CN105680412A - 一种智能自复式过流保护器及其工作方法 - Google Patents

一种智能自复式过流保护器及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能自复式过流保护器及其工作方法，本过流保护器包括：控制单元和监控单元，其中控制单元执行和体现本过流保护器的全部功能：当主回路过流时延时关断主回路，当主回路短路时立即关断主回路，主回路断开后的自复以及智能化判断主回路电流过流或短路的性质；监控单元用以监测控制单元的工作状态，当控制单元出现故障而不能正常工作时，由监控单元担当和执行保护器过流、短路时断开主回路的功能；当监控单元断开主回路的同时还在主回路上接入一次性断路器，最终使本保护器具备三重保护功能，在确保列车运行效率的同时，确保相关信号设备和列车运行的安全。

Description

一种智能自复式过流保护器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种铁路信号用电保护装置，尤其涉及一种智能自复式过流保护器及其工作方法。
背景技术
各类控制电源故障是造成铁路信号设备不能正常可靠工作的重要因素之一。目前，铁路信号设备的室内用过流或短路保护器主要采用熔丝或断路器，其中，熔丝的成本低廉，其熔断电流值普遍存在较大的离散性，特别是存在着由于老化而造成使用中发生熔丝断丝现象，给设备正常运行带来严重的隐患，即使是双熔丝装置同样存在以上弊端；断路器对过流和短路均能起到保护作用，随着技术进步，断路器的电流等级不断加大，切断电流的时间及灵敏度也不断提高，但是，断路器不具备自复功能，特别是在由于电源波动、雷电打击、电气化影响、操作不当引发短路而引发的瞬间过流或短路致断路器脱扣中，断路器不能自行恢复导通，还需要人为的去检查并恢复。这样的维护和管理方式既影响了列车通行效率，又增加了管理人员的劳动强度，已不适应铁路的现代化建设事业。
因此，设计一种智能自复式过流保护器及其工作方法，以实现对铁路电路电流的监控、保护，从而保障铁路交通信号***正常运转，并实现信号用保护器“故障导向安全”的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能自复式过流保护器及其工作方法，以实现对轨道电路进行有效保护。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种过流保护器，包括：控制单元和监控单元，其中所述控制单元适于检测主回路上的电流，且当电流出现过流或短路时，断开主回路；所述监控单元适于在控制单元故障时，检测主回路上的电流，且在该电流出现新过流或短路时，断开主回路。
进一步，所述过流保护器还包括：串联在主回路上的第一过流电流传感器和第一短路电流传感器，主回路上还串联有由所述控制单元控制的常闭开关；所述控制单元包括：第一处理器模块；当第一过流电流传感器或第一短路电流传感器流经的电流分别到达或超过传感器的触发值时，输出相应高电平，且将相应高电平单独接入第一处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端；当过流检测端单独或过流检测端和短路检测端同时检测到高电平时，第一处理器模块控制常闭开关断开；并且，使第一过流电流传感器触发的电流不大于使第一过流电流传感器触发的电流。
进一步，所述第一过流电流传感器包括：串联在主回路上的第一过流电感线圈，且在第一过流电感线圈内设有第一磁敏开关；所述第二过流电流传感器包括：串联在主回路上的第一短路电感线圈，且在第一短路电感线圈内设有第二磁敏开关；当第一过流电感线圈或第一短路电感线圈流经的电流分别到达相应磁敏开关接通值时，相应磁敏开关将高电平单独接入第一处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端，第一处理器模块控制常闭开关断开；并且，使第一磁敏开关接通的电流不大于使第二磁敏开关接通的电流。
进一步，所述过流保护器还包括：串联在主回路上的第一过流电感线圈和第一短路电感线圈，且在第一过流电感线圈和第一短路电感线圈内分别设有第一、第二磁敏开关，主回路上还串联有由所述控制单元控制的常闭开关；
所述控制单元包括：第一处理器模块；当第一过流电感线圈或第一短路电感线圈流经的电流分别到达相应磁敏开关接通值时，相应磁敏开关将高电平单独接入第一处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端；
当过流检测端单独或过流检测端和短路检测端同时检测到高电平时，第一处理器模块控制常闭开关断开；
并且，使第一磁敏开关接通的电流不大于使第二磁敏开关接通的电流。
