CN201438208U - 断路器分合控制回路在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种在线监测装置，特别是一种断路器分合控制回路在线检测装置。本实用新型的优点在于，提供一种断路器分合控制回路在线检测装置，检测装置与分合控制回路在线连接，实时采集分合控制回路上各节点的电位值(电压值)，然后通过电压采集装置和模数转换装置进行处理，并发送到中央处理器进行处理输出。分合控制回路上各个节点的电压值都可以反映其节点附近设备的运行情况，当运行设备发生故障时，端部节点电压会发生变化，因此检测节点电压可以预知回路设备的运行情况，在设备尚未出现较大故障前进行检修，从而减小故障损失，整个操作过程简单、方便且实用。

Description

断路器分合控制回路在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种在线监测装置，特别是一种断路器分合控制回路在线检测装置。

背景技术

断路器是电学领域中广泛应用的电器设备，其状态检修对断路器的使用、运行具有重大意义。一般的状态检修采用分合控制回路，具体如下：参照附图1，图中S1为控制合闸开关，S2为弹簧储能开关(储能后S2闭合)，S3为断路器常闭辅助开关(分闸位置时S3闭合)，L为监视指示灯，R为指示灯电阻。当断路器在分闸位置时，直流正电源(+)经指示灯、电阻、S2、S3、合闸线圈HQ、直流负电源(-)构成监视回路。当指示灯亮说明合闸控制回路正常。由于回路直流电压多数加在指示灯和电阻，所以线圈不动作，当需要合闸时接通S1开关，直流电压220V全部加在合闸线圈使断路器合闸，断路器合闸后辅助开关S3断开，切断合闸回路。以上为分闸位置的监视情况，合闸位置的监视与其同理。

在处理分合控制回路故障时，采用如下方式进行：首先用高阻值的电压表测试合闸回路的电压降，根据电压降判断合闸回路是否断线或者接触是否良好；其次用上述电压表测试合闸线圈的电压降，根据电压降判断合闸线圈接头时候接触是否良好、匝间是否短路或断路；最后还是用上述电压表测试合闸回路断路器辅助接点，根据电压降判断辅助接点是否接触良好或开路。

以上技术的不足之处在于：1、所谓的状态检修是以监视指示灯为标准，而没有给出每一设备节点的状态数据，一旦发生故障，监视指示灯无法指示出故障设备，难以说明故障情况，也没有办法提前预警，导致故障损失的扩大；2、在故障发生后，需要在一次设备停运，然后进行人为查找，操作繁琐；3、断路器在分闸位置时，监视指示灯亮是表示合闸回路正常，但是如果储能开关、断路器辅助开关或者合闸线圈接触头不好，或者线圈扎间短路等问题，监视指示灯无法反应出来，只有回路发生断路，监视指示灯才会熄灭指示。

发明内容

本实用新型的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种可实时检测设备运行状态、减小故障损失、操作简单的断路器分合控制回路在线检测装置。

本实用新型是通过以下途径来实现的：

断路器分合控制回路在线检测装置，其分合控制回路包括有控制合闸开关、储能开关、断路器辅助开关、监视指示灯、指示灯电阻以及合闸线圈，其中监视指示灯、指示灯电阻、储能开关、断路器辅助开关以及合闸线圈依序串联连接，构成监视回路，直流电源正、负端分别加在监视回路两端，控制合闸开关的两端并接在监视指示灯和指示灯电阻构成的指示回路两端，其结构要点在于，

监视回路中具有第一节点、第二节点，第一节点位于储能开关和断路器辅助开关之间的线路上，第二节点位于断路器辅助开关和合闸线圈之间的线路上，在线检测装置包括有电压采集装置、模数转换装置以及中央处理器，电压采集装置的两输入接口分别连接第一节点和第二节点，电压采集装置的输出端与模数转换装置电连接，模数转换装置的输出端与中央处理器传输连接。

