CN212162793U - 一种断路器励磁线圈的保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种断路器励磁线圈的保护装置。该保护装置包括：断路器控制回路、励磁线圈合闸保护单元和励磁线圈监控单元；所述励磁线圈合闸保护单元包括：第一继电器、第一保护开关和第一续流二极管；所述励磁线圈监控单元包括：第一分压电路、第一电流互感器、继电器驱动电路、第一保护开关驱动电路和微处理器。本实用新型通过对断路器开合过程中的励磁电流波形和时间进行实时监测可以最大程度地保护断路器励磁线圈，从而能够对断路器故障问题或者潜在的故障隐患进行分析和预警，实时对励磁线圈进行保护和控制。

Description

一种断路器励磁线圈的保护装置

技术领域

本实用新型涉及断路器技术领域，尤其涉及一种断路器励磁线圈的保护装置。

背景技术

断路器是输电线路中核心的保护和控制设备。断路器能否正常动作关系到整个输电系统的安全。然而，在实际运行中，断路器在分合闸操作过程中常出现分合闸励磁线圈烧毁，甚至造成断路器机构箱烧毁，导致分合闸操作不能正常进行。运行人员对线圈烧毁的原因进行了大量的分析，针对不同的故障问题，运行人员也提出了很多预防性检修措施，但是这些措施大多是针对具体故障原因的，并且需要采用人工定期巡查的方法，且有很多措施属于事后维修，无法根据励磁线圈的在线状态及时进行保护。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种断路器励磁线圈的保护装置，以解决现有技术无法根据断路器励磁线圈的在线状态及时保护断路器励磁线圈的问题。

本实用新型实施例的技术方案如下：

一种断路器励磁线圈的保护装置，所述断路器励磁线圈包括：合闸线圈和第一分闸线圈，所述保护装置包括：断路器控制回路、励磁线圈合闸保护单元和励磁线圈监控单元；所述励磁线圈合闸保护单元包括：第一继电器、第一保护开关和第一续流二极管，所述断路器控制回路的正极经过所述第一继电器和所述第一保护开关与所述合闸线圈的一端连接，所述断路器控制回路的负极与所述合闸线圈的另一端连接，所述第一续流二极管并联在所述合闸线圈的两端；所述励磁线圈监控单元包括：第一分压电路、第一电流互感器、继电器驱动电路、第一保护开关驱动电路和微处理器，所述第一分压电路的两端分别连接所述第一继电器的输出端和所述断路器控制回路的负极，所述第一分压电路由两个第一电阻串联组成，所述第一电流互感器通过第一隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，两个所述第一电阻的中间通过所述第一隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端通过所述继电器驱动电路连接所述第一继电器，所述微处理器的输出端通过所述第一保护开关驱动电路连接所述第一保护开关，所述断路器控制回路通过信号隔离检测电路连接所述微处理器的输入端。

进一步，所述保护装置还包括：第一励磁线圈分闸保护电路，所述第一励磁线圈分闸保护电路包括：第二继电器、第二保护开关和第二续流二极管，所述断路器控制回路的正极经过所述第二继电器和所述第二保护开关与所述第一分闸线圈的一端连接，所述断路器控制回路的负极与所述第一分闸线圈的另一端连接，所述第二续流二极管并联在所述第一分闸线圈的两端；所述励磁线圈监控单元还包括：第二分压电路、第二电流互感器和第二保护开关驱动电路，所述第二分压电路的两端分别连接所述第二继电器的输出端和所述断路器控制回路的负极，所述第二分压电路由两个第二电阻串联组成，所述第二电流互感器通过第二隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，两个所述第二电阻的中间通过所述第二隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端通过所述继电器驱动电路连接所述第二继电器，所述微处理器的输出端通过所述第二保护开关驱动电路连接所述第二保护开关。

进一步，所述断路器励磁线圈还包括：第二分闸线圈；所述保护装置还包括：第二励磁线圈分闸保护电路，所述第二励磁线圈分闸保护电路包括：第三继电器、第三保护开关和第三续流二极管，所述断路器控制回路的正极经过所述第三继电器和所述第三保护开关与所述第二分闸线圈的一端连接，所述断路器控制回路的负极与所述第二分闸线圈的另一端连接，所述第三续流二极管并联在所述第二分闸线圈的两端；所述励磁线圈监控单元还包括：第三分压电路、第三电流互感器和第三保护开关驱动电路，所述第三分压电路的两端分别连接所述第三继电器的输出端和所述断路器控制回路的负极，所述第三分压电路由两个第三电阻串联组成，所述第三电流互感器通过第三隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，两个所述第三电阻的中间通过所述第三隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端通过所述继电器驱动电路连接所述第三继电器，所述微处理器的输出端通过所述第三保护开关驱动电路连接所述第三保护开关。

