CN112750638B - 断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置，包括固定在断路器的传动轴的端部的联动触杆，在该联动触杆的端部两侧分别设有第一静触点、第二静触点，当断路器合闸时，所述传动轴带动所述联动触杆的端部仅与所述第一静触点接触；当断路器分闸时，所述传动轴带动所述联动触杆的端部仅与所述第二静触点接触；第一、第二静触点经信号处理电路与单片机的I/O接口相连；单片机根据I/O接口接收到的信号实时判断断路器合分闸状态，以控制断路器的永磁线圈的电流的导通时间，完成断路器的智能控制。
Description
技术领域
本发明属于输变电设备状态监测的技术领域，涉及一种断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置及其工作方法。
背景技术
电力系统高压开关中，大部分采用永磁机构开关的真空断路器，其优点是机械零件少，长寿命，免维护，稳定可靠，机构可靠工作，分闸速度快。
现有的断路器(包括真空断路器)的永磁线圈通电工作时，由于电磁力的作用，带动断路器的传动轴轴向移动，达到合分闸的目的。但由于合分闸过程中，存在机械抖动，如何用精准的实时判断断路器的合分位置，使得断路器工作在最佳的状况，是本领域的技术难题。如图1所示，图1所示的波形为断路器由合闸到分闸时检测到的永磁线圈中的电流状态波形，该实际波形混杂了很多杂散的干扰或机械抖动引起的杂波，如果等这些杂波消失后再判断断路器开关状态，势必会有一段时间延时，影响了断路器的精确控制。
现有设计采用高成本的位移传感器或霍尔传感器来实现这一目标，这些方法成本较高，且断路器在动作过程中，产生机械震动容易产生误判。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种准确性和可靠性较高，不易发生误判且成本较低的判断断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置及其工作方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置，包括：固定在断路器的传动轴1的端部的联动触杆11，在该联动触杆11的端部两侧分别设有第一静触点2、第二静触点3，当断路器合闸时，所述传动轴1带动所述联动触杆11的端部仅与所述第一静触点2接触；当断路器分闸时，所述传动轴带动所述联动触杆11的端部仅与所述第二静触点3接触；第一、第二静触点经信号处理电路(优选光电隔离电路或磁耦合隔离或A/D转换电路)与单片机的I/O接口相连；单片机根据I/O接口接收到的信号实时判断断路器合分闸状态，一旦判断出断路器分闸或合闸到位，单片机切断所述断路器的永磁线圈的工作电流，完成断路器的智能控制。
所述单片机的工作方法，包括：在软件空间建立一个固定时间间隔的检测窗口，该时间窗口充分利用MCU内精确的定时器，每间隔 0.5ms测试断路器的分合状态，并把分别代表分合闸状态的0和1依序记录在如图4所示的32比特的文件寄存器里，32比特的文件寄存器对应于时间窗口的记录值，共记录32位等间隔的0和1状态，共计16ms的窗口；该窗口随着时间的推移，采用先进先出的原则，不断的移除旧的记录值，记录最新的值，每记录一次新的值之后，
公式1：
其中：CNT为计数值，Bt为32比特的文件寄存器里每位的值， t为时间间隔0.5ms；
公式2：合闸阈值HTH＝kH.CNT
其中，kH为合闸阈值系数0.75(由实验数据平均后取得)；
公式3：分闸阈值FTH＝kT.CNT
其中，kT为分闸阈值系数0.25(由实验数据平均后取得)；
按上述公式1统计1状态的个数，当合闸阈值HTH大于预设的合闸阈值时，判断为合闸状态；当分闸阈值FTH小于预设的分闸阈值时，判断为分闸状态；该方法可以排除偶发的干扰，并精确的区分机械抖动干扰，精准的判断出断路器分合闸位置变化的点。
