CN201766342U - 无源型智能分界负荷开关控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无源型智能分界负荷开关控制器，包括3个相电流互感器和1个零序电流互感器，两个相电流互感器用作相电流信号采集用电流互感器，第三个相电流互感器用作电源用电流互感器，通过电流变换元件将采集的各电流信号耦合于各自的低通滤波电路，所述各低通滤波电路的输出端均连接所述模/数转换电路的输入端，所述模/数转换电路与所述中央微处理单元通信连接，用于控制负荷开关动作的控制线路上设有电控开关，所述电控开关的控制端由中央微处理单元控制。本实用新型不需要设置外部电源，对被控线路的控制灵活、精确、可靠，可与负荷开关或断路器配套使用，用于配网的分支线路。

Description

无源型智能分界负荷开关控制器

技术领域

本实用新型涉及一种无源型智能分界负荷开关控制器，主要可与负荷开关或断路器配套使用，以控制所述负荷开关或断路器的动作或开关状态，将本实用新型控制下的负荷开关或断路器接入配网中的分支线路，可以在分支线路上出现故障时通过断开负荷开关或断路器切断该分支线路。

背景技术

现有配网分支线路采用负荷开关或继电器的控制器，多采用相电流互感器采用分支线路上的相电流信号，用以分析该分支线路上是否存在故障，在出现故障对生成分闸控制信号，自动控制负荷开关或继电器断开，切断被控的分支线路。这种控制器的主要缺陷为：一是只考虑了相电流的变化，没有零序功率方向的变化，不利于故障判断的准确性，存在漏判的可能；二是其分析判断方式是模拟量的计算和比较，精度相对较低，并且适用的控制方式少，控制参数的设定和修改比较麻烦；三是需要采用外部电源，不仅供电成本高，维护不便，而且还易于出现因电源失效导致的控制失效。

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种无源型智能分界负荷开关控制器，这种控制器将零序功率方向列入故障判断的一个因素，并且在分析运算之前先将模拟量转换为开关量，采用微处理器进行相应的分析运算，因此分析判断的精确度高，适用的分析运算方式广，并且可以方便地进行分析运算公式和参数的调整，另外还不需要设置外部电源。

本实用新型实现上述目的的技术方案是：一种无源型智能分界负荷开关控制器，包括相电流互感器、零序电流互感器、模/数转换电路、中央微处理单元和电源管理电路，所述相电流互感器的数量为3个，所述零序电流互感器的数量为1个，所述3个相电流互感器中的任意两个用作相电流信号采集用电流互感器，第三个用作电源用电流互感器，所述各相电流信号采集用电流互感器和所述零序电流互感器的感应电流输出通过各自的电流变换元件耦合于各自的低通滤波电路中，所述各低通滤波电路的输出端均连接所述模/数转换电路的输入端，所述模/数转换电路与所述中央微处理单元通信连接，将其输出的数字信号送入所述中央微处理单元，所述电源用电流互感器的感应电流输出端通过整流电路连接所述电源管理电路的输入端，所述电源管理电路的输出端用作所述模/数转换电路和所述中央微处理单元的电源并引出开关控制线路，所述开关控制线路上设有电控开关，所述中央微处理单元的开关控制信号输出线连接所述电控开关的控制端。

本实用新型的有益效果是：由于通过模/数转换电路将模拟量转换为数字量，并采用微处理器进行数据分析，由此不仅提高了分析处理的能力和速度，而且提高了分析处理的精度，并允许通过程序和参数的设置，采用各种更为灵活和有效的控制方式，使控制更全面、更精确、更准确、更迅速、更灵活；由于通过电源用互感器获得感应电流，并经过整流电路和电源管理电路的处理后用作其它各部分的电源，由此不需要另行设置外部辅助电源，不仅有利于简化产品结构，降低生产成本和运行费用，而且使用寿命长，可以保证长期有效地供电，减少了因电源失效导致的控制失效。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型涉及零序功率方向检测和分析部分的电路原理图。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型提供的无源型智能分界负荷开关控制器包括相电流互感器CT1、零序电流互感器CT0、模/数转换电路、中央微处理单元和电源管理电路，所述相电流互感器的数量为3个，所述零序电流互感器的数量为1个，所述3个相电流互感器中的任意两个用作相电流信号采集用电流互感器，第三个用作电源用电流互感器，所述各相电流信号采集用电流互感器和所述零序电流互感器的感应电流输出通过各自的电流变换元件CT2耦合于各自的低通滤波电路，所述电流变换元件可以采用任意适宜的能够进行隔离耦合并且输入范围适宜的元件，例如耦合变压器等，所述各低通滤波电路的输出端均连接所述模/数转换电路的输入端，所述模/数转换电路与所述中央微处理单元通信连接，将其输出的数字信号送入所述中央微处理单元，所述电源用电流互感器的感应电流输出端通过整流电路连接所述电源管理电路的输入端，所述电源管理电路的输出端用作所述模/数转换电路和所述中央微处理单元的电源并引出开关控制线路，所述开关控制线路上设有电控开关K，所述中央微处理单元的开关控制信号输出线连接所述电控开关的控制端。使用时所述3个相电流互感器分别与被控交流线路的三个相线连接，分别生成与各相线电流成一定关系的感应电流。

