CN113422355A - 一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路 - Google Patents

一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，本发明通过电缆连接控制单元与开关，与开关内的辅助触点以及操作电源配合，以较少的信号数量，完成整套重合器系统的分合控制以及开关位置采集处理，为重合器系统功能的实现提供了设计基础。该设计可应用于大多数重合器应用场合，大大简化控制单元及开关的接口设计，减轻现场安装、接线、调试等施工工作量，减少出错的环节，方便客户；充分利用开关已有辅助触点完成系统控制功能，不破坏电缆完整性，达到一二次深度融合设计的目的；控制单元的出口部分采用MOS管设计，提高了出口信号的传递速度，适应于对分合闸时间有严格要求的重合器使用场合。

Description

一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路
技术领域
本发明涉及电力系统遥信遥控电路设计技术领域，特别是一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路。
背景技术
重合器(Recloser)是应用于配电网的一种智能化成套开关设备，其具备检测故障电流、执行断开故障电流的控制输出以及按照顺序和时间间隔实施给定次数重合等功能，实现故障切除及非故障区域的供电恢复，主要用于保护出线或分支线路。重合器主要由二次控制器柜、一次开关本体和连接航插电缆组成，控制器柜和开关通过电缆连接，通过电缆提供工作电源及传递信号。控制器柜内安装有控制单元(核心控制部件)、AC-DC电源模块以及空气开关等，开关本体内包含产生分合闸操作电源VTC(如DC24V)的电源板、线圈操作机构、开关辅助触点和电压电流传感器等。
在重合器控制单元、FTU、DTU等配电控制设备中，都具备遥信和遥控等功能，其中遥信电路实现一次开关的分合位置、储能位置和接地位置等开关量信号的监测，遥控电路输出分、合闸控制信号、实现开关分合闸操作功能。常规设计中，开关的分合位置一般是二次设备独立的遥信回路采集，而分闸、合闸由两路独立的继电器控制输出回路实现，遥信遥控回路之间在电气上并无直接关联。控制设备与开关断路器连接电缆中，既有遥信信号电缆，又有遥控信号电缆，使用的电缆数量较多，存在电缆焊接部位多、易存在隐患、成本高等问题。
常规控制器遥信电路、遥控电路设计分别如图一、图二所示。
图一中的YX-FZ、YX-HZ和YXCOM-为开关侧遥信输入信号，IN-FZ和IN-HZ为控制器侧输入到CPU的分、合位置信号。图二遥控输出电路采用了系统电源和出口两级隔离设计，YK-FZ和YK-HZ分别是CPU发出的分闸、合闸输出信号，而KO-FZ和KO-HZ分别是隔离后输出到开关侧的分、合出口信号。另外，图中24VIN-和24VIN+是控制器板内产生的24V隔离电源、负责继电器线圈驱动部分供电；24VOUT-和24VOUT+(图中24VOUT+未体现)是分合闸线圈操作电源，负责提供继电器触点接24VOUT-地产生的信号电平给开关侧使用。因为继电器线圈和触点在电气上隔离，所以使用的24V电源不是同一套，需要分别提供。
常规的控制器遥信和遥控电路与开关的信号连接，至少需要YX-FZ、YX-HZ和YXCOM-三根遥信信号线以及KO-FZ、KO-HZ两根遥控信号线，共五根信号线完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，旨在解决现有技术中电缆信号线数量多、易出错且成本高的问题，实现开关位置采集和遥控输出共用，减少电缆信号线，节省成本。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，所述共用电路结构如下：
