CN201075735Y - 基于蓝牙的断路器遥测控制器 - Google Patents

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杨武
张光建
刘政
黄贤英
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Abstract

本实用新型提出一种基于蓝牙的断路器遥测控制器，包括处理器子系统、电参数变换子系统、驱动子系统和蓝牙通讯子系统；其中电参数变换子系统与处理器子系统相连，对线路的电压和电流实施交流同步采样，并对电参数进行变换；处理器子系统与蓝牙通讯子系统连接，接收电参数变换子系统变换后的电参数，接收蓝牙通讯子系统发送来的配置参数和分合闸命令，运行系统程序，发送线路电压、电流、频率、功率和功率因数实时信息给蓝牙通讯子系统，发送合分闸控制命令给驱动子系统。本实用新型把蓝牙技术应用于断路器的遥测控制，提供了在本地实现对真空断路器测控的功能，能够解决真空断路器人工操作的不足，提高了断路器的自动化水平和操作安全性。

Description

基于蓝牙的断路器遥测控制器
技术领域
本实用新型涉及一种用于断路器的遥测控制器，具体地说是用于电力系统中高中低压断路器的遥测控制。
背景技术
断路器是供电系统中常用的用于断开或接通电路的开关设备。断路器的分合闸由操动机构来进行。断路器的操动机构有电磁操动机构、弹簧操动机构和液压操动机构等。对断路器的操动机构实施控制可以实现断路器的合闸与分闸、事故跳闸以及重合闸操作控制等。
在国内，断路器这些操作的控制通常采用传统控制方法，即用继电控制装置来控制，通过继电器触点的闭合实现断路器的合闸或跳闸。目前部分电器厂家能够生产低压智能型断路器产品，这些断路器适用于交流50Hz，额定电压至690V，额定电流400A～6300A的配电网络中，用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害。除已有的产品外，部分研究开发机构提出用PLC构成自动重合闸装置，还有部分研究机构提出用嵌入式处理器对电压、电流、频率和功率等参量进行采样，再通过软件进行计算，实现断路器的分闸、合闸及过流保护。
传统的继电器控制方法能够实现断路器的远方控制和就地控制，但由于连接导线繁多，继电器的寿命有限，容易发生装置的误动和拒动，影响电力系统的可靠性；其定时单元由机电式或晶体管式时间继电器构成，误差大且调整不方便，影响上下级保护装置动作时限的配合；装置的功能单一，不利于实现电力系统自动化，且体积大，有色金属消耗多，噪音大。有关研究开发机构提出的采用PLC或嵌入式处理器的解决办法虽然能够实现断路器的分闸及合闸控制，但未提供断路器的近距离遥控功能。
发明内容
本实用新型为克服现有技术中不能实现断路器的近距离遥控的缺点，提供了一种能够在10米远的位置对断路器进行电参数测量以及分合闸控制的遥测控制器。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
本实用新型包括处理器子系统，电参数变换子系统，驱动子系统和蓝牙通讯子系统；其中所述的电参数变换子系统与处理器子系统相连，对线路的电压和电流实施交流同步采样，并实施对电参数进行变换；
所述的处理器子系统与蓝牙通讯子系统连接，接收电参数变换子系统变换后的电参数，同时还接收蓝牙通讯子系统发送来的配置参数和分合闸命令，运行系统程序，发送线路电压、电流、频率、功率和功率因数等实时信息给蓝牙通讯子系统，发送合分闸控制命令给驱动子系统；
所述蓝牙通讯子系统作为人与断路器控制器进行交互的接口，显示遥测的线路电参数信号，向处理器子系统配置参数和发送分合闸命令；
所述的驱动子系统与处理器子系统相连，接受处理器的控制命令，驱动子系统作为驱动机构，其输出与断路器的操动结构相连，向断路器的操作机构输出合闸及分闸驱动信号。
所述处理器子系统主要由基于ARM的嵌入式处理器LPC2138与E2PROM存储器组成；E2PROM连接于嵌入式处理器LPC2138；E2PROM存储器电路与处理器LPC2138连接，存放控制参数；其中所述处理器LPC2138对电参数变换子系统传输来的数据进行采集与处理。
所述电参数变换子系统是由霍尔隔离电路、检波电路、限幅电路、硬件同步信号电路和A/D转换器组成，霍尔隔离电路输入端与断路器的输电线路PT、CT的输出端相连，霍尔隔离电路输出端连接检波电路，检波电路连接限幅电路，限幅电路连接硬件同步信号电路，硬件同步信号电路连接A/D转换器。电参数变换子系统的采集信号来自于断路器输电线路PT、CT的输出。
所述的驱动子系统包括光电隔离电路与MOSTET电路；光电隔离电路的输入端与处理器子系统的一输出口相连，光电隔离电路的输出端与MOSTET电路相连，MOSTET电路的输出与断路器的操动机构连接。