所述电控开关可以采用任意适宜的形式，例如各种电路或元件构成的电子开关或接触器，其控制方式可以采用相应的现有技术。

为在分析运算中考虑零序功率方向的因素，以便获得更为准确的结果并提高分析速度，这种控制器还可以包括零序电压传感器、功率计算模块和功率方向微处理器，所述零序电压传感器通常可以由三个相电压传感电容组成，所述相电压传感电容的一端可视为输入端，连接到被控线路上(交流线路的一个相线)，另一端为输出端，三个相电压传感电容的输出端相互连接在一起，就构成了所述零序电压传感器的输出端。

所述零序电压传感器和所述零序电流传感器的输出端可以分别通过各自的信号调理模块连接所述功率计算模块的信号输入端，所述功率计算模块的输出端连接所述功能方向微处理单元的信号输入端，所述功能方向微处理单元的功率状态输出线接入所述中央微处理单元，以便将计算出来的功能方向状态数据送入所述中央微处理单元，作为分析判断故障所依据的一种数据。

所述开关控制线路可以包括合闸控制线路和分闸控制线路，所述电控开关设有两个主开关线路，分别接入所述的合闸控制线路和所述的分闸控制线路，以便控制所述合闸控制线路和分闸控制线路的通断。所述合闸控制线路和分闸控制线路分别设有合闸出口接线端子和分闸出口接线端子，用于连接负荷开关或断路器。

这种控制器还可以包括采样和保持电路，所述各低通滤波电路的输出端通过所述采用和保持电路连接所述的模/数转换电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端连接所述采样和保持电路的输入端，所述采样和保持电路的输出端连接所述模/数转换电路的输入端。设置所述采样和保持电路后，可以通过微处理器控制采样时间和周期，以更好地适于微处理器的数字化处理。

所述模/数转换电路可以通过高速串行总线与所述中央微处理单元通信连接。

所述整流电路可以采用硅桥整流电路，以便在保证整流效果的同时，降低产品成本和运行电耗。

所述电源管理电路由顺序连接的升压电路和稳压电路组成，所述升压电路的输入端构成所述电源管理电路的输入端，所述稳压电路的输出端构成所述电源管理电路的输出端。

通常，所述电源管理电路连接有一个或多个储能元件。例如，所述升压电路的输入端连接有电能缓存电容，输出端连接有主储能电容。

优选地，所述电能缓存电容采用电解电容，所述主储能电容采用超级电容。

所述零序电流互感器和相电流互感器的铁芯上均设有二次绕组但不设一次绕组，所述电流变换元件包括铁芯和铁芯上设有的一次绕组和二次绕组，所述各相信号采集用的电流互感器和所述零序电流互感器的二次绕组引线分别与各自的电流变换元件的一次绕组引线连接，所述各电流变换元件的二次绕组引线分别连接各自对应的所述低通滤波电路的输入端，由此实现所述各相电流信号采集用电流互感器和所述零序电流互感器与各自低通滤波电路之间的耦合。

下面结合本实用新型的一个实施例介绍工作原理。

本控制器采集交流线路的A相、C相和零序电流，B相电流互感器的输出电流为本控制器的正常工作提供能量，通过相应电流互感器采集到的A相、C相和零序电流信号的经过低通滤波电路后，形成模拟电压信号输出，所述模拟电压信号通过采样和保持电路输入专用的A/D芯片(模/数转换电路)转换成数字信号，A/D芯片通过高速串行总线与中央微处理单元(通常可采用单片机或其他适宜芯片)通信，将数字信号送入中央微处理单元进行分析运算。