断路器在分闸位置时，断路器辅助开关为常闭状态，因此其两端的电位(电压值)应当一致，电压采集装置采集断路器辅助开关两端，即第一节点和第二节点的电压，然后传送给模数转换装置，所得的电压值通过模数转换装置转换为数字信号，然后传送到中央处理器进行处理，最后由中央处理器输出结果。

例如：当直流电压为220V，监视指示灯的电阻为43kΩ，监视回路串联的电阻为2.5kΩ，合闸线圈正常值电阻为220Ω，当合闸线圈电阻为正常值时，其两端电压降为1V；当线圈出现故障，电阻变为150Ω时，其两端电压降为0.7V；电阻变为130Ω时，其两端电压降为0.62V；电阻变为100Ω时，其两端电压降为0.48V；而当电阻变为280Ω时，其两端电压降为1.3V。这就说明当合闸线圈发生匝间短路或接触不好就可以从电压上反映出来。本实用新型通过并采用微电路控制模块(由电压采集模块和中央处理器等组成)直接测试第一节点、第二节点电压，检测的数值精确度高，这样便可以通过该两节点电压反映出与节点直接连接的设备的运行情况。同时电压值直接通过微电路进行测试，将检测电路连接在运行中的断路器分合控制回路中，实现在线检测，从而达到可实时检测设备运行状态的技术目的，为状态检修提供良好的数据依据，而且可以预先得知设备的运行情况，在设备出现问题后直接进行检修，减小故障损失；由于是在线检测，因此整个过程操作简单、方便。

本实用新型可以进一步具体为：

分合控制回路还包括有第三节点，其位于储能开关与指示灯电阻之间的线路上，第三节点与检测装置的电压采集装置的输入接口电连接。

通过检测第三节点的电压值，进一步了解指示灯电阻以及控制合闸开关的运行状态，该节点电压值还可以与所测的第一节点电压值进行比较，二者表示了储能开关两端的电位，从而监视储能开关的运行状态。同样，第三节点与第二节点的电压值进行对比也可以监视储能开关和断路器辅助开关线路及设备的运行状态。

分合控制回路还包括有第四节点，其位于合闸线圈和电源负端之间的线路上，第四节点与检测装置的电压采集装置的输入接口电连接。

第四节点一方面可反映直流电源负端的电位值(电压值)，以监视电源运行状态，另一方面可以作为其他三个节点的对比值，这样可精确表示相互之间的电位差，以得到相应的电压值，使得所得数据更为精确，为状态检修提供更为精确的数据依据。

检测装置的模数转换装置包括有电压比较器、控制逻辑电路、寄存器和模数转换器，电压比较器接收端与电压采集装置的输出端电连接，电压比较器的输出端与控制逻辑电路连接，控制逻辑电路通过寄存器与模数转换器电连接，模数转换器输出端与中央处理器连接，控制逻辑电路外接一启动脉冲电路。

电压比较器作为所接收电压模拟量的采集和降压装置，由于电压采集装置所接收到的电压模拟量值比较大，需要通过电压比较器进行降压和处理。控制逻辑电路、寄存器和模数转换器完成对采集的电压进行比较、逻辑计算以及转换，以提供给中央处理器进行处理。

寄存器包括有数据寄存器和移位寄存器，模数转换装置包括有一时钟控制器，该时钟控制器分别与数据寄存器和移位寄存器连接，同时控制逻辑电路分别与移位寄存器和数据寄存器连接，移位寄存器的输出端与数据寄存器连接，数据寄存器的输出端与模数转换器连接。

检测装置还包括有一信号输出装置，其与中央处理的输出接口连接。

信号输出装置可以是一种显示装置，还可以是一种远程通讯装置。

现场检测可以使用显示装置，远程控制时，可以采用远程通讯装置。

本实用新型还可以进一步具体为：

模数转换装置可采用型号为AD7705的芯片。

本实用新型所选用的AD7705是AD公司的16位∑-Δ型AD转换器，具有分辨率高、动态范围广、自校准等特点。由于本技术要求检测直流电压范围0-240V，精度要求0.01V，因此需要选用16位AD，才能满足系统设计要求。每片AD7705都具有两个全差分输入通道。

