CN112147498A - 一种直流断路器监视和控制的模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直流断路器监视和控制的模块，包括电源部分与直流断路器监视和控制模块系统，包括多个电路与回路，独立于微控制器的快速跳闸控制，可最快速地对异常状态做出反应，实现闭锁线圈晶闸管驱动及电容电压的跳闸回路监控，在检测到跳闸回路故障时通过复位线圈来分闸断路器，在失去控制电源时可以通过闭锁线圈自动跳闸断路器，有禁止的条件存在时禁合闸，还加入SDRAM和SD卡记录并存储电流波形、带时标的开关动作信息及状态、跳合闸时线圈电流情况。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子器件技术领域，具体涉及一种直流断路器监视和控制的模块。
背景技术
在直流配电系统中直流断路器的重要性越来越突出，高效、快速、稳定控制断路器将直接保证整个电力系统的安全。目前，多数断路器控制模块需要完全依赖微处理器执行所有开合闸动作指令，在一些紧急突发状况发生时，可能出现跳闸不及时的现象，这将会成为重大安全隐患，并且也有损坏微处理器的风险。另外，在电力系统故障分析阶段，如果可以提供一份带时标的断路器执行动作信息和其他电路状态信息，很多疑问即可迎刃而解。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种直流断路器监视和控制的模块，以解决上述提到的诸多问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种直流断路器监视和控制的模块，包括电源部分与直流断路器监视和控制模块系统，所述直流断路器监视和控制模块系统中，快速跳闸输入与闭锁跳闸驱动电路相连，所述快速跳闸输入还与快速跳闸监控输入回路相连，所述快速跳闸监控输入回路与所述核心控制器相连，所述主回路电流采样电路与闭锁跳闸驱动电路相连，所述主回路电流采样电路还与核心控制器相连；闭锁开关状态监测回路、断路器控制信号检测电路、合闸信号检测电路、功能选择电路、本地跳闸监测回路、监视时钟回路、数字输入回路同样与所述核心控制器相连，直接输入信号至所述核心控制器中；闭锁复位电路、数字输出电路、操作机构驱动电路同样与所述核心控制器相连，接收从所述核心控制器输出的信号；此外，数据存储单元、通信单元与所述核心控制器相连，双向传输通讯信号及系统数据；所述电源部分中，包括控制部分电源与操作机构电源模块，所述电源部分与所述直流断路器监视和控制模块系统电性连接。
优选地，所述快速跳闸输入包括常闭无源跳闸输入、常开无源跳闸输入、电压跳闸输入。
优选地，所述断路器控制信号检测电路包括断路器跳闸输入、合闸输入、合闸禁止输入。
优选地，所述功能选择电路包括内部DIP开关、内部跳线。
优选地，所述通信单元包括RS48、以太网。
优选地，所述数据存储单元包括SDRAM、SD卡。
优选地，所述数字输入回路包括3路跳闸、1路合闸、合闸禁止/允许、合闸禁止，所述数字输入回路向所述核心控制器输送逻辑。
优选地，所述核心控制器、断路器控制信号检测电路、闭锁开关状态监测回路、合闸信号检测电路、本地跳闸监测回路、数字输入回路均设有光耦器件。
优选地，所述数字输入回路的输入端口为6路。
优选地，所述数字输出电路后端预留逻辑单元端口。
本发明提供的直流断路器监视和控制的模块的有益效果在于：
1.独立于微控制器的快速跳闸控制，可最快速地对异常状态做出反应。
2.实现闭锁线圈晶闸管驱动及电容电压的跳闸回路监控。
3.在检测到跳闸回路故障时通过复位线圈来分闸断路器。
4.在失去控制电源时可以通过闭锁线圈自动跳闸断路器。
5.有禁止的条件存在时禁合闸。
6.加入SDRAM和SD卡记录并存储电流波形、带时标的开关动作信息及状态、跳合闸时线圈电流情况。
附图说明
图1为本发明直流断路器监视和控制的模块的系统结构图；
图中：1、快速跳闸输入，2、闭锁跳闸驱动电路，3、核心控制器，4、快速跳闸监控输入回路，5、闭锁开关状态监测回路，6、断路器控制信号检测电路，7、合闸信号检测电路，8、功能选择电路，9、本地跳闸监测回路，10、监视时钟回路，11、主回路电流采样电路，12、电源部分，13、数字输入回路，14、数据存储单元，15、通信单元，16、闭锁复位电路，17、数字输出电路，18、操作机构驱动电路，101、常闭无源跳闸输入，102、常开无源跳闸输入，103、电压跳闸输入，601、断路器跳闸输入，602、合闸输入，603、合闸禁止输入，801、内部DIP开关，802、内部跳线，1201、控制部分电源，1202、操作机构电源模块，1301、3路跳闸，1302、1路合闸，1303、合闸禁止/允许，1304、合闸禁止，1401、SDRAM，1402、SD卡，1501、RS485，1502、以太网。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例1