进一步，所述第一处理器模块适于设定过流检测的第一开关延时断开时间及断路次数阈值，即
当第一处理器模块的过流检测端的高电平的持续时间满足第一开关延时断开时间时，或当其短路检测端获得高电平时，该第一处理器模块控制常闭开关断开且待一段时间后自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到断路次数阈值后，则控制主回路永久断开。
进一步，所述主回路还并联一旁路，所述监控单元所控制的常开常闭开关中的常开触点串联于旁路中，常闭触点串联于主回路中，以及所述旁路上还串联有一延时熔断器；所述监控单元适于断开主回路后，同时使旁路导通，并且所述旁路上还串联有报警指示电路，且当旁路导通后，发出报警。
所述过流保护器还包括：串联在主回路上的第二过流电流传感器和第二短路电流传感器，所述监控单元包括：第二处理器模块；当第二过流电流传感器、第二短路电流传感器流经的电流分别到达或超过传感器的触发值时，输出相应高电平，且将相应高电平单独接入第二处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端，第二处理器模块控制常闭触点永久断开；并且，所述第二处理器模块适于设定过流检测的第二开关延时断开时间，且第二开关延时断开时间大于第一开关延时断开时间；以及使第二过流电流传感器触发的电流不小于使第一过流电流传感器的电流，使第二短路电流传感器触发的电流不小于使第一短路电流传感器触发的电流，使第二过流电流传感器触发的电流不大于使第二短路电流传感器触发的电流；在控制单元故障时，当第二处理器模块的过流检测端的高电平的持续时间满足第二开关延时断开时间，或当其短路检测端获得高电平时，该第二处理器模块控制主回路永久断开。
进一步，所述第二过流电流传感器包括：串联在主回路上的第二过流电感线圈，在第二过流电感线圈内设有第三磁敏开关；所述第二短路电流传感器包括：串联在主回路上的第二短路电感线圈，在第二短路电感线圈内设有第四磁敏开关；当第二过流电感线圈、第二短路电感线圈流经的电流分别到达相应磁敏开关接通值时，相应磁敏开关将高电平单独接入第二处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端，第二处理器模块控制常闭触点永久断开；以及使第三磁敏开关接通的电流不小于使第一磁敏开关接通的电流，使第四磁敏开关接通的电流不小于使第二磁敏开关接通的电流，使第三磁敏开关接通的电流不大于使第四磁敏开关接通的电流。
又一方面，本发明还提供了一种过流保护器的工作方法。
其中，所述过流保护器包括：控制单元和监控单元；所述工作方法包括：通过控制单元检测主回路上的电流，且当电流出现过流或短路时，断开主回路；以及在控制单元故障时，通过监控单元检测主回路上的电流，且在该电流出现新过流或短路时，断开主回路。
进一步，所述控制单元适于在主回路出现过流电流时，延时断开主回路，且等待一段时间后即自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到控制单元所预设的断路次数阈值后，则控制主回路永久断开；所述控制单元还适于在主回路出现短路电流时，立即断开主回路，待一段时间后即自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到所述断路次数阈值后，则控制主回路永久断开；由控制单元实现的主回路永久断开，适于通过复位开关进行复位。
进一步，所述主回路还并联一旁路，所述监控单元所控制的常开常闭开关中的常开触点串联于旁路中，常闭触点串联于主回路中，以及所述旁路上还串联有一延时熔断器；当主回路出现新过流电流时，延时断开主回路；或当主回路出现新短路电流时，立即断开主回路，且主回路断开后，同时使旁路导通。
本发明的有益效果是，本发明的智能自复式过流保护器及其工作方法避免了传统的保护器需要人工复位，电流检测精度低，容易误判的技术问题；采用智能化的控制，即在多次判断过流后再断开主回路，避免误判发生，设定开关延时断开时间保证了电流检测精度，也提高了判断电流过流或短路的准确性；并且本发明还提供了控制单元，对主回路进行实时监测，以及还提供了监控单元，以在控制单元故障、无效时启用，使保护器还具有一定的保护作用，最后还通过旁路中的延时熔断器实现了三重保护功能，使得最终实现“故障导向安全”的要求；因此，本过流保护器具有结构简单、可靠性好、安全的优点，适合在干扰大、且保护要求高的场所。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的过流保护器的原理框图。
