CN206163361U - 一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，包括依次连接的测控单元和驱动单元，以及电容电压检测单元，所述驱动单元与永磁断路器连接，所述测控单元输入端连接有位置传感器，所述电容电压检测单元输入与电容器连接，输出与测控单元连接，所述驱动单元输入端连接有电容器，在保证永磁断路器可靠分合闸的同时减少了能量的输出，实现了断路器的重合闸，并且延长了分合闸操作回路的使用寿命，增强了控制器的适应性，可以应用于主干线或重大分支线路上。

Description

一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统

技术领域

本实用新型涉及永磁断路器控制领域，尤其涉及一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统。

背景技术

近年来，随着经济的发展和人民生活水平的提高，以及电力相关技术新标准的颁布，对配电网系统的稳定性和智能化的要求越来越高，而永磁技术的实现以及现代电力电子技术和计算机技术的发展使得配电网智能化得到突破性发展。永磁断路器作为智能断路器中优秀的一员，其高可靠性、免维护、分合闸速度快、开断能力强等特点得到了大家的一致认可。目前国内外有数十家厂商和科研机构投入了大量的资源在研究永磁机构相关的产品和技术，国外有ABB、西门子、施耐德等，国内有四方、北京科锐、扬州新概念等等，而且已经开发出一系列产品和技术，并取得不错的成效，但是随着永磁技术的产品越来越多，以及应用范围越来越广，其局限性也逐步体现了出来，例如永磁机构的电压等级各有不同造成其控制器匹配的复杂性，驱动分合闸的方式不同所取得的效果也不一样，驱动电源如何合理利用等等。

现有永磁机构断路器驱动电源上的选择是一致的，即采用大容量的铝电解电容给分合闸线圈释放大电流，产生磁场从而进行分合闸。相比较而言，采用蓄电池作为驱动电源则需要定期维护，采用超级电容模组作为驱动电源的成本远远高于大容量的电解电容。目前主要的控制与驱动单元主要有以下几大方向：

（1）由控制器直接固定输出分合闸脉冲时间的，并且采用给电容器设定一个欠压点的模式，一旦低于欠压点便闭锁分合闸脉冲输出。该方式的优点是可靠，但是缺点非常明显，由于无法得知分合闸是否到位，为了保障断路器分合闸成功，其固定的输出比真正需要输出时间长得多，这样不仅无法体现分合闸速度快的优点，而且损耗大量能量，根据实际分合闸电容电压跌落测试，一般容量的电容器操作一次后，电压跌落较大，基本会造成电容欠压，无法再进行下一步操作。

（2）采用位置传感器采集位置信息并参与分合闸脉冲的输出逻辑，同样采用一个欠压点的模式，该方式优点是信号灵敏，且分合闸所需能量相对较少。但是该方式的难点在于位置传感器的安装位置要求较为苛刻，容易出现过早感应到位置变化导致分合闸不成功，甚至因同时感应到多个位置信号导致断路器拒动的现象发生。而且采用一个欠压点的模式，仍然需要一个容量非常大的电容器才能实现第二次操作。

（3）采用双线圈的机构，并且分合闸输出分别采用一个电容器，互不干扰，仍然采用一个欠压点的模式，该方式的优点是操作一次后仍然可以操作第二次，缺点是仍然需要大容量电容才可实现重合闸，而且分合闸分开来设计的方式实现起来比较复杂，而且成本较高。

（4）驱动单元采用单个IGBT或者其他大功率场效应管的，该方式优点是电路简单，元器件较少，缺点是单个场效应管承受的最大电压较大，在较大电流和电压冲击下，容易发生元器件损坏的现象。

（5）目前控制器中大多采用与永磁机构电压等级一对一的方式，该方式的优点是有针对性，缺点是碰到不同的电压等级的机构时，需要更换控制器，适应性不强。

综上所述，目前现有技术中采用一个欠压点的模式，不利于操作电源的利用，采用单个IGBT驱动，不利于元器件的保护，除此之外由于永磁机构电压等级的多样性造成控制器的多样性。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的其中一个目是提供一种实现方式简单且可合理利用驱动电源能量的基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，其使永磁断路器能够可靠、快速地进行分合闸，节约能耗，并能延长驱动电路中元器件的使用寿命，提高控制器的适应性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，其特征在于：包括测控单元、驱动单元、电容电压检测单元和永磁断路器，所述测控单元输入端分别连接有位置传感器和电容电压检测单元，所述测控单元输出端与驱动单元连接；所述驱动单元输入端连接有电容器，所述驱动单元输出端与永磁断路器连接；

