配電線路檢測裝置、斷路器智能控制器、斷路器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種配電線路檢測裝置、斷路器智能控制器、斷路器。所述配電線路檢測裝置包括隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊以及電流電壓采樣模塊；電流電壓采樣模塊包括電壓采樣電路以及與配電線路母線一一對應(yīng)地一組分流器，每個分流器串接于其所對應(yīng)的母線中，每個分流器的采樣信號輸出端以及電壓采樣電路的每個采樣信號輸出端分別與隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊中一個對應(yīng)的模擬信號輸入通道連接。本實用新型還公開了一種斷路器智能控制器、斷路器。本實用新型一方面既可以準(zhǔn)確測量幾Hz至一二百Hz之間的交流電流信號，又可以測量直流信號，能為配電系統(tǒng)提供三段保護；另一方面，由于不會受外部磁場等影響，采樣精度得到保證，同時也滿足了電氣隔離要求。
【專利說明】
配電線路檢測裝置、斷路器智能控制器、斷路器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種配電線路檢測裝置，用于檢測配電線路的電流和電壓，屬于低壓配電保護技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，隨著環(huán)境和能源問題的日益突出，可再生能源發(fā)電在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展，特別是風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電的發(fā)展最快、技術(shù)也最為成熟。對于風(fēng)力發(fā)電，為了保護風(fēng)電機組正常使用免受損壞以及便于對風(fēng)力發(fā)電機組進行維護或服務(wù)，風(fēng)機系統(tǒng)必須裝備一些電氣保護產(chǎn)品例如斷路器，但是，當(dāng)斷路器應(yīng)用到全功率型風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電機側(cè)用于變流器電路故障保護或者發(fā)電機與變流器之間的線路故障保護時，斷路器安裝點通過的電流頻率隨著發(fā)電機的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)是變化的(一般在幾Hz至一二百Hz之間)，而現(xiàn)有斷路器智能控制器由于采用空芯電流互感器+積分還原的方式導(dǎo)致測量帶寬有限，不能測量頻率在幾Hz至一二百Hz之間的電流信號，從而不能保護風(fēng)電機組，給用戶帶來損失。對于光伏發(fā)電，需要直流斷路器用于光伏直流配電系統(tǒng)，為其提供過載保護、短路保護等，但是目前大多數(shù)的直流斷路器僅具有電磁式脫扣器，故一般僅僅只能提供二段保護，卻不能像交流斷路器那樣由于具有智能型控制器，故可以提供精確的三段保護，從而具有較好的選擇性保護功能。制約直流斷路器具有精確延時保護功能的主要因素在于對直流電流信號的高精度采樣與處理，目前直流采樣的技術(shù)手段包括大家熟知的直流互感器、霍爾傳感器、分流器等，但由于線性差或易受磁場干擾或需電氣隔離等各種原因上述手段并沒有在直流斷路器上廣泛地應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種配電線路檢測裝置，無論是交流或直流配電線路，均可準(zhǔn)確檢測出配電線路的電流和電壓，并且對于交流配電線路的檢測不限于常規(guī)的50/60HZ系統(tǒng)。
[0004]本實用新型具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
[0005]一種配電線路檢測裝置，用于檢測配電線路的電流和電壓;所述配電線路檢測裝置包括隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊以及電流電壓采樣模塊；電流電壓采樣模塊包括電壓采樣電路以及與配電線路母線一一對應(yīng)地一組分流器，每個分流器串接于其所對應(yīng)的母線中，每個分流器的采樣信號輸出端以及電壓采樣電路的每個采樣信號輸出端分別與隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊中一個對應(yīng)的模擬信號輸入通道連接。
[0006]優(yōu)選地，所述電壓采樣電路由一組電壓采樣電阻構(gòu)成。
[0007]所述隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊可以使用多個模擬信號輸入通道數(shù)較少的單通道或多通道隔離A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn);優(yōu)選地，所述隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊為多通道隔離A/D轉(zhuǎn)換器，其模擬信號輸入通道數(shù)大于或等于電流電壓采樣模塊的采樣信號輸出端數(shù)量。
[0008]根據(jù)相同的發(fā)明思路還可以得到以下技術(shù)方案:
[0009]—種斷路器智能控制器，包括控制單元以及如上任一技術(shù)方案所述配電線路檢測裝置，所述配電線路檢測裝置中的隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號輸出端與所述控制單元連接。
[0010]進一步地，所述斷路器智能控制器還包括以下功能模塊中的至少一種:通信模塊、人機交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、報警指示模塊、DI /DO模塊。
[0011]優(yōu)選地，所述斷路器智能控制器的電源模塊包括并聯(lián)的自生電源、輔助電源。
[0012]—種斷路器，包括智能控制器以及與智能控制器連接的脫扣單元，所述智能控制器為以上任一技術(shù)方案所述斷路器智能控制器。
[0013]—種可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，包括如上所述斷路器。
[0014]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下有益效果:
[0015]本實用新型的配電線路檢測裝置在低壓交流或者直流配電系統(tǒng