图中：第一过流电感线圈LAG、第一短路电感线圈LAD、第二过流电感线圈LBG、第二短路电感线圈LBD、第一磁敏开关S1、第二磁敏开关S2、第三磁敏开关S3、第四磁敏开关S4、常闭开关KAB、常开常闭开关中的常闭触点KBB、常开常闭开关中的常开触点KBK、延时熔断器Fu、电阻R、灯L。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种过流保护器，包括：控制单元和监控单元，其中所述控制单元适于检测主回路上的电流，且当电流出现过流或短路时，断开主回路；所述监控单元适于在控制单元故障时，检测主回路上的电流，且在该电流出现新过流或短路时，断开主回路。
其中，判定新过流或短路的电流值大于所述控制单元所涉及的过流或短路的电流值。
所述过流保护器还包括：串联在主回路上的第一过流电流传感器和第一短路电流传感器，主回路上还串联有由所述控制单元控制的常闭开关KAB；所述控制单元包括：第一处理器模块；当第一过流电流传感器或第一短路电流传感器流经的电流分别到达或超过传感器触发值时，输出相应高电平，且将相应高电平单独接入第一处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端；
当过流检测端单独或过流检测端和短路检测端同时检测到高电平时，第一处理器模块控制常闭开关KAB断开。
优选的，所述第一过流电流传感器包括：串联在主回路上的第一过流电感线圈LAG，且在第一过流电感线圈LAG内设有第一磁敏开关S1；所述第二过流电流传感器包括：串联在主回路上的第一短路电感线圈LAD，且在第一短路电感线圈LAD内设有第二磁敏开关S2。
所述第一、第二磁敏开关（利用电感线圈在通电后产生的磁场实现磁敏开关导通），当第一过流电感线圈LAG或第一短路电感线圈LAD流经的电流分别到达相应磁敏开关接通值时，相应磁敏开关将高电平单独接入第一处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端；
当过流检测端单独或过流检测端和短路检测端同时检测到高电平时，第一处理器模块控制常闭开关KAB断开；
并且，使第一磁敏开关S1接通的电流（过流电流，其可以设定为额定电流I0的1.3倍，即1.3I0）不大于使第二磁敏开关S2接通的电流（短路电流，其可以设定为3I0）。
其中，磁敏开关例如且不限于采用干簧管、磁簧开关。
进一步，由于本过流保护器用于轨道交通，并且由于工作环境的干扰十分严重，为了避免发生误判，因此，设定开关延时断开时间，以将获得的持续电流作为判断标准。具体的，所述第一处理器模块适于设定过流检测的第一开关延时断开时间t1（该延时断开时间t1可以且不限于设定为2、3或6秒）及断路次数阈值（该阈值可以为3、4、5，优选为3次），即
当第一处理器模块的过流检测端的高电平的持续时间满足第一开关延时断开时间时，或当其短路检测端获得高电平时，该第一处理器模块控制常闭开关KAB断开且待一段时间后自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到断路次数阈值后，则控制主回路永久断开。
由控制单元实现的主回路永久断开，适于通过复位开关进行复位。该复位开关与第一处理器模块相连。
所述主回路还并联一旁路，该旁路的输入端与主回路的输入端相连，其输出端与主回路的输出端相连；所述监控单元所控制的常开常闭开关中的常开触点KBK串联于旁路中，常闭触点KBB串联于主回路中，以及所述旁路上还串联有一延时熔断器Fu；所述监控单元适于断开主回路后，同时使旁路导通。
其中，所述常闭开关KAB和常开常闭开关均可以采用电子开关来实现。
所述旁路上还串联有报警指示电路，且当旁路导通后，发出报警。如图1中电阻R与该电阻R并联的灯L构成一发光报警指示电路。工作人员看到灯L亮起后，就能及时发现控制单元已经发生故障，监控单元起到了控制作用，当前通过延时熔断器Fu起到保护作用。
所述过流保护器还包括：串联在主回路上的第二过流电流传感器和第二短路电流传感器，所述监控单元包括：第二处理器模块；当第二过流电流传感器、第二短路电流传感器流经的电流分别到达或超过传感器的触发值时，输出相应高电平，且将相应高电平单独接入第二处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端，第二处理器模块控制常闭触点永久断开；
并且，所述第二处理器模块适于设定过流检测的第二开关延时断开时间t2，且第二开关延时断开时间t2大于第一开关延时断开时间t1，即t2＞t1；以及使第二过流电流传感器触发的电流不小于使第一过流电流传感器的电流，使第二短路电流传感器触发的电流不小于使第一短路电流传感器触发的电流，使第二过流电流传感器触发的电流不大于使第二短路电流传感器触发的电流；
