CN111624922A - 高压隔离开关智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压隔离开关智能控制器，包括双处理器，双处理器包括双向信号连接的嵌入式处理芯片和CPLD芯片，嵌入式处理芯片依次通过驱动电路和继电器电路与电动机的隔离开关电连接；电动机的隔离开关设有角度传感器、压力传感器、电流传感器和温湿度传感器，并通过信号调理电路与嵌入式处理芯片的A/D端口连接；CPLD芯片分别与光纤通信模块、光电隔离模块和LED指示电连接，光纤通信模块与组态显示屏电连接，光电隔离模块连接有I/O模块。智能化程度高，兼有丰富外部接口；结构小巧便于安装，制造成本低；安全可靠故障率低，抗干扰性能好。

Description

高压隔离开关智能控制器

技术领域

本发明涉及一种隔离开关，尤其涉及一种高压隔离开关智能控制器。

背景技术

高压隔离开关作为输变电系统的一个重要元件，是电网中使用量最多的一次开关设备。由于其没有专门的灭弧装置，因此不能用来拉合负荷电流和短路电流，只能断开无负荷电流的电路，使所检修的设备与电源有明显的断开点，以保证检修人员的安全。虽然隔离开关的结构较为简单，但其触头、触指长期裸露在工作环境中，常年承受着风吹、雨淋、雪盖、日晒等各种气候条件的影响，在机械闭合冲击时易于造成触头变形、触头与触指接触处氧化、动触指与静触头不能有效接触，导致接触电阻增大从而引起动触指与静触头接触部位发热过热等缺陷，造成开关损坏或停电事故。设计可靠的户外高压隔离开关控制器对保障电网完全运行是至关重要的大事。

近些年高压隔离开关正朝着高电压、大容量、高机械可靠性、少维护、小型化、组合化方向发展。目前的隔离开关的发展，主要体现在运用新材料、新工艺、优化传动机构等方面，高压隔离开关控制器的发展缓慢，更谈不上实现隔离开关智能化，随着智能电网的建设，智能断路器的长足发展和使用，对隔离开关也提出了智能化的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压隔离开关智能控制器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的高压隔离开关智能控制器，包括双处理器，所述双处理器包括双向信号连接的嵌入式处理芯片和CPLD芯片，所述嵌入式处理芯片依次通过驱动电路和继电器电路与电动机的隔离开关电连接；

所述电动机的隔离开关设有角度传感器、压力传感器、电流传感器和温湿度传感器，所述角度传感器、压力传感器、电流传感器和温湿度传感器分别与信号调理电路电连接，所述信号调理电路与嵌入式处理芯片的A/D端口连接；

所述CPLD芯片分别与光纤通信模块、光电隔离模块和LED指示电连接，所述光纤通信模块与组态显示屏电连接，所述光电隔离模块连接有I/O模块。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高压隔离开关智能控制器，智能化程度高，兼有丰富外部接口；结构小巧便于安装，制造成本低；安全可靠故障率低，抗干扰性能好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高压隔离开关智能控制器结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的高压隔离开关智能控制器，其较佳的具体实施方式是：

包括双处理器，所述双处理器包括双向信号连接的嵌入式处理芯片和CPLD芯片，所述嵌入式处理芯片依次通过驱动电路和继电器电路与电动机的隔离开关电连接；

所述电动机的隔离开关设有角度传感器、压力传感器、电流传感器和温湿度传感器，所述角度传感器、压力传感器、电流传感器和温湿度传感器分别与信号调理电路电连接，所述信号调理电路与嵌入式处理芯片的A/D端口连接；

所述CPLD芯片分别与光纤通信模块、光电隔离模块和LED指示电连接，所述光纤通信模块与组态显示屏电连接，所述光电隔离模块连接有I/O模块。

所述嵌入式处理芯片还连接有电源模块和键盘模块。

所述嵌入式处理芯片为意法半导体公司的STM32F103VET6；所述CPLD芯片为Altera公司设计生产的Max II系列CPLD芯片EPM240；所述继电器电路为固态继电器和电磁继电器触点串联的结构。