参阅附图1，本发明直流断路器监视和控制的模块的系统结构图，本发明作为一种应用于直流断路器上的监视和控制的模块，可独立于处理器执行快速跳闸、实时上传数据、支持用户自定义逻辑，在设计中加入多种回路监测，拥有多项功能，具体如下：包括电源部分12与直流断路器监视和控制模块系统，直流断路器监视和控制模块系统中，快速跳闸输入1与闭锁跳闸驱动电路2相连，快速跳闸输入1还与快速跳闸监控输入回路4相连，快速跳闸监控输入回路4与核心控制器3相连，主回路电流采样电路11与闭锁跳闸驱动电路2相连，主回路电流采样电路11还与核心控制器3相连；闭锁开关状态监测回路5、断路器控制信号检测电路6、合闸信号检测电路7、功能选择电路8、本地跳闸监测回路9、监视时钟回路10、数字输入回路13同样与核心控制器3相连，直接输入信号至核心控制器3中；闭锁复位电路16、数字输出电路17、操作机构驱动电路18同样与核心控制器3相连，接收从核心控制器3输出的信号；此外，数据存储单元14、通信单元15与所述核心控制器3相连，双向传输通讯信号及系统数据。
更为具体的，在上述直流断路器监视和控制模块系统的各个部件中，快速跳闸输入1包括常闭无源跳闸输入101、常开无源跳闸输入102、电压跳闸输入103；断路器控制信号检测电路6包括断路器跳闸输入601、合闸输入602、合闸禁止输入603；功能选择电路8包括内部DIP开关801、内部跳线802；通信单元15包括RS481501、以太网1502；数据存储单元14包括SDRAM1401、SD卡1402；数字输入回路13包括3路跳闸1301、1路合闸1302、合闸禁止/允许1303、合闸禁止1304，数字输入回路13向所述核心控制器3输送逻辑；核心控制器3、断路器控制信号检测电路6、闭锁开关状态监测回路5、合闸信号检测电路7、本地跳闸监测回路9、数字输入回路13均设有光耦器件；数字输入回路13的输入端口为6路；数字输出电路17后端预留逻辑单元端口。
核心控制器3即为系统的控制器，快速跳闸监控输入回路4与核心控制器3相连处为快速跳闸监控输入回路4的输入端，闭锁开关状态监测回路5与核心控制器3相连处为闭锁开关状态监测回路5的输入端，合闸信号检测电路7与核心控制器3相连处为合闸信号检测电路7的辅助开关输入端，本地跳闸监测回路9与核心控制器3相连处为本地跳闸监测回路9的本地跳闸输入端，主回路电流采样电路11与核心控制器3相连处为主回路电流采样电路11的电流变送器输入端。
使用中，快速跳闸输入1和主回路电流采样电路11都是可以作为引起快速跳闸的输入，快速跳闸输入1中有两个是无源，一个带电压的，具体为常闭无源跳闸输入101，常开无源跳闸输入102，电压跳闸输入103，快速跳闸输入1通常由快速跳闸监控输入回路4监控。主回路电流采样电路11主要作用是监测主回路的电流情况，如果超过异常设定值则会引起快速跳闸。闭锁跳闸驱动电路2主要由大电容和光耦隔离器构成，配合执行跳闸驱动。断路器控制信号检测电路6、闭锁开关状态监测回路5、合闸信号检测电路7、本地跳闸监测回路9和数字输入回路13均加入光耦器件对输入信号进行隔离，减少外部干扰。断路器控制信号检测电路具体包括断路器跳闸输入601、合闸输入602、合闸禁止输入603，实现跳闸控制、合闸控制、禁止合闸功能。闭锁开关状态监测回路5可向核心控制器3传送闭锁状态，如果闭锁分闸，则核心控制器3会向主操作机构发送复位脉冲。合闸信号检测电路7的辅助开关输入是用来控制到达合闸线圈的脉冲时长。功能选择电路8包括内部DIP开关801与内部跳线802，在功能选择电路8能够让装置兼容多种不同控制条件，电路内的拨码开关及跳线端子的组合状态完成匹配现场状况的设置，比如设定是否将快速跳闸监控输入回路4的TCS信号作为复位断路器的依据、是否在失电时跳闸、设置部分输入接口有效电平的高低、变送器跳闸的延时设定、电流过载输入条件设置、通信方式选择。本地跳闸监测回路9是用来检测本地跳闸状况，当响应一个本地跳闸要求时，核心控制器3将会触发闭锁晶闸管并向主操作机构发送一个复位脉冲。监视时钟回路10的监视时钟设于系统内部，借助其功用，监控硬件和软件的正确操作。电源部分12即为电源回路，在内部产生12V和5V的系统电压，同时也产生为操作机构的闭锁线圈充电的电压。数字输入回路13主要用于用户自定义跳闸、合闸等逻辑。数据存储单元14包括SDRAM1401和SD卡1402两种存储方式，可带时标记录电压电流等相关数据，对于故障分析极为有益。本装置采用RS4851501和以太网1502两种方式进行数据通信，以便用户远程控制及查看。闭锁复位电路16是在系统检测到快速跳闸输入信号时，会发出一个200ms的脉冲指令以来复位闭锁。数字输出电路17用于发送快速跳闸监控输入回路4的TCS监控、控制器健康等信息。操作机构驱动电路18主要由电容和VDR保护的IGBT设备来实现的，核心控制器3通过光耦器件对其进行驱动。
本发明的直流断路器监视和控制的模块启动前，先通过功能选择电路8上的内部DIP开关801即拨码开关及内部跳线802端子的组合状态完成匹配现场状况的设置。电源部分12启动后装置开始工作，核心控制器3不断巡检断路器控制信号检测电路6的输入端口，如果有上级控制器发出断路器跳闸指令、合闸指令或禁止合闸的指令，或者来自作业人员操作的本地跳闸监测回路9输入信号，这些信号和指令进入核心控制器3后都会激发核心控制器3通过光耦给操作机构驱动电路18发出指令。在闭锁线圈电容器没有充分充电，断路器没有复位，存在一个持续的跳闸，检测到跳闸回路故障或禁止合闸的输入有效这些情况下都禁止合闸。操作机构驱动电路18有独立的供电模块：操作机构电源模块1202，在合闸过程中，操作机构电源模块1202可提供较大的合闸电流，满足系统要求，合闸时间长短可通过断路器合闸信号检测电路7的位置辅助开关的操作进行设定。
