CN205670681U - 配电线路检测装置、断路器智能控制器、断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配电线路检测装置、断路器智能控制器、断路器。所述配电线路检测装置包括隔离A/D转换模块以及电流电压采样模块；电流电压采样模块包括电压采样电路以及与配电线路母线一一对应地一组分流器，每个分流器串接于其所对应的母线中，每个分流器的采样信号输出端以及电压采样电路的每个采样信号输出端分别与隔离A/D转换模块中一个对应的模拟信号输入通道连接。本实用新型还公开了一种断路器智能控制器、断路器。本实用新型一方面既可以准确测量几Hz至一二百Hz之间的交流电流信号，又可以测量直流信号，能为配电系统提供三段保护；另一方面，由于不会受外部磁场等影响，采样精度得到保证，同时也满足了电气隔离要求。

Description

配电线路检测装置、断路器智能控制器、断路器

技术领域

本实用新型涉及一种配电线路检测装置，用于检测配电线路的电流和电压，属于低压配电保护技术领域。

背景技术

当前，随着环境和能源问题的日益突出，可再生能源发电在全球范围内迅速发展，特别是风力发电与光伏发电的发展最快、技术也最为成熟。对于风力发电，为了保护风电机组正常使用免受损坏以及便于对风力发电机组进行维护或服务，风机系统必须装备一些电气保护产品例如断路器，但是，当断路器应用到全功率型风力发电机组的发电机侧用于变流器电路故障保护或者发电机与变流器之间的线路故障保护时，断路器安装点通过的电流频率随着发电机的转速在一定范围内是变化的(一般在几Hz至一二百Hz之间)，而现有断路器智能控制器由于采用空芯电流互感器+积分还原的方式导致测量带宽有限，不能测量频率在几Hz至一二百Hz之间的电流信号，从而不能保护风电机组，给用户带来损失。对于光伏发电，需要直流断路器用于光伏直流配电系统，为其提供过载保护、短路保护等，但是目前大多数的直流断路器仅具有电磁式脱扣器，故一般仅仅只能提供二段保护，却不能像交流断路器那样由于具有智能型控制器，故可以提供精确的三段保护，从而具有较好的选择性保护功能。制约直流断路器具有精确延时保护功能的主要因素在于对直流电流信号的高精度采样与处理，目前直流采样的技术手段包括大家熟知的直流互感器、霍尔传感器、分流器等，但由于线性差或易受磁场干扰或需电气隔离等各种原因上述手段并没有在直流断路器上广泛地应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种配电线路检测装置，无论是交流或直流配电线路，均可准确检测出配电线路的电流和电压，并且对于交流配电线路的检测不限于常规的50/60Hz系统。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种配电线路检测装置，用于检测配电线路的电流和电压；所述配电线路检测装置包括隔离A/D转换模块以及电流电压采样模块；电流电压采样模块包括电压采样电路以及与配电线路母线一一对应地一组分流器，每个分流器串接于其所对应的母线中，每个分流器的采样信号输出端以及电压采样电路的每个采样信号输出端分别与隔离A/D转换模块中一个对应的模拟信号输入通道连接。

优选地，所述电压采样电路由一组电压采样电阻构成。

所述隔离A/D转换模块可以使用多个模拟信号输入通道数较少的单通道或多通道隔离A/D转换器实现；优选地，所述隔离A/D转换模块为多通道隔离A/D转换器，其模拟信号输入通道数大于或等于电流电压采样模块的采样信号输出端数量。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

一种断路器智能控制器，包括控制单元以及如上任一技术方案所述配电线路检测装置，所述配电线路检测装置中的隔离A/D转换模块的数字信号输出端与所述控制单元连接。

进一步地，所述断路器智能控制器还包括以下功能模块中的至少一种：通信模块、人机交互模块、数据存储模块、报警指示模块、DI/DO模块。

优选地，所述断路器智能控制器的电源模块包括并联的自生电源、辅助电源。

一种断路器，包括智能控制器以及与智能控制器连接的脱扣单元，所述智能控制器为以上任一技术方案所述断路器智能控制器。

一种可再生能源发电系统，包括如上所述断路器。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的配电线路检测装置在低压交流或者直流配电系统中都可以适用，既可以测量几Hz至一二百Hz之间的交流电流信号，又可以测量直流信号，采用该配电线路检测装置的断路器智能控制器可提供精确的三段保护功能。