所述电容电压检测单元，用于检测电容欠压信号；

所述位置传感器，用于采集永磁断路器的分合闸位置信号并传递给测控单元；

所述测控单元，用于采集电容器欠压信号和位置传感器的信号，判断电容器是否欠压再向驱动单元输出分合闸脉冲；

所述驱动单元，用于接收到分合闸脉冲并驱动永磁断路器分合闸动作。

作为上述技术方案的改进，所述测控单元包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元与第二控制单元连接，所述第二控制单元，用于完成信号判断的步骤并向第一控制单元输出判断结果；所述第一控制单元控制第二控制单元向驱动单元输出分合闸脉冲。

作为上述技术方案的改进，第一控制单元采用DSP，第二控制单元采用CPLD。

作为上述单欠压技术方案的改进，所述电容电压检测单元可分别设置有分闸欠压点和合闸欠压点，根据分合闸能量分别设置分合闸欠压门限值，所述电容电压检测单元包括依次连接的分闸欠压点和合闸欠压点设置电路、分压电路、比较器电路以及光耦隔离回路，所述光耦隔离回路输出端连接测控单元。

作为上述技术方案的改进，所述驱动单元包括依次连接的IGBT驱动回路和IGBT全桥电路，所述永磁断路器线圈并接于IGBT全桥电路两桥臂之间，所述电容器与IGBT全桥电路的两端连接。

作为上述技术方案的改进，所述IGBT驱动回路包括依次连接的隔离回路和功率放大器电路，所述隔离回路输入端连接测控单元，所述功率放大器输出端连接IGBT全桥电路。

作为上述技术方案的改进，所述IGBT全桥电路包括4个IGBT回路。

本实用新型的有益效果有：

本实用新型一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，通过利用单稳态机构分闸有分闸弹簧协助所需能量小且分闸时间稳定，合闸所需能量大的特点，分闸采用固定时长输出，合闸根据位置信号输出脉冲并延时一定时长，无位置信号时固定时长输出，实现简单，可以避免合闸脉冲的无谓持续输出，节约电容器能量，并可保证合闸的可靠性；同时根据分合闸所需不同的能量大小，以及电力标准的相关规定分别设定适合分闸的电容欠压点门限值以及合闸的电容欠压点门限值，这样电容充满电时分闸不会出现合闸电容欠压信号，合闸后仍可分闸，从而有效利用电容器的能量。而且合于故障线路时可立即分闸，防止前端变电站出口断路器跳闸，保护线路安全。

本实用新型采用IGBT全桥模式的控制方式，降低每个IGBT上承受的最大电压，延长使用寿命，分合闸可共用一个电容器，节省成本，并且该控制可以把断路器驱动单元3做成可替换的模块，针对不同电压等级的永磁机构可以替换相应等级的模块。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明，其中：

图1是本实用新型实施例的原理示意图；

图2是本实用新型实施例的分合闸欠压点设置电路框图；

图3是本实用新型实施例的电容电压变化曲线与欠压信号关系图；

图4是本实用新型实施例的欠压判断工作原理图；

图5是本实用新型实施例的分合闸驱动控制的波形图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型具体实施例提供一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，包括测控单元2、驱动单元3、电容电压检测单元1和永磁断路器5，所述测控单元2输入端分别连接有位置传感器4和电容电压检测单元5，所述测控单元2输出端与驱动单元2连接；所述驱动单元2输入端连接有电容器6，所述驱动单元2输出端与永磁断路器5连接；

所述电容电压检测单元1，用于检测电容欠压信号；所述位置传感器4，用于采集永磁断路器的分合闸位置信号并传递给测控单元；所述测控单元2，用于采集电容器欠压信号和位置传感器的信号，判断电容器是否欠压再向驱动单元输出分合闸脉冲；所述驱动单元3，用于接收到分合闸脉冲并驱动永磁断路器分合闸动作。