当来自外部的三种快速跳闸输入1的信号都通过电容、电阻和光耦隔离器直接启动闭锁跳闸驱动电路2。虽然整个过程不经过核心控制器3，但核心控制器3通过快速跳闸监控输入回路4检测到快速跳闸输入1信号的变化，然后会发出一个200ms的脉冲至闭锁复位电路16以来复位闭锁。闭锁的状态通过闭锁开关状态监测回路5的闭锁开关输入端传入核心控制器3中，以便用户通过通信单元15进行查看。
主回路电路电流通过主回路电流采样电路11的电流变送器输入传送至核心控制器3内，存储于数据存储单元14，用户也可通过通信单元15在线查看主回路电流情况。另外，主回路电流采样电路11的电流变送器输入也可通过一个光学隔离器驱动闭锁跳闸驱动电路2。
数字输入回路13包括3路跳闸1301、1路合闸1302、合闸禁止/允许1303与合闸禁止1304，鉴于用户可能需要自定义跳闸、合闸或者禁止合闸逻辑条件，所以装置预留出数字输入回路13的6路数字输入端口以备其用。
以继电器为核心搭建的数字输出电路17可以用于TCS健康、控制器健康及过载操作等信息的输出，后端可连接其它逻辑单元作为系统状态反映的手段。
装置工作过程中，断路器的开闸和合闸状态通过合闸信号检测电路7的辅助开关输入端上传至核心控制器3以供用户查看。如果是合闸状态，在闭锁跳闸或者操作机构复位时此输入都会改变。系统会监控模块的电源电压。在低电压的情况下微控制器可以选择使断路器跳闸。
如果CPU发生故障，监视时钟回路10的监视时钟会尝试复位CPU。如果CPU故障是永久性的，数字输出电路17中健康继电器会保持不通电，因此显示一个故障。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，包括电源部分与直流断路器监视和控制模块系统，所述直流断路器监视和控制模块系统中，快速跳闸输入与闭锁跳闸驱动电路相连，所述快速跳闸输入还与快速跳闸监控输入回路相连，所述快速跳闸监控输入回路与所述核心控制器相连，所述主回路电流采样电路与闭锁跳闸驱动电路相连，所述主回路电流采样电路还与核心控制器相连；
闭锁开关状态监测回路、断路器控制信号检测电路、合闸信号检测电路、功能选择电路、本地跳闸监测回路、监视时钟回路、数字输入回路同样与所述核心控制器相连，直接输入信号至所述核心控制器中；
闭锁复位电路、数字输出电路、操作机构驱动电路同样与所述核心控制器相连，接收从所述核心控制器输出的信号；
此外，数据存储单元、通信单元与所述核心控制器相连，双向传输通讯信号及系统数据；
所述电源部分中，包括控制部分电源与操作机构电源模块，所述电源部分与所述直流断路器监视和控制模块系统电性连接。
2.根据权利要求1所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述快速跳闸输入包括常闭无源跳闸输入、常开无源跳闸输入、电压跳闸输入。
3.根据权利要求1所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述断路器控制信号检测电路包括断路器跳闸输入、合闸输入、合闸禁止输入。
4.根据权利要求1所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述功能选择电路包括内部DIP开关、内部跳线。
5.根据权利要求1所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述通信单元包括RS48、以太网。
6.根据权利要求1所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述数据存储单元包括SDRAM、SD卡。
7.根据权利要求1所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述数字输入回路包括3路跳闸、1路合闸、合闸禁止/允许、合闸禁止，所述数字输入回路向所述核心控制器输送逻辑。
8.根据权利要求1至7任一项所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述核心控制器、断路器控制信号检测电路、闭锁开关状态监测回路、合闸信号检测电路、本地跳闸监测回路、数字输入回路均设有光耦器件。
9.根据权利要求1所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述数字输入回路的输入端口为6路。
10.根据权利要求1所述的直流断路器监视和控制的模块，其特征在于，所述数字输出电路后端预留逻辑单元端口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201229 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |