁铁12，推拉式电磁铁12连接外接电源，推拉式电磁铁12的牵引杆垂直于第二拉杆202设置，推拉式电磁铁12的牵引杆的端部有环形凹槽1201，环形凹槽套置于第二拉杆的U形凹槽2023中；

在异型蜗轮6上设有减重孔604，在斜齿蜗轮601的齿上设有弧形凹槽603，弧形凹槽603与传动蜗杆的轴相吻合。

在智能操作控制模块底部外两端留有接入相应导线的接线插口，在齿轮传动操作控制机构上设有对应第一反光镜10和第二反光镜11的用于反射信号并检测旋转位置的位置检测器，位置检测器的输出端作为机械结构控制部分开合到位后的获得光感应开关量信号端与智能操作控制模块输入端相连接，监测控制断路器的断开与合闸的具体位置，并将该开断信号送给计算机CPU控制操作单元。

所述采集断路器电压的分压电路对接入断路器的电压量进行分压后并行同时送入智能操作控制模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器和暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器,两个电流互感器分别套在接入断路器的火线和零线上，并将其电流转换成小电压信号并行同时送入智能操作控制模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器和暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器,两个模块的A/D转换器采集信号取自同一电压、电流信号，计算机CPU控制操作单元根据实时电压和电流采样数据对其接入的电能质量暂态变化量进行快速的判定、分析和计算，并将含有暂态扰动信号的录波文件打包上传到物联网数据通讯接口，供物联网上位数据收集与分析、保存，所述的电机齿轮传动操作控制机构，根据计算机CPU控制操作单元的控制命令控制断路器的闭合或断开。

如图10所示，一种所述的微型断路器的暂态电能质量快速检测记录分析方法，其特征在于：暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元根据实时电压和电流采样数据对其接入的电能质量暂态变化量进行快速的判定、分析和计算，并将含有暂态扰动信号的录波文件打包上传到物联网数据通讯接口，供物联网上位数据收集与分析、保存；该模块的计算机CPU控制操作单元对实时采样的电能质量暂态数据进行如下的判断、分析、计算及数据存储，其步骤分为：

步骤1)、暂态电能质量扰动的快速检测判定与录波启动方法：

设微型智能断路器实时等间隔采集的电压与电流数据分别为：

u_n(k-1),u_n(k),u_n(k+1),......,u_(n+1)(k-1),u_(n+1)(k),u_(n+1)(k+1),...... (1)

i_n(k-1),i_n(k),i_n(k+1),......,i_(n+1)(k-1),i_(n+1)(k),i_(n+1)(k+1),...... (2)

式中n代表正弦信号第n个采样周期，k代表正弦信号第n个采样周期内第k个采样点；

①暂态电压扰动的快速判定与录波启动：

根据实时等间隔采样的电压数据，则暂态电压的扰动量ΔU可采用连续三个采样点的值进行快速的计算：

式中

为等间隔采样数据之间的角度，等于2π/N,N为每周采样点数；

当暂态扰动量ΔU超过其暂态扰动定值u_D时可以快速启动录波记录，即：

Δu＞u_D； (4)

式中u_D为暂态电压扰动定值，其值可表示为：

k_k≥1，为可靠系数，0＜ε＜1，为采样值调整数，可以在线设定与调整；

基于(3)、(4)和(5)式，形成基于采样信号的自适应线性阈值暂态电压快速扰动判定方法，并根据判定结果快速启动录波记录；

②暂态功率跃变的判定与录波启动：

根据实时采样的电压电流数据，则暂态电能每周波的有功功率变化表示式为：

当暂态功率跃变超过设定值时其启动录波，即

Δp＞p_D (7)

式中p_D可表示为：

式中0＜k_d＜1,反映功率跃变定值占前一个周波功率的比列系数；

步骤2)、暂态电能质量数据的存储格式及文件传输：

当判定有暂态扰动并启动录波功能后，即从该启动信号开始连续统计记录该信号前一个周波数据及后续500个周波的数据为一个启动录波文件，暂态存储器可以连续存储100个文件，并及时发送上传，当文件数大于100后从第一个文件开始覆盖刷新存储，数据上传云服务器的即时通讯协议格式为MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输)方式；