为了健全测控单元的可靠性，所述测控单元2包括第一控制单元21和第二控制单元22，所述第一控制单元21与第二控制单元22连接，所述第二控制单元22，用于完成信号判断的步骤并向第一控制单元21输出判断结果；所述第一控制单元21控制第二控制单元22向驱动单元输出分合闸脉冲。优选，第一控制单元21采用DSP，第二控制单元22采用CPLD。优选的是，第二控制单元CPLD22除了可以完成脉冲输出时间判断、分合闸位置信号判断、分合闸脉冲输出等功能外，还可以完成电容欠压采集判断、遥控分合闸判断、手动分合闸判断等功能。

与设置一个欠压点比较，所述电容电压检测单元可分别设置有分闸欠压点和合闸欠压点，根据分合闸能量分别设置分合闸欠压门限值，这样电容充满电时分闸不会出现合闸电容欠压信号，合闸后仍可分闸，从而有效利用电容器的能量。所述电容电压检测单元1包括依次连接的分闸欠压点和合闸欠压点设置电路11、分压电路12、比较器电路13以及光耦隔离回路14，所述光耦隔离回路14输出端连接测控单元2。电容电压检测单元采集欠压信号工作过程为：测控单元2的第二控制单元CPLD22对驱动单元3上送的电容欠压信号进行采集，并识别是合闸欠压还是分闸欠压信号，断路器驱动单元3监测电容器5的电压并根据设定的合闸欠压点和分闸欠压点进行比较，若电容电压低于分闸欠压点则向测控单元2发送分闸欠压信号，若电容电压高于分闸欠压点，低于合闸欠压点，则输出合闸欠压，若电容电压高于合闸欠压点，则不输出欠压信号，并经过处理后上送给第一控制单元DSP21，除此之外测控单元2还采集位置传感器4上送的位置信号，测控单元2首先判断永磁断路器1分合闸位置信号是否有效，为了保证位置检测信号的准确，位置传感器4所采集的分合闸位置信息在判断前需要经过消抖滤波处理。

所述驱动单元3包括依次连接的IGBT驱动回路31和IGBT全桥电路32，所述IGBT全桥电路32包括4个IGBT回路，所述所述永磁断路器线圈并接于IGBT全桥电路32两桥臂之间，所述电容器6与IGBT全桥电路32的两端连接。所述IGBT驱动回路31包括依次连接的隔离回路311和功率放大器电路312，所述隔离回路311输入端连接测控单元2，所述功率放大器312输出端连接IGBT全桥电路32。驱动单元3采用IGBT全桥控制方式，当测控单元2发出分合闸驱动信号时，IGBT全桥电路32中相应的IGBT导通输出电流操作断路器的分合闸。在测控单元2输出分合闸脉冲信号前需要判断当前的位置信号以及电容是否欠压，若不满足这两个条件则闭锁分合闸脉冲信号的输出。

位置传感器4用于对断路器分合闸位置进行监测，实现时此位置。传感器4一般采用接近开关实现。电容器5用于给分合闸提供大的输出电流，产生磁场推动永磁断路器内部的动铁芯分闸或合闸。

该控制系统可以把驱动单元3做成可替换的模块，针对不同电压等级的永磁断路器可以替换相应等级的模块。只需将驱动模块中的电压转换部分变更电压等级，并相应的调节欠压点的门限值即可升级为新的电压等级的驱动单元，而且更换模块不影响欠压信号的采集，以及分合闸驱动信号的输出。

下面举具体的实施例说明本实用新型的控制过程：

如图2和图3所示，以分闸过程为例说明，驱动单元3首先检测当前电容器6的电压并与两个欠压点比较，若电容电压高于分闸欠压点，则无分闸欠压信息上送，测控单元2采集当前位置信号，若处于合闸位置，且无分闸欠压信号则通过测控单元2发出分闸脉冲信号，经过IGBT驱动回路31后转化为驱动信号，以高电平为有效，分闸过程中，IGBT驱动信号2和3均输出一段时间为T1的脉冲信号，IGBT驱动信号1和4无高电平脉冲输出，所示相应的两个IGBT导通，电容器5对永磁断路器的线圈进行放电，操作断路器进行分闸，分闸的电流信号波形图如图5所示，在T1时间内电流逐渐升高，T1时间后，IGBT信号2和3脉冲结束，IGBT关断电容输出，电流快速下降，分闸过程结束。

参考图2和图4，一种基于双欠压信息的永磁断路器控制，其特征在于：包括如下步骤：

1）信号采集：电容电压检测单元检测电容器的电压，并将检测到的电容器电压与设定的欠压点门限值进行比较判断，输出比较判断结果给测控单元，同时测控单元通过位置传感器采集永磁断路器的分合闸位置信号；

