CN204696029U - 单稳态永磁机构控制器及具有其的真空断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单稳态永磁机构控制器，包括：信号处理采集装置，用于对供电线路中的电流、电压信号进行采集和调理；微处理器，用于接收信号处理采集装置采集的电流、电压信号，并检测分合闸驱动指令以输出触发指令；分合闸驱动装置，用于接收触发指令并执行断路器的分合闸操作；分合闸驱动装置包括储能电容、放电线圈及用于控制储能电容给放电线圈放电的开关元件。通过设置微处理器对断路器的操动机构进行智能控制，开关元件由微处理器输出的触发指令控制，且微处理器通过信号处理采集装置采集供电线路中的电流、电压信号以实现断路器的合闸、分闸、闭锁以及欠压延时、欠压保护，智能化及可靠性高。

Description

单稳态永磁机构控制器及具有其的真空断路器

技术领域

本实用新型涉及断路器控制领域，特别地，涉及一种单稳态永磁机构控制器及具有其的真空断路器。

背景技术

断路器作为电力***中重要的电气设备之一，其可靠性和智能化水平对电力***的稳定和自动化程度将产生深远的影响。真空断路器作为技术性能先进的一种断路器，具有可靠性高、稳定性好、少维护、寿命长等特点，得到了广泛的应用。操动机构作为断路器的核心部件之一，其可靠性是断路器性能优劣的关键。因此操动机构的工作性能和质量的优劣，对高压真空断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。

断路器的操动机构的发展经历了几个重要的阶段：电磁机构、弹簧机构、永磁机构。最早的电磁机构，由于对电源的要求较苛刻，需要专用的大容量直流屏提供分合闸电源，并且操作时冲击大，分合闸动作时间长，而逐渐被市场所淘汰，取而代之的是弹簧操动机构。其利用交直流两用电动机对弹簧进行预储能，利用弹簧能进行分合闸操作，从而对电源要求低，交直流均可操作，因此在近几年得到广泛应用。但弹簧机构也有其自身不可克服的缺点：结构比较复杂，零件数量多，加工精度要求高，动作分散性较大。永磁机构是一种电磁操动、永磁保持、电子控制的操动机构，性能先进，受到了广泛关注。永磁操动机构由于取消了脱扣、锁扣装置，而采用永久磁铁进行终端位置的保持，动作元件和零部件数目明显减少，永磁机构具有简单可控等优点，因而可靠性大大提高。

单稳态永磁机构是永磁机构的一种，它的特点是：采用永久磁铁使真空断路器保持在合闸极限位置，使用激磁线圈将机构的铁心从分闸位置推动到合闸位置，同时，给分闸弹簧储能。分闸时，给线圈通以反向电流，使铁心工作气隙处永磁材料与激磁线圈产生的合成磁场接近于零，靠触头弹簧和分闸弹簧所储存的能量进行分闸。

永磁机构控制器是永磁操动机构的核心部分，它的性能直接影响故障的排除效果和断路器的可靠工作。一般来说，永磁机构控制器主要包括线路监测与保护单元和永磁机构驱动单元两部分。线路监测与保护单元负责供电线路运行状态的监测、故障判断与处理等。永磁机构驱动单元提供永磁机构的驱动功能，保证断路器的可靠动作。

现有的永磁操动机构真空断路器控制电路仍采用两个直流接触器切换储能电容对分、合闸线圈供电，由此带来了如下问题：1、控制时间不准确、分散性大；2、难以与高压综合保护器联动；3、接触器的寿命和可靠性不理想；4、功耗多、成本高、重量和体积大。很多工矿企业要求采用电力电子器件设计功能全、成本低、可靠性高的永磁操动机构电子控制器。

实用新型内容

本实用新型提供了一种单稳态永磁机构控制器及具有其的真空断路器，以解决现有的永磁机构操动控制可靠性低及智能化水平低的技术问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

