CN219759443U - 用于隔离开关的动作组件及隔离开关 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种用于隔离开关的动作组件及隔离开关。动作组件包括：操作模块，用于获取外部控制信号，并根据外部控制信号控制隔离开关分合闸；以及电源模块，被配置为用于向操作模块供电，并且包括：直流电源单元，耦合至操作模块并用于向操作模块供电；以及备用电源单元，与直流电源单元并联，并被布置为在直流电源单元可用期间，被直流电源单元充电，并且在直流电源单元不可用期间至少向操作模块供电。以此方式，消除了在系统失电的情况下造成安全隐患的风险，保护了电路安全。

Description

用于隔离开关的动作组件及隔离开关

技术领域

本公开的示例实施例总体涉及开关装置的领域，特别地涉及用于隔离开关的动作组件及隔离开关。

背景技术

隔离开关，是一种常见的电力传输和控制设备。广泛应用于电力系统中的变电站、发电厂、输电线路、配电室等场合，以实现对电路的开关、隔离和保护。

电动隔离开关相对于传统的隔离开关能够主动完成分合闸的操作，其主要依靠电机的正反转驱动机构齿轮，带动分断单元动作，进而完成分合闸的操作。然而，目前的隔离开关在系统失电后存在无法分闸等问题，带来了安全风险。

实用新型内容

在本公开的第一方面，提供了一种用于隔离开关的动作组件，包括：操作模块，用于获取外部控制信号，并根据外部控制信号控制隔离开关分合闸；以及电源模块，被配置为用于向操作模块供电，并且包括：直流电源单元，耦合至操作模块并用于向操作模块供电；以及备用电源单元，与直流电源单元并联，并被布置为在直流电源单元可用期间，被直流电源单元充电，并且在直流电源单元不可用期间至少向操作模块供电。

在一些实施例中，操作模块包括：微控制单元，被配置为获取外部控制信号；以及电机驱动单元，耦合至微控制单元，被配置为根据外部控制信号驱动电机工作以控制隔离开关的分合闸。

在一些实施例中，备用电源单元包括储能元件，储能元件选自电容或可充电电池。

在一些实施例中，备用电源单元还包括：变压元件，变压元件被配置为将直流电源单元提供的电压转换为储能元件所能接收的充电电压。

在一些实施例中，备用电源单元还包括：供电接口，电连接至操作模块的输入端。

在一些实施例中，微控制单元包括控制器以及串联在控制器供电侧的稳压器。

在一些实施例中，还包括第一二极管，布置在操作模块与备用电源单元的充电侧之间。

在一些实施例中，还包括第二二极管，第二二极管布置在供电接口以及操作模块的微控制单元和电机驱动单元两者中的至少一者的输入端之间。

在一些实施例中，变压元件包括恒压变压器，以及与恒压变压器串联的限流电阻。

在一些实施例中，变压元件包括恒压恒流变压器。

在本公开的第二方面，提供了一种电动隔离开关。该电动隔离开关包括上述第一方面所提到的动作组件。

根据本公开实施例提供的动作组件，其通过在直流电源单元上并联备用电源单元，使得在直流电源不可用期间，备用电源单元可以向操作模块供电，从而使得操作模块至少可以驱动电机实现分闸操作，从而避免了电路恢复时，隔离开关处于合闸状态，从而造成安全隐患的情况，保护了电路安全。此外，通过采用根据本公开实施例的动作组件，降低了保护电路冗余设计的需求，并提高了系统的安全可靠性。

应当理解，本内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键特征或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述而变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本公开一些实施例的动作组件电路简图，其中直流电源单元可用期间，直流电源单元同时向操作模块中的微控制单元以及电机驱动单元供电；以及

图2示出了本公开一些实施例的动作组件的电路简图，其中当直流电源单元可用期间，直流电源单元向电机驱动单元供电，备用电源单元在接收直流电源单元充电的同时向微控制单元供电。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中示出了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“一些实施例”应当理解为“至少一些实施例”。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如前文所简要提及的，在工作时，电动隔离开关内部的电机转动并带动机构齿轮工作，从而实现电动隔离开关的分合闸操作。有些电动隔离开关还可以与外界通信，从而用户可以远程获取电动隔离开关的分合闸状态。