处理器发出的分闸控制信号经由光耦U1连接N沟道MOS管Q1，N沟道MOS管Q1连接TRP-信号输出端，通过MOS管的通断输出分闸TRP-信号；处理器发出的合闸控制信号经由光耦U2连接N沟道MOS管Q2，N沟道MOS管Q2连接CLS-信号输出端，通过MOS管的通断输出合闸CLS-信号；通过TRP-和CLS-信号进行分合闸遥控输出；
TRP-信号经由光耦U3隔离输出分闸位置回读信号IN-FZ；CLS-信号经由光耦U4隔离输出合闸位置回读信号IN-HZ；通过IN-FZ和IN-HZ信号进行分合闸位置遥信采集；
TRP-和CLS-信号通过电缆接线，分别串联一组互逆的开关辅助常开和常闭触点后连接到重合器一次开关内部的分、合线圈上，线圈公共端连接操作电源24VOUT+，根据接收信号控制一次开关动作。
优选地，所述TRP-和CLS-信号对信号地布置TVS和滤波电容，TRP-信号、CLS-信号和信号地分别对机壳地布置Y电容。
优选地，所述分合闸遥控输出和分合闸位置遥信采集为分时进行。
优选地，所述TRP-信号串联分闸线圈，所述CLS-信号串联合闸线圈。
优选地，分闸操作时，所述TRP-信号串联开关辅助常闭触点，所述CLS-信号串联开关辅助常开触点，操作电源24VOUT+通过常闭触点和分闸线圈施加到TRP-信号上，因常开触点的断路状态无法施加到CLS-上，只能进行分闸操作。
优选地，合闸操作时，所述CLS-信号串联开关辅助常闭触点，所述TRP-信号串联开关辅助常开触点，操作电源24VOUT+通过常闭触点和合闸线圈施加到CLS-信号上，因常开触点的断路状态无法施加到TRP-上，只能进行合闸操作。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过电缆连接控制单元与开关，与开关内的辅助触点以及操作电源配合，以较少的信号数量，完成整套重合器系统的分合控制以及开关位置采集处理，为重合器系统功能的实现提供了设计基础。该设计可应用于大多数重合器应用场合，大大简化控制单元及开关的接口设计，减轻现场安装、接线、调试等施工工作量，减少出错的环节，方便客户；充分利用开关已有辅助触点完成系统控制功能，不破坏电缆完整性，达到一二次深度融合设计的目的；控制单元的出口部分采用MOS管设计，在保证隔离及电磁兼容性效果的基础上，提高了出口信号的传递速度，适应于对分合闸时间有严格要求的重合器使用场合。
附图说明
图1为现有技术中所提供的一种常规控制器分合位置遥信电路图；
图2为现有技术中所提供的一种常规控制器分合闸遥控电路图；
图3为本发明实施例中所提供的一种控制器遥信遥控共用电路图；
图4为本发明实施例中所提供的开关合位状态时开关触点状态示意图；
图5为本发明实施例中所提供的开关分位状态时开关触点状态示意图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路进行详细说明。
本发明实施例公开了一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，所述电路结构如下：
处理器发出的分闸控制信号经由光耦U1连接N沟道MOS管Q1，N沟道MOS管Q1连接TRP-信号输出端，通过MOS管的通断输出分闸TRP-信号；处理器发出的合闸控制信号经由光耦U2连接N沟道MOS管Q2，N沟道MOS管Q2连接CLS-信号输出端，通过MOS管的通断输出合闸CLS-信号；通过TRP-和CLS-信号进行分合闸遥控输出；
TRP-信号经由光耦U3隔离输出分闸位置回读信号IN-FZ；CLS-信号经由光耦U4隔离输出合闸位置回读信号IN-HZ；通过IN-FZ和IN-HZ信号进行分合闸位置遥信采集；
TRP-和CLS-信号通过电缆接线，分别串联一组互逆的开关辅助常开和常闭触点后连接到重合器一次开关内部的分、合线圈上，线圈公共端连接操作电源24VOUT+，根据接收信号控制一次开关动作。
本发明实施例通过电缆连接控制单元与开关，与开关内的辅助触点以及操作电源配合，以较少的信号数量，完成整套重合器系统的分合控制以及开关位置采集处理，为重合器系统功能的实现提供设计基础。
