CN206741243U - 一种高压隔离开关的智能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出高压隔离开关的智能控制器，涉及隔离开关技术领域，ARM主控制模块连接电机控制电路，所述电机控制电路连接电机驱动电路后驱动异步电机，所述异步电机上装有旋转变压器，所述旋转变压器把表示角度值的电压信号经过旋变数字变换器变换成数字量送给所述ARM主控制模块，所述异步电机上还装有电流传感器，所述电流传感器将电流值输送至所述ARM主控制模块，所述ARM主控制模块还连接有温湿度采集模块、显示模块和通信模块，所述CPLD辅助控制模块与多路输入模块和多路输出模块连接。本实用新型的智能控制器，具备控制、显示、检测、数据传输和通信的功能。

Description

一种高压隔离开关的智能控制器

技术领域

本实用新型涉及隔离开关技术领域，尤其是一种高压隔离开关的智能控制器。

背景技术

隔离开关作为输变电系统的一个重要元件，因其没有灭弧室，所以不能用于开断负荷电流，只能起到明显断开电源的作用。它主要用来隔离高压电源，保证安全检修，并能够通断一定的小电流。因隔离开关具有明显的分段间隙，因此它通常与断路器配合使用。高压隔离开关是电网中使用量最大的一次设备，相对于断路器，隔离开关数量远大于断路器的数量。高压隔离开关的传动系统完全裸露在户外环境下，常年承受着风吹、雨淋、雪盖、日晒等各种气候条件的影响，易产生传动系统的机械性故障而导致停电事故不断发生，设计可靠的户外高压隔离开关控制装置对保障电网完全运行是至关重要的大事。

实用新型内容

本实用新型提供一种高压隔离开关的智能控制器，具备控制、显示、检测、数据传输和通信的功能。

本实用新型具体采用如下技术方案实现：

一种高压隔离开关的智能控制器，包括ARM主控制模块和CPLD辅助控制模块，所述ARM主控制模块与所述CPLD辅助控制模块双向连通，电源模块和时钟模块与所述ARM主控制模块和CPLD辅助控制模块连接，所述ARM主控制模块连接电机控制电路，所述电机控制电路连接电机驱动电路后驱动异步电机，所述异步电机上装有旋转变压器，所述旋转变压器把表示角度值的电压信号经过旋变数字变换器变换成数字量送给所述ARM主控制模块，所述异步电机上还装有电流传感器，所述电流传感器将电流值输送至所述ARM主控制模块，所述ARM主控制模块还连接有温湿度采集模块、显示模块和通信模块，所述CPLD辅助控制模块与多路输入模块和多路输出模块连接。

作为优选，所述电机控制电路由固态继电器和电磁继电器串联组成。

作为优选，所述电机控制电路与所述ARM主控制模块连接有光电耦合器。

作为优选，所述CPLD辅助控制模块与多路输入模块和多路输出模块之间分别连接有光电耦合器。

本实用新型提供的高压隔离开关的智能控制器，其有益效果在于：

1、控制功能：可实现就地操作和远程操作，操作人员可以在变电站、集控中心或者调度中心通过计算机对隔离开关进行远程控制，也可以在现场进行就地操作，直接手动开关的分合闸操作；

2、数据采集：采集隔离开关的状态、隔离开关远方或者就地操作状态；

3、安全检测：监控采集的各个模拟量、开关量和温湿度的情况，设定告警限位。在系统运行中不断进行检测同时上传各个采集信息，保证装置的正常工作；

4、人机联系：显示是为人机交流的桥梁，操作人员通过微机系统对各个子系统和模块的工作状况和运行参数全面了解，也可以输入各种命令来查看需要的信息或者对执行操作机构进行控制，又对各模块的调试和维护提供了便利。