本实用新型所述技术在微控制过程中主要有两方面的误差来源，一是电压采集环节的误差，二是模数转换过程中产生的误差。为了减少误差，提高测量精度，在软件方面采用了分段线性化插值补偿算法，而在硬件方面则是采用0～10V量程的模数转换装置，以提高分辨率，同时还可对中央处理器单独供电，提高供电稳定性，减少误差。

中央处理器可以是一种微处理器，还可以是一种单片机，可以采用型号为89S52的单片机。

显示装置可以采用型号为LCD1602的显示模块。

数据寄存器可以采用型号为74LS373的寄存芯片，移位寄存器可以采用型号为DS1225Y-150的寄存芯片。

综上所述，本实用新型的优点在于，提供一种断路器分合控制回路在线检测装置，检测装置与分合控制回路在线连接，实时采集分合控制回路上各节点的电位值(电压值)，然后通过电压采集装置和模数转换装置进行处理，并发送到中央处理器进行处理输出。分合控制回路上各个节点的电压值都可以反映其节点附近设备的运行情况，当运行设备发生故障时，端部节点电压会发生变化，因此检测节点电压可以预知回路设备的运行情况，在设备尚未出现较大故障前进行检修，从而减小故障损失，整个操作过程简单、方便且实用。

附图说明

图1所示为本实用新型背景技术所述断路器分合控制回路的电路结构示意图；

图2所示为本实用新型所述断路器分合控制回路在线检测装置的回路结构示意图；

图3所示为本实用新型所述断路器分合控制回路在线检测装置的电路架构图；

图4所示为本实用新型所述断路器分合控制回路在线检测装置的电路结构示意图。

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。

具体实施例

最佳实施例：

参照附图2，断路器分合控制回路在线检测装置，其分合控制回路包括有控制合闸开关S1、储能开关S2、断路器辅助开关S3、监视指示灯L、指示灯电阻R以及合闸线圈HQ，其中监视指示灯L、指示灯电阻R、储能开关S2、断路器辅助开关S3以及合闸线圈HQ依序串联连接，构成监视回路，直流电源正(+)、负(-)端分别加在监视回路两端，控制合闸开关S1的两端并接在监视指示灯L和指示灯电阻R构成的指示回路两端。分合控制回路包括有第一节点D1、第二节点D2、第三节点D3和第四节点D4，它们的位置分别是：第一节点D1位于储能开关和断路器辅助开关之间的线路上；第二节点D2位于断路器辅助开关和合闸线圈之间的线路上；第三节点D3位于储能开关与指示灯电阻之间的线路上；第四节点D4位于合闸线圈和电源负端之间的线路上，四个节点分别对应连接到电压采集装置的输入接口上。

参照附图3，在线检测装置包括有电压采集装置、模数转换装置、中央处理器以及信号输出装置，模数转换装置包括有电压比较器、控制逻辑电路、寄存器、时钟控制器和模数转换器，寄存器包括有数据寄存器和移位寄存器，电压比较器接收端与电压采集装置的输出端电连接，电压比较器的输出端与控制逻辑电路连接，时钟控制器分别与数据寄存器和移位寄存器连接，同时控制逻辑电路也分别与移位寄存器和数据寄存器连接，移位寄存器的输出端与数据寄存器连接，数据寄存器的输出端与模数转换器连接，模数转换器输出端与中央处理器连接，控制逻辑电路外接一启动脉冲电路。信号输出装置为一种显示装置，其与中央处理器的输出端连接。中央处理器为一种单片机，其作为整个在线检测装置的主控中心。

参照附图4，并结合附图3，在线检测装置中，模数转换装置采用型号为AD7705的芯片，由于整个装置要求有四路直流电压输入通道，因此需要两片AD7705的模数转换芯片，AD7705是AD公司的16位∑-Δ型AD转换器，具有分辨率高、动态范围广、自校准等特点。

中央处理器采用型号为89S52的单片机微处理器。显示装置采用型号为LCD1602的显示模块。数据寄存器采用型号为74LS373的寄存芯片，移位寄存器采用型号为DS1225Y-150的寄存芯片。具体接线见附图4。

