CN209044025U - 一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置，包括：高频信号发生器，安装在合闸母线母联开关的左侧接线端子与所述开关左侧静触头之间，用于产生高频信号，并将高频信号加载到安装处线路中；高频信号检测器，安装在开关的右侧静触头与开关右侧接线端子之间，用于将安装点处的高频信号从115V直流信号中分离出来；控制器，分别与高频信号发生器、高频信号检测器以及开关的联动继电器连接，用于检测所述开关合闸，控制所述高频信号发生器发送高频信号，所述高频信号检测器接收信号，并在所述高频信号检测器检测到所述高频信号后，控制产生合闸成功指示信号。该装置当母联开关合闸时，能够实现自动判断母联开关是否合闸成功。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关合闸自检领域，尤其涉及一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置。
背景技术
变电站直流系统是向变电站继电保护屏、直流电机等提供直流电源，并作为继电保护屏中控制信号源。直流系统可靠性要求非常高，系统接线采用双母线互为备用。变电站直流系统简易结构示意图如图1，系统有合闸母线HM1和合闸母线HM2共两段，母线额定电压为115V，充电机#1和蓄电池#1连接在HM1上，充电机#2和蓄电池#2连接在HM2上。系统中KM1和KM2为两段控制母线，母线额定电压为110kV，HM1和HM2通过降压模块给KM1和KM2进行供电。
当HM1充电机#1或蓄电池#1停电检修时，为了保证HM1母线能够不间断供电，需要先合上“合闸母线母联开关”将HM1和HM2进行并联，然后再退出充电机#1或蓄电池#1，最后由充电机#2通过HM2给HM1代供。在操作中，必须要保证HM1和HM2母线并联成功后，才能退出充电机或蓄电池。为了保证直流系统运行可靠性，都需要确认两条母线并联成功，也就是开关是成功合闸。但是因为双电源直流系统特殊运行情况，无法直接采用电压，电流等电器参数来判断并联合闸成功。例如：1.两条母线在并联前电压幅值相差很小，并联前后电压变化无法检测出来，因此无法直接通过电压参数来判断并联成功与否；2.并联前母线负荷均分或负荷很小，并联成功后，开关合闸电流也会出现接近于零的状况，因此通过电流检测也无法判断。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置，该装置当母联开关合闸时，能够实现自动判断母联开关是否合闸成功。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置，包括：
高频信号发生器，安装在合闸母线母联开关的左侧接线端子与所述开关左侧静触头之间，用于产生高频信号，并将高频信号加载到安装处线路中；
高频信号检测器，安装在所述开关的右侧静触头与所述开关右侧接线端子之间，用于将安装点处的高频信号从115V直流信号中分离出来；
控制器，分别与所述高频信号发生器、所述高频信号检测器以及所述开关的联动继电器连接，用于检测所述开关合闸，控制所述高频信号发生器发送高频信号，所述高频信号检测器接收信号，并在判断所述高频信号检测器检测到所述高频信号后，控制产生合闸成功指示信号。
其中，所述高频信号发生器包括用于阻止所述高频信号流向所述开关左侧接线端子的第一滤波电路，
所述高频信号检测器包括用于阻止所述高频信号流向所述开关右侧接线端子的第二滤波电路。
其中，所述高频信号检测器还包括用于将所述检测的高频信号波进行波形转换的波形转换器，所述波形转换器的输入端与所述第二滤波电路连接，输出端与所述控制器连接。
其中，所述高频信号发生器包括第一电感、第一电容、高频信号产生单元，所述第一电感的一端与所述开关左侧接线端子连接，所述第一电感的另外一端与所述开关左侧静触头连接，所述第一电感的另外一端还通过第一电容与高频信号产生单元的输入端连接，所述高频信号产生单元的输出端与所述控制器连接。
其中，所述高频信号产生单元为555时基电路正弦波发生器。
其中，所述高频信号检测器包括第二电感、第二电容、波形转换器，所述第二电感的一端与所述开关右侧静触头连接，所述第二电感的另外一端与所述开关右侧的接线端子连接，所述第二电感的一端还通过第二电容与所述波形转换器的输入端连接，所述波形转换器的输出端与控制器连接。
其中，所述波形转换器为基于CD4069反相器的波形变换电路。
其中，所述控制器为51单片机，所述单片机还分别与第一指示器和第二指示器连接，当合闸成功时，控制第一指示器亮，当合闸失败时，控制第二指示器亮。
本实用新型实施例的有益效果在于：本实用新型通过在母联开关的左侧接线端子和左侧静触头之间安装高频信号发生器，在母联开关的右侧接线端子和右侧静触头之间安装高频信号检测器，通过控制器检测母联开关的继电器动作，从而联动控制高频信号发生器和高频信号信号检测器启动，当高频信号检测器检测到高频信号时，母联开关合闸成功，控制第一指示器亮。该装置能够实现母联开关的合闸自检，提高检测效率，同时能够醒目提示是否合闸成功。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中变电站直流系统简易结构示意图。