根据本实用新型的一个方面，提供一种单稳态永磁机构控制器，用于对断路器的操动机构进行控制以实现分合闸动作，单稳态永磁机构控制器包括：

信号处理采集装置，用于对供电线路中的电流、电压信号进行采集和调理；

微处理器，与信号处理采集装置电连接，用于接收信号处理采集装置采集的电流、电压信号，并检测分合闸驱动指令以输出触发指令；

分合闸驱动装置，与微处理器电连接，用于接收触发指令并执行断路器的分合闸操作；

分合闸驱动装置包括储能电容、放电线圈及用于控制储能电容给放电线圈放电的开关元件，

开关元件与微处理器电连接，根据触发指令动作。

进一步地，单稳态永磁机构控制器还包括：

储能电容检测装置，与微处理器电连接，用于检测储能电容的电压值并传递给微处理器。

进一步地，单稳态永磁机构控制器还包括：

电源装置，用于供电给微处理器；

电源装置经充电模块连接储能电容，充电模块电连接微处理器以在微处理器的控制下对储能电容进行充电。

进一步地，电源装置采用大功率开关电源。

进一步地，微处理器电连接用于故障报警的报警单元。

进一步地，微处理器电连接用于远程通信的通信模块。

进一步地，开关元件采用绝缘栅双极晶体管。

进一步地，微处理器采用DSP芯片。

进一步地，信号处理采集装置包括用于检测供电线路中的电流、电压信号的互感器，互感器经线性光耦连接DSP芯片的A/D转换端口。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种真空断路器，包括上述的单稳态永磁机构控制器。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型单稳态永磁机构控制器，通过设置微处理器对断路器的操动机构进行智能控制，且分合闸驱动装置包括储能电容、放电线圈及用于控制储能电容给放电线圈放电的开关元件，开关元件由微处理器输出的触发指令控制，且微处理器通过信号处理采集装置采集供电线路中的电流、电压信号以实现断路器的合闸、分闸、闭锁以及欠压延时、欠压保护，智能化及可靠性高。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例单稳态永磁机构控制器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本实用新型的优选实施例提供一种单稳态永磁机构控制器，用于对断路器的操动机构进行控制以实现分合闸动作，本实施例单稳态永磁机构控制器包括：信号处理采集装置10，用于对供电线路中的电流、电压信号进行采集和调理；微处理器20，与信号处理采集装置10电连接，用于接收信号处理采集装置10采集的电流、电压信号，并检测分合闸驱动指令以输出触发指令；分合闸驱动装置30，与微处理器20电连接，用于接收触发指令并执行断路器的分合闸操作。其中，分合闸驱动装置30包括储能电容31、放电线圈32及用于控制储能电容31给放电线圈32放电的开关元件33，开关元件33与微处理器20电连接，根据触发指令动作。

本实施例单稳态永磁机构控制器的工作过程如下：

信号处理采集装置10采集的供电线路的电流、电压信号经调理后输出给微处理器20，微处理器20通过计算电流、电压对供电电流进行保护。微处理器20经光耦单元连接分合闸输入单元，微处理器20在检测到分合闸命令时判断是否满足分合闸条件，满足就计算分合闸所需的延迟时间，到达延迟时间之后，发出触发命令，驱动开关元件33导通，使放电回路导通，储能电容器31对断路器的放电线圈32快速放电，使断路器动作。当断路器动作完成之后关断开关元件33，切断储能电容31的放电回路，电源给储能电容31继续补电，等待下次操作的到来。

本实施例通过设置微处理器20对断路器的操动机构进行智能控制，且分合闸驱动装置包括储能电容31、放电线圈32及用于控制储能电容31给放电线圈32放电的开关元件33，开关元件33由微处理器20输出的触发指令控制，且微处理器20通过信号处理采集装置10采集供电线路中的电流、电压信号以实现断路器的合闸、分闸、闭锁以及欠压延时、欠压保护，智能化及可靠性高。

本实施例中，微处理器20为整个控制***的核心部分，微处理器20选用TI公司的32位超低功耗DSP芯片TMS320F28335，所用的核心处理器要完成电压、电流的数据采集和计算，分合闸延迟时间的计算以及控制，外部输入、输出接口和通信等功能。

本实施例中，信号处理采集装置10主要完成电压、电流信号的采集和调理。A/D转换采用DSP芯片内置A/D转换器。电压、电流二次信号经过高精度互感器后转换为一定范围的信号，经过前置运放后通过线性光耦隔离，最后信号送入DSP芯片的A/D转换端口。由于工作环境恶劣，本实施例采用高精度线性光耦实现电气隔离，每周波采样32点保证精度；通过相关算法后实现过电压、过流速断及定时限和反时限保护等功能，从而控制断路器的分合闸并告警，实现继电保护功能。

本实施例中，分合闸驱动装置30的主要功能是当微处理器20发出触发指令后，控制储能电容31放电驱动永磁机构动作，达到分合闸的目的。永磁机构的驱动控制是分合闸驱动装置30的最主要功能，驱动控制主要由储能电容器31、放电线圈32和绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关元件组成。通过IGBT开关元件的可控关断，使储能电容器31的储能能够完成一次标准的O-0.3s-CO-180s-CO操作循环。