步骤3)、暂态电能质量指标的在线计算及事件记录：

①瞬态过电压与暂时过电压计算及事件记录：

瞬态过电压判定采用半周波窗口，以半周采样值均值计算方法计算，当半周计算值超过瞬态过电压设定值时，判定为瞬态过电压事件，并记录该事件发生时刻；暂时过电压计算采用三个半周波窗口计算判定，当连续三个半周波计算的电压值都超过暂时过电压设定的定值时判定为暂时过电压，并记录该事件发生时刻；

②短时电压中断及晃电事件记录：

短时电压中断计算采用半周波窗口，当计算值降低到整定的瞬态中断定值时认为发生瞬态电压中断；当连续几个窗口计算值都降低到瞬态电压中断定值以下认为发生了短时电压中断；当随后电压恢复，恢复后又发生电压中断，如此跳跃式的发展设定为电压不稳定的晃电事件；

③电压波动、电压偏差计算及事件记录：

电压有效值采用全波窗口计算，当连续10个周波电压有效值的最大值与最小值之差大于整定的电压波动定值时，认为电压波动异常，并记录该事件发生的时刻；当每周波电压与电压额定值之差整定的电压偏差定值时，认为发生了电压偏差事件。

在本发明的具体操作中，一种微型断路器包括塑壳绝缘壳体1，壳体1内一侧安装有马达4也叫电机，马达4连接外接电源，壳体1外侧设有控制马达启动的按键3，壳体1上还连接有控制微型断路器自动分合闸的拨杆14，壳体1内另一侧有控制操作模块，控制操作模块与马达4电性连接，控制操作模块内集成了一个分压电路、两个电流互感器、一个微型计算机CPU测量计算单元、一个物联网数据通讯接口、一个齿轮传动操作控制机构，所述的控制操作模块底部外两端留有可以接入相应导线的接线插口，所述的分压电路对接入微型断路器的电压量进行分压后送入微型计算机CPU测量计算单元，所述的两个电流互感器分别套在接入微型断路器的火线和零线上，并将其电流转换成小电压送入微型计算机CPU测量计算单元，微型计算机CPU测量计算单元根据实时电压和电流采样数据对其接入的电能质量暂态变化量进行快速的判定、分析和计算，并将含有暂态扰动信号的录波文件打包上传到物联网数据通讯接口，供物联网上位数据收集与分析、保存，所述的电机齿轮传动操作控制机构，根据微型计算机CPU的控制命令控制智能微型断路器的闭合或断开；

马达4的输出端为传动蜗杆，传动蜗杆与异型蜗轮6啮合，异型蜗轮6通过销轴与壳体连接，异型蜗轮6上设有减重孔604，异型蜗轮6包括同轴设置的斜齿蜗轮601和直齿轮602，斜齿蜗轮601与传动蜗杆啮合，斜齿蜗轮601的齿上设有弧形凹槽603，弧形凹槽603与传动蜗杆的轴相吻合，异型蜗轮6传动连接有法兰传动齿轮8，法兰传动齿轮8的轴心通过销轴与壳体连接，其中是异型蜗轮上的直齿轮602与法兰传动齿轮8啮合，法兰传动齿轮8上固定安装有第一反光镜10，法兰传动齿轮8上同轴设置有凸轮扇形齿轮7，凸轮扇形齿轮7与第一反光镜10分别位于法兰传动齿轮的两面，凸轮扇形齿轮7包括同轴设置的凸轮701和扇形齿轮702，凸轮扇形齿轮7传动连接有异型扇形齿轮9，异型扇形齿轮9的轴心通过销轴与壳体连接，异型扇形齿轮9上固定安装有第二反光镜11，异型扇形齿轮9包括同轴设置的扇形齿轮901和异型柱状轴902，异型柱状轴902的横截面呈葫芦状，且异型柱状轴902的一端边缘与扇形齿轮的边缘相重合，第二反光镜11固接在异型柱状轴顶面上，齿轮传动操作控制机构上设有对应第一反光镜10和第二反光镜11的位置检测器，用于反射信号，检测旋转位置，控制智能微型断路器的断开与合闸。