中央微处理单元一般可以对工频交流信号进行定间隔采样，采样频率为800Hz，即每周期16点，并采用高效率的数字信号处理算法，离散后的信号进行计算，得到相应的电流有效值。采用两个相传感器作为检测元件，一个相传感器作为能量提供元件的优点是避免了传感器在充电时对准确级的影响，保证了电流采样的精度。

零序功率方向检测的工作原理主要依据是基于以下理论计算的结果：(1)不管是采用完全补偿、欠补偿或者过补偿，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流在故障时刻有明显的反相特征。通过对零序电流相位的求取，就可获取这一反相特征，即可选择故障接地线路。(2)在故障时刻，无论故障相电压的相位处在何种初始状态下，都有与零序电流反向的特征。通过判断零序电压与零序电流之间相位，即可得到零序功率方向。

三个相电压传感电容C1、C2、C3的输出合在一起后，就得到零序电压的大小和方向，通过零序电路互感器获得零序电流的大小和方向，这两路信号通过各自的调理电路后都进入功率计算模块，通过计算可得到电压信号和电流信号之间的相位关系，通过后续的功率方向微处理器判断出相应的功率方向，输出一个功率状态数据给中央微处理单元。

Claims (10)

1.一种无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于包括相电流互感器、零序电流互感器、模/数转换电路、中央微处理单元和电源管理电路，所述相电流互感器的数量为3个，所述零序电流互感器的数量为1个，所述3个相电流互感器中的任意两个用作相电流信号采集用电流互感器，第三个用作电源用电流互感器，所述各相电流信号采集用电流互感器和所述零序电流互感器的感应电流输出通过各自的电流变换元件耦合于各自的低通滤波电路中，所述各低通滤波电路的输出端均连接所述模/数转换电路的输入端，所述模/数转换电路与所述中央微处理单元通信连接，将其输出的数字信号送入所述中央微处理单元，所述电源用电流互感器的感应电流输出端通过整流电路连接所述电源管理电路的输入端，所述电源管理电路的输出端用作所述模/数转换电路和所述中央微处理单元的电源并引出开关控制线路，所述开关控制线路上设有电控开关，所述中央微处理单元的开关控制信号输出线连接所述电控开关的控制端。

2.如权利要求1所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于还包括零序电压传感器、功率计算模块和功率方向微处理器，所述零序电压传感器由三个相电压传感电容组成，所述三个相电压传感电容的输出端连接在一起，构成所述零序电压传感器的输出端，所述零序电压传感器和所述零序电流传感器的输出端分别通过各自的信号调理模块连接所述功率计算模块的信号输入端，所述功率计算模块的输出端连接所述功率方向微处理单元的信号输入端，所述功率方向微处理单元的功率状态输出线接入所述中央微处理单元。

3.如权利要求1或2所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于所述开关控制线路包括合闸控制线路和分闸控制线路，所述电控开关设有两个主开关线路，分别接入所述的合闸控制线路和所述的分闸控制线路。

4.如权利要求3所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于还包括采样和保持电路，所述各低通滤波电路的输出端通过所述采用和保持电路连接所述的模/数转换电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端连接所述采样和保持电路的输入端，所述采样和保持电路的输出端连接所述模/数转换电路的输入端。

5.如权利要求4所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于所述模/数转换电路通过高速串行总线与所述中央微处理单元通信连接。

6.如权利要求4所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于所述整流电路采用硅桥整流电路。

7.如权利要求4所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于所述电源管理电路由顺序连接的升压电路和稳压电路组成，所述升压电路的输入端构成所述电源管理电路的输入端，所述稳压电路的输出端构成所述电源管理电路的输出端。

8.如权利要求7所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于所述升压电路的输入端连接有电能缓存电容，输出端连接有主储能电容。

9.如权利要求8所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于所述电能缓存电容采用电解电容，所述主储能电容采用超级电容。

10.如权利要求4所述的无源型智能分界负荷开关控制器，其特征在于所述的一相电流互感器提供控制器工作电源，另外两相提供转换后的电流采集信号，所述各相信号采集用的电流互感器和所述零序电流互感器的二次绕组引线分别与各自的电流变换元件的一次绕组引线连接，所述各电流变换元件的二次绕组引线分别连接各自对应的所述低通滤波电路的输入端，由此实现所述各相电流信号采集用电流互感器和所述零序电流互感器与各自低通滤波电路之间的耦合。

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