CN115524608B - 低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低压电器技术领域的一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，包括三相电压互感器TV、三相电压信号变换电路、三相通断信号滤波电路和三相同期信号提取电路，本发明装置为低压智能型断路器新增一个实时在线检测本断路器自身分合闸同期性的信号检测通道，在低压配电网正常运行过程中，使低压智能型断路器具有了在送电操作情况下检测断路器合闸同期性时差的功能，以及在停电操作情况下检测断路器分闸同期性时差的功能，同时兼顾了断路器分闸时电弧产生的断电时延，为低压智能型断路器实时检测分析自身分合闸同期性创造了信号采集的技术条件。

Description

低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置

技术领域

本发明涉及低压电器技术领域，具体为一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置。

背景技术

断路器分合闸同期性是断路器重要参数之一，是指三相动静触头在允许的时差范围内同时完成开关分闸、合闸动作。断路器分合闸严重不同期，将造成供电线路或用电设备的非全相接入或切除，会引起中性点电压位移，产生零序电流，可能产生危及设备绝缘的过电压，导致保护装置误动作等故障，影响电网稳定运行。国际电工技术委员会的标准规定，断路器三相分合闸不同期时间最大不得超过半个周期。断路器分合闸同期性超标属于日常巡查中不易发现的隐藏缺陷，而且低压断路器在低压配电网中使用量大、分布面广，因此需要便捷有效的方法及时发现隐患。

现有的检测低压断路器分合闸同期性的技术方法主要有两类，第一类是通过专用电测设备，额外施加测试电源或信号，然后通过试验来测试断路器分合闸同期性，如中国发明专利授权公告号CN107462830B公开的“智能微型断路器同期性试验方法及装置”，采取该方法需要将低压断路器与配电网分离，会带来很大的工程量并干扰生产生活用电。第二类是通过机械振动分析，提取低压断路器分合闸信号，如中国实用新型专利授权公告号CN208999539U公开的“一种断路器三相合闸同期性检测装置”、中国发明专利申请公布号CN112683514A公开的“一种基于声波信号的断路器机械特性测试方法及装置”，该类方法通过采集分析机械振动信号或声波信号间接获取断路器分合闸动作特征，技术复杂程度高且没有考虑断路器分闸时电弧产生的断电时延。基于此，本发明设计了一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，该装置作为低压智能型断路器的一个信号检测通道，以配电线路的工作电压作为测试电压，无额外附加测试电压或测试信号，在低压配电网运行时利用低压断路器正常的停电和送电操作，实时在线检测低压智能型断路器分合闸同期性，以输出脉冲信号的时间宽度表征断路器合闸同期性时差和分闸同期性时差，另以输出电平信号区分合闸操作和分闸操作。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，包括三相电压互感器TV、三相电压信号变换电路、三相通断信号滤波电路和三相同期信号提取电路；

其中，三相电压信号变换电路、三相通断信号滤波电路和三相同期信号提取电路从低压智能型断路器静触点侧获取电源，不受低压智能型断路器本身开关控制，三相电压互感器TV将低压智能型断路器动触点侧的三相电压对应变换为三相电压采样信号，三相电压信号变换电路将输入的三相电压采样信号变换为三相通断信号，三相通断信号滤波电路将三相通断信号的过零点脉冲滤除，三相同期信号提取电路将滤波后的三相通断信号变换为一个代表低压智能型断路器三相分合闸不同期时间的脉冲信号和一个代表低压智能型断路器分合闸动作的电平信号。

优选的，所述低压智能型断路器QF动触点侧A相、B相和C相分别连接三相电压互感器TV一次侧的第一输入端、第二输入端和第三输入端，三相电压互感器TV二次侧对应的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别输出A相电压采样信号Ua、B相电压采样信号Ub和C相电压采样信号Uc。

优选的，所述三相电压互感器TV一次侧的第一输入端、第二输入端和第三输入端呈星形连接，其中性点连接N线并接地，三相电压互感器TV二次侧对应的第一输出端、第二输出端和第三输出端呈星形连接，其中性点连接N线并接地。

优选的，所述三相电压信号变换电路输入端连接三相电压互感器TV二次侧的第一输出端、第二输出端和第三输出端，将A相电压采样信号Ua、B相电压采样信号Ub和C相电压采样信号Uc分别对应变换为A相通断信号Va、B相通断信号Vb和C相通断信号Vc。

优选的，所述三相通断信号滤波电路输入端连接三相电压信号变换电路输出端，分别滤除A相通断信号Va的过零点脉冲、B相通断信号Vb的过零点脉冲和C相通断信号Vc的过零点脉冲，输出滤波后的A相通断信号Ya、滤波后的B相通断信号Yb和滤波后的C相通断信号Yc。