进一步：所述微处理器的输入端通过模数转换器分别连接所述第一隔离检测电路、所述第二隔离检测电路和所述第三隔离检测电路。

进一步，所述断路器励磁线圈的保护装置还包括：用于接入通讯网络的通讯单元，所述通讯单元与所述微处理器电连接。

进一步，所述断路器励磁线圈的保护装置还包括：用于将交流电转换为直流电的AC-DC电源和用于调整所述直流电的电压的稳压单元。

这样，本实用新型实施例，通过对断路器开合过程中的励磁电流波形和时间进行实时监测可以最大程度地保护断路器励磁线圈，从而能够对断路器故障问题或者潜在的故障隐患进行分析和预警，实时对励磁线圈进行保护和控制；隔离检测电路将工作电路分为弱电控制电路和强电功率电路，使弱电控制部分与强电功率部分进行了有效的电气隔离，可以有效提高本装置的可靠性；基于物联网技术还可实现信息的实时上报。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的断路器励磁线圈的保护装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开了一种断路器励磁线圈的保护装置。如图1所示，断路器励磁线圈包括：合闸线圈1和第一分闸线圈2，均为励磁线圈。线圈动作时间和电流波形往往与断路器的本体故障具有密切联系，因此在断路器开合过程中对励磁电流波形和时间进行监测，能够对断路器故障问题或者潜在的故障隐患进行分析和预警，本实用新型实施例的保护装置基于上述的原理设计。

具体的，该保护装置包括：断路器控制回路3、励磁线圈合闸保护单元、励磁线圈监控单元。

断路器控制回路3可用于接收断路器的合闸或者分闸的遥控指令。

励磁线圈合闸保护单元包括：第一继电器K1、第一保护开关M1和第一续流二极管D1。第一保护开关M1为MOSFET开关。断路器控制回路3的正极经过第一继电器K1和第一保护开关M1与合闸线圈1的一端连接。具体的，第一继电器K1的输入端连接断路器控制回路3的正极，第一继电器K1的输出端连接第一保护开关M1的源极，第一保护开关M1的漏极连接合闸线圈1的一端。断路器控制回路3的负极与合闸线圈1的另一端连接。第一续流二极管D1并联在合闸线圈1的两端。具体的，第一续流二极管D1的正极连接合闸线圈1的另一端，第一续流二极管D1的负极连接合闸线圈1的一端。第一续流二极管D1起到续流的功能，以避免产生燃弧问题。

励磁线圈监控单元包括：第一分压电路、第一电流互感器L1、继电器驱动电路4、第一保护开关驱动电路5和微处理器6。第一分压电路的两端分别连接第一继电器K1的输出端和断路器控制回路3的负极。第一分压电路由两个第一电阻R1串联组成。第一电流互感器L1通过第一隔离检测电路7连接微处理器6的输入端。两个第一电阻R1的中间通过第一隔离检测电路7连接微处理器6的输入端。微处理器6的输出端通过继电器驱动电路4连接第一继电器K1。微处理器6的输出端通过第一保护开关驱动电路5连接第一保护开关M1。断路器控制回路3通过信号隔离检测电路8连接微处理器6的输入端。

断路器控制回路3收到来自断路器的遥控指令进行合闸操作，通过信号隔离检测电路8向微处理器6发送合闸信号，微处理器6通过第一分压电路和第一隔离检测电路7对输入电压的幅值u1进行检测，在无异常的情况下闭合第一继电器K1，然后通过第一保护开关驱动电路5对第一保护开关M1施加控制信号d1，使合闸线圈1加电。同时，微处理器6将通过第一电流互感器L1对闭合后的回路电流波形i1进行采样，启动判断策略，当线圈电流的积分值(持续时间和电流的积分，反映了线圈做功和发热)达到第一安全阈值，关断第一保护开关M1。此时，线圈电流将通过第一续流二极管D1续流，不产生燃弧问题，最后断开第一继电器K1。一旦第一保护开关M1被关断，若检测到电流并未下降，反映第一保护开关M1出现击穿故障，则断开第一继电器K1也能实现对线圈的保护，与传统延时继电器的效果是相同的。