电动隔离开关中的电机、与电机相应的控制元件以及通信元件通常由电动隔离开关的供电电路供电。如果供电电路断电时，电动隔离开关处于合闸状态，则可能在电路恢复供电时造成安全风险。

此外，当供电电路断电后，电机、控制元件和通信元件的供电同时消失，电机、控制元件和通信元件均处于不可用状态。在这种情况下，用户无法远程获取电动隔离开关的分合闸状态，由于断电导致的电机以及控制元件不可用，也无法控制电动隔离开关进行分闸工作。对于一些重要的储能行业，为了保证安全，采用了保护电路冗余设计，造成了成本的提高。

本公开的实施例提出了一种用于隔离开关的动作组件，以解决或者至少部分地解决传统的隔离开关中所存在的上述问题或者其他潜在问题。根据本公开的各种实施例，通过在隔离开关原有的直流电源单元21的两侧并联备用电源单元22，从而在直流电源单元21可用期间，备用电源单元22被直流电源单元21充电，而当电动隔离开关控制的电路断电，直流电源不可用时，可以通过备用电源单元22向操作模块1供电，以使得操作模块1至少可以完成分闸操作，从而避免电路中供电恢复时，电动隔离开关仍处于合闸状态而带来的风险。

图1示出了本公开一些实施例的动作组件电路简图。如图1所示，总体上，根据本公开实施例用于隔离开关的动作组件包括用于获取外部控制信号并根据外部控制信号控制电机工作的操作模块1以及用于向操作模块1供电的电源模块2。

在一些实施例中，操作模块1可以包括微控制单元11和电机驱动单元12。微控制单元11被配置为接受外部控制信号，并与电机驱动单元12通信。在一些实施例中，微控制单元11还可以向外部输出信号，例如将电动隔离开关的分合闸情况的信号输出至用户端，从而便于用户远程确定电动隔离开关的分合闸状态。

在一些实施例中，微控制单元11可以包括控制器111以及串联在控制器111供电侧的稳压器112。稳压器112用于将电源模块2提供的电压转换为可以被控制器111承载的工作电压。例如，在一些实施例中控制器111可以是微控制元件(MCU)，稳压器112可以包括DC-DC降压芯片。DC-DC降压芯片用于将电源模块2输出的24V直流电转换为3.3V直流电，以至少供微控制元件工作。

电机驱动单元12被配置为用于控制电机的工作情况。例如，电机驱动单元12可以根据从微控制单元11所获取的外部控制信号，控制电机正转或反转、控制电机的启动时间和/或刹停时机等参数，从而准确的控制电动隔离开关的分合闸。

电源模块2包括直流电源单元21以及与直流电源单元21并联的备用电源单元22。在一些实施例中，直流电源单元21可以从电动隔离开关所连接的交流电路中取电。例如，在这种情况下，直流电源单元21可以包括交直流变压器，以用于将交流电路中的电压变换成所需的直流电压。例如，在一些实施例中，直流电源单元21可以将电动隔离开关所控制的电路中的直流或交流电转换为直流的24V电源，并向操作模块1供电。在一些替代的实施例中，直流电源单元21也可以采用独立供电的形式。

备用电源单元22包括储能元件221。当直流电源单元21正常工作时，储能元件221处于充电状态。在一些实施例中，储能元件221的输入电压可以与直流电源单元21的输出电压相等。在这样的实施例中，直流电源单元21可以直接为储能元件221直接充电，这将在下文中结合示例来进一步阐述。在一些实施例中，储能元件221的输入电压与直流电源单元21的输出电源不相等。在这样的实施例中，备用电源单元22还可以包括串联在储能元件221充电侧的变压元件222。变压元件222可以将加载在储能元件221输入侧的直流电压转换为可以供储能元件221充电的充电电压，从而使储能元件221积蓄电能。

