專利名稱：一種智能斷路器操作箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力系統(tǒng)變電站自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能斷路器操作箱。
背景技術(shù)：
斷路器操作箱是實現(xiàn)變電站二次回路對一次回路的控制設(shè)備，即低壓設(shè)備對高壓設(shè)備的控制所使用的電力設(shè)備。電力斷路器分閘或合閘動作是由于分閘或合閘線圈短時帶電吸合電磁而實現(xiàn)的；分閘和合閘回路設(shè)有自保持繼電器，由其對分閘或合閘閘信號進(jìn)行自動保持，以保證可靠完成分閘與合閘操作；分閘或合閘動作完成后，其回路依靠與斷路器聯(lián)動的輔助開關(guān)切斷；所有斷路器分合閘線圈都是按短時帶電設(shè)計。在實際運行中，如果出現(xiàn)斷路器機構(gòu)卡澀、輔助開關(guān)接點配合不當(dāng)或異常時，輔助接點將不能打開，造成斷路器拒分或拒合。一方面，斷路器拒分或拒合將使回路長期帶電燒毀分閘線圈或合閘線圈，燒毀過程中伴隨著分、合閘線圈匝間短路，電流增大，進(jìn)而燒毀斷路器操作箱，造成設(shè)備損失。另一方面，在發(fā)生故障斷路器拒分時，本級的斷路器操作箱如不能切除故障，只能由上級保護切斷，將造成事故范圍擴大；在重合閘保護動作時，斷路器拒合將導(dǎo)致無法恢復(fù)供電，造成長期停電。此外，高壓開關(guān)設(shè)備作為供電系統(tǒng)最主要元件之一，由其導(dǎo)致的非計劃停電事故，無論在事故總量還是在事故時間上都是相當(dāng)多的。但在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，開關(guān)的機構(gòu)的在線狀態(tài)檢測功能一直缺失，無法實現(xiàn)狀態(tài)檢修。各個用戶目前均還是每年進(jìn)行定期檢修，由此帶來檢修用時長、停電及因檢修導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備故障等多個問題。目前常見的斷路器操作箱均為繼電器直接搭接而成，對外輸出信號均為電氣信號量，與其他智能裝置連接需要很多電纜聯(lián)接，接線工作量大、投資大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種智能斷路器操作箱，在斷路器機構(gòu)故障或斷路器輔助接點異常時，能防止斷路器分閘線圈、合閘線圈及操作箱燒毀；對斷路器分、合閘回路進(jìn)行狀態(tài)檢測，評估斷路器機構(gòu)工作狀態(tài)，當(dāng)機構(gòu)臨近異常時給出信號，通知運行人員檢修；使操作箱具有通信及處理功能，可接收并執(zhí)行遠(yuǎn)方控制命令。為達(dá)到本實用新型的目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案如下一種智能斷路器操作箱，包括通信接口單元和處理器，其特征在于還包括開入單元、開出單元、電氣量濾波單元和信號變送與控制回路單元，處理器與開入單元通過總線聯(lián)接，用于采集開關(guān)量狀態(tài)信息；處理器可通過通信接口單元與其它智能裝置或后臺進(jìn)行通信，接收其它智能裝置或監(jiān)控后臺的控制命令，對斷路器進(jìn)行分合，并可上送開關(guān)狀態(tài)和操作回路狀態(tài)信息，處理器與開出單元通過總線聯(lián)接，用于對外輸出空接點和發(fā)出跳合閘命令；處理器的ADC與經(jīng)電氣量濾波單元濾波后的電氣量信號聯(lián)接，實現(xiàn)對分閘回路與合閘回路的電流信息采集；信號變送與控制回路單元通過開出單元與處理器實現(xiàn)聯(lián)接，用于接收處理器的控制命令，將接收到的控制信號通過繼電器后，接點輸出實現(xiàn)斷路器的分閘、合閘控制及分閘回路、合閘回路超時斷開控制，信號變送與控制回路單元通過電氣量濾波單元將分閘回路與合閘回路電流量送往處理器，信號變送與控制回路單元通過開入單元將回路內(nèi)部狀態(tài)量和接入回路的外部狀態(tài)信號量送往處理器。