所述蓝牙通讯子系统由电平转换器RS-232、蓝牙串口转换器和具有蓝牙功能的PDA(个人掌上电脑)组成；其中电平转换器RS-232与处理器子系统的微控器LPC2138相连，进行RS-232电平转换；电平转换器RS-232的串行接口与蓝牙串口转换器连接，蓝牙串口转换器与具有蓝牙功能的PDA通过本地无线通讯系统连接。
所述的具有蓝牙功能的PDA上安装有用于该断路器遥测控制的数据收发软件，通过所述的数据收发软件设定断路器短路电流、重合闸次数和重合闸时间等参数；所述PDA对断路器进行分合闸操作，还可以显示线路电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素等电参数。
本实用新型把蓝牙技术应用于断路器的遥测控制，提供了在本地实现对真空断路器测控的功能，能够解决真空断路器人工操作的不足，提高了断路器的自动化水平和操作安全性。
附图说明
图1是本实用新型的硬件结构示意图
图2是处理器子系统的硬件框图
图3是电参数变换子系统硬件原理图
图4是驱动子系统硬件原理图
图5是蓝牙通讯子系统硬件框图
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步描述：
将本断路器遥测控制器用在“ZZCK-I柱上型真空断路器遥测控制器”中，该控制器的构成如图1所示：由处理器子系统、电参数变换子系统、驱动子系统和蓝牙通讯子系统组成。其中电参数变换子系统与处理器子系统相连，驱动子系统与处理器子系统相连，处理器子系统与蓝牙通讯子系统连接。该断路器遥测控制器的驱动子系统作为驱动机构，其输出与断路器的操动结构相连，对操动结构发出控制信号，如分、合闸控制信号和储能机构所需的储能信号，完成对断路器的控制。
处理器子系统框图如图2所示，其中处理器LPC2138是基于ARM的嵌入式处理器，内嵌512KB的高速Flash存储器和32KB的RAM，2个32位带捕获功能定时器，2通道8路10位ADC，1路PWM，两个UART串行接口，一个I2C接口，其中捕获功能定时器用于捕获电压电流的方向，6路ADC用于采集线路电压电流，一个UART串行接口用于收发串行数据，一个I2C接口用于连接E2PROM存储器。E2PROM存储器选用的是CAT1025JI，其内置为256字节，通过LPC2138芯片的I2C接口与其连接。
电参数变换子系统框图如图3所示，包括霍尔隔离电路、交流信号检波电路、限幅电路、硬件同步信号电路和A/D转换器等。霍尔隔离电路K1利用带磁补偿的霍尔传感器将三相PT、CT来的交流信号转换为同波形的测量信号，该信号经由U1(A，B，C)运放组成的检波电路变换为LPC2318ARM CPU A/D接口的0-3V的整形信号；为防止因输入信号超过CPU A/D测量范围而造成其余通道测量不准确或损坏A/D，设计了由U1C和U9A组成的轨对轨输入输出限幅电路，该电路既克服了稳压二极管限幅电路的漏电流，又减少了标准有源限幅电路的运放数量和可靠性，有效的保护了A/D电路，经处理了的A相电流Ia信号直接进入LPC2138的AD0.0端口，而该相的电压信号Ua进入AD1.0端口，实现单相交流通道同时可采样，由U1D、U7A组成的同步信号整形电路除了提供同步采样信号基准点外，还为A/D采样提供信号的正负极性。经电参数变换子系统传输采集的电参数通过A/D转换器按一定规律采集交流量，该交流量传输给处理器子系统后，处理器经FFT运算得到电压、电流有效值及有功功率、无功功率等交流电量参数。
驱动子系统原理图如图4所示，包括光电隔离电路与MOSTET电路；光电隔离电路的输入端与处理器子系统的一输出口相连，光电隔离电路的输出端与MOSTET电路相连，MOSTET电路的输出与断路器的操动机构连接。由处理器子系统CPU输出的分闸、合闸及储能指令通过光电隔离器PS2805-4隔离，PS2805-4输出的信号作为高压MOSFET器件IRF840A的控制信号，IRF840A输出断路器操动机构所需的分、合闸控制信号和储能机构所需的储能信号，完成对断路器的控制。该驱动子系统实现了信号的电气隔离和电平转换，提高系统的可靠性。
蓝牙通讯子系统的硬件如图5所示，蓝牙通讯子系统由电平转换器RS-232、蓝牙串口转换器和具有蓝牙功能的PDA组成；蓝牙串口转换器与具有蓝牙功能的PDA通过本地无线通讯系统连接。其中电平转换器RS-232为SPE232E，蓝牙串口转换器选用的是金殴蓝牙串口模块，具有蓝牙功能的PDA为Dell Axim X50 PDA。SPE232E与处理器子系统的UART进行RS-232电平转换；SPE232E提供的串行接口与金殴蓝牙串口模块连接，实现URAT信号与蓝牙信号之间的转换。
具有蓝牙功能的的Dell Axim X50PDA，安装有用于该断路器遥测控制的数据收发软件，通过该数据收发软件可设定断路器短路电流、重合闸次数和重合闸时间等参数；还可以近距离(不超过10米)断路器进行分合闸操作，在断路器闭合时，PDA上的数据收发软件显示电力线路上的三相电压、电流、有功功率、无功功率和功率因素等电参数，以便有关人员随时监测系统运行状况，当供电线路出现短路、缺相等故障时，PDA上的数据收发软件显示有关故障信息。

