CN202906577U

CN202906577U - 一种智能断路器操作箱

Info

Publication number: CN202906577U
Application number: CN 201220576765
Authority: CN
Inventors: 张恒泰; 王根元; 乔昕; 汪俊峰
Original assignee: XI'AN XIRUI PROTECTION CONTROL EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: Xi'an Xirui Control Technology Co ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-11-05

Abstract

本实用新型涉及一种智能断路器操作箱。本实用新型的处理器与开入单元通过总线联接，用于采集开关量状态信息；处理器可通过通信接口单元与其它智能装置或后台进行通信，接收其它智能装置或监控后台的控制命令，处理器与开出单元通过总线联接；处理器的ADC与经电气量滤波单元滤波后的电气量信号联接，信号变送与控制回路单元通过开出单元与处理器实现联接，信号变送与控制回路单元通过电气量滤波单元将分闸回路与合闸回路电流量送往处理器。本实用新型实现了断路器操作回路的数字化控制，与其它智能设备的联接通过通信接口，简化了接口，较少了接线，节省了电缆投资。

Description

一种智能断路器操作箱

技术领域

本实用新型属于电力系统变电站自动化技术领域，具体涉及一种智能断路器操作箱。

背景技术

断路器操作箱是实现变电站二次回路对一次回路的控制设备，即低压设备对高压设备的控制所使用的电力设备。电力断路器分闸或合闸动作是由于分闸或合闸线圈短时带电吸合电磁而实现的；分闸和合闸回路设有自保持继电器，由其对分闸或合闸闸信号进行自动保持，以保证可靠完成分闸与合闸操作；分闸或合闸动作完成后，其回路依靠与断路器联动的辅助开关切断；所有断路器分合闸线圈都是按短时带电设计。在实际运行中，如果出现断路器机构卡涩、辅助开关接点配合不当或异常时，辅助接点将不能打开，造成断路器拒分或拒合。一方面，断路器拒分或拒合将使回路长期带电烧毁分闸线圈或合闸线圈，烧毁过程中伴随着分、合闸线圈匝间短路，电流增大，进而烧毁断路器操作箱，造成设备损失。另一方面，在发生故障断路器拒分时，本级的断路器操作箱如不能切除故障，只能由上级保护切断，将造成事故范围扩大；在重合闸保护动作时，断路器拒合将导致无法恢复供电，造成长期停电。

此外，高压开关设备作为供电系统最主要元件之一，由其导致的非计划停电事故，无论在事故总量还是在事故时间上都是相当多的。但在配电网系统中，开关的机构的在线状态检测功能一直缺失，无法实现状态检修。各个用户目前均还是每年进行定期检修，由此带来检修用时长、停电及因检修导致开关设备故障等多个问题。

目前常见的断路器操作箱均为继电器直接搭接而成，对外输出信号均为电气信号量，与其他智能装置连接需要很多电缆联接，接线工作量大、投资大。

发明内容

本实用新型提供一种智能断路器操作箱，在断路器机构故障或断路器辅助接点异常时，能防止断路器分闸线圈、合闸线圈及操作箱烧毁；对断路器分、合闸回路进行状态检测，评估断路器机构工作状态，当机构临近异常时给出信号，通知运行人员检修；使操作箱具有通信及处理功能，可接收并执行远方控制命令。

为达到本实用新型的目的，本实用新型所采取的技术方案如下：

一种智能断路器操作箱，包括通信接口单元和处理器，其特征在于：还包括开入单元、开出单元、电气量滤波单元和信号变送与控制回路单元，处理器与开入单元通过总线联接，用于采集开关量状态信息；处理器可通过通信接口单元与其它智能装置或后台进行通信，接收其它智能装置或监控后台的控制命令，对断路器进行分合，并可上送开关状态和操作回路状态信息，处理器与开出单元通过总线联接，用于对外输出空接点和发出跳合闸命令；处理器的ADC与经电气量滤波单元滤波后的电气量信号联接，实现对分闸回路与合闸回路的电流信息采集；信号变送与控制回路单元通过开出单元与处理器实现联接，用于接收处理器的控制命令，将接收到的控制信号通过继电器后，接点输出实现断路器的分闸、合闸控制及分闸回路、合闸回路超时断开控制，信号变送与控制回路单元通过电气量滤波单元将分闸回路与合闸回路电流量送往处理器，信号变送与控制回路单元通过开入单元将回路内部状态量和接入回路的外部状态信号量送往处理器。