所述處理器采用32位LM3S9B96處理器；所述開入單元是由光耦隔離器和三態(tài)門器件構(gòu)成，三態(tài)門器件的型號為74LVC245 ;所述開出單元是由三態(tài)門器件和光耦隔離器構(gòu)成，三態(tài)門器件的型號為74LVC273 ;所述電氣量濾波單元由2級阻容元件構(gòu)成低通濾波回路，實現(xiàn)多路模擬信號的信號濾波。所述信號變送與控制回路單元由斷路器分閘回路、斷路器合閘回路、防跳回路、不對應(yīng)啟動回路和霍爾傳感器構(gòu)成；所述信號變送與控制回路單元，在斷路器分閘回路與合閘回路中串入了霍爾傳感器，用于傳變分閘與合閘電流，實現(xiàn)對分閘回路與合閘回路電流的測量；在分閘回路與合閘回路串入超時斷開控制回路的大功率繼電器常閉接點，以在超時時斷開對分閘回路或合閘回路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是1、避免了操作箱及分閘回路與合閘回路中電氣元件的燒毀事件發(fā)生，減少了維護費用，保證了設(shè)備的安全運行。2、在線狀態(tài)監(jiān)測功能的增加，提高了開關(guān)電器及成套開關(guān)設(shè)備的智能化水平，為開關(guān)電器狀態(tài)檢修提供依據(jù)，實現(xiàn)了開關(guān)設(shè)備從計劃檢修向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變；可預(yù)防開關(guān)設(shè)備事故的發(fā)生，減少檢修本身對設(shè)備帶來的非預(yù)期損害的幾率，縮短停電時間，節(jié)省檢修開支和停電損失，提高供配電系統(tǒng)可靠性。3、實現(xiàn)了斷路器操作回路的數(shù)字化控制，與其它智能設(shè)備的聯(lián)接通過通信接口，簡化了接口，較少了接線，節(jié)省了電纜投資。4本實用新型可集成在斷路器機構(gòu)內(nèi)，以實現(xiàn)斷路器智能化。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)原理框圖；圖2是開入單元電路圖；圖3是開出單元電路圖；圖4是信號變送與控制回路單元電路圖。其中1 一通信接口單元，2 —處理器，3 —開入單元，4 一開出單元，5 —電氣量濾波單元，6 —信號變送與控制回路單元，7 —斷路器機構(gòu)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的具體實施方法。 參見圖1，一種智能斷路器操作箱，包括通信接口單元2、處理器1、開入單元3、開出單元4、電氣量濾波單元5和信號變送與控制回路單元6。處理器I與開入單元3通過總線聯(lián)接，用于采集開關(guān)量狀態(tài)信息；處理器可通過通信接口與其它智能裝置或后臺進(jìn)行通信，接收其它智能裝置或監(jiān)控后臺的控制命令，對斷路器進(jìn)行分合，并可上送開關(guān)狀態(tài)和操作回路狀態(tài)信息。處理器I與開出單元4通過總線聯(lián)接，用于對外輸出空接點和發(fā)出跳合閘命令；處理器I的ADC與經(jīng)電氣量濾波單元5濾波后的電氣量信號聯(lián)接，實現(xiàn)對分閘回路及合閘回路的電流信息采集；信號變送與控制回路單元6通過開出單元4與處理器I實現(xiàn)聯(lián)接，用于接收處理器I的控制命令，將接收到的控制信號通過繼電器后，接點輸出實現(xiàn)斷路器的分閘、合閘控制及分閘回路、合閘回路超時斷開控制，信號變送與控制回路單元6通過電氣量濾波單元5將分閘回路與合閘回路電流量送往處理器1，信號變送與控制回路單元6通過開入單元3將回路內(nèi)部狀態(tài)量和接入回路的外部狀態(tài)信號量送往處理器I。