因此，通过上述的结构设计，励磁线圈监控单元可通过监控电压和电流以便控制励磁线圈合闸保护单元的动作，保护合闸线圈1。

此外，保护装置还包括：第一励磁线圈分闸保护电路。第一励磁线圈分闸保护电路包括：第二继电器K2、第二保护开关M2和第二续流二极管D2。第二保护开关M2为MOSFET开关。断路器控制回路3的正极经过第二继电器K2和第二保护开关M2与第一分闸线圈2的一端连接。具体的，第二继电器K2的输入端连接断路器控制回路3的正极，第二继电器K2的输出端连接第二保护开关M2的源极，第二保护开关M2的漏极连接第一分闸线圈2的一端。断路器控制回路3的负极与第一分闸线圈2的另一端连接。第二续流二极管D2并联在第一分闸线圈2的两端。具体的，第二续流二极管D2的正极连接第一分闸线圈2的另一端，第二续流二极管D2的负极连接第一分闸线圈2的一端。第二续流二极管D2起到续流的功能，以避免产生燃弧问题。

励磁线圈监控单元还包括：第二分压电路、第二电流互感器L2和第二保护开关驱动电路9。第二分压电路的两端分别连接第二继电器K2的输出端和断路器控制回路3的负极。第二分压电路由两个第二电阻R2串联组成。第二电流互感器L2通过第二隔离检测电路10连接微处理器6的输入端。两个第二电阻R2的中间通过第二隔离检测电路10连接微处理器6的输入端。微处理器6的输出端通过继电器驱动电路4连接第二继电器K2。微处理器6的输出端通过第二保护开关驱动电路9连接第二保护开关M2。

断路器控制回路3收到来自断路器的遥控指令进行分闸操作，通过信号隔离检测电路8向微处理器6发送分闸信号，微处理器6通过第二分压电路和第二隔离检测电路10对输入电压的幅值u2进行检测，在无异常的情况下闭合第二继电器K2，然后通过第二保护开关驱动电路9对第二保护开关M2施加控制信号d2，使第一分闸线圈2加电。同时，微处理器6将通过第二电流互感器L2对闭合后的回路电流波形i2进行采样，启动判断策略，当线圈电流的积分值(持续时间和电流的积分，反映了线圈做功和发热)达到第二安全阈值，关断第二保护开关M2。此时，线圈电流将通过第二续流二极管D2续流，不产生燃弧问题，最后断开第二继电器K2。一旦第二保护开关M2被关断，若检测到电流并未下降，反映第二保护开关M2出现击穿故障，则断开第二继电器K2也能实现对线圈的保护，与传统延时继电器的效果是相同的。

因此，通过上述的结构设计，励磁线圈监控单元可通过监控电压和电流以便控制第一励磁线圈分闸保护电路的动作，保护第一分闸线圈2。

此外，为了避免第一分闸线圈2故障导致无法分闸而造成危险，可以增加一个备用的分闸线圈。因此，断路器励磁线圈还包括：第二分闸线圈11，为励磁线圈。

该保护装置还包括：第二励磁线圈分闸保护电路。第二励磁线圈分闸保护电路包括：第三继电器K3、第三保护开关M3和第三续流二极管D3。第三保护开关M3为MOSFET开关。断路器控制回路3的正极经过第三继电器K3和第三保护开关M3与第二分闸线圈11的一端连接。具体的，第三继电器K3的输入端连接断路器控制回路3的正极，第三继电器K3的输出端连接第三保护开关M3的源极，第三保护开关M3的漏极连接第二分闸线圈11的一端。断路器控制回路3的负极与第二分闸线圈11的另一端连接。第三续流二极管D3并联在第二分闸线圈11的两端。具体的，第三续流二极管D3的正极连接第二分闸线圈11的另一端，第三续流二极管D3的负极连接第二分闸线圈11的一端。第三续流二极管D3起到续流的功能，以避免产生燃弧问题。