所述处理器采用32位LM3S9B96处理器；所述开入单元是由光耦隔离器和三态门器件构成，三态门器件的型号为74LVC245；所述开出单元是由三态门器件和光耦隔离器构成，三态门器件的型号为74LVC273；所述电气量滤波单元由2级阻容元件构成低通滤波回路，实现多路模拟信号的信号滤波。

所述信号变送与控制回路单元由断路器分闸回路、断路器合闸回路、防跳回路、不对应启动回路和霍尔传感器构成；所述信号变送与控制回路单元，在断路器分闸回路与合闸回路中串入了霍尔传感器，用于传变分闸与合闸电流，实现对分闸回路与合闸回路电流的测量；在分闸回路与合闸回路串入超时断开控制回路的大功率继电器常闭接点，以在超时时断开对分闸回路或合闸回路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、避免了操作箱及分闸回路与合闸回路中电气元件的烧毁事件发生，减少了维护费用，保证了设备的安全运行。

2、在线状态监测功能的增加，提高了开关电器及成套开关设备的智能化水平，为开关电器状态检修提供依据，实现了开关设备从计划检修向状态检修的转变；可预防开关设备事故的发生，减少检修本身对设备带来的非预期损害的几率，缩短停电时间，节省检修开支和停电损失，提高供配电系统可靠性。

3、实现了断路器操作回路的数字化控制，与其它智能设备的联接通过通信接口，简化了接口，较少了接线，节省了电缆投资。

4本实用新型可集成在断路器机构内，以实现断路器智能化。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理框图；

图2是开入单元电路图；

图3是开出单元电路图；

图4是信号变送与控制回路单元电路图。

其中：1－通信接口单元，2－处理器，3－开入单元，4－开出单元，5－电气量滤波单元，6－信号变送与控制回路单元，7－断路器机构。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方法。

参见图1，一种智能断路器操作箱，包括通信接口单元2、处理器1、开入单元3、开出单元4、电气量滤波单元5和信号变送与控制回路单元6。处理器1与开入单元3通过总线联接，用于采集开关量状态信息；处理器可通过通信接口与其它智能装置或后台进行通信，接收其它智能装置或监控后台的控制命令，对断路器进行分合，并可上送开关状态和操作回路状态信息。处理器1与开出单元4通过总线联接，用于对外输出空接点和发出跳合闸命令；处理器1的ADC与经电气量滤波单元5滤波后的电气量信号联接，实现对分闸回路及合闸回路的电流信息采集；信号变送与控制回路单元6通过开出单元4与处理器1实现联接，用于接收处理器1的控制命令，将接收到的控制信号通过继电器后，接点输出实现断路器的分闸、合闸控制及分闸回路、合闸回路超时断开控制，信号变送与控制回路单元6通过电气量滤波单元5将分闸回路与合闸回路电流量送往处理器1，信号变送与控制回路单元6通过开入单元3将回路内部状态量和接入回路的外部状态信号量送往处理器1。

使用时将本实用新型的分闸与合闸输出信号，分别对应接入断路器机构7的分闸与合闸线圈。工作时，处理器1定时对分闸回路电流、合闸回路电流及开入状态量进行采集，并对其进行相关算法、逻辑判断处理，回路异常时给出信号、生成通信报文；接收并执行其它智能装置或后台的控制命令，对断路器进行分闸或合闸操作。

所述处理器1采用TI公司的32位LM3S9B96处理器，主频80MHz，其自身带有1个以太网控制器，2个CAN接口，16通道的ADC，96KB的SRAM、ROM和256KB的Flash存储器，集成FHY，且支持IEEE1588协议，相关通信与存储不需要再扩展。处理器1定时读取ADC采样值、开入状态量值，经过相关算法、逻辑处理后，对满足动作条件的进行发出出口命令，产生信息报文；处理器1接收其它智能装置或后台控制命令，发出出口命令驱动出口继电器进行相关控制；处理器1通过通信口定时发送开入状态量或变位立即发送状态量。