使用時將本實用新型的分閘與合閘輸出信號，分別對應(yīng)接入斷路器機構(gòu)7的分閘與合閘線圈。工作時，處理器I定時對分閘回路電流、合閘回路電流及開入狀態(tài)量進(jìn)行采集，并對其進(jìn)行相關(guān)算法、邏輯判斷處理，回路異常時給出信號、生成通信報文；接收并執(zhí)行其它智能裝置或后臺的控制命令，對斷路器進(jìn)行分閘或合閘操作。所述處理器I采用TI公司的32位LM3S9B96處理器，主頻80MHz，其自身帶有I個以太網(wǎng)控制器，2個CAN接口，16通道的ADC，96KB的SRAM、ROM和256KB的Flash存儲器，集成FHY，且支持IEEE1588協(xié)議，相關(guān)通信與存儲不需要再擴展。處理器I定時讀取ADC采樣值、開入狀態(tài)量值，經(jīng)過相關(guān)算法、邏輯處理后，對滿足動作條件的進(jìn)行發(fā)出出口命令，產(chǎn)生信息報文；處理器I接收其它智能裝置或后臺控制命令，發(fā)出出口命令驅(qū)動出口繼電器進(jìn)行相關(guān)控制；處理器I通過通信口定時發(fā)送開入狀態(tài)量或變位立即發(fā)送狀態(tài)量。所述處理器I對分閘回路與合閘回路電流進(jìn)行檢測，對采集到的電流曲線進(jìn)行算法運算和邏輯判斷，評估斷路器機構(gòu)運行狀態(tài)良好與否，在機構(gòu)運行狀態(tài)達(dá)到設(shè)定值時，處理器給出異常信息，驅(qū)動異常繼電器動作出口，同時將報文事件通過網(wǎng)絡(luò)上送后臺或主站，通知運行人員，須進(jìn)行開關(guān)機構(gòu)檢修。所述處理器I對分閘回路與合閘回路電流進(jìn)行測量，當(dāng)電流大于設(shè)定值，啟動計時；當(dāng)延時滿足設(shè)定值后，驅(qū)動出口繼電器TTJ或THJ，斷開響應(yīng)分閘回路或合閘回路，并生成報文，上送后臺。所述處理器I對開入狀態(tài)量進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)機構(gòu)或回路異常時，驅(qū)動異常出口繼電器，并生成報文，上送后臺。所述通信接口單元2由RJ45以太網(wǎng)接口與網(wǎng)絡(luò)變壓器組成。RJ45以太網(wǎng)接口對內(nèi)與網(wǎng)絡(luò)變壓器的I次端聯(lián)接，對外可接于交換機、其它智能裝置、后臺等。網(wǎng)絡(luò)變壓器用于信號濾波隔離，其I次端接RJ45接口，2次端與處理器I的以太網(wǎng)控制器接口聯(lián)接。參見圖2，所述開入單元3是由光耦隔離器和三態(tài)門器件構(gòu)成，三態(tài)門器件的型號為74LVC245。用于來自外部接點的輸入信號量和回路內(nèi)部狀態(tài)信號量的采集。信號經(jīng)輸入回路光電隔離后經(jīng)三態(tài)門74LVC245電路向處理器I輸入，處理器進(jìn)行相關(guān)軟件抗干擾邏輯處理后，獲取輸入量信號。外部開關(guān)量或空接點取用變電站提供的直流220V信號電源，經(jīng)過電阻限流，輸入到光隔離器的輸入端；內(nèi)部狀態(tài)信號量取用裝置24V電源，經(jīng)過電阻限流，輸入到光隔離器的輸入端。光隔離器的輸出端取用內(nèi)部5V電源，接入到8路三態(tài)門器件74LVC245，由處理器I經(jīng)總線讀取信號的“O”或“ I”狀態(tài)，以判斷外部接點的開閉情況；采用光電隔離可以使外部開入電源與內(nèi)部5V電源沒有直接的電氣聯(lián)系，有效的消除了外部電磁干擾對裝置內(nèi)部電路的影響，提高了可靠性。