CN220692822U - 一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，包括分闸单元、合闸单元、检测单元、AD转换电路、MCU电路、控制开关电路以及保护开关，保护开关的输入端分别与合闸线圈、跳闸线圈连接，实现保护回路串接至分合闸线圈回路；检测单元包括温度传感器、烟雾传感器、电压电流传感单元，电压电流传感单元用于实时采集分合闸操作时的电压电流信号，经过AD转换电路传送至MCU电路，MCU电路基于检测到的信号产生一逻辑控制信号，通过无线或者有线的方式将所逻辑控制信号发送到控制开关电路。本实用新型可以解决现有技术存在的安全隐患，实现对分合闸电流大小的控制，实现合闸的驱动电流大小可控，来确保稳定快速安全的分合闸。

Description

一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统

技术领域

本实用新型涉及配电自动化技术领域，具体涉及一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统。

背景技术

配网自动化设备在电网中的作用是隔离故障，快速恢复供电。磁控开关作为一种新兴的技术，因为其能够做到快速的分合闸。可以为配电网的自动化逻辑提供多种选择。但是驱动磁控开关的瞬间，会产生很大的电流，导致开关老化速度加快，且有一定的安全隐患。所以，控制磁控开关的分合闸驱动电流就显得尤其重要。

目前，对于控制磁控开关的分合闸驱动电流大小，传统的永磁开关控制器，其分合闸驱动电流是不可控的。这种盲控的方式，很容易带来一系列的问题，比方说如果分合闸驱动电流过大，很容易造成控制回路老化过快甚至烧毁，分合闸电流过小，又可能导致分合闸速度跟不上甚至操作失败。

实用新型内容

本实用新型提供的一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，用于解决现有技术存在的安全隐患，实现对分合闸电流大小的控制，实现合闸的驱动电流大小可控，来确保稳定快速安全的分合闸。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，包括：

分闸单元、合闸单元、检测单元、AD转换电路、MCU电路、控制开关电路以及保护开关，所述分闸单元包括分闸位置继电器、合闸线圈以及与所述合闸线圈连接的常闭控制开关，所述合闸单元包括合闸位置继电器、跳闸线圈以及与所述跳闸线圈连接的常开控制开关，所述保护开关的输入端分别与所述合闸线圈、跳闸线圈连接，实现保护回路串接至分合闸线圈回路；

所述检测单元包括温度传感器、烟雾传感器、电压电流传感单元，所述温度传感器、烟雾传感器的检测信号经过所述AD转换电路传送至所述MCU电路，所述电压电流传感单元用于实时采集分合闸操作时的电压电流信号，经过所述AD转换电路传送至所述MCU电路，所述MCU电路基于检测到的信号产生一逻辑控制信号，通过无线或者有线的方式将所逻辑控制信号发送到所述控制开关电路，其中，控制开关电路包括自动合闸开关和自动跳闸开关。

进一步的方案是，所述MCU电路连接有无线信号发射模块，所述控制开关电路带有无线信号接收模块，所述MCU电路利用无线信号发射模块、无线信号接收模块与所述控制开关电路进行无线通信。

更进一步的方案是，还包括状态指示模块，所述状态指示模块包括电源指示灯、温度指示灯、烟雾指示灯、故障指示灯，所述电源指示灯、温度指示灯、烟雾指示灯、故障指示灯分别与所述MCU电路连接。

更进一步的方案是，所述保护开关上连接有用于保护回路失电时为所述合闸线圈、跳闸线圈提供失电保护的失电保护开关，所述失电保护开关为一组机械保护开关，用于在保护回路所用工作电源出现故障时进行正常的分合闸操作。

更进一步的方案是，所述机械保护开关包括两组闭合接点，第一组所述闭合接点用于与分合闸线圈相连，第二组所述闭合接点与所述故障指示灯连接。

更进一步的方案是，所述MCU电路使用FMC总线通过缓冲器与所述AD转换电路连接，所述MCU电路通过I2C总线与存储器连接。

更进一步的方案是，所述AD转换电路采用AD7616芯片，所述缓冲器采用SN74LVC244芯片，所述存储器采用EEPROM存储器，所述MCU电路采用STM32芯片。

更进一步的方案是，所述电压电流传感单元包括电压传感器以及霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器用于将分合闸操作回路中的电压信号转换为电流信号，并经过一信号处理电路后发送至所述AD转换电路。

更进一步的方案是，所述保护开关为高压电力电子开关。

由此可见，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型分合闸电流大小恒定可控，确保开关安全可靠分合闸。节约分合闸过程消耗的能量，使用同样的储能电容，可以完成更多次的分合闸操作。因为驱动电流在设定的范围内，能够减缓控制回路的老化。延长设备的寿命；