优选的，所述三相同期信号提取电路输入端连接三相通断信号滤波电路输出端，将滤波后的A相通断信号Ya、滤波后的B相通断信号Yb和滤波后的C相通断信号Yc变换为脉冲信号T1和电平信号T2，脉冲信号T1的脉宽代表低压智能型断路器三相分合闸不同期时间，脉冲信号T1发生之后的电平信号T2代表低压智能型断路器分合闸动作，脉冲信号T1和电平信号T2供低压智能型断路器的智能脱扣器后续采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明装置为低压智能型断路器新增一个实时在线检测本断路器自身分合闸同期性的信号检测通道，在低压配电网正常运行过程中，使低压智能型断路器具有了在送电操作情况下检测断路器合闸同期性时差的功能，以及在停电操作情况下检测断路器分闸同期性时差的功能，同时兼顾了断路器分闸时电弧产生的断电时延，为低压智能型断路器实时检测分析自身分合闸同期性创造了信号采集的技术条件，从而实现低压智能型断路器技术进步和产品升级，填补市场空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置的连接示意图；

图2为本发明的一实施例的三相电压信号变换电路的电原理图；

图3为本发明的一实施例的三相通断信号滤波电路的电原理图；

图4为本发明的一实施例的三相同期信号提取电路的电原理图。

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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：请参阅图1，一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，包括三相电压互感器TV、三相电压信号变换电路、三相通断信号滤波电路和三相同期信号提取电路，其中三相电压信号变换电路、三相通断信号滤波电路和三相同期信号提取电路从低压智能型断路器静触点侧获取电源，不受低压智能型断路器本身开关控制，三相电压互感器TV将低压智能型断路器动触点侧的三相电压对应变换为三相电压采样信号，三相电压信号变换电路将输入的三相电压采样信号变换为三相通断信号，三相通断信号滤波电路将三相通断信号的过零点脉冲滤除，三相同期信号提取电路将滤波后的三相通断信号变换为一个代表低压智能型断路器三相分合闸不同期时间的脉冲信号和一个代表低压智能型断路器分合闸动作的电平信号。

在本实施例中，低压智能型断路器QF动触点侧A相、B相和C相分别连接三相电压互感器TV一次侧的第一输入端、第二输入端和第三输入端，三相电压互感器TV二次侧对应的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别输出A相电压采样信号Ua、B相电压采样信号Ub和C相电压采样信号Uc，三相电压互感器TV一次侧的第一输入端、第二输入端和第三输入端呈星形连接，其中性点连接N线并接地，三相电压互感器TV二次侧对应的第一输出端、第二输出端和第三输出端呈星形连接，其中性点连接N线并接地；三相电压信号变换电路输入端连接三相电压互感器TV二次侧的第一输出端、第二输出端和第三输出端，将A相电压采样信号Ua、B相电压采样信号Ub和C相电压采样信号Uc分别对应变换为A相通断信号Va、B相通断信号Vb和C相通断信号Vc；三相通断信号滤波电路输入端连接三相电压信号变换电路输出端，分别滤除A相通断信号Va的过零点脉冲、B相通断信号Vb的过零点脉冲和C相通断信号Vc的过零点脉冲，输出滤波后的A相通断信号Ya、滤波后的B相通断信号Yb和滤波后的C相通断信号Yc；三相同期信号提取电路输入端连接三相通断信号滤波电路输出端，将滤波后的A相通断信号Ya、滤波后的B相通断信号Yb和滤波后的C相通断信号Yc变换为脉冲信号T1和电平信号T2，脉冲信号T1的脉宽代表低压智能型断路器三相分合闸不同期时间，脉冲信号T1发生之后的电平信号T2代表低压智能型断路器分合闸动作，脉冲信号T1和电平信号T2供低压智能型断路器的智能脱扣器后续采集。