励磁线圈监控单元还包括：第三分压电路、第三电流互感器L3和第三保护开关驱动电路12。第三分压电路的两端分别连接第三继电器K3的输出端和断路器控制回路3的负极。第三分压电路由两个第三电阻R3串联组成。第三电流互感器L3通过第三隔离检测电路13连接微处理器6的输入端。两个第三电阻R3的中间通过第三隔离检测电路13连接微处理器6的输入端。微处理器6的输出端通过继电器驱动电路4连接第三继电器K3。微处理器6的输出端通过第三保护开关驱动电路12连接第三保护开关M3。

若u2异常，或，i2的积分值达到预设第二安全阈值，或，第二保护开关M2关断后i2未下降，则表明第一分闸线圈2和/或第一励磁线圈分闸保护电路出现了故障，需要启用第二分闸线圈11和第二励磁线圈分闸保护电路。具体的，断路器控制回路3收到来自断路器的遥控指令进行分闸操作，通过信号隔离检测电路8向微处理器6发送分闸信号，微处理器6通过第三分压电路和第三隔离检测电路13对输入电压的幅值u3进行检测，在无异常的情况下闭合第三继电器K3，然后通过第三保护开关驱动电路12对第三保护开关M3施加控制信号d3，使第二分闸线圈11加电。同时，微处理器6将通过第三电流互感器L3对闭合后的回路电流波形i3进行采样，启动判断策略，当线圈电流的积分值(持续时间和电流的积分，反映了线圈做功和发热)达到第二安全阈值，关断第三保护开关M3。此时，线圈电流将通过第三续流二极管D3续流，不产生燃弧问题，最后断开第三继电器K3。一旦第三保护开关M3被关断，若检测到电流并未下降，反映第三保护开关M3出现击穿故障，则断开第三继电器K3也能实现对线圈的保护，与传统延时继电器的效果是相同的。

因此，通过上述的结构设计，励磁线圈监控单元可通过监控电压和电流以便控制第二励磁线圈分闸保护电路的动作，保护第二分闸线圈11。

具体的，微处理器6的输入端通过模数转换器14分别连接第一隔离检测电路7、第二隔离检测电路10和第三隔离检测电路13。模数转换器14可将接收到的模拟信号转换为微处理器6可以处理的数字信号。

优选的，该保护装置还包括：用于接入通讯网络的通讯单元15。通讯单元15与微处理器6电连接。该通讯单元15可以是ZigBee无线通讯技术。通讯单元15可用于进行无线组网。ZigBee无线通讯技术的主要特点是支持自组网功能，且具有较强的自恢复能力。当断路器控制回路3给合闸线圈1、第一分闸线圈2或第二分闸线圈11通电时，通讯单元15开始工作，接入ZigBee网络，微处理器6通过通讯单元15实现与物联网的连接，进行无线组网，将相关信息上传到后台服务器，一旦断电，则通讯单元15从网络退出。

优选的，该保护装置还包括：用于将交流电转换为直流电的AC-DC电源16和用于调整直流电的电压的稳压单元17。AC-DC电源16用于向保护装置供电，使保护装置的相应元件可工作。稳压单元17与AC-DC电源16连接，可调整直流电的电压，使其匹配相应元件的工作电压，避免电压过大造成元件烧毁的危险。稳压单元17可选用LDO(Low DropoutRegulator，低压差线性稳压器)稳压器。

此外，本实用新型实施例的断路器励磁线圈保护装置还可以对其他信号进行监测。具体的，微处理器6通过信号隔离检测电路8对断路器控制回路3的状态返回信号，以及，断路器控制的逻辑过程进行智能监控，其中，需要监测的开关量返回信号可以包括但不限于：操作电源电压、合闸信号、分闸信号、断路器辅助开关状态、合闸线圈状态、分闸线圈状态、跳位继电器状态、合位继电器状态、合闸保持继电器状态、分闸保持继电器状态以及防跳继电器状态。微处理器6对开关动作逻辑顺序的正确性进行检查，同时对开关动作时间进行测量，对来自断路器控制回路3的不同开关量状态信号进行检测，从而对断路器控制回路3可能出现的故障和异常进行分析和记录，同时完成对励磁线圈的故障辨识以及无线数据的传输。