一种应用上述判断装置的断路器的工作方法，包括：所述单片机接收到合闸或分闸控制信号时，通过单片机内部的PWM模块发出脉宽可调信号至IGBT驱动电路，以驱动断路器的永磁线圈工作，进而控制断路器的传动轴位移，以实施断路器的合闸或分闸动作；同时单片机根据I/O接口接收到的信号实时判断断路器的分合闸状态，一旦测得断路器分合闸到位，单片机切断断路器的永磁线圈的工作电流。
本发明的技术效果：本发明的判断装置中的采样断路器机构自带的联动辅助触点。来实现高压开关的合分闸的合分位置判断，相对于现有技术成本较低，判断准确性和可靠性较高，不易发生误判。本发明用机构自带的联动辅助触点来实时判断断路器分合闸位置，以精准及时切断永磁线圈工作电流，单片机接收到合闸或分闸状态信号，通过单片机内部PWM模块发出脉宽可调信号至IGBT驱动电路，驱动断路器的永磁线圈工作，同时单片机实时检测由机构联动辅助触点来判断断路器分合闸位置，一旦断路器分合到位，单片机切断线圈工作电流，防止线圈长时间通电，引起损坏。本发明的工作流程，能极大程度地避免判断过程中受到纹波和毛刺的影响，提高合分闸判断精准度。
附图说明
为使本发明能够更清楚地被理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1是现有断路器由合闸到分闸时永磁线圈中的电流波形图；
图2是本发明的断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置的结构示意图；
图3是本发明的断路器由合闸到分闸的时间窗口示意图；
图4是本发明的32比特的文件寄存器以先进先出的方式等间隔记录状态信号的示意图；
图5是本发明的所述判断装置的电路原理框图；
图6是本发明的所述信号处理电路的电路原理图。
具体实施方式
如图1-6，本实施例的判断断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置，包括：固定在断路器的传动轴1的端部的联动触杆11，在该联动触杆11的端部两侧分别设有第一静触点2、第二静触点3，当断路器合闸时，所述传动轴带动所述联动触杆11的端部仅与所述第一静触点2接触，并形成一低压直流回路；当断路器分闸时，所述传动轴带动所述联动触杆11的端部仅与所述第二静触点3接触，并形成另一低压直流回路；第一、第二静触点经信号处理电路(优选光电隔离电路或磁耦合隔离或A/D转换电路)与单片机的I/O接口相连；单片机根据I/O接口接收到的信号实时判断断路器合分闸状态，以控制断路器的永磁线圈L的电流的导通时间，完成断路器的智能控制。
断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置的判断方法，包括所述单片机的工作方法，具体包括：在单片机的软件空间建立一个固定时间间隔的检测窗口，该时间窗口充分利用MCU内精确的定时器，每间隔0.5ms测试断路器的分合状态，并把分别代表分、合闸状态的0和1依序记录在如图4所示的32比特的文件寄存器里，32比特的文件寄存器对应于时间窗口的记录值，共记录32位等间隔的0和1 状态，共计16ms的窗口；该窗口随着时间的推移，采用先进先出的原则，不断的移除旧的记录值，记录最新的值，每记录一次新的值之后，
公式1：
其中：CNT为计数值，Bt为32比特的文件寄存器里每位的值， t为时间间隔0.5ms；
公式2：合闸阈值HTH＝kH.CNT
其中，kH为合闸阈值系数0.75(由实验数据平均后取得)；
公式3：分闸阈值FTH＝kT.CNT
其中，kT为分闸阈值系数0.25(由实验数据平均后取得)；
按上述公式1统计1状态的个数，当合闸阈值HTH大于预设的合闸阈值时，判断为合闸状态；当分闸阈值FTH小于预设的分闸阈值时，判断为分闸状态；该方法可以排除偶发的干扰，并精确的区分机械抖动干扰，精准的判断出断路器分合闸位置变化的点。