在控制单元故障时，当第二处理器模块的过流检测端的高电平的持续时间满足第二开关延时断开时间，或当其短路检测端获得高电平时，该第二处理器模块控制主回路永久断开。
所述第二过流电流传感器包括：串联在主回路上的第二过流电感线圈LBG，在第二过流电感线圈内设有第三磁敏开关S3；所述第二短路电流传感器包括：串联在主回路上的第二短路电感线圈LBD，在第二短路电感线圈内设有第四磁敏开关S4。
当第二过流电感线圈LBG、第二短路电感线圈LBD流经的电流分别到达相应磁敏开关接通值时，相应磁敏开关将高电平单独接入第二处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端；当过流检测端单独或过流检测端和短路检测端同时检测到高电平时，第二处理器模块控制常闭触点KBB永久断开。
使第三磁敏开关接通的电流（新过流电流可以设为≥1.3I0，例如1.4I0）不小于使第一磁敏开关接通的电流，使第四磁敏开关接通的电流不小于使第二磁敏开关接通的电流（新短路电流可以设为≥3I0，例如3.1I0）；使第三磁敏开关接通的电流（新过流电流）不大于使第四磁敏开关接通的电流（新短路电流）。
在控制单元故障时，当第二处理器模块的过流检测端的高电平的持续时间满足第二开关延时断开时间t2，或当其短路检测端获得高电平时，该第二处理器模块控制主回路永久断开。
由于t2＞t1，则当控制单元为发生故障时，控制单元的检测优先权高于监控单元。
因此，本过流保护器具有三重保护功能，即先控制单元进行保护，然后监控单元进行保护，最后延时熔断器Fu还能够起到保护作用。
所述高电平来源于本过流保护器中的锂电池提供，即在相应磁敏开关导通后，将锂电池的输出电压作为高电平使用。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例2提供了一种过流保护器的工作方法。
所述过流保护器包括：控制单元和监控单元；
所述工作方法包括：通过控制单元检测主回路上的电流，且当电流出现过流或短路时，断开主回路；以及在控制单元故障时，通过监控单元检测主回路上的电流，且在该电流出现新过流或短路时，断开主回路。
进一步，所述控制单元适于在主回路出现过流电流时，延时断开主回路，且等待一段时间后即自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到控制单元所预设的断路次数阈值后，则控制主回路永久断开；具体的若过流电流还存在，则再次延时断开主回路，重复若干次后，若过流电流还存在，则永久断开主回路；所述控制单元还适于在主回路出现短路电流时，立即断开主回路，待一段时间后即自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到所述断路次数阈值后，则控制主回路永久断开；具体的若短路电流还存在，则再次断开主回路，重复若干次后，若短路电流还存在，则永久断开主回路；由控制单元实现的主回路永久断开，适于通过复位开关进行复位。
进一步，所述主回路还并联一旁路，所述监控单元所控制的常开常闭开关中的常开触点串联于旁路中，常闭触点串联于主回路中，以及所述旁路上还串联有一延时熔断器；当主回路出现新过流电流时，延时断开主回路；或当主回路出现新短路电流时，立即断开主回路，且主回路断开后，同时使旁路导通。
其中，过流电流、短路电流及新过流电流、新短路电流在实施例1均进行了说明。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种过流保护器，其特征在于，包括：控制单元和监控单元，其中
所述控制单元适于检测主回路上的电流，且当电流出现过流或短路时，断开主回路；
所述监控单元适于在控制单元故障时，检测主回路上的电流，且在该电流出现新过流或短路时，断开主回路。
2.根据权利要求1所述的过流保护器，其特征在于，
所述过流保护器还包括：串联在主回路上的第一过流电流传感器和第一短路电流传感器，主回路上还串联有由所述控制单元控制的常闭开关；
所述控制单元包括：第一处理器模块；
当第一过流电流传感器或第一短路电流传感器流经的电流分别到达或超过传感器的触发值时，输出相应高电平，且将相应高电平单独接入第一处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端，以使第一处理器模块控制常闭开关断开；
并且，使第一过流电流传感器触发的电流不大于使第一过流电流传感器触发的电流。
3.根据权利要求2所述的过流保护器，其特征在于，
所述第一过流电流传感器包括：串联在主回路上的第一过流电感线圈，且在第一过流电感线圈内设有第一磁敏开关；