凸轮扇形齿轮7的一侧的壳体上安装有脱扣拉杆2，脱扣拉杆2与异型蜗轮6分别位于凸轮扇形齿轮7的两侧，脱扣拉杆2包括第一拉杆201和第二拉杆202，第二拉杆202水平设置，第一拉杆201和第二拉杆202呈弯折一体设置，第一拉杆201靠近凸轮扇形齿轮7的一端为第一拉杆第一端2011，第一拉杆的另一端为第一拉杆第二端2012，第一拉杆第二端2012上留有拉簧连接孔2013，拉簧连接孔2013内连接有拉簧13，拉簧13的另一端通过销轴固定在壳体上，拉簧13垂直于第二拉杆202设置，第二拉杆远离第一拉杆的一端为第二拉杆第一端2021，第二拉杆的另一端为第二拉杆第二端2022，第二拉杆第一端2021通过销轴固定在壳体上，第二拉杆第二端2022设有水平的U形凹槽2023，U形凹槽2023的下内侧面与第一拉杆201的顶面相齐平，U形凹槽2023的上内侧面高于第一拉杆201的顶面；第一拉杆201和第二拉杆202的连接处还固接有拨杆连接板203，拨杆连接板203的底面设有弧状凹槽，弧状凹槽内插接有拨杆连接轴，拨杆连接轴与断路器的拨杆固定连接；壳体1内卡接有推拉式电磁铁12，推拉式电磁铁12连接外接电源，推拉式电磁铁12的牵引杆垂直于第二拉杆202设置，推拉式电磁铁12的牵引杆的端部有环形凹槽1201，环形凹槽套置于第二拉杆的U形凹槽2023中。

Claims (5)

1.一种微型断路器，包括断路器壳体(1)、设置在断路器壳体(1)中驱动断路器自动分合闸的机械结构控制部分、控制机械结构控制部分进行自动分合闸的智能操作控制模块、通过485通讯模式与智能操作控制模块相连接的暂态电能质量波形记录分析模块，其特征在于：智能操作控制模块包括采集断路器电压的分压电路、采集断路器电流的将二次小电流转换为小电压信号的穿心电流互感器以及依次连接的A/D转换器、存储器、输入输出I/O口、计算机CPU控制操作单元，在智能操作控制模块中采集断路器电压的分压电路以及穿心电流互感器的输出端依次与智能操作控制模块的A/D转换器、存储器、输入输出I/O口、计算机CPU控制操作单元相连接，暂态电能质量波形记录分析模块包括A/D转换器、存储器、计算机CPU控制操作单元，采集断路器电压的分压电路以及穿心电流互感器的输出端依次与暂态电能质量波形记录分析模块的A/D转换器、存储器、计算机CPU控制操作单元相连接；智能操作控制模块的输出端与机械结构控制部分的电机(4)相连接，并智能操作控制模块发出跳合指令控制电机旋转，带动机械齿轮结构进行断路器的闭合；机械结构控制部分开合到位后的获得光感应开关量信号端与智能操作控制模块输入端相连接，断路器的闭合状态到位与否以机械结构控制部分的开合到位后获得光感应开关量信号，作为检测断路器状态的信号量。

2.根据权利要求1所述的微型断路器，其特征在于：机械结构控制部分包括塑壳绝缘壳体(1)、安装在壳体内一侧连接外接电源的电机(4)、设置在壳体外侧控制电机启动的按键(3)、设置在壳体上控制微型断路器自动分合闸的拨杆(14)、设置在壳体内与电机电性连接的智能操作控制模块，其中，