附图说明

图1是本实用新型智能控制器的原理框图；

图2是多路输出模块的电路原理图；

图3是多路输入模块的电路原理图；

图4是电机控制驱动电路原理图；

图5是温度采集模块电路图；

图6是湿度采集模块电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

隔离开关开、合、停的状态是由三项异步电机来牵引带动的，电机的正反转对应隔离开关的开合。开关的位置信息由旋转变压器采集，经过数字变换后将数字信息送入CPU，可以实时显示开关的角度以确定开关位置和状态。国家规定的电力设备工作温度最高+50℃、最低为-50℃，相对湿度最高上限为80％，在机箱被意外破坏并且环境残酷导致的恶劣的温湿度条件下采取烘干、加热等应急措施，并发出警告信息。

因此，如图1所示，本实施提供一种高压隔离开关的智能控制器，包括ARM主控制模块和CPLD辅助控制模块，ARM主控制模块与CPLD辅助控制模块双向连通，电源模块和时钟模块与ARM主控制模块和CPLD辅助控制模块连接，ARM主控制模块连接电机控制电路，电机控制电路连接电机驱动电路后驱动异步电机，异步电机上装有旋转变压器，旋转变压器把表示角度值的电压信号经过旋变数字变换器变换成数字量送给ARM主控制模块，异步电机上还装有电流传感器，电流传感器将电流值输送至ARM主控制模块，ARM主控制模块还连接有温湿度采集模块、显示模块和通信模块，CPLD辅助控制模块与多路输入模块和多路输出模块连接。

本实施例中ARM主控制模块采用意法半导体(ST)公司的STM32F103RBT6芯片，CPLD辅助控制模块采用EPM240芯片，EPM240芯片为Altera公司设计生产的MAX II系列CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)器件。

本实施例的控制器需要大量的开关量的输入输出，例如联锁、手动操作、电动操作、合/分限位，还有如加热器、风机、散热器等设备也需要开关量的控制。如图2所示，CPLD辅助控制模块的输出量经过两路光电耦合器件TLP521驱动，光电耦合器TLP521和外设之间再加一级达林顿阵列器件y2803。如图3所示，CPLD辅助控制模块的输入管脚的驱动电流不够直接驱动继电器的能力，因此直接采用光电耦合器TLP521驱动，光电耦合器和CPLD辅助控制模块之间加一级达林顿阵列器件y2803，通过集电极开路输出的方式来驱动光电耦合器。y2803内部有高耐压的钳位二极管，除了可以承受较大的电流电压，还可以通过吸收输出端瞬态电流电压来达到保护微处理器的目的。

如图4所示，本实施例中电机控制电路和电机驱动电路，当需要电机正转带动隔离开关闭合，ARM主控制模块控制电磁继电器RLY1、RLY2和RLY3上电，然后控制固态继电器SSR上电使电路接通，电机开始工作；同时旋转变压器实时采集隔离开关的角度信息上传到ARM主控制模块显示开关的角度，确定开关的位置。当开关到位以后，ARM主控制模块控制固态继电器SSR先打开，电路断电，然后电磁继电器RLY1、RLY2和RLY3关断，电机迅速停止转动。同理当需要电机反转带动隔离开关打开时，ARM主控制模块先控制固态继电器SSR断电然后使电路关断，然后控制电磁继电器RLY1、RLY2和RLY3断电，电机停止工作。固态继电器和电磁继电器的开关顺序不能颠倒，固态继电器在负载电路中开关不会产生火花、拉弧等现象，而电磁继电器带负载使用容易导致触点烧坏降低使用寿命。固态继电器和电磁继电器串联使用，防止单一的固态继电器或者电磁继电器独自工作时因强电磁干扰等发生意外误动。在电机的运行过程中，若是因为隔离开关发生卡死等使电动机堵转的意外情况，电流传感器把检测到线路中电流突变信号传给ARM主控制模块，使固态继电器和电磁继电器断开，并发出故障警报。

本实施中温度采集模块采用温度传感器DS18B20，如图5所示，基于DS1820测温系统电路设计简单、测温精度高、占用控制器资源较少。但在具体使用中要注意电缆距离长度问题，对连接DS1820的总线电缆长度有一个限制，因为总线分布电容和阻抗匹配问题会导致信号波形产生畸变。经过试验表明，普通信号电缆的长度不能超过50m时，否则测温数据会有较大的误差。若使用双绞线带屏蔽电缆，有效的传输距离可以为150m，故在本实施例中使用屏蔽双绞线。