作为可选的实施方式，所述文件寄存器也可以采用24、48、64 或128比特，所述的间隔0.5ms可以相应调整。单片机优选M4、M5、 M6或M7单片机。
如图5，本发明用机构自带的联动辅助触点来实时判断断路器分合闸状态，以精准及时切断永磁线圈工作电流。具体的工作过程为：当单片机接收到合闸或分闸控制信号时，通过单片机内部PWM模块发出脉宽可调信号至IGBT驱动电路，以驱动断路器的永磁线圈工作，进而控制传动轴位移，以实施合闸或分闸动作；同时单片机根据I/O 接口接收到的信号实时判断断路器分合闸状态，一旦判断出断路器分或合到位，单片机切断永磁线圈的工作电流，防止永磁线圈长时间通电，引起损坏。本发明的工作流程，能极大程度地避免判断过程中受到纹波和毛刺的影响，提高合分闸判断精准度。
如图6，所述信号处理电路：在联动触杆的端部所在的回路中施加一个低压直流电源，信号流经电阻R1、电阻R2使得光耦导通或关闭，产生0或1的数字信号电平，送入单片机的I/O接口，单片机实时的等间隔的对断路器合分信号进行采样，通过本发明的窗口算法剔除机械抖动及随机干扰信号，达到精确判断。图中C1为硬件滤波，VD1为高压干扰钳位电路，R3为光耦限流保护电阻。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种断路器合分闸机械触点的合分状态的判断装置的工作方法，其特征在于，所述判断装置包括固定在断路器的传动轴的端部的联动触杆，在该联动触杆的端部两侧分别设有第一、第二静触点；
当断路器合闸时，所述传动轴带动所述联动触杆的端部仅与所述第一静触点接触；当断路器分闸时，所述传动轴带动所述联动触杆的端部仅与所述第二静触点接触；第一、第二静触点经信号处理电路与单片机的I/O接口相连；单片机根据I/O接口接收到的信号实时判断断路器合分闸状态，一旦判断出断路器分闸或合闸到位，单片机切断所述断路器的永磁线圈的工作电流；
所述的判断装置的工作方法，包括：在单片机的软件空间建立一个固定时间间隔的检测窗口，该窗口充分利用MCU内精确的定时器，每间隔0.5ms测试断路器的分合状态，并把分别代表分、合闸状态的0和1依序记录在32比特的文件寄存器里，32比特的文件寄存器对应于窗口的记录值，共记录32位等间隔的0和1状态，共计16ms的窗口；该窗口随着时间的推移，采用先进先出的原则，不断的移除旧的记录值，记录最新的值，每记录一次新的值之后，
公式 1 ：CNT= 
其中：CNT为计数值，Bt为32比特的文件寄存器里每位的值，t为时间间隔0.5ms；
公式 2 ：合闸阈值 HTH=kH.CNT
其中， kH为合闸阈值系数 0.75；
公式 3 ：分闸阈值 FTH=kT.CNT
其中，kT为分闸阈值系数 0.25，由实验数据平均后取得；
按上述公式1统计1状态的个数，当合闸阈值HTH大于预设的合闸阈值时，判断为合闸状态；当分闸阈值FTH小于预设的分闸阈值时，判断为分闸状态。
2.如权利要求1所述的判断装置的工作方法，其特征在于：所述信号处理电路为两路光电隔离电路或两路磁耦合隔离或两路A/D转换电路。
3.如权利要求2所述的判断装置的工作方法，其特征在于：所述信号处理电路包括：在联动触杆的端部所在的回路中施加一个低压直流电源，当联动触杆的端部与第一或第二触点接触时，信号流经电阻R1、电阻R2使得光耦导通；反之，使得光耦关闭，以产生0或1的数字信号电平，送入单片机的I/O接口，单片机实时的等间隔的对断路器合分信号进行采样；电阻R1与电阻R2的接点与参考地之间并联有滤波电容C1和用于高压干扰钳位的稳压管VD1，光耦的电流输入、输出端之间并联有光耦限流保护电阻R3。
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