综上，本实用新型实施例的断路器励磁线圈的保护装置，通过对断路器开合过程中的励磁电流波形和时间进行实时监测可以最大程度地保护断路器励磁线圈，从而能够对断路器故障问题或者潜在的故障隐患进行分析和预警，实时对励磁线圈进行保护和控制；隔离检测电路将工作电路分为弱电控制电路和强电功率电路，使弱电控制部分与强电功率部分进行了有效的电气隔离，可以有效提高本装置的可靠性；基于物联网技术还可实现信息的实时上报。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种断路器励磁线圈的保护装置，其特征在于，所述断路器励磁线圈包括：合闸线圈和第一分闸线圈，所述保护装置包括：断路器控制回路、励磁线圈合闸保护单元和励磁线圈监控单元；

所述励磁线圈合闸保护单元包括：第一继电器、第一保护开关和第一续流二极管，所述断路器控制回路的正极经过所述第一继电器和所述第一保护开关与所述合闸线圈的一端连接，所述断路器控制回路的负极与所述合闸线圈的另一端连接，所述第一续流二极管并联在所述合闸线圈的两端；

所述励磁线圈监控单元包括：第一分压电路、第一电流互感器、继电器驱动电路、第一保护开关驱动电路和微处理器，所述第一分压电路的两端分别连接所述第一继电器的输出端和所述断路器控制回路的负极，所述第一分压电路由两个第一电阻串联组成，所述第一电流互感器通过第一隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，两个所述第一电阻的中间通过所述第一隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端通过所述继电器驱动电路连接所述第一继电器，所述微处理器的输出端通过所述第一保护开关驱动电路连接所述第一保护开关，所述断路器控制回路通过信号隔离检测电路连接所述微处理器的输入端。

2.根据权利要求1所述的断路器励磁线圈的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括：第一励磁线圈分闸保护电路，所述第一励磁线圈分闸保护电路包括：第二继电器、第二保护开关和第二续流二极管，所述断路器控制回路的正极经过所述第二继电器和所述第二保护开关与所述第一分闸线圈的一端连接，所述断路器控制回路的负极与所述第一分闸线圈的另一端连接，所述第二续流二极管并联在所述第一分闸线圈的两端；

所述励磁线圈监控单元还包括：第二分压电路、第二电流互感器和第二保护开关驱动电路，所述第二分压电路的两端分别连接所述第二继电器的输出端和所述断路器控制回路的负极，所述第二分压电路由两个第二电阻串联组成，所述第二电流互感器通过第二隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，两个所述第二电阻的中间通过所述第二隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端通过所述继电器驱动电路连接所述第二继电器，所述微处理器的输出端通过所述第二保护开关驱动电路连接所述第二保护开关。

3.根据权利要求2所述的断路器励磁线圈的保护装置，其特征在于，所述断路器励磁线圈还包括：第二分闸线圈；

所述保护装置还包括：第二励磁线圈分闸保护电路，所述第二励磁线圈分闸保护电路包括：第三继电器、第三保护开关和第三续流二极管，所述断路器控制回路的正极经过所述第三继电器和所述第三保护开关与所述第二分闸线圈的一端连接，所述断路器控制回路的负极与所述第二分闸线圈的另一端连接，所述第三续流二极管并联在所述第二分闸线圈的两端；

所述励磁线圈监控单元还包括：第三分压电路、第三电流互感器和第三保护开关驱动电路，所述第三分压电路的两端分别连接所述第三继电器的输出端和所述断路器控制回路的负极，所述第三分压电路由两个第三电阻串联组成，所述第三电流互感器通过第三隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，两个所述第三电阻的中间通过所述第三隔离检测电路连接所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端通过所述继电器驱动电路连接所述第三继电器，所述微处理器的输出端通过所述第三保护开关驱动电路连接所述第三保护开关。

4.根据权利要求3所述的断路器励磁线圈的保护装置，其特征在于：所述微处理器的输入端通过模数转换器分别连接所述第一隔离检测电路、所述第二隔离检测电路和所述第三隔离检测电路。

5.根据权利要求1所述的断路器励磁线圈的保护装置，其特征在于，还包括：用于接入通讯网络的通讯单元，所述通讯单元与所述微处理器电连接。

6.根据权利要求1所述的断路器励磁线圈的保护装置，其特征在于，还包括：用于将交流电转换为直流电的AC-DC电源和用于调整所述直流电的电压的稳压单元。

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