图3为本发明控制单元内部分合闸控制输出及信号回读部分接口电路，和常规控制器系统侧的实现一样，YK-FZ和YK-HZ信号分别是处理器发出的分闸和合闸控制信号，IN-FZ和IN-HZ分别是处理器采集的分合位置遥信信号。其中，YK-FZ和YK-HZ信号经过光耦U1、U2隔离后控制N沟道MOS管Q1、Q2的通断，分别输出新的TRP-和CLS-信号到控制单元出口处，其中低电平脉冲为有效信号。
TRP-和CLS-信号通过电缆接线，分别串联一组互逆的开关辅助常开和常闭触点后连接到重合器一次开关内部的分、合线圈上，线圈公共端连接操作电源24VOUT+，根据接收信号控制一次开关动作，如图4所示。
由于MOS管为出口管件，为避免电缆上干扰信号对MOS管的影响、保证信号稳定有效，分别在TRP-和CLS-对信号地布置TVS和滤波电容，TRP-信号、CLS-信号和信号地分别对机壳地布置Y电容。在单元内部，TRP-和CLS-信号又分别驱动两组独立的遥信电路，为滤除针对遥信采集的高频干扰，在遥信回路的公共端同时布置Y电容，经过光耦U3、U4隔离后的对应系统侧信号IN-FZ和IN-HZ作为分合闸位置回读信号供处理器采集处理。
本发明实施例相比常规控制器的接口信号变化，在于以TRP-和CLS-两个信号取代了常规YX-FZ、YX-HZ、YXCOM-和KO-FZ、KO-HZ等五个信号。
重合器控制单元分合闸输出和开关位置监测电路在电气上相关联，对外只有两个出口信号TRP-和CLS-输出，没有独立的开关位置采集回路，分闸和合闸的控制信号实际上也是遥信的回读信号。虽然信号电路共用，但是遥控输出和遥信采集在有效信号的处理上却是分时的。低电平控制输出脉冲信号通过电缆线传递到开关侧，驱动线圈操作机构动作，控制输出的软件优先级高于遥信采集，此时遥信采集数据无效，待脉冲有效电平结束后开放遥信分析处理功能。遥信采集的是开关的实际位置，相关功能在控制输出无效时进行，否则遥控信号会干扰遥信判断、无法反映开关分合位置的真实状态。通过软件、硬件的配合，在实现遥信遥控功能的基础上，与开关侧互联的分合相关信号线只有两根，并简化了单元的电路设计。
在图4中，合闸信号电缆串联开关的常开触点，分闸信号电缆串联开关的常闭触点。一般开关分合闸线圈内阻都比较小，相比控制单元遥信回路串联的电阻可以忽略不计，以这种接入方式为初始状态下，开关操作电源24VOUT+通过常闭触点和分闸线圈施加到TRP-信号上，而因为常开触点的断路状态无法施加到CLS-上，所以TRP-和CLS-双点位置信号为“10”，对应的IN-FZ和IN-HZ信号为“01”，软件中设置该状态为开关合位，在合位状态只能进行分闸操作，控制单元将向TRP-信号端发送有效脉冲，信号通过电缆及开关常闭触点作用到分线圈，并驱动开关分闸。
分闸后，开关触点状态转变为图5所示：
此时开关操作电源24VOUT+通过常闭触点和合闸线圈施加到CLS-上，而因为常开触点的断路状态无法施加到TRP-上，所以TRP-和CLS-双点位置信号为“01”，对应的IN-FZ和IN-HZ信号为“10”，软件中设置该状态为开关分位，与分闸操作后的开关实际状态一致，在分位状态只能进行合闸操作，控制单元将向CLS-发送有效脉冲，信号通过电缆及开关常闭触点作用到合闸线圈并驱动开关合闸。
合闸后，开关触点状态重新转变为图4所示。
开关侧部件自身电路并不能提供开关位置信号供单元采集处理，而且开关内有+24V操作电源直连线圈，如果单元直读，采集值将都是高电平“1”，没有变化。本发明实施例在电缆中的分闸、合闸信号到达线圈之前，布置了串联在信号回路中的开关辅助触点，通过开关常开、常闭辅助触点的变化选择性导通单元内的分合位采集遥信电路，触点常闭时遥信电源施加回路导通、触点常开时电源无法施加而回路不导通，从而达到实际反映开关状态的目的。另外，柜体侧的分合输出信号可分别通过常闭回路传递信号并驱动开关动作。由于操作电源板和线圈操作机构都安装在开关内部，和开关内各类型辅助触点的接线比较方便。本发明使重合器系统内各部件深度融合，配合单元内硬件共用电路使用，降低了二次控制单元和开关部件等设计开发的复杂性。