下面具体说明一下本实用新型实施例给出的电路中AD7705芯片各个引脚的释义和工作原理：

SCLK：串行接口时钟输入端。分别接入单片机I/O口，由软件给出时钟脉冲；

MCLK IN：芯片工作时钟输入。可以是晶振或外部时钟，其频率范围为500kHz到5MHz。MCLK OUT：时钟信号输出。当用晶振作为芯片的工作时钟时，晶振必须接在MCLK IN和MCLKOUT之间。本设计采用2.4576MHz晶振。

CS：片选端，低电平有效。分别接入单片机I/O口，由软件决定选中哪个AD。

RESET：芯片复位端口。当该端为低电平时，AD7705芯片内的接口逻辑、自校准、数据滤波器等均为上电状态。系统中将两片AD7705的复位引脚都接上电复位电路，系统上电时产生低电平，使芯片复位。

AIN1(+)、AIN1(-)：分别为第1个差分输入通道的正端与负端。

AIN2(+)、AIN2(-)：分别为第2个差分输入通道的正端与负端。

REF IN(+)、REF IN(-)：分别为参考电压的正端与负端。本设计中参考电压由精密稳压集成电路REF195提供稳定的5V电压。基准电压输出端应该并联10μ和1000p去耦电容，因为微小的噪声电平都会影响转换精度。

DIN：串行数据输入端。DOUT：转换结果输出端。电路中将DIN和DOUT共用一个单片机I/O口。

RDRY：A/D(模数)转换结束标志。两片AD7705的RDRY端分别接到单片机INT0和INT1端，以便程序既可以工作在中断方式又可以工作在查询方式。

断路器分合控制回路在线检测装置的工作过程如下：

参照附图3，断路器分合控制回路的各个检测点——各个节点的电压D1-D4通过采集接口进入，并通过电压比较器、控制逻辑电路、模数转换器进行A/D转换后成为数字信号，进入单片机系统进行逻辑判断，在电压采集接口加载一个继电器作为控制电路的断路控制。

AD芯片采用逐次比较式转换器，具有转换速度快，精度高的特点。

对附图3的模数转换电路部分工作过程如下：由启动脉冲电路启动脉冲后，在第一个时钟脉冲作用下，控制逻辑电路使时序产生器的最高位置1，其他位置0，其输出经数据寄存器送入模数转换器。输入电压首先与模数转换器的输出电压(Vref/2)相比较，如Vn≥Vref/2，比较器输出为1，若Vn＜VREF/2，则为0。比较结果存于数据寄存器的Dn-1位。然后在第二个CP作用下，移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。如最高位已存1，则此时V0＝(3/4)Vref。于是v1再与(3/4)Vref相比较，如v1≥(3/4)Vref，则次高位Dn-2存1，否则Dn-2＝0；如最高位为0，则vO＝Vref/4，与vO比较，如V1≥Vref/4，则Dn-2位存1，否则存0......。以此类推，逐次比较得到输出数字量。将得到的数字量由单片机(中央处理器)进行逻辑判断，并且控制4位LED显示管显示结果，结果定义如下：

0000为正常状态(normal condition)

1111为严重状态(serious condition)

0011为注意状态(attentive condition)

1100为异常状态(abnormal condition)

并可进行显示灯信号扩展，检测其他如接触不良等等状态的显示。

如前面说明书中的例子，合闸线圈两端的电压降1V发出正常状态对应发出0000的信号指示；电压降0.7V注意状态对应发出0011的信号指示；电压降0.62V异常状态对应发出1100的信号指示；电压降0.60V以下严重状态对应发出1111的信号指示；电压降1.3V异常状态对应发出1100的信号指示；接点接触不好也可直接检测出来。(本说明书所述电压降为电压值)