在壳体内电机(4)的输出端上连接有传动蜗杆(5)，传动蜗杆(5)与异型蜗轮(6)相啮合，异型蜗轮(6)通过销轴安装在壳体上，异型蜗轮(6)包括同轴设置的斜齿蜗轮(601)和直齿轮(602)，其中异型蜗轮(6)通过斜齿蜗轮(601)与传动蜗杆相啮合，异型蜗轮(6)通过直齿轮(602)与靠销轴安装在壳体上的法兰传动齿轮(8)相啮合，在法兰传动齿轮(8)上固定安装有第一反光镜(10)，在法兰传动齿轮(8)上同轴设置有凸轮扇形齿轮(7)，凸轮扇形齿轮(7)与第一反光镜(10)分别位于法兰传动齿轮(8)的两面，凸轮扇形齿轮(7)包括同轴设置的凸轮(701)和扇形齿轮(702)，凸轮(701)的中分线和扇形齿轮(702)的中分线之间呈固定角度，凸轮扇形齿轮(7)传动连接有异型扇形齿轮(9)，异型扇形齿轮(9)的轴心通过销轴安装在壳体上，在异型扇形齿轮(9)上固定安装有第二反光镜(11)，异型扇形齿轮(9)包括同轴设置的扇形齿轮(901)和异型柱状轴(902)，异型柱状轴(902)的横截面呈葫芦状，且异型柱状轴(902)的一端边缘与扇形齿轮的边缘相重合，第二反光镜(11)固接在异型柱状轴顶面上；

在凸轮扇形齿轮(7)的一侧的壳体上安装有脱扣拉杆(2)，脱扣拉杆(2)与异型蜗轮(6)分别位于凸轮扇形齿轮(7)两侧，脱扣拉杆(2)包括第一拉杆(201)和第二拉杆(202)，第二拉杆(202)水平设置，第一拉杆(201)和第二拉杆(202)呈弯折一体设置，第一拉杆(201)靠近凸轮扇形齿轮(7)的一端为第一拉杆第一端(2011)，第一拉杆的另一端为第一拉杆第二端(2012)，第一拉杆第二端(2012)上留有拉簧连接孔(2013)，拉簧连接孔(2013)内连接有拉簧(13)，拉簧(13)的另一端通过销轴固定在壳体上，拉簧(13)垂直于第二拉杆(202)设置，第二拉杆远离第一拉杆的一端为第二拉杆第一端(2021)，第二拉杆的另一端为第二拉杆第二端(2022)，第二拉杆第一端(2021)通过销轴固定在壳体上，第二拉杆第二端(2022)设有水平的U形凹槽(2023)，U形凹槽(2023)的下内侧面与第一拉杆(201)的顶面相齐平，U形凹槽(2023)的上内侧面高于第一拉杆(201)的顶面；第一拉杆(201)和第二拉杆(202)的连接处还固接有拨杆连接板(203)，拨杆连接板(203)的底面设有弧状凹槽，弧状凹槽内插接有拨杆连接轴，拨杆连接轴与断路器的拨杆(14)固定连接；壳体(1)内卡接有推拉式电磁铁(12)，推拉式电磁铁(12)连接外接电源，推拉式电磁铁(12)的牵引杆垂直于第二拉杆(202)设置，推拉式电磁铁(12)的牵引杆的端部有环形凹槽(1201)，环形凹槽套置于第二拉杆的U形凹槽(2023)中；

在智能操作控制模块底部外两端留有接入相应导线的接线插口，在齿轮传动操作控制机构上设有对应第一反光镜(10)和第二反光镜(11)的用于反射信号并检测旋转位置的位置检测器，位置检测器的输出端作为机械结构控制部分开合到位后的获得光感应开关量信号端与智能操作控制模块输入端相连接，监测控制断路器的断开与合闸的具体位置，并将该开断信号送给计算机CPU控制操作单元。

3.根据权利要求1所述的微型断路器，其特征在于：所述采集断路器电压的分压电路对接入断路器的电压量进行分压后并行同时送入智能操作控制模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器和暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器,两个电流互感器分别套在接入断路器的火线和零线上，并将其电流转换成小电压信号并行同时送入智能操作控制模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器和暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元及A/D转换器,两个模块的A/D转换器采集信号取自同一电压、电流信号，计算机CPU控制操作单元根据实时电压和电流采样数据对其接入的电能质量暂态变化量进行快速的判定、分析和计算，并将含有暂态扰动信号的录波文件打包上传到物联网数据通讯接口，供物联网上位数据收集与分析、保存，所述的电机齿轮传动操作控制机构，根据计算机CPU控制操作单元的控制命令控制断路器的闭合或断开。