本发明实施例中的遥信和遥控回路，统一采用与内部系统电源一级隔离的方式，隔离方式一致，符合共用设计要求。MOS管相比继电器触点，动作速度快，更适合开关快速分合闸的应用要求。MOS管由关闭状态转为打开状态，除了满足栅极的驱动电压VGS超过门槛电压值VGS(th)，同时要求有漏极源极之间的驱动电压VDS以打通MOS管内部沟道、产生漏极电流ID，两个条件缺一不可。重合器控制单元的出口设计，MOS管的漏极没有驱动电源，驱动电源即操作电源在开关侧实现，两者配合在一起，才能建立电气工作环境，否则控制单元的出口不会有信号，这在一定程度上防止了单元误动作的可能，同时验证了航插电缆的连接效果。通过电缆连接后，工作电源+24V在给遥信回读回路提供电源的同时，一并解决了MOS管工作驱动电源的问题。
本发明实施例通过电缆连接控制单元与开关，与开关内的辅助触点以及操作电源配合，以较少的信号数量，完成整套重合器系统的分合控制以及开关位置采集处理，为重合器系统功能的实现提供了设计基础。该设计可应用于大多数重合器应用场合，大大简化控制单元及开关的接口设计，减轻现场安装、接线、调试等施工工作量，减少出错的环节，方便客户；充分利用开关已有辅助触点完成系统控制功能，不破坏电缆完整性，达到一二次深度融合设计的目的；控制单元的出口部分采用MOS管设计，在保证隔离及电磁兼容性效果的基础上，提高了出口信号的传递速度，适应于对分合闸时间有严格要求的重合器使用场合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，其特征在于，所述共用电路结构如下：
处理器发出的分闸控制信号经由光耦U1连接N沟道MOS管Q1，N沟道MOS管Q1连接TRP-信号输出端，通过MOS管的通断输出分闸TRP-信号；处理器发出的合闸控制信号经由光耦U2连接N沟道MOS管Q2，N沟道MOS管Q2连接CLS-信号输出端，通过MOS管的通断输出合闸CLS-信号；通过TRP-和CLS-信号进行分合闸遥控输出；
TRP-信号经由光耦U3隔离输出分闸位置回读信号IN-FZ；CLS-信号经由光耦U4隔离输出合闸位置回读信号IN-HZ；通过IN-FZ和IN-HZ信号进行分合闸位置遥信采集；
TRP-和CLS-信号通过电缆接线，分别串联一组互逆的开关辅助常开和常闭触点后连接到重合器一次开关内部的分、合线圈上，线圈公共端连接操作电源24VOUT+，根据接收信号控制一次开关动作。
2.根据权利要求1所述的一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，其特征在于，所述TRP-和CLS-信号对信号地布置TVS和滤波电容，TRP-信号、CLS-信号和信号地分别对机壳地布置Y电容。
3.根据权利要求1所述的一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，其特征在于，所述分合闸遥控输出和分合闸位置遥信采集为分时进行。
4.根据权利要求1所述的一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，其特征在于，所述TRP-信号串联分闸线圈，所述CLS-信号串联合闸线圈。
5.根据权利要求4所述的一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，其特征在于，分闸操作时，所述TRP-信号串联开关辅助常闭触点，所述CLS-信号串联开关辅助常开触点，操作电源24VOUT+通过常闭触点和分闸线圈施加到TRP-信号上，因常开触点的断路状态无法施加到CLS-上，只能进行分闸操作。
6.根据权利要求4所述的一种用于中压配电重合器控制器的遥信遥控共用电路，其特征在于，合闸操作时，所述CLS-信号串联开关辅助常闭触点，所述TRP-信号串联开关辅助常开触点，操作电源24VOUT+通过常闭触点和合闸线圈施加到CLS-信号上，因常开触点的断路状态无法施加到TRP-上，只能进行合闸操作。
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