2、本实用新型通过实时监测到操作回路分合闸线圈电流，及时发现操作机构故障，减少故障带来的运行隐患

3、本实用新型使用电力电子开关器件作为切断故障分合闸线圈回路的保护开关，不仅可减小保护装置的体积、实现结构紧凑，而且提高保护装置的可靠性、延长使用寿命。

4、本实用新型利用多种传感器对周围环境的条件变量进行监测，使检测类型不再单一，完善了检测单元的判断功能。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统实施例的原理图。

图2是本实用新型一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统实施例中MCU电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，本实用新型所涉及的一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，包括：分闸单元1、合闸单元2、检测单元、AD转换电路3、MCU电路4、控制开关电路以及保护开关6，分闸单元1包括分闸位置继电器、合闸线圈以及与合闸线圈连接的常闭控制开关，合闸单元2包括合闸位置继电器、跳闸线圈以及与跳闸线圈连接的常开控制开关，保护开关6的输入端分别与合闸线圈、跳闸线圈连接，实现保护回路串接至分合闸线圈回路。

在本实施例中，检测单元包括温度传感器7、烟雾传感器8、电压电流传感单元9，温度传感器7、烟雾传感器8的检测信号经过AD转换电路3传送至MCU电路4，电压电流传感单元9用于实时采集分合闸操作时的电压电流信号，经过AD转换电路3传送至MCU电路4，MCU电路4基于检测到的信号产生一逻辑控制信号，通过无线或者有线的方式将所逻辑控制信号发送到控制开关电路，其中，控制开关电路包括自动合闸开关和自动跳闸开关。可见，本实施例通过实时采集分合闸操作时电压电流，根据当前电流的大小和变化趋势，提前预判电流并且做出控制逻辑。实现对分合闸操作电流的监测和控制。

在本实施例中，MCU电路4连接有无线信号发射模块，控制开关电路带有无线信号接收模块，MCU电路4利用无线信号发射模块、无线信号接收模块与控制开关电路进行无线通信。

在本实施例中，该系统还包括状态指示模块10，状态指示模块10包括电源指示灯、温度指示灯、烟雾指示灯、故障指示灯，电源指示灯、温度指示灯、烟雾指示灯、故障指示灯分别与MCU电路4连接。

在本实施例中，保护开关6上连接有用于保护回路失电时为合闸线圈、跳闸线圈提供失电保护的失电保护开关，失电保护开关为一组机械保护开关，用于在保护回路所用工作电源出现故障时进行正常的分合闸操作。其中，机械保护开关包括两组闭合接点，第一组闭合接点用于与分合闸线圈相连，第二组闭合接点与故障指示灯连接。可见，本实施例的系统具备失电保护功能，使分合闸线圈得到更全面的可靠保护；而采用延时时间可选的措施满足不同开关分合闸线圈要求，扩大了适用范围。

如图2所示，MCU电路4使用FMC总线通过缓冲器13与AD转换电路3连接，MCU电路4通过I2C总线与存储器14连接。

其中，AD转换电路3的A/D采样芯片采用AD7616芯片，缓冲器13采用SN74LVC244芯片，存储器14采用EEPROM存储器，MCU电路4采用STM32芯片。

在本实施例中，电压电流传感单元9包括电压传感器以及霍尔电流传感器，霍尔电流传感器用于将分合闸操作回路中的电压信号转换为电流信号，并经过一信号处理电路后发送至AD转换电路3。可见，本实施例采用霍尔电流传感器来对分合闸操作回路的操作电流进行取样，一方面解决了直流电参量取样测量时的隔离问题，另一方面由于霍尔传感器体积小、线性度好、线性范围宽等优点，大大拓展了保护装置的适应范围及适用场合。

在本实施例中，前端通过霍尔原件把信号转变到可处理范围内，然后通过调制整形进入AD芯片。AD芯片选用ADI生产的AD7616，16位的分辨率，可实现最高达1Mhz的采样率，完全能够满足对分合闸电流采样精度和速度的要求。

在本实施例中，MCU通过读取AD的数据，通过数字滤波处理，然后计算出电流值和电流变化趋势，预判出电流走势，控制逻辑根据电流走势给出控制信号，做到了用最小的能量实现分合闸，在不增加体积的情况下可以操作更多次的分合闸。

在本实施例中，保护开关6为高压电力电子开关。可见，本发明的保护装置采用高压电力电子开关来切断故障线圈回路的直流操作电流，利用电力电子开关没有机械触点，在切断高压信号的时候没有拉弧现象，因此，用非常小的体积的电力电子开关就能够可靠的切断几百乃至上千瓦的直流功率，不但使保护装置的体积可以做的很小，使保护装置的可靠性得到大幅提高，也大大拓展了保护开关6的适应范围。