Claims (5)

1.一种基于蓝牙的断路器遥测控制器，其特征在于包括处理器子系统、电参数变换子系统、驱动子系统和蓝牙通讯子系统；其中
所述的电参数变换子系统与处理器子系统相连，对线路的电压和电流实施交流同步采样，并对电参数进行变换；
所述的处理器子系统与蓝牙通讯子系统连接，接收电参数变换子系统变换后的电参数，同时还接收蓝牙通讯子系统发送来的配置参数和分合闸命令，运行系统程序，发送线路电压、电流、频率、功率和功率因数实时信息给蓝牙通讯子系统，发送合分闸控制命令给驱动子系统；
所述蓝牙通讯子系统与处理器子系统连接，作为人与断路器控制器进行交互的接口，显示遥测的线路电参数信号，向处理器子系统配置参数和发送分合闸命令；
所述的驱动子系统与处理器子系统相连，接受处理器的控制命令，驱动子系统作为驱动机构，其输出与断路器的操动结构相连，向断路器的操作机构输出合闸及分闸驱动信号。
2.根据权利要求1所述的基于蓝牙的断路器遥测控制器，其特征在于处理器子系统由基于ARM的嵌入式处理器LPC2138、E2PROM存储器电路组成；E2PROM存储器电路与处理器LPC2138连接，存放控制参数，LPC2138对电参数变换子系统传输来的数据进行采集与处理。
3.根据权利要求1或2所述的基于蓝牙的断路器遥测控制器，其特征在于所述电参数变换子系统是由霍尔隔离电路、检波电路、限幅电路、硬件同步信号电路和A/D转换器组成，霍尔隔离电路输入端与断路器的输电线路PT、CT的输出端相连，电参数变换子系统的采集信号来自于断路器输电线路PT、CT的输出，霍尔隔离电路输出端连接检波电路，检波电路连接限幅电路，限幅电路连接硬件同步信号电路，硬件同步信号电路连接A/D转换器。
4.根据权利要求1或2所述的基于蓝牙的断路器遥测控制器，其特征在于驱动子系统包括光电隔离电路与MOSTET电路；光电隔离电路的输入端与处理器子系统的一输出口相连，光电隔离电路的输出端与MOSTET电路相连，MOSTET电路的输出与断路器的操动机构连接。
5.根据权利要求1或2所述的基于蓝牙的断路器遥测控制器，其特征在于蓝牙通讯子系统由电平转换器RS-232、蓝牙串口转换器和具有蓝牙功能的PDA组成；其中电平转换器RS-232与处理器子系统的微控器LPC2138相连，进行RS-232电平转换；电平转换器RS-232的串行接口与蓝牙串口转换器连接，蓝牙串口转换器与具有蓝牙功能的PDA通过本地无线通讯系统连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102263439A (zh) * 2011-07-05 2011-11-30 河南省电力公司郑州供电公司 柱上分支保护断路器
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CN111063584A (zh) * 2019-12-26 2020-04-24 光一科技股份有限公司 一种电子式塑壳断路器

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