所述第二过流电流传感器包括：串联在主回路上的第一短路电感线圈，且在第一短路电感线圈内设有第二磁敏开关；
当第一过流电感线圈或第一短路电感线圈流经的电流分别到达相应磁敏开关接通值时，相应磁敏开关将高电平单独接入第一处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端，第一处理器模块控制常闭开关断开；
并且，使第一磁敏开关接通的电流不大于使第二磁敏开关接通的电流。
4.根据权利要求3所述的过流保护器，其特征在于，所述第一处理器模块适于设定过流检测的第一开关延时断开时间及断路次数阈值，即
当第一处理器模块的过流检测端的高电平的持续时间满足第一开关延时断开时间时，或当其短路检测端获得高电平时，该第一处理器模块控制常闭开关断开且待一段时间后自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到断路次数阈值后，则控制主回路永久断开。
5.根据权利要求4所述的过流保护器，其特征在于，
所述主回路还并联一旁路，
所述监控单元所控制的常开常闭开关中的常开触点串联于旁路中，常闭触点串联于主回路中，以及
所述旁路上还串联有一延时熔断器；
所述监控单元适于断开主回路后，同时使旁路导通；
并且，所述旁路上还串联有报警指示电路，且当旁路导通后，发出报警。
6.根据权利要求5所述的过流保护器，其特征在于，
所述过流保护器还包括：串联在主回路上的第二过流电流传感器和第二短路电流传感器，
所述监控单元包括：第二处理器模块；
当第二过流电流传感器、第二短路电流传感器流经的电流分别到达或超过传感器的触发值时，输出相应高电平，且将相应高电平单独接入第二处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端，第二处理器模块控制常闭触点永久断开；
并且，所述第二处理器模块适于设定过流检测的第二开关延时断开时间，且第二开关延时断开时间大于第一开关延时断开时间；以及
使第二过流电流传感器触发的电流不小于使第一过流电流传感器的电流，使第二短路电流传感器触发的电流不小于使第一短路电流传感器触发的电流，使第二过流电流传感器触发的电流不大于使第二短路电流传感器触发的电流；
在控制单元故障时，当第二处理器模块的过流检测端的高电平的持续时间满足第二开关延时断开时间，或当其短路检测端获得高电平时，该第二处理器模块控制主回路永久断开。
7.根据权利要求6所述的过流保护器，其特征在于，
所述第二过流电流传感器包括：串联在主回路上的第二过流电感线圈，在第二过流电感线圈内设有第三磁敏开关；
所述第二短路电流传感器包括：串联在主回路上的第二短路电感线圈，在第二短路电感线圈内设有第四磁敏开关；
当第二过流电感线圈、第二短路电感线圈流经的电流分别到达相应磁敏开关接通值时，相应磁敏开关将高电平单独接入第二处理器模块的过流检测端或同时接入过流检测端和短路检测端，第二处理器模块控制常闭触点永久断开；以及
使第三磁敏开关接通的电流不小于使第一磁敏开关接通的电流，使第四磁敏开关接通的电流不小于使第二磁敏开关接通的电流，使第三磁敏开关接通的电流不大于使第四磁敏开关接通的电流。
8.一种过流保护器的工作方法，其特征在于，
所述过流保护器包括：控制单元和监控单元；
所述工作方法包括：通过控制单元检测主回路上的电流，且当电流出现过流或短路时，断开主回路；以及
在控制单元故障时，通过监控单元检测主回路上的电流，且在该电流出现新过流或短路时，断开主回路。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，
所述控制单元适于在主回路出现过流电流时，延时断开主回路，且等待一段时间后即自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到控制单元所预设的断路次数阈值后，则控制主回路永久断开；
所述控制单元还适于在主回路出现短路电流时，立即断开主回路，待一段时间后即自复位，并记录常闭开关断开次数，且当该次数达到所述断路次数阈值后，则控制主回路永久断开；
由控制单元实现的主回路永久断开，适于通过复位开关进行复位。
10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，
所述主回路还并联一旁路，
所述监控单元所控制的常开常闭开关中的常开触点串联于旁路中，常闭触点串联于主回路中，以及
所述旁路上还串联有一延时熔断器；
当主回路出现新过流电流时，延时断开主回路；或当主回路出现新短路电流时，立即断开主回路，且
主回路断开后，同时使旁路导通。
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