2）欠压信号判断：电容电压检测单元将检测到的电容器电压与设定的欠压点门限值进行比较判断：若电容器电压低于分闸欠压点的门限值就传送测控单元分闸欠压信号；若电容器电压低于合闸欠压点且高于分闸欠压电的门限值就传送测控单元合闸欠压信号；

3）分合闸驱动控制：根据当前的位置信号，当电容器欠压信号不存在时，测控单元向驱动单元输出分合闸脉冲，否则闭锁分合闸脉冲输出。

进一步，所述电容电压检测单元可分别设置有分闸欠压点和合闸欠压点，根据分合闸能量分别设置分合闸欠压门限值，所述电容电压检测单元包括依次连接的分闸欠压点和合闸欠压点设置电路、分压电路、比较器电路以及光耦隔离回路，所述步骤2） 中电容电压检测单元判断电容器是否处于欠压具体步骤为：电容器电压经过分压电路后，电压信号进入比较器电路与设定的欠压点门限值进行比较，比较器电路输出高低电平信号经过光耦隔离回路后进入测控单元，测控单元根据接收到的电平信号判断是否出现分闸欠压或者合闸欠压，若出现分闸欠压则闭锁分闸脉冲信号输出，若出现合闸欠压则闭锁合闸脉冲信号输出，并将相应欠压信号发送至控制单元判断。

进一步，所述步骤中3）测控单元向驱动单元输出相应的分合闸脉冲具体步骤为：所述测控单元单元接收到分合闸信号时，判断当前电容器是否欠压，若不欠压，则输出相应的分合闸脉冲信号，所述分合闸脉冲信号经过光藕隔离回路后进入功率放大电路，在经过功率放大后，驱动信号进入IGBT全桥电路，驱动IGBT导通，电容器放电。

本实用新型在保证永磁断路器可靠分合闸的同时减少了能量的输出，实现了断路器的重合闸，并且延长了分合闸操作回路的使用寿命，增强了控制器的适应性，基于此控制的产品可以应用于主干线或重大分支线路上。另外，当测控单元采用第一控制单元和第二控制单元互相配合实现时，这种分层组合控制的方式能够进一步健全控制的可靠性。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施方式而已，但本实用新型并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，其特征在于：包括测控单元、驱动单元、电容电压检测单元和永磁断路器，所述测控单元输入端分别连接有位置传感器和电容电压检测单元，所述测控单元输出端与驱动单元连接；所述驱动单元输入端连接有电容器，所述驱动单元输出端与永磁断路器连接；

所述电容电压检测单元，用于检测电容欠压信号；

所述位置传感器，用于采集永磁断路器的分合闸位置信号并传递给测控单元；

所述测控单元，用于采集电容器欠压信号和位置传感器的信号，判断电容器是否欠压再向驱动单元输出分合闸脉冲；

所述驱动单元，用于接收到分合闸脉冲并驱动永磁断路器分合闸动作；

所述电容电压检测单元可分别设置有分闸欠压点和合闸欠压点，根据分合闸能量分别设置分合闸欠压门限值，所述电容电压检测单元包括依次连接的分闸欠压点和合闸欠压点设置电路、分压电路、比较器电路以及光耦隔离回路，所述光耦隔离回路输出端连接测控单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，其特征在于：所述测控单元包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元与第二控制单元连接，第二控制单元，用于完成信号判断的步骤并向第一控制单元输出判断结果；第一控制单元控制第二控制单元向驱动单元输出分合闸脉冲。

3.根据权利要求1所述的一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，其特征在于：第一控制单元采用DSP，第二控制单元采用CPLD。

4.根据权利要求1所述的一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，其特征在于：所述驱动单元包括依次连接的IGBT驱动回路和IGBT全桥电路，所述永磁断路器线圈并接于IGBT全桥电路两桥臂之间，所述电容器与IGBT全桥电路的两端连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，其特征在于：所述IGBT驱动回路包括依次连接的隔离回路和功率放大器电路，所述隔离回路输入端连接测控单元，所述功率放大器输出端连接IGBT全桥电路。

6.根据权利要求4所述的一种基于双欠压信息的永磁断路器控制系统，其特征在于：所述IGBT全桥电路包括4个IGBT回路。