图2是本实用新型的一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置结构示意图。
图3是本实用新型的一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置的控制器的电路示意图。
图4是本实用新型的一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置的高频信号发生器的电路示意图。
图5是本实用新型的一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置的高频信号检测器的电路示意图。
图6是母联开关合闸成功母联开关左侧静触头和右侧静触头处的波形图。
图7是母联开关合闸失败母联开关左侧静触头处的波形图。
图8是母联开关合闸失败母联开关右侧静触头处的波形图。
图9是母联开关合闸成功母联开关左侧接线端子、右侧接线端子处的波形图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本实用新型可以用以实施的特定实施例。
请参照图2所示，本实用新型提供一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置，该装置包括：
高频信号发生器9，安装在合闸母线母联开关的左侧接线端子2与所述开关左侧静触头3之间，用于产生高频正弦波，并将高频正弦波加载到安装处线路中；
高频信号检测器11，安装在所述开关的右侧静触头4与开关右侧接线端子5之间，用于将高频信号检测器安装点处的高频信号从115V直流信号中分离出来；
控制器10，分别与所述高频信号发生器9、所述高频信号检测器11以及所述开关的联动继电器连接，用于检测所述开关合闸，并控制所述高频信号发生器发送高频信号，所述高频信号检测器接收信号，并在所述高频信号检测器检测到所述高频信号后，控制产生合闸成功指示信号。
具体地，所述母联开关的左侧接线端子2与左侧接线1连接，所述母联开关的右侧接线端子5与右侧接线6连接，所述母联开关还包括动触头7，所述动触头7通过弹簧机构8与地连接。
具体地，所述高频信号发生器9产生频率为10kHz，幅值为5V的高频正弦波。
其中，所述高频信号发生器9包括用于阻止所述高频信号流向所述开关左侧接线端子2的第一滤波电路，
所述高频信号检测器11包括用于阻止所述高频信号流向所述开关右侧接线端子5的第二滤波电路。
其中，所述高频信号检测器11还包括用于将所述检测的高频信号波进行波形转换的波形转换器13，所述波形转换器13的输入端与第二滤波电路连接，输出端与所述控制器连接。
具体地，如图4所示，所述高频信号发生器9包括第一电感L1、第一电容C1、高频信号产生单元12，所述第一电感L1的一端与所述开关左侧接线端子2连接，所述第一电感L1的另外一端与所述开关左侧静触头3连接，所述第一电感L1的另外一端还通过第一电容C1与高频信号产生单元12的输入端连接，所述高频信号产生单元12的输出端与所述控制器连接。
更具体地，所述高频信号产生单元12为555时基电路正弦波发生器。
具体地，如图5所示，所述高频信号检测器11包括第二电感L2、第二电容C2、波形转换器13，所述第二电感L2的一端与所述开关右侧静触头4连接，所述第二电感L2的另外一端与所述开关右侧的接线端子5连接，所述第二电感L2的一端还通过第二电容C2与波形转换器13的输入端连接，所述波形转换器13的输出端与控制器连接。
更具体地，所述波形转换器13为基于CD4069反相器的波形变换电路。所述波形转换器13将10kHz高频交流信号转换为10kHz方波信号。
其中，所述控制器为低功耗51单片机，如图3所示，该单片机包括a1、a2、a3、a4端以及b1、b2、b3、b4端，其中，
该单片机的a4端通过母联开关联动继电器与3.3V电压连接，该单片机的a4端还通过第一电阻R1与地连接，用于检测开关合闸机械动作。当手动将开关合闸时，K1继电器也对应闭合，单片机检测到“逻辑1”信号；手动将开关断开时，K1继电器也对应断开，单片机检测到“逻辑0”信号。
该单片机的b1端与高频信号发生器的高频信号产生单元12的输出端连接，控制高频信号发生器工作和停止。当母联开关合闸时，单片机发出“逻辑1”控制命令，启动高频信号发生器产生10kHz高频信号。当母联开关断开时或单片机判断合闸成功，发出“逻辑0”控制命令，停止高频信号发生器终止高频信号产生。
该单片机的a1端与高频信号检测器11中的波形转换器13的输出端连接，读取高频信号检测器11输出的方波频率。当高频信号检测器11检测到直流线路上10kHz高频交流信号，会输出10kHz，3.3V方波信号。单片机通过频率采集程序读取信号频率，若信号频率为10kHz，且正负误差在100Hz以内，即为判断合闸成功。检测时间为单片机启动高频信号发生器2s内。
该单片机的b4端通过第一指示器D1、第二电阻R2与地连接，该单片机的b3端通过第二指示器D2、第三电阻R3与地连接，该单片机的接地端GND与地连接。其中第一指示器为绿光LED灯，第二指示器为红光LED灯，如果母联开关合闸成功，单片机通过“b4引脚”发出控制命令，启动D1绿灯亮。开关合闸失败，单片机通过“b3引脚”发出控制命令，启动D2红灯亮。指示灯对应逻辑如下：