所述处理器1对分闸回路与合闸回路电流进行检测，对采集到的电流曲线进行算法运算和逻辑判断，评估断路器机构运行状态良好与否，在机构运行状态达到设定值时，处理器给出异常信息，驱动异常继电器动作出口，同时将报文事件通过网络上送后台或主站，通知运行人员，须进行开关机构检修。

所述处理器1对分闸回路与合闸回路电流进行测量，当电流大于设定值，启动计时；当延时满足设定值后，驱动出口继电器TTJ或THJ，断开响应分闸回路或合闸回路，并生成报文，上送后台。

所述处理器1对开入状态量进行逻辑判断，当机构或回路异常时，驱动异常出口继电器，并生成报文，上送后台。

所述通信接口单元2由RJ45以太网接口与网络变压器组成。RJ45以太网接口对内与网络变压器的1次端联接，对外可接于交换机、其它智能装置、后台等。网络变压器用于信号滤波隔离，其1次端接RJ45接口，2次端与处理器1的以太网控制器接口联接。

参见图2，所述开入单元3是由光耦隔离器和三态门器件构成，三态门器件的型号为74LVC245。用于来自外部接点的输入信号量和回路内部状态信号量的采集。信号经输入回路光电隔离后经三态门74LVC245电路向处理器1输入，处理器进行相关软件抗干扰逻辑处理后，获取输入量信号。外部开关量或空接点取用变电站提供的直流220V信号电源，经过电阻限流，输入到光隔离器的输入端；内部状态信号量取用装置24V电源，经过电阻限流，输入到光隔离器的输入端。光隔离器的输出端取用内部5V电源，接入到8路三态门器件74LVC245，由处理器1经总线读取信号的“0”或“1”状态，以判断外部接点的开闭情况；采用光电隔离可以使外部开入电源与内部5V电源没有直接的电气联系，有效的消除了外部电磁干扰对装置内部电路的影响，提高了可靠性。

参见图3，所述开出单元4是由三态门器件和光耦隔离器构成，三态门器件的型号为74LVC273。执行由处理器1发出的出口动作命令。处理器1的总线经3态门74LVC273到光电隔离器的输入回路，光电隔离器的输出经单向二极管驱动继电器动作；光电隔离的输入部分为开出单元4内部5V电源，输出部分为24V电源，用以驱动24V继电器；通过光电隔离器把处理器内部电路与继电器驱动电路进行了隔离，有效防止了电磁干扰，提高了硬件电路的可靠性。

所述电气量滤波单元5由2级阻容元件构成低通滤波回路，实现多路模拟信号的信号滤波。电气量滤波单元5对信号变送与控制回路单元6中霍尔传感器TA1、TA2二次端输出的模拟量信号进行低通滤波后，并向处理器1提供变换后的小模拟信号，由处理器1自带的ADC进行数模转换，变为处理器可用的高精度数字信号；处理器1定时来读取ADC转换结果，作为每一路模拟量的原始采样数据。

参见图4，所述信号变送与控制回路单元6由分闸回路、合闸回路、防跳回路、不对应启动回路和霍尔传感器构成。

所述霍尔传感器TA1、TA2的一次侧分别串接入分闸回路与合闸回路，二次侧接入电气量滤波单元（5）；装置24V电源经电源芯片变为±15V作为霍尔传感器供电。

所述合闸回路由HBJ继电器、TWJ1继电器、TWJ2继电器、HBJ的常闭接点、FTJ的常闭接点、THJ的常闭接点构成；THJ接收到处理器的出口命令动作，接点打开，断开合闸回路；HBJ实现对脉冲合闸信号的保持，使断路器可靠合闸。

所述分闸回路由TBJ继电器、HWJ继电器、TBJ的常闭接点、TTJ的常闭接点等构成；TTJ接收到处理器的出口命令动作，接点打开，断开分闸回路；TBJ实现对脉冲分闸信号的保持，使断路器可靠分闸。