请参阅图2，所述的三相电压信号变换电路包括第一A相支路、第一B相支路和第一C相支路，第一A相支路包括电阻R101～R105、芯片IC101A和芯片IC102，第一B相支路包括电阻R106～R110、芯片IC101B和芯片IC103，第一C相支路包括电阻R111～R115、芯片IC101C和芯片IC104，本实施例的芯片IC101A、IC101B和IC101C采用LM339电压比较器，芯片IC102、IC103和IC104均采用PC354交流光电耦合器；所述第一A相支路的输入信号为A相电压采样信号Ua、输出信号为A相通断信号Va，Ua端连接电阻R101的一端，电阻R101的另一端连接电阻R102的一端和电阻R103的一端，电阻R102的另一端与电阻R104的一端连接并接地，电阻R103的另一端连接芯片IC101A的4脚，电阻R104的另一端连接芯片IC101A的5脚，芯片IC101A的3脚接+5V电源，芯片IC101A的12脚接-5V电源，芯片IC101A的2脚接芯片IC102的1脚，芯片IC102的2脚接地，芯片IC102的4脚接+5V电源，芯片IC102的3脚接输出端Va和电阻R105的一端，电阻R105的另一端接地，所述第一A相支路的功能是将正弦波形态的A相电压采样信号Ua转换为方波形态的A相通断信号Va；所述第一B相支路的输入信号为B相电压采样信号Ub、输出信号为B相通断信号Vb，其电路结构与所述第一A相支路相同，所述第一B相支路的功能是将正弦波形态的B相电压采样信号Ub转换为方波形态的B相通断信号Vb；所述第一C相支路的输入信号为C相电压采样信号Uc、输出信号为C相通断信号Vc，其电路结构与所述第一A相支路相同，所述第一C相支路的功能是将正弦波形态的C相电压采样信号Uc转换为方波形态的C相通断信号Vc。

请参阅图3，所述的三相通断信号滤波电路包括第二A相支路、第二B相支路和第二C相支路，第二A相支路包括电容C201、C202、芯片IC201、IC202、IC203A和IC204A，第二B相支路包括电容C203、C204、芯片IC205、IC206、IC203B和IC204B，第二C相支路包括电容C205、C206、芯片IC207、IC208、IC203C和IC209，本实施例的芯片IC201、IC202、IC205、IC206、IC207和IC208均采用74LS121单稳态触发器，芯片IC203A、IC203B和IC203C采用CD4081与门逻辑器件，芯片IC204A、IC204B和IC209均采用74LS74双D型触发器，适当选择电容C201、C202、C203、C204、C205、C206的电容值，合理设置74LS121单稳态触发器输出脉冲宽度，使之既满足滤波需要，又不影响低压智能型断路器分合闸同期性毫秒级检测精度。

所述第二A相支路的输入信号为A相通断信号Va、输出信号为滤波后的A相通断信号Ya，Va端连接芯片IC201的3脚、IC202的5脚和IC204A的2脚，芯片IC201的4脚、5脚、9脚和14脚共同连接+5V电源，芯片IC201的7脚接地，芯片IC201的10脚连接电容C201的一端，电容C201的另一端连接芯片IC201的11脚，芯片IC201的1脚连接芯片IC203A的1脚，芯片IC202的3脚、4脚和7脚共同接地，芯片IC202的9脚、14脚共同连接+5V电源，芯片IC202的10脚连接电容C202的一端，电容C202的另一端连接芯片IC202的11脚，芯片IC202的1脚连接芯片IC203A的2脚，芯片IC203A的14脚连接+5V电源，芯片IC203A的7脚接地，芯片IC203A的3脚连接芯片IC204A的3脚，芯片IC204A的14脚连接+5V电源，芯片IC204A的7脚接地，芯片IC204A的5脚连接Ya端，所述第二A相支路的功能是将方波形态的A相通断信号Va中过零点处的脉冲信号滤除，滤波后的A相通断信号Ya为电平信号，低压智能型断路器动触点侧A相通电时Ya为高电平、断电时Ya为低电平；所述第二B相支路的输入信号为B相通断信号Vb、输出信号为滤波后的B相通断信号Yb，其电路结构与所述第二A相支路相同，所述第二B相支路的功能是将方波形态的B相通断信号Vb中过零点处的脉冲信号滤除，滤波后的B相通断信号Yb为电平信号，低压智能型断路器动触点侧B相通电时Yb为高电平、断电时Yb为低电平；所述第二C相支路的输入信号为C相通断信号Vc、输出信号为滤波后的C相通断信号Yc，其电路结构与所述第二A相支路相同，所述第二C相支路的功能是将方波形态的C相通断信号Vc中过零点处的脉冲信号滤除，滤波后的C相通断信号Yc为电平信号，低压智能型断路器动触点侧C相通电时Yc为高电平、断电时Yc为低电平。

请参阅图4，所述的三相同期信号提取电路由芯片IC301A、IC301B、IC302A、IC302B和IC303组成，IC301A、IC301B采用74LS32或门逻辑器件，IC302A、IC302B采用74LS10与非门逻辑器件，IC303采用74LS08与门逻辑器件。