优选地，单稳态永磁机构控制器还包括：储能电容检测装置40，与微处理器20电连接，用于检测储能电容31的电压值并传递给微处理器20。储能电容检测装置40对储能电容31的电压进行检测，若电压不足，则进行电容器充电；若收到分合闸命令，判断断路器的运行状态和位置都正确时，则进行相应的分合闸操作。在分合闸完毕或动作时间已经超过设定分合闸时间时，立即停止分合闸操作；在不具备操作条件或机构故障的情况下，报警且禁止断路器动作。

本实施例单稳态永磁机构控制器还包括：电源装置50，用于供电给微处理器20；电源装置50经充电模块60连接储能电容31，充电模块60电连接微处理器20以在微处理器20的控制下对储能电容31进行充电。本实施例电源装置50采用大功率开关电源，输入交流电源在60％～120％的宽范围波动，当电容电压从0～90V充电小于10s，能满足断路器在短时间多次动作而及时给电容补电，保证控制器连续动作可靠性。

可选地，微处理器20电连接用于故障报警的报警单元70，当微处理器20判断出断路器不具备操作条件或者存在机构故障，通过报警单元70输出声光等报警信号。

可选地，微处理器20电连接用于远程通信的通信模块80。DSP芯片自带2个串口通信接口，可连接RS-485总线网，而且具有优良的抗干扰性及可靠的数据传输性能，能很好的满足断路器智能控制的要求。优选地，采用高速光耦6N137进行电气隔离，保障各个子***与监控主机之间的信息可靠传输，为断路器的远程监控提供技术基础。

从以上的描述可以得知，本实施例单稳态永磁机构控制器，采用微控制器技术，具有高精确度、高稳定性、抗干扰能力强的特点，内部功耗小、安全系数高，可以采集电网的电压、电流信号，开关状态，电容器电压等信息，通过大功率IGBT的可控关断，控制大容量电容器对单稳态永磁机构的分合闸线圈放电实现断路器动作，并且采用RS-485通信实现了与上位监控***的数据交互，实现了永磁机构真空断路器的智能控制。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种真空断路器，包括上述实施例的单稳态永磁机构控制器。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单稳态永磁机构控制器，用于对断路器的操动机构进行控制以实现分合闸动作，其特征在于，所述单稳态永磁机构控制器包括：

信号处理采集装置(10)，用于对供电线路中的电流、电压信号进行采集和调理；

微处理器(20)，与所述信号处理采集装置(10)电连接，用于接收所述信号处理采集装置(10)采集的电流、电压信号，并检测分合闸驱动指令以输出触发指令；

分合闸驱动装置(30)，与所述微处理器(20)电连接，用于接收所述触发指令并执行断路器的分合闸操作；

所述分合闸驱动装置(30)包括储能电容(31)、放电线圈(32)及用于控制所述储能电容(31)给所述放电线圈(32)放电的开关元件(33)，

所述开关元件(33)与所述微处理器(20)电连接，根据所述触发指令动作。

2.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构控制器，其特征在于，所述单稳态永磁机构控制器还包括：

储能电容检测装置(40)，与所述微处理器(20)电连接，用于检测所述储能电容(31)的电压值并传递给所述微处理器(20)。

3.根据权利要求2所述的单稳态永磁机构控制器，其特征在于，所述单稳态永磁机构控制器还包括：

电源装置(50)，用于供电给所述微处理器(20)；

所述电源装置(50)经充电模块(60)连接所述储能电容(31)，所述充电模块(60)电连接所述微处理器(20)以在所述微处理器(20)的控制下对所述储能电容(31)进行充电。

4.根据权利要求3所述的单稳态永磁机构控制器，其特征在于，

所述电源装置(50)采用大功率开关电源。

5.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构控制器，其特征在于，

所述微处理器(20)电连接用于故障报警的报警单元(70)。

6.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构控制器，其特征在于，

所述微处理器(20)电连接用于远程通信的通信模块(80)。

7.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构控制器，其特征在于，

所述开关元件(33)采用绝缘栅双极晶体管。

8.根据权利要求1所述的单稳态永磁机构控制器，其特征在于，

所述微处理器(20)采用DSP芯片。

9.根据权利要求8所述的单稳态永磁机构控制器，其特征在于，

所述信号处理采集装置(10)包括用于检测供电线路中的电流、电压信号的互感器，所述互感器经线性光耦连接所述DSP芯片的A/D转换端口。

10.一种真空断路器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一所述的单稳态永磁机构控制器。