本实用新型的配电线路检测装置利用分流器与电压采样电路分别进行电流、电压采样，不会受外部磁场等影响，采样精度得到保证，且由于采用隔离A/D 转换单元，满足了电气隔离要求。

本实用新型的断路器智能控制器的结构更简单，实现成本更低。

附图说明

图1为一种现有智能断路器的结构原理示意图；

图2为本实用新型断路器的一个具体实施例的结构原理示意图；

图3为本实用新型断路器的另一个具体实施例的结构原理示意图。

图中标号含义如下：

1、空芯互感器，2、能量互感器，3、电压互感器，4、磁通变换器，5、分流器，6、隔离A/D转换器

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

图1显示了传统的智能断路器设计方案，如图1所示，该智能断路器包括智能控制器及脱扣单元。脱扣单元包括磁通变换器。智能控制器主要包括微控制器、脱扣电路、积分电路、信号调理电路1、信号调理电路2、电压互感器、电压采样电阻、速饱和电源电路、DC/DC电路、空芯互感器、能量互感器，以及DI/DO电路、通信电路、按键电路、显示模块电路、数据存储电路、LED报警指示电路等功能模块。微控制器与脱扣电路连接，当微控制器计算得到的电流或者电压值超出设定阈值时，向脱扣电路发出脱扣指令驱动磁通变换器使断路器分断，微控制器分别与信号调理电路1、信号调理电路2连接，接收与主回路电流、电压等比例的电压信号，并经A/D转换计算得到主回路电流、电压幅值。积分电路用于将空芯互感器输出的微分信号还原成与主回路电流成比例的电压信号，并送至信号调理电路1，信号调理电路1将该信号放大后送至微控制器中的A/D转换器。电压互感器将一次侧主回路电压变换后，电压互感器二次侧的采样电阻两端感应出电压输入信号调理电路2放大，再送至微控制器中的A/D转换器。速饱和电源电路连接能量互感器，产生自生电源提供给智能控制器。自生电源与外接辅助电源并联输入DC/DC电路后产生系统工作电源。微控制器与DI/DO电路连接，通过光电耦合器将外部开关信号输入至微控制器，通过继电器将微控制器的控制信号输出至外部。微控制器与通信电路连接，用于将智能控制器与外部通信总线连接，实现断路器的远程通信等。微控制器分别与显示模块电路和按键电路连接，用于显示主回路电流、电压等电参数和各种保护参数的设定。微控制器与数据存储电路连接，用于存储用户整定参数、故障记录等。微控制器与LED报警指示电路连接，微控制器通过控制LED指示过载、短路等故障的报警输出。

从图1可以看出传统断路器智能控制器设计方案由于采用空芯电流互感器+积分还原的方式导致测量带宽有限，不能测量频率在几Hz至一二百Hz之间的交流电流信号，难以满足类似风力发电、潮汐能发电等可再生能源发电系统的配电保护要求，此外，该断路器智能控制器也无法应用于光伏发电系统这样的输出直流的可再生能源发电系统。为此，本实用新型对上述智能控制器的配电线路检测单元进行了改进，利用分流器与电压采样电路分别进行电流、电压采样，并采用隔离A/D转换单元进行A/D转换，一方面既可以准确测量几Hz至一二百Hz之间的交流电流信号，又可以测量直流信号，能为配电系统提供三段保护；另一方面，由于不会受外部磁场等影响，采样精度得到保证，同时也满足了电气隔离要求。