其中，本实施例的自动合闸开关和自动跳闸开关采用IGBT控制，可实现高速关合和开断，具有自我保护电路，在连续操作多次的情况下不会对控制部分造成损伤。

在实际应用中，合闸控制过程：在此过程中霍尔电流传感器监测合闸线圈电流，常闭控制开关DL打开，合闸控制过程结束。分闸控制过程：初始状态分闸回路的常闭控制开关为闭合状态。在此过程中霍尔电流传感器监测分闸线圈电流，常开控制开关打开，分闸控制过程结束。

因此，本实施例通过高精度的高速AD和高精度电路设计，实时快速的检测到当前的分合闸驱动电流，MCU根据当前分合闸驱动电流的大小，发出命令给驱动模块，控制分合闸驱动电流在设定范围内，并且能够保证快速可靠的分合闸。录波模块对分合闸驱动电流电压进行实时录波，永久保存，用作分析开关分合特性和寿命周期。

综上可得，本实用新型分合闸电流大小恒定可控，确保开关安全可靠分合闸。节约分合闸过程消耗的能量，使用同样的储能电容，可以完成更多次的分合闸操作。因为驱动电流在设定的范围内，能够减缓控制回路的老化。延长设备的寿命；本实用新型通过实时监测到操作回路分合闸线圈电流，及时发现操作机构故障，减少故障带来的运行隐患；本实用新型使用电力电子开关器件作为切断故障分合闸线圈回路的保护开关6，不仅可减小保护装置的体积、实现结构紧凑，而且提高保护装置的可靠性、延长使用寿命；本实用新型利用多种传感器对周围环境的条件变量进行监测，使检测类型不再单一，完善了检测单元的判断功能。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于，包括：

分闸单元、合闸单元、检测单元、AD转换电路、MCU电路、控制开关电路以及保护开关，所述分闸单元包括分闸位置继电器、合闸线圈以及与所述合闸线圈连接的常闭控制开关，所述合闸单元包括合闸位置继电器、跳闸线圈以及与所述跳闸线圈连接的常开控制开关，所述保护开关的输入端分别与所述合闸线圈、跳闸线圈连接，实现保护回路串接至分合闸线圈回路；

所述检测单元包括温度传感器、烟雾传感器、电压电流传感单元，所述温度传感器、烟雾传感器的检测信号经过所述AD转换电路传送至所述MCU电路，所述电压电流传感单元用于实时采集分合闸操作时的电压电流信号，经过所述AD转换电路传送至所述MCU电路，所述MCU电路基于检测到的信号产生一逻辑控制信号，通过无线或者有线的方式将所逻辑控制信号发送到所述控制开关电路，其中，控制开关电路包括自动合闸开关和自动跳闸开关。

2.根据权利要求1所述的磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于：

所述MCU电路连接有无线信号发射模块，所述控制开关电路带有无线信号接收模块，所述MCU电路利用无线信号发射模块、无线信号接收模块与所述控制开关电路进行无线通信。

3.根据权利要求1所述的磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于：

还包括状态指示模块，所述状态指示模块包括电源指示灯、温度指示灯、烟雾指示灯、故障指示灯，所述电源指示灯、温度指示灯、烟雾指示灯、故障指示灯分别与所述MCU电路连接。

4.根据权利要求3所述的磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于：

所述保护开关上连接有用于保护回路失电时为所述合闸线圈、跳闸线圈提供失电保护的失电保护开关，所述失电保护开关为一组机械保护开关，用于在保护回路所用工作电源出现故障时进行正常的分合闸操作。

5.根据权利要求4所述的磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于：

所述机械保护开关包括两组闭合接点，第一组所述闭合接点用于与分合闸线圈相连，第二组所述闭合接点与所述故障指示灯连接。

6.根据权利要求1所述的磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于：

所述MCU电路使用FMC总线通过缓冲器与所述AD转换电路连接，所述MCU电路通过I2C总线与存储器连接。

7.根据权利要求6所述的磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于：

所述AD转换电路采用AD7616芯片，所述缓冲器采用SN74LVC244芯片，所述存储器采用EEPROM存储器，所述MCU电路采用STM32芯片。

8.根据权利要求1至7任一项所述的磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于：

所述电压电流传感单元包括电压传感器以及霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器用于将分合闸操作回路中的电压信号转换为电流信号，并经过一信号处理电路后发送至所述AD转换电路。

9.根据权利要求1至7任一项所述的磁控开关分合闸电流的监测保护控制系统，其特征在于：

所述保护开关为高压电力电子开关。