状态1：没有对母联开关合闸操作，D1和D2是不亮的状态；
状态2：检测到母联开关合闸操作，在2s内没有检测到10kHz高频信号，D1不亮，D2红灯亮，警示操作人员注意；
状态3：检测到母联开关合闸操作，在2s内检测到10kHz高频信号，D2红灯不亮，D1绿灯亮，提示操作人员合闸成功。
母联开关合闸成功仿真结果如图6和图9。图6为母联开关左侧静触头、母联开关右侧静触头的波形图。通过波形图可以开出，母联开关在0.3s合闸，高频信号发生器产生10kHz高频信号，并在母联开关右侧静触头处同样也检测出10kHz高频信号，并在单片机约0.3左右时间逻辑判断后，关闭高频信号发生器。在0.6s左右静触头处的高频信号消失。图9是重合成功时母联开关左侧接线端子、母联开关右侧接线端子处的检测波形。通过图形可以看出，通过高频信号发生器、高频信号检测器中的滤波装置，流入到直流母线上的高频信号被大幅度衰减，衰减后母线上纹波系数为0.8%<2%，满足直流系统对于文波的要求。
母联开关合闸失败仿真结果如图7和图8。图7是母联开关合闸失败母联开关左侧静触头处的检测波形，从图可以看出单片机在0.3s检测到开关合闸操作，高频信号发生器产生高频波形，一直到2.3s，高频波形消失。图8为母联开关合闸失败母联开关右侧静触头处的检测波形，可以看出母联开关右侧静触头处没有高频信号。因此，单片机在2s内没有检测到母联开关右侧静触头处的高频信号后，就会停止高频信号发生器工作，从而判断母联开关并没有合上。
本实用新型通过在母联开关的左侧接线端子和左侧静触头之间安装高频信号发生器，在母联开关的右侧接线端子和右侧静触头之间安装高频信号检测器，通过控制器检测母联开关的继电器动作，从而联动控制高频信号发生器和高频信号信号检测器启动，当高频信号检测器检测到高频信号时，母联开关合闸成功，控制第一指示器亮。本发明的自检装置具备以下优点：
1、通过检测开关合闸动作，实现开关合成自检功能；
2、通过红、蓝LED灯的提示，醒目提示合闸未成功和成功；
3、自检装置在判断完未合闸成功后，会自动关闭收发信模块，减少模块使用频率，提高使用寿命；
4、通过高频信号发生器以及高频信号检测器上分别设置高通滤波器，杜绝高频消耗流入到直流母线对直流设备产生干扰；
5、减少运行人员操作步骤和工作。
以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种双电源直流系统母联开关合闸自检装置，其特征在于，包括：
高频信号发生器，安装在合闸母线母联开关的左侧接线端子与所述开关左侧静触头之间，用于产生高频信号，并将高频信号加载到安装处线路中；
高频信号检测器，安装在所述开关的右侧静触头与所述开关右侧接线端子之间，用于将所述高频信号检测器安装点处的高频信号从115V直流信号中分离出来；
控制器，分别与所述高频信号发生器、所述高频信号检测器以及所述开关的联动继电器连接，用于检测所述开关合闸，并控制所述高频信号发生器发送高频信号，所述高频信号检测器接收信号，并在判断所述高频信号检测器检测到所述高频信号后，控制产生合闸成功指示信号。
2.根据权利要求1所述的双电源直流系统母联开关合闸自检装置，其特征在于：
所述高频信号发生器包括用于阻止所述高频信号流向所述开关左侧接线端子的第一滤波电路，
所述高频信号检测器包括用于阻止所述高频信号流向所述开关右侧接线端子的第二滤波电路。
3.根据权利要求2所述的双电源直流系统母联开关合闸自检装置，其特征在于，所述高频信号检测器还包括用于将所述检测的高频信号波进行波形转换的波形转换器，所述波形转换器的输入端与所述第二滤波电路连接，输出端与所述控制器连接。
4.根据权利要求3所述的双电源直流系统母联开关合闸自检装置，其特征在于，所述高频信号发生器包括第一电感、第一电容、高频信号产生单元，所述第一电感的一端与所述开关左侧接线端子连接，所述第一电感的另外一端与所述开关左侧静触头连接，所述第一电感的另外一端还通过第一电容与高频信号产生单元的输入端连接，所述高频信号产生单元的输出端与所述控制器连接。
5.根据权利要求4所述的双电源直流系统母联开关合闸自检装置，其特征在于：
所述高频信号产生单元为555时基电路正弦波发生器。
6.根据权利要求4所述的双电源直流系统母联开关合闸自检装置，其特征在于，所述高频信号检测器包括第二电感、第二电容、波形转换器，所述第二电感的一端与所述开关右侧静触头连接，所述第二电感的另外一端与所述开关右侧的接线端子连接，所述第二电感的一端还通过第二电容与所述波形转换器的输入端连接，所述波形转换器的输出端与控制器连接。
7.根据权利要求6所述的双电源直流系统母联开关合闸自检装置，其特征在于：所述波形转换器为基于CD4069反相器的波形变换电路。
8.根据权利要求7所述的双电源直流系统母联开关合闸自检装置，其特征在于，所述控制器为51单片机，所述单片机还分别与第一指示器和第二指示器连接，当合闸成功时，控制第一指示器亮，当合闸失败时，控制第二指示器亮。
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