所述的三相同期信号提取电路的输入信号为滤波后的A相通断信号Ya、滤波后的B相通断信号Yb、滤波后的C相通断信号Yc，输出信号为脉冲信号T1和电平信号T2，Ya端连接芯片IC301A的1脚和IC302A的1脚，Yb端连接芯片IC301A的2脚和IC302A的2脚，Yc连接芯片IC301B的5脚和芯片IC302A的13脚，芯片IC301A的14脚连接+5V电源，芯片IC301A的7脚接地，芯片IC301A的3脚连接IC301B的4脚，芯片IC301B的6脚连接芯片IC303的1脚，芯片IC302A的14脚连接+5V电源，芯片IC302A的7脚接地，芯片IC302A的12脚连接IC302B的5脚和IC303的2脚，芯片IC303的14脚连接+5V电源，芯片IC303的7脚接地，芯片IC303的3脚连接T1端，芯片IC302B的3脚和4脚共同连接+5V电源，芯片IC302B的6脚连接T2端，所述的三相同期信号提取电路的功能是将电平信号形态的滤波后的A相通断信号Ya、滤波后的B相通断信号Yb和滤波后的C相通断信号Yc转换为脉冲信号T1和电平信号T2，脉冲信号T1上升沿出现时表示低压智能型断路器有分合闸动作，脉冲信号T1下降沿出现时表示低压智能型断路器分合闸动作结束，脉冲信号T1的宽度表示低压智能型断路器分合闸不同期时间，在脉冲信号T1下降沿之后读取电平信号T2，T2为低电平表示分闸，T2为高电平表示合闸。

本装置为低压智能型断路器新增一个实时在线检测本断路器自身分合闸同期性的信号检测通道，在低压配电网正常运行过程中，使低压智能型断路器具有了在送电操作情况下检测断路器合闸同期性时差的功能，以及在停电操作情况下检测断路器分闸同期性时差的功能，同时兼顾了断路器分闸时电弧产生的断电时延，为低压智能型断路器实时检测分析自身分合闸同期性创造了信号采集的技术条件，从而实现低压智能型断路器技术进步和产品升级，填补市场空白。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，其特征在于：包括三相电压互感器TV、三相电压信号变换电路、三相通断信号滤波电路和三相同期信号提取电路；

其中，三相电压信号变换电路、三相通断信号滤波电路和三相同期信号提取电路从低压智能型断路器静触点侧获取电源，不受低压智能型断路器本身开关控制，三相电压互感器TV将低压智能型断路器动触点侧的三相电压对应变换为三相电压采样信号，三相电压信号变换电路将输入的三相电压采样信号变换为三相通断信号，三相通断信号滤波电路将三相通断信号的过零点脉冲滤除，三相同期信号提取电路将滤波后的三相通断信号变换为一个代表低压智能型断路器三相分合闸不同期时间的脉冲信号和一个代表低压智能型断路器分合闸动作的电平信号；

所述低压智能型断路器QF动触点侧A相、B相和C相分别连接三相电压互感器TV一次侧的第一输入端、第二输入端和第三输入端，三相电压互感器TV二次侧对应的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别输出A相电压采样信号Ua、B相电压采样信号Ub和C相电压采样信号Uc。

2.根据权利要求1所述的一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，其特征在于：所述三相电压互感器TV一次侧的第一输入端、第二输入端和第三输入端呈星形连接，其中性点连接N线并接地，三相电压互感器TV二次侧对应的第一输出端、第二输出端和第三输出端呈星形连接，其中性点连接N线并接地。

3.根据权利要求1所述的一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，其特征在于：所述三相电压信号变换电路输入端连接三相电压互感器TV二次侧的第一输出端、第二输出端和第三输出端，将A相电压采样信号Ua、B相电压采样信号Ub和C相电压采样信号Uc分别对应变换为A相通断信号Va、B相通断信号Vb和C相通断信号Vc。

4.根据权利要求1或3所述的一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，其特征在于：所述三相通断信号滤波电路输入端连接三相电压信号变换电路输出端，分别滤除A相通断信号Va的过零点脉冲、B相通断信号Vb的过零点脉冲和C相通断信号Vc的过零点脉冲，输出滤波后的A相通断信号Ya、滤波后的B相通断信号Yb和滤波后的C相通断信号Yc。

5.根据权利要求1所述的一种低压智能型断路器分合闸同期性在线检测传感装置，其特征在于：所述三相同期信号提取电路输入端连接三相通断信号滤波电路输出端，将滤波后的A相通断信号Ya、滤波后的B相通断信号Yb和滤波后的C相通断信号Yc变换为脉冲信号T1和电平信号T2，脉冲信号T1的脉宽代表低压智能型断路器三相分合闸不同期时间，脉冲信号T1发生之后的电平信号T2代表低压智能型断路器分合闸动作，脉冲信号T1和电平信号T2供低压智能型断路器的智能脱扣器后续采集。