本实施例中湿度采集模块采用数字温湿度传感器AM2301，如图6所示，AM2301需要5V供电电压，传感器开始上电有一个不稳定的状态，所以在开始的1s时间内不发送任何指令。ARM主控制模块和传感器之间的通讯采用单总线串行方式，一次通讯时间大约为5ms。该传感器有四个引脚，1号为电源脚，3号接地引脚，2号为数据传输引脚，需要注意的是4号引脚在使用中悬空，不和任何电源或者地线相连接。当ARM主控制模块发送开始信号后，传感器从低功耗模式转到高速模式。开始信号结束后，传感器先送出80us左右的低电平数据进行应答，随后再拉高总线80us左右表示将要进入数据传送，然后触发一次信号采集传输，数据传输结束后随即释放总线，由上拉电阻R28将其拉高。

电机的角度测量使用旋转变压器与隔离开关转动轴相连，将角度变化转化为电压信号，输入给旋转变压器专用的数字变换器AD2S90，将电压信号转变成数字量传给ARM主控制模块。旋转变压器的激磁绕组和两套输出相互正交的绕组作为定子固定，转子与传动机构转动轴同轴安装，当原边的激磁绕组流过正弦电流时，副边输出绕组两端会感应出同频率的电势，电势的大小与定转子间的相对电角度有关，将产生的电压信号数字量后通过显示模块进行显示。

电机过流问题的解决是通过设计电流传感器电路，把电流传感器输出的电压信号经过处理后送给ARM主控制模块，让ARM主控制模块来控制电路的通断，达到在过流时有效的切断电路保护电机的目的。本实施例中采用TA25P-100A型电流传感器，采用立式引针一次穿心方式，通过调节反馈电阻的值，输出所需的电压值，电容及可调电阻用来补偿相移。

本实施例中的通信模块采用RS232光纤转换器，转换器使用时把中间的一根电缆连接一个RS-232口的DB-9针插座和5V电源引脚，转换器工作中需要外接直流5V电源，电流要小于50mA。光纤中继转换器的光纤接收器RX和光纤发送器TX相接，中继转换器的发送器TX和光纤接收器RX相接。

本实施例的智能控制器对高压隔离开关进行运行控制、状态采集、故障检测、信息通信等，电网系统进行自我检测保护，提高整个系统运行的可靠性，又可以把各项参数和信息通过专用的通信接口上传，为变电站及电力系统自动化运行提供保障，利于实现整个电力系统继电保护和控制的在线网络化管理。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种高压隔离开关的智能控制器，包括ARM主控制模块和CPLD辅助控制模块，所述ARM主控制模块与所述CPLD辅助控制模块双向连通，电源模块和时钟模块与所述ARM主控制模块和CPLD辅助控制模块连接，其特征在于，所述ARM主控制模块连接电机控制电路，所述电机控制电路连接电机驱动电路后驱动异步电机，所述异步电机上装有旋转变压器，所述旋转变压器把表示角度值的电压信号经过旋变数字变换器变换成数字量送给所述ARM主控制模块，所述异步电机上还装有电流传感器，所述电流传感器将电流值输送至所述ARM主控制模块，所述ARM主控制模块还连接有温湿度采集模块、显示模块和通信模块，所述CPLD辅助控制模块与多路输入模块和多路输出模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压隔离开关的智能控制器，其特征在于：所述电机控制电路由固态继电器和电磁继电器串联组成。

3.根据权利要求2所述的一种高压隔离开关的智能控制器，其特征在于：所述电机控制电路与所述ARM主控制模块连接有光电耦合器。

4.根据权利要求1所述的一种高压隔离开关的智能控制器，其特征在于：所述CPLD辅助控制模块与多路输入模块和多路输出模块之间分别连接有光电耦合器。