在一些实施例中，储能元件221通过供电接口223来与操作模块1电连接。当直流电源单元21不可用时，备用电源单元22通过供电接口223向操作模块1供电，从而至少使得微控制单元11与电机驱动单元12通信，并控制电机驱动单元12驱动电机工作，并使电动隔离开关执行分闸操作。对于储能元件221以及储能元件221的充放电将在下文进行具体说明。

如图1所示，在直流电源单元21可用期间，直流电源单元21在向操作模块1中的微控制单元11以及电机驱动单元12供电的同时向备用电源单元22的储能元件221充电。当直流电源单元21不可用时，由备用电源单元22向操作模块1的微控制单元11以及电机驱动单元12供电。

在一些实施例中，备用电源单元22的供电接口223可以直接耦合到微控制单元。在这样的实施例中，如图2所示，当直流电源单元21可用时，直流电源单元21可以直接向电机驱动单元12供电。在此期间，备用电源单元22可以在被直流电源单元21充电的同时向微控制单元11供电。当直流电源单元21不可用时，备用电源单元22向微控制单元11继续供电的同时，为电机驱动单元12供电。在这样的实施例中，稳压器112可以是低压差稳压器(LDO)。低压差稳压器，又称低压差线性稳压器、低压降稳压器，是线性直流稳压器的一种，用途同是提供稳定的直流电压电源。相比于一般线性直流稳压器，低压差稳压器能在更小输出输入电压差的情况下工作，由此来提高系统的可靠性。

在一些实施例中，储能元件221可以是电容，例如超级电容等。超级电容，又名电化学电容、双电层电容器、黄金电容、法拉电容等。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，并且具有在小体积下实现大的电容量、连接简单且寿命长等优点。采用超级电容作为储能元件221能够提高储能元件221寿命、放电时间的同时增加可靠性。电容的额定工作电压可以低于直流电源单元21输出的电压。例如，直流电源单元21可以输出24V的直流电压，储能元件221(即，电容)的额定工作电压为12V，此时变压元件222可以将24V直流的输入电压转换为12V的直流输出，从而对储能元件221(即，电容)充电。

在另一些实施例中，储能元件221(即，电容)的额定工作电压可以等于直流电源单元21的输出电压。例如，储能元件221(即，电容)的额定工作电压可以是24V，直流电源单元21的输出电压为24V，此时储能元件221(即，电容)可以直接并联在直流电源单元21的两侧，直流电源单元21可以不经变压元件222直接向储能元件221(即，电容)充电。

在储能元件221为电容的实施例中，可以通过储能元件221的充放电时间以及分闸所需要的能量来确定电容的容量C。具体而言，在一些实施例中，电容的容量C可以根据分闸过程中电机所需的能量E、电容的实际工作电压U₁以及操作模块1的最小输入电压U₂计算得出。由于电机工作工程中，电机电阻的变化会影响电路电流的变换，因此可以根据通过电机的电流波形计算分闸所需能量E＝UIt。根据电机动作时的最小输入电压U₂以及电容的实际工作电压U₁可以计算电容实际放出的能量E＝0.5×C×(U₁ ²-U₂ ²)。联立以上两式，可以确定电容容量C。由此可取来选择适当的电容作为储能元件221。

电容的使用寿命可以根据电容生产厂家所提供的公式进行预测，当电容达到预测寿命时，用户可以对电容进行检测，并适时的对电容进行更换，以保证隔离开关运行的稳定性。

在一些实施例中，变压元件222可以包括恒压变压器以及限流电阻。电容充电期间，变压元件222始终提供恒定的电压。由于电容在充电的瞬间电路电流迅速增大，此时限流电阻的加入可以降低电路内电流，从而保护电路。

在另一些实施例中，变压元件222包括恒压恒流变压器，电容在充电的瞬间采用恒流充电的方式，当充电电流低于限流电后，电容采用恒压充电的方式，从而加快了电容的充电速度。

在另一些实施例中，储能元件221还可以是可充电电池，例如锂电池等。锂电池同样可以在直流电源单元21可用的情况下被直流电源单元21充电，而在直流电源单元21不可用的情况下向操作模块1供电。可充电电池的充电和放电为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。