所述角度传感器实时采集隔离开关的角度信息以确定隔离开关是否已合闸到位或完全分断；

六个所述压力传感器分别安装在上下隔离开关三相触指提供压力的弹簧附近，实时监测为上下隔离开关触指提供压力的弹簧的压力值，从而实现对隔离开关触指压力的实时监测；

所述电流传感器将电动机运行时的大电流按一定的比例转化为小电流进行实时采样，进而有效地监控电机的工作电流；

所述温湿度传感器实时采集触点温度和湿度。

上述采样信号经过信号调理电路后送入嵌入式处理芯片的A/D端口，所得到的数据由处理器进行统一处理。

所述电源模块为控制器供电，所述键盘模块进行保护参数设置；

高压隔离开关的运行状态通过组态显示屏进行动态显示或通过LED指示进行实时指示；组态显示屏与CPLD芯片之间通过光纤通信模块进行Modbus通信；

通过所述I/O模块来实现高压隔离开关的电气闭锁和远程控制功能；所述I/O模块通过光电隔离模块与CPLD芯片直接连接。

本发明采用嵌入式处理芯片1、CPLD芯片2双处理器，通过驱动电路3来控制继电器电路4，从而使电动机5根据不同操作指令来进行顺时针或逆时针旋转，以实现隔离开关的合闸或分断。角度传感器7实时采集隔离开关的角度信息以确定隔离开关是否已合闸到位或完全分断；六个压力传感器8分别安装在上下隔离开关三相触指提供压力的弹簧附近，可实时监测为上下隔离开关触指提供压力的弹簧的压力值，从而实现对隔离开关触指压力的实时监测；电流传感器9将电机运行时的大电流按一定的比例转化为小电流进行实时采样，进而有效地监控电机的工作电流；温湿度传感器10实时采集触点温度和湿度。上述采样信号经过信号调理电路6后送入嵌入式处理芯片1的A/D端口，所得到的数据由处理器进行统一处理。

本发明还有电源模块11为控制器供电，键盘模块12进行保护参数设置；高压隔离开关的运行状态可以通过组态显示屏14进行动态显示或通过LED指示15进行实时指示；组态显示屏14与CPLD芯片2之间通过光纤通信模块13进行Modbus通信。

此外，本发明通过I/O模块16来实现高压隔离开关的电气闭锁和远程控制功能；I/O模块16通过光电隔离模块17与CPLD芯片2直接连接。

本发明设计智能化程度高、制造成本低、体积小巧，且具有较强的抗干扰性能，可以适应供电电网对隔离开关智能化的要求。

为提高高压隔离开关的安全性能，本发明的继电器电路4采用固态继电器和普通电磁继电器串联配合使用。当需要电动机5正转带动隔离开关闭合时，嵌入式处理芯片1控制普通电磁继电器先上电，然后控制固态继电器上电使电路接通，电机开始工作。当开关到位以后，嵌入式处理芯片1控制固态继电器先打开使电路断电，然后普通电磁继电器关断，电机传动机构中的刹车机构刹车使电机迅速停止转动。同理，当需要电机反转带动隔离开关打开时，也照此进行。由于固态继电器在负载电路中开关不会产生火花、拉弧等现象，而普通电磁继电器带负载使用容易导致触点烧坏降低使用寿命，所以固态继电器和普通电磁继电器的开关顺序不能颠倒。二者串联使用，可有效防止单一继电器独自工作时因强电磁干扰等发生意外误动。

本发明通过角度传感器7、压力传感器8、电流传感器9、温湿度传感器10来实时采集隔离开关的触头角度、触点压力、电机电流、触点温湿度等状态信息，所有的采样信号经过信号调理电路6后送入嵌入式处理芯片1的A/D端口进行统一处理。。

本发明可以把高压隔离开关的多种实时数据，包括分合闸状态、电机电流、触点压力、触点温湿度等可以通过组态显示屏14进行动态显示；其运行状态或故障状态也可以通过LED指示15进行实时指示。

本发明严格遵照电力系统设备运行过程中的闭锁条件，包括带负荷时的分断操作闭锁、柜门打开时隔离开关动作闭锁、断路器合闸后隔离开关动作闭锁等多种闭锁方式。在满足闭锁条件的前提下，可通过远程控制方式触发遥控合闸继电器，向嵌入式处理芯片1发送合闸控制信号。上述的高压隔离开关的电气闭锁和远程控制功能，均通过I/O模块16来实现。

本发明的嵌入式处理芯片1设置为意法半导体(ST)公司的STM32F103VET6；辅助控制CPLD芯片2设置为Altera公司设计生产的Max II系列CPLD芯片EPM240。在本技术方案中，高压隔离开关的智能控制器本体为重要技术特征，在相关技术领域中，具有新颖性、创造性和实用性。