4.根据权利要求2所述的微型断路器，其特征在于：在异型蜗轮(6)上设有减重孔(604)，在斜齿蜗轮(601)的齿上设有弧形凹槽(603)，弧形凹槽(603)与传动蜗杆的轴相吻合。

5.一种如权利要求1-4之一所述的微型断路器的暂态电能质量快速检测记录分析方法，其特征在于：暂态电能质量波形记录分析模块的计算机CPU控制操作单元根据实时电压和电流采样数据对其接入的电能质量暂态变化量进行快速的判定、分析和计算，并将含有暂态扰动信号的录波文件打包上传到物联网数据通讯接口，供物联网上位数据收集与分析、保存；该模块的计算机CPU控制操作单元对实时采样的电能质量暂态数据进行如下的判断、分析、计算及数据存储，其步骤分为：

步骤1)、暂态电能质量扰动的快速检测判定与录波启动方法：

设微型智能断路器实时等间隔采集的电压与电流数据分别为：

u_n(k-1),u_n(k),u_n(k+1),......,u_(n+1)(k-1),u_(n+1)(k),u_(n+1)(k+1),......(1)

i_n(k-1),i_n(k),i_n(k+1),......,i_(n+1)(k-1),i_(n+1)(k),i_(n+1)(k+1),......(2)

式中n代表正弦信号第n个采样周期，k代表正弦信号第n个采样周期内第k个采样点；

①暂态电压扰动的快速判定与录波启动：

根据实时等间隔采样的电压数据，则暂态电压的扰动量ΔU可采用连续三个采样点的值进行快速的计算：

式中

为等间隔采样数据之间的角度，等于2π/N,N为每周采样点数；

当暂态扰动量ΔU超过其暂态扰动定值u_D时可以快速启动录波记录，即：

Δu＞u_D； (4)

式中u_D为暂态电压扰动定值，其值可表示为：

k_k≥1，为可靠系数，0＜ε＜1，为采样值调整数，可以在线设定与调整；

基于(3)、(4)和(5)式，形成基于采样信号的自适应线性阈值暂态电压快速扰动判定方法，并根据判定结果快速启动录波记录；

②暂态功率跃变的判定与录波启动：

根据实时采样的电压电流数据，则暂态电能每周波的有功功率变化表示式为：

当暂态功率跃变超过设定值时其启动录波，即

Δp＞p_D (7)

式中p_D可表示为：

式中0＜k_d＜1,反映功率跃变定值占前一个周波功率的比列系数；

步骤2)、暂态电能质量数据的存储格式及文件传输：

当判定有暂态扰动并启动录波功能后，即从该启动信号开始连续统计记录该信号前一个周波数据及后续500个周波的数据为一个启动录波文件，暂态存储器可以连续存储100个文件，并及时发送上传，当文件数大于100后从第一个文件开始覆盖刷新存储，数据上传云服务器的即时通讯协议格式为MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输)方式；

步骤3)、暂态电能质量指标的在线计算及事件记录：

①瞬态过电压与暂时过电压计算及事件记录：

瞬态过电压判定采用半周波窗口，以半周采样值均值计算方法计算，当半周计算值超过瞬态过电压设定值时，判定为瞬态过电压事件，并记录该事件发生时刻；暂时过电压计算采用三个半周波窗口计算判定，当连续三个半周波计算的电压值都超过暂时过电压设定的定值时判定为暂时过电压，并记录该事件发生时刻；

②短时电压中断及晃电事件记录：

短时电压中断计算采用半周波窗口，当计算值降低到整定的瞬态中断定值时认为发生瞬态电压中断；当连续几个窗口计算值都降低到瞬态电压中断定值以下认为发生了短时电压中断；当随后电压恢复，恢复后又发生电压中断，如此跳跃式的发展设定为电压不稳定的晃电事件；

③电压波动、电压偏差计算及事件记录：

电压有效值采用全波窗口计算，当连续10个周波电压有效值的最大值与最小值之差大于整定的电压波动定值时，认为电压波动异常，并记录该事件发生的时刻；当每周波电压与电压额定值之差整定的电压偏差定值时，认为发生了电压偏差事件。

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