应当理解的是，本公开实施例中对储能元件221包括电容或者可充电电池的介绍，只是作为示例性的说明，并不旨在限制本公开的保护范围。事实上，任何利用直流电源单元21进行储能，并在直流电源单元21不可用时对外释放能量的装置均可以用于本申请的储能元件221。

在一些实施例中，为了避免备用电源单元22供电时，储能元件221输出的电压作用在直流电源单元21或变压元件222上，造成相应器件的损坏，操作模块1与直流电源单元21之间还设置有第一二极管3。第一二极管3被配置从直流电源单元21至操作模块1的方向为导通方向，操作模块1至直流电源单元21或备用电源的充电侧为阻断方向。当备用电源单元22向操作模块1供电时，第一二极管3可以避免电流反向流至向直流电源单元21或备用电源单元22的充电侧，从而保护了电路中的元件，提高了电路运行的稳定性。

在一些实施例中，供电接口223与操作模块1之间还布置有第二二极管4。第二二极管4被配置为从供电接口223向操作模块1的方向为导通方向，从操作模块1到供电接口223的方向为阻断方向，第二二极管4的设置，可以避免直流电源单元21工作时，电流从供电接口223反向进入储能元件221，造成储能元件221损坏的情况，进一步的提高了电路中的稳定性。

在一些实施例中，如图2所示，第二二极管4可以被布置在电机驱动单元的输入端和储能元件221的供电接口223之间，以使得储能元件221能够在直流电源单元21可用期间为微控制单元11供电的同时，避免直流电源单元11对微控制单元11以及储能元件221的供电接口223的影响。

以上已经描述了本公开的各实现，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所公开的各实现。在不偏离所说明的各实现的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实现的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文公开的各个实现方式。

Claims (11)

1.一种用于隔离开关的动作组件，其特征在于，包括：

操作模块(1)，用于获取外部控制信号，并根据所述外部控制信号控制所述隔离开关分合闸；以及

电源模块(2)，被配置为用于向操作模块(1)供电，并且包括：

直流电源单元(21)，耦合至所述操作模块(1)并用于向所述操作模块(1)供电；以及

备用电源单元(22)，与所述直流电源单元(21)并联，并被布置为在所述直流电源单元(21)可用期间，被所述直流电源单元(21)充电，并且在所述直流电源单元(21)不可用期间至少向所述操作模块(1)供电。

2.根据权利要求1所述的动作组件，其特征在于，所述操作模块(1)包括：

微控制单元(11)，被配置为获取所述外部控制信号；以及

电机驱动单元(12)，耦合至所述微控制单元(11)，并被配置为根据所述外部控制信号驱动电机工作以控制所述隔离开关的分合闸。

3.根据权利要求1所述的动作组件，其特征在于：所述备用电源单元(22)包括储能元件(221)，所述储能元件(221)选自电容或可充电电池。

4.根据权利要求3所述的动作组件，其特征在于，所述备用电源单元(22)还包括：

变压元件(222)，所述变压元件(222)被配置为将所述直流电源单元(21)提供的电压转换为储能元件(221)所能接收的充电电压。

5.根据权利要求2所述的动作组件，其特征在于，所述备用电源单元(22)还包括：

供电接口(223)，电连接至所述操作模块(1)的输入端。

6.根据权利要求2所述的动作组件，其特征在于，所述微控制单元(11)包括控制器(111)以及串联在控制器(111)供电侧的稳压器(112)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的动作组件，其特征在于，还包括第一二极管(3)，布置在所述操作模块(1)与所述备用电源单元(22)的充电侧之间。

8.根据权利要求5所述的动作组件，其特征在于，还包括第二二极管(4)，所述第二二极管(4)布置在所述供电接口(223)以及所述操作模块(1)的所述微控制单元(11)和所述电机驱动单元(12)中的至少一者的输入端之间。

9.根据权利要求4所述的动作组件，其特征在于，所述变压元件(222)包括恒压变压器，以及与所述恒压变压器串联的限流电阻。

10.根据权利要求4所述的动作组件，其特征在于，所述变压元件(222)包括恒压恒流变压器。

11.一种隔离开关，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的动作组件。