为了便于公众理解，下面以两个具体实施例来对本实用新型技术方案进行详细说明。

图2显示了本实用新型断路器的一个实施例。在这个实施例中，断路器接在交流供电系统中。如图2所示，该断路器的断路器智能控制器包括微控制器、隔离A/D转换器、四个分流器Rs1～Rs4、电压采样电路(由电压采样电阻R1～R6构成)、DC/DC电路，微控制器与脱扣电路连接，脱扣电路与磁通变换器连接，微控制器向脱扣电路发出脱扣指令驱动磁通变换器使断路器分断；微控制器还与隔离A/D转换器连接，接收隔离A/D转换器转换输出的串行数据；隔离A/D转换器分别与分流器Rs1～Rs4、电压采样电路连接，用于采集分流器Rs1～Rs4两端的压降，以及电压采样电路获取的电压信号；隔离A/D转换器还与微控制器连接，将采集到的与主回路电流、电压成比例的电压信号转换成串行数据输入微控制器，微控制器通过四个I/O引脚(CS_A、CS_B、CS_C和CS_N)用于选通对 应的隔离A/D转换器。分流器Rs1～Rs4分别串接在主回路的四条母线(即A、B、C、N四条相线)中，分流器每个电阻两端引出线，接入对应的隔离A/D转换器相应端，将采集到的与主回路电流成比例的压降送入A/D转换器。如图2所示，电压采样电阻R1～R6分别并接在主回路相线与中性线之间，与每个相线相连的两个电阻的连接处引出线，接入对应的隔离A/D转换器的相应端，每个相线再引出线，接入对应的隔离A/D转换器的相应端，将采集到的与主回路电压成比例的电压信号送入A/D转换器。速饱和电源电路、辅助电源并联输出V1+，V1+的一路输入DC/DC电路产生系统工作电源V2+，V1+的另一路用于脱扣电源。能量互感器与速饱和电源电路连接，为智能控制器提供自生电源。

图3为本实用新型断路器的又一个实施例。在这个实施例中，断路器接在直流供电系统中。如图3所示，断路器智能控制器包括微控制器、隔离A/D转换器、两个分流器Rs1、Rs2、电压采样电路(由两个电压采样电阻R1、R2构成)、DC/DC电路，微控制器与脱扣电路连接，脱扣电路与磁通变换器连接，微控制器向脱扣电路发出脱扣指令驱动磁通变换器使断路器分断；微控制器还与隔离A/D转换器连接，接收隔离A/D转换器转换输出的串行数据；隔离A/D转换器分别与分流器Rs1、Rs2、电压采样电路连接，用于采集分流器Rs1、Rs2两端的压降，以及电压采样电路获取的电压信号；隔离A/D转换器还与微控制器连接，将采集到的与主回路电流、电压成比例的电压信号转换成串行数据输入微控制器，微控制器通过两个I/O引脚(CS_1、CS_2)用于选通对应的隔离A/D转换器。分流器Rs1、Rs2分别串联在主回路的正、负母线中，Rs1、Rs2两端分别引出连接线，与对应的隔离A/D转换器相应端连接，将采集到的与主回路电流成比例的压降送入A/D转换器。电压采样电阻R1、R2串联后并联于主回路正、负母线之间，电阻R2的两端分别引出连接线，与隔离A/D转换器连接，将采集到的与主回路电压成比例的电压信号送入A/D转换器。

本实用新型断路器在低压交流或者直流配电系统中都可以适用，且能够提供精确的三段保护，尤其适用于光伏发电、风力发电、潮汐发电等可再生能源发电系统。

Claims (7)

1.一种配电线路检测装置，用于检测配电线路的电流和电压；其特征在于，所述配电线路检测装置包括隔离A/D转换模块以及电流电压采样模块；电流电压采样模块包括电压采样电路以及与配电线路母线一一对应地一组分流器，每个分流器串接于其所对应的母线中，每个分流器的采样信号输出端以及电压采样电路的每个采样信号输出端分别与隔离A/D转换模块中一个对应的模拟信号输入通道连接。

2.如权利要求1所述配电线路检测装置，其特征在于，所述电压采样电路由一组电压采样电阻构成。

3.如权利要求1所述配电线路检测装置，其特征在于，所述隔离A/D转换模块为多通道隔离A/D转换器，其模拟信号输入通道数大于或等于电流电压采样模块的采样信号输出端数量。

4.一种断路器智能控制器，其特征在于，包括控制单元以及如权利要求1～3任一项所述配电线路检测装置，所述配电线路检测装置中的隔离A/D转换模块的数字信号输出端与所述控制单元连接。

5.如权利要求4所述断路器智能控制器，其特征在于，所述断路器智能控制器还包括以下功能模块中的至少一种：通信模块、人机交互模块、数据存储模块、报警指示模块、DI/DO模块。

6.如权利要求4所述断路器智能控制器，其特征在于，所述断路器智能控制器的电源模块包括并联的自生电源、辅助电源。

7.一种断路器，包括智能控制器以及与智能控制器连接的脱扣单元，其特征在于，所述智能控制器为权利要求4～6任一项所述断路器智能控制器。