所述防跳回路由FTJ继电器、FTJ常开接点、TBJ常开接点构成，实现同时有分、合闸命令时，使断路器可靠分闸。

所述不对应启动回路由SHTJ继电器、SHTJ的常开接点、TWJ1常开接点、TWJ2常开接点等构成，用于检测开关位置不对应情况，启动重合闸或给出信息。

所述信号变送与控制回路单元6中，HJ的常开接点一端接+KM，一端与重合控制信号输入n15并联，实现断路器的保护合闸；SHJ的常开接点一端接+KM，一端与手合控制信号输入n14并联，实现断路器的手动合闸或遥控合闸；TJ的常开接点一端接+KM，一端与重合控制信号输入n17并联，实现断路器的保护分闸；STJ的常开接点一端接+KM，一端与手合控制信号输入n16并联，实现断路器的手动分闸或遥控分闸。

所述信号变送与控制回路单元6中，n12端子用于接入断路器机构的合闸线圈，n18端子用于接入断路器机构的分闸线圈；常开接点SHTJ-2与TWJ2-1串联构成不对应信号输出接点n1、n2；常开接点TWJ2-2输出断路器分闸位置信号空接点n3、n4；常开接点HWJ-2输出断路器合闸位置信号空接点n5、n6；常开接点YCJ-1输出异常信号空接点n7、n8，用于指示回路异常或机构异常。

所述开出单元和信号变送与控制回路单元6中，继电器SHTJ的型号为DSP2A-L2-DC24V，继电器TWJ1、TWJ2、HWJ、HJ、SHJ、TJ、STJ、YCJ的型号为DSP2a-DC24V，继电器FTJ型号为DSP1a1b-DC24V，继电器TBJ、HBJ型号为ST2-1.5V，继电器THJ、TTJ的信号为JT-N-DC24V-1A，霍尔传感器TA1、TA2型号为B5-5A/25mA。

Claims

1.一种智能断路器操作箱，包括通信接口单元（2）和处理器（1），其特征在于：还包括开入单元（3）、开出单元（4）、电气量滤波单元（5）和信号变送与控制回路单元（6），处理器（1）与开入单元（3）通过总线联接，用于采集开关量状态信息；处理器（1）可通过通信接口单元（2）与其它智能装置或后台进行通信，接收其它智能装置或监控后台的控制命令，对断路器进行分合，并可上送开关状态和操作回路状态信息，处理器（1）与开出单元（4）通过总线联接，用于对外输出空接点和发出跳合闸命令；处理器（1）的ADC与经电气量滤波单元（5）滤波后的电气量信号联接，实现对分闸回路与合闸回路的电流信息采集；信号变送与控制回路单元（6）通过开出单元（4）与处理器（1）实现联接，用于接收处理器（1）的控制命令，将接收到的控制信号通过继电器后，接点输出实现断路器的分闸、合闸控制及分闸回路、合闸回路超时断开控制，信号变送与控制回路单元（6）通过电气量滤波单元（5）将分闸回路与合闸回路电流量送往处理器（1），信号变送与控制回路单元（6）通过开入单元（3）将回路内部状态量和接入回路的外部状态信号量送往处理器（1）。

2.根据权利要求1所述的一种智能断路器操作箱，其特征在于：所述处理器（1）采用32位LM3S9B96处理器；所述开入单元（3）是由光耦隔离器和三态门器件构成，三态门器件的型号为74LVC245；所述开出单元（4）是由三态门器件和光耦隔离器构成，三态门器件的型号为74LVC273；所述电气量滤波单元（5）由2级阻容元件构成低通滤波回路，实现多路模拟信号的信号滤波。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能断路器操作箱，其特征在于：所述信号变送与控制回路单元（6）由断路器分闸回路、断路器合闸回路、防跳回路、不对应启动回路和霍尔传感器构成；所述信号变送与控制回路单元（6），在断路器分闸回路与合闸回路中串入了霍尔传感器，用于传变分闸与合闸电流，实现对分闸回路与合闸回路电流的测量；在分闸回路与合闸回路串入超时断开控制回路的大功率继电器常闭接点，以在超时时断开对分闸回路或合闸回路。