具体实施例：

如图1所示，通过电源模块11供电，使用前先通过键盘模块12进行保护参数设置。分合闸指令在近控状态下通过键盘模块12发出，在远控状态下通过I/O模块16发出。嵌入式处理芯片1接收到合闸指令后，即应控制电动机5正转带动隔离开关闭合。通常，嵌入式处理芯片1控制普通电磁继电器先上电，然后控制固态继电器上电使电路接通，电机开始工作。当开关到位以后，嵌入式处理芯片1控制固态继电器先打开使电路断电，然后普通电磁继电器关断，电机传动机构中的刹车机构刹车使电机迅速停止转动。同理，当需要电机反转带动隔离开关打开时，也照此进行。

在分闸或合闸的过程中，角度传感器7实时采集隔离开关的角度信息以确定隔离开关是否已合闸到位或完全分断；六个压力传感器8分别安装在上下隔离开关三相触指提供压力的弹簧附近，可实时监测为上下隔离开关触指提供压力的弹簧的压力值，从而实现对隔离开关触指压力的实时监测；电流传感器9将电机运行时的大电流按一定的比例转化为小电流进行实时采样，进而有效地监控电机的工作电流；温湿度传感器10实时采集触点温度和湿度。上述采样信号经过信号调理电路6后送入嵌入式处理芯片1的A/D端口，所得到的数据由处理器进行统一处理，并通过组态显示屏14进行运行状态的实时显示。

本发明具有下特点：

智能化程度高，兼有丰富外部接口；结构小巧便于安装，制造成本低；安全可靠故障率低，抗干扰性能好。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种高压隔离开关智能控制器，其特征在于，包括双处理器，所述双处理器包括双向信号连接的嵌入式处理芯片(1)和CPLD芯片(2)，所述嵌入式处理芯片(1)依次通过驱动电路(3)和继电器电路(4)与电动机(5)的隔离开关电连接；

所述电动机(5)的隔离开关设有角度传感器(7)、压力传感器(8)、电流传感器(9)和温湿度传感器(10)，所述角度传感器(7)、压力传感器(8)、电流传感器(9)和温湿度传感器(10)分别与信号调理电路(6)电连接，所述信号调理电路(6)与嵌入式处理芯片(1)的A/D端口连接；

所述CPLD芯片(2)分别与光纤通信模块(13)、光电隔离模块(17)和LED指示(15)电连接，所述光纤通信模块(13)与组态显示屏(14)电连接，所述光电隔离模块(17)连接有I/O模块(16)。

2.根据权利要求1所述的高压隔离开关智能控制器，其特征在于，所述嵌入式处理芯片(1)还连接有电源模块(11)和键盘模块(12)。

3.根据权利要求2所述的高压隔离开关智能控制器，其特征在于所述嵌入式处理芯片(1)为意法半导体公司的STM32F103VET6；所述CPLD芯片(2)为Altera公司设计生产的MaxII系列CPLD芯片EPM240；所述继电器电路(4)为固态继电器和电磁继电器触点串联的结构。

4.根据权利要求1、2或3所述的高压隔离开关智能控制器，其特征在于：

所述角度传感器(7)实时采集隔离开关的角度信息以确定隔离开关是否已合闸到位或完全分断；

六个所述压力传感器(8)分别安装在上下隔离开关三相触指提供压力的弹簧附近，实时监测为上下隔离开关触指提供压力的弹簧的压力值，从而实现对隔离开关触指压力的实时监测；

所述电流传感器(9)将电动机(5)运行时的大电流按一定的比例转化为小电流进行实时采样，进而有效地监控电机的工作电流；

所述温湿度传感器(10)实时采集触点温度和湿度。

上述采样信号经过信号调理电路(6)后送入嵌入式处理芯片(1)的A/D端口，所得到的数据由处理器进行统一处理。

5.根据权利要求4所述的高压隔离开关智能控制器，其特征在于：

所述电源模块(11)为控制器供电，所述键盘模块(12)进行保护参数设置；

高压隔离开关的运行状态通过组态显示屏(14)进行动态显示或通过LED指示(15)进行实时指示；组态显示屏(14)与CPLD芯片(2)之间通过光纤通信模块(13)进行Modbus通信；

通过所述I/O模块(16)来实现高压隔离开关的电气闭锁和远程控制功能；所述I/O模块(16)通过光电隔离模块(17)与CPLD芯片(2)直接连接。

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