本实施例还有如下技术要点：

1、信号输入部分的设计原方案采用DC-DC集成电路，但在设计过程中，考虑到DC-DC的输入输出间的非线性关系。决定采用最简单的电阻分压方式，最原始的往往是最有效的，通过线性最好的纯电阻电路将0-240V的直流电压转换成0-2.5V的直流电压，电路中采用精密电阻和多圈精密可调电阻，避免普通电阻受温度的影响给测量带来误差。

2、人机接口电路采用五个独立式按键和液晶显示模块LCD1602。

3、系统需要保存电压差值设定值和0001-0004功能代码出现的时间，系统需要非易失性存储部分的设计，本设计采用美国美信公司的DS1225Y-150，DS1225Y-150具有同6264数据寄存器相同的外部引脚和封装形式，不同的是DS1225Y-150在失电后，其内部存储的内容不会丢失，可以满足本设计的需要，电路中，DS1225Y-150被接成6264的典型应用电路图，地址的高两位接为0。通过741S373锁存低8位地址，在LE信号变为高电平的瞬间，低8位地址由锁存器输出送给DS1225Y-150，通过数据引脚实现对DS1225Y-150的读写。

本实用新型未述部分与现有技术相同。

Claims (9)

1.断路器分合控制回路在线检测装置，其分合控制回路包括有控制合闸开关、储能开关、断路器辅助开关、监视指示灯、指示灯电阻以及合闸线圈，其中监视指示灯、指示灯电阻、储能开关、断路器辅助开关以及合闸线圈依序串联连接，构成监视回路，直流电源正、负端分别加在监视回路两端，控制合闸开关的两端并接在监视指示灯和指示灯电阻构成的指示回路两端，其特征在于，监视回路中具有第一节点、第二节点，第一节点位于储能开关和断路器辅助开关之间的线路上，第二节点位于断路器辅助开关和合闸线圈之间的线路上，在线检测装置包括有电压采集装置、模数转换装置以及中央处理器，电压采集装置的两输入接口分别连接第一节点和第二节点，电压采集装置的输出端与模数转换装置电连接，模数转换装置的输出端与中央处理器传输连接。

2.根据权利要求1所述的断路器分合控制回路在线检测装置，其特征在于，分合控制回路还包括有第三节点，其位于储能开关与指示灯电阻之间的线路上，第三节点与检测装置的电压采集装置的输入接口电连接。

3.根据权利要求1所述的断路器分合控制回路在线检测装置，其特征在于，分合控制回路还包括有第四节点，其位于合闸线圈和电源负端之间的线路上，第四节点与检测装置的电压采集装置的输入接口电连接。

4.根据权利要求1所述的断路器分合控制回路在线检测装置，其特征在于，检测装置的模数转换装置包括有电压比较器、控制逻辑电路、寄存器和模数转换器，电压比较器接收端与电压采集装置的输出端电连接，电压比较器的输出端与控制逻辑电路连接，控制逻辑电路通过寄存器与模数转换器电连接，模数转换器输出端与中央处理器连接，控制逻辑电路外接一启动脉冲电路。

5.根据权利要求4所述的断路器分合控制回路在线检测装置，其特征在于，寄存器包括有数据寄存器和移位寄存器，模数转换装置包括有一时钟控制器，该时钟控制器分别与数据寄存器和移位寄存器连接，同时控制逻辑电路分别与移位寄存器和数据寄存器连接，移位寄存器的输出端与数据寄存器连接，数据寄存器的输出端与模数转换器连接。

6.根据权利要求1所述的断路器分合控制回路在线检测装置，其特征在于，检测装置还包括有一信号输出装置，其与中央处理的输出接口连接。

7.根据权利要求1所述的断路器分合控制回路在线检测装置，其特征在于，模数转换装置可采用型号为AD7705的芯片。

8.根据权利要求1所述的断路器分合控制回路在线检测装置，其特征在于，中央处理器可以是一种微处理器，还可以是一种单片机，可以采用型号为89S52的单片机。

9.根据权利要求5所述的断路器分合控制回路在线检测装置，其特征在于，数据寄存器可以采用型号为74LS373的寄存芯片，移位寄存器可以采用型号为DS1225Y-150的寄存芯片。

Images