參見圖3，所述開出單元4是由三態(tài)門器件和光耦隔離器構(gòu)成，三態(tài)門器件的型號為74LVC273。執(zhí)行由處理器I發(fā)出的出口動作命令。處理器I的總線經(jīng)3態(tài)門74LVC273到光電隔離器的輸入回路，光電隔離器的輸出經(jīng)單向二極管驅(qū)動繼電器動作；光電隔離的輸入部分為開出單元4內(nèi)部5V電源，輸出部分為24V電源，用以驅(qū)動24V繼電器；通過光電隔離器把處理器內(nèi)部電路與繼電器驅(qū)動電路進(jìn)行了隔離，有效防止了電磁干擾，提高了硬件電路的可靠性。所述電氣量濾波單元5由2級阻容元件構(gòu)成低通濾波回路，實現(xiàn)多路模擬信號的信號濾波。電氣量濾波單元5對信號變送與控制回路單元6中霍爾傳感器TA1、TA2 二次端輸出的模擬量信號進(jìn)行低通濾波后，并向處理器I提供變換后的小模擬信號，由處理器I自帶的ADC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，變?yōu)樘幚砥骺捎玫母呔葦?shù)字信號；處理器I定時來讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，作為每一路模擬量的原始采樣數(shù)據(jù)。參見圖4，所述信號變送與控制回路單元6由分閘回路、合閘回路、防跳回路、不對應(yīng)啟動回路和霍爾傳感器構(gòu)成。所述霍爾傳感器TA1、TA2的一次側(cè)分別串接入分閘回路與合閘回路，二次側(cè)接入電氣量濾波單元(5);裝置24V電源經(jīng)電源芯片變?yōu)椤?5V作為霍爾傳感器供電。所述合閘回路由HBJ繼電器、TWJl繼電器、TWJ2繼電器、HBJ的常閉接點、FTJ的常閉接點、THJ的常閉接點構(gòu)成；THJ接收到處理器的出口命令動作，接點打開，斷開合閘回路實現(xiàn)對脈沖合閘信號的保持，使斷路器可靠合閘。所述分閘回路由TBJ繼電器、HWJ繼電器、TBJ的常閉接點、TTJ的常閉接點等構(gòu)成；TTJ接收到處理器的出口命令動作，接點打開，斷開分閘回路；TBJ實現(xiàn)對脈沖分閘信號的保持，使斷路器可靠分閘。所述防跳回路由FTJ繼電器、FTJ常開接點、TBJ常開接點構(gòu)成，實現(xiàn)同時有分、合閘命令時，使斷路器可靠分閘。所述不對應(yīng)啟動回路由SHTJ繼電器、SHTJ的常開接點、TWJl常開接點、TWJ2常開接點等構(gòu)成，用于檢測開關(guān)位置不對應(yīng)情況，啟動重合閘或給出信息。所述信號變送與控制回路單元6中，HJ的常開接點一端接+KM，一端與重合控制信號輸入nl5并聯(lián)，實現(xiàn)斷路器的保護合閘；SHJ的常開接點一端接+KM，一端與手合控制信號輸入nl4并聯(lián)，實現(xiàn)斷路器的手動合閘或遙控合閘；TJ的常開接點一端接+KM，一端與重合控制信號輸入nl7并聯(lián)，實現(xiàn)斷路器的保護分閘；STJ的常開接點一端接+KM，一端與手合控制信號輸入nl6并聯(lián)，實現(xiàn)斷路器的手動分閘或遙控分閘。所述信號變送與控制回路單元6中，nl2端子用于接入斷路器機構(gòu)的合閘線圈，nl8端子用于接入斷路器機構(gòu)的分閘線圈；常開接點SHTJ-2與TWJ2-1串聯(lián)構(gòu)成不對應(yīng)信號輸出接點nl、n2 ;常開接點TWJ2-2輸出斷路器分閘位置信號空接點n3、n4 ;常開接點HWJ-2輸出斷路器合閘位置信號空接點n5、n6 ;常開接點YCJ-1輸出異常信號空接點n7、n8，用于指示回路異?；驒C構(gòu)異常。所述開出單元和信號變送與控制回路單元6中，繼電器SHTJ的型號為DSP2A-L2-DC24V,繼電器 TWJ1、TWJ2、HWJ、HJ、SHJ、TJ、STJ、YCJ 的型號為 DSP2a_DC24V，繼電器FTJ型號為DSPlalb-DC24V，繼電器TBJ、HBJ型號為ST2-1. 5V，繼電器THJ、TTJ的信號為 JT-N-DC24V-1A，霍爾傳感器 TA1、TA2 型號為 B5_5A/25mA。
權(quán)利要求1.一種智能斷路器操作箱，包括通信接口單元(2)和處理器(1)，其特征在于還包括開入單元(3)、開出單元(4)、電氣量濾波單元(5)和信號變送與控制回路單元(6)，處理器(I)與開入單元(3 )通過總線聯(lián)接，用于采集開關(guān)量狀態(tài)信息；處理器(I)可通過通信接口單元(2 )與其它智能裝置或后臺進(jìn)行通信，接收其它智能裝置或監(jiān)控后臺的控制命令，對斷路器進(jìn)行分合，并可上送開關(guān)狀態(tài)和操作回路狀態(tài)信息，處理器(I)與開出單元(4)通過總線聯(lián)接，用于對外輸出空接點和發(fā)出跳合閘命令；處理器(I)的ADC與經(jīng)電氣量濾波單元(5 )濾波后的電氣量信號聯(lián)接，實現(xiàn)對分閘回路與合閘回路的電流信息采集；信號變送與控制回路單元(6)通過開出單元(4)與處理器(I)實現(xiàn)聯(lián)接，用于接收處理器(I)的控制命令，將接收到的控制信號通過繼電器后，接點輸出實現(xiàn)斷路器的分閘、合閘控制及分閘回路、合閘回路超時斷開控制，信號變送與控制回路單元(6)通過電氣量濾波單元(5)將分閘回路與合閘回路電流量送往處理器(1)，信號變送與控制回路單元(6)通過開入單元(3)將回路內(nèi)部狀態(tài)量和接入回路的外部狀態(tài)信號量送往處理器(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能斷路器操作箱，其特征在于所述處理器(I)采用32位LM3S9B96處理器；所述開入單元(3)是由光耦隔離器和三態(tài)門器件構(gòu)成，三態(tài)門器件的型號為74LVC245 ;所述開出單元(4)是由三態(tài)門器件和光耦隔離器構(gòu)成，三態(tài)門器件的型號為74LVC273 ;所述電氣量濾波單元(5)由2級阻容元件構(gòu)成低通濾波回路，實現(xiàn)多路模擬信號的信號濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種智能斷路器操作箱，其特征在于所述信號變送與控制回路單元(6)由斷路器分閘回路、斷路器合閘回路、防跳回路、不對應(yīng)啟動回路和霍爾傳感器構(gòu)成；所述信號變送與控制回路單元(6)，在斷路器分閘回路與合閘回路中串入了霍爾傳感器，用于傳變分閘與合閘電流，實現(xiàn)對分閘回路與合閘回路電流的測量；在分閘回路與合閘回路串入超時斷開控制回路的大功率繼電器常閉接點，以在超時時斷開對分閘回路或合閘回路。
專利摘要本實用新型涉及一種智能斷路器操作箱。本實用新型的處理器與開入單元通過總線聯(lián)接，用于采集開關(guān)量狀態(tài)信息；處理器可通過通信接口單元與其它智能裝置或后臺進(jìn)行通信，接收其它智能裝置或監(jiān)控后臺的控制命令，處理器與開出單元通過總線聯(lián)接；處理器的ADC與經(jīng)電氣量濾波單元濾波后的電氣量信號聯(lián)接，信號變送與控制回路單元通過開出單元與處理器實現(xiàn)聯(lián)接，信號變送與控制回路單元通過電氣量濾波單元將分閘回路與合閘回路電流量送往處理器。本實用新型實現(xiàn)了斷路器操作回路的數(shù)字化控制，與其它智能設(shè)備的聯(lián)接通過通信接口，簡化了接口，較少了接線，節(jié)省了電纜投資。
文檔編號H02J13/00GK202906577SQ20122057676
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者張恒泰, 王根元, 喬昕, 汪俊峰 申請人:西安西瑞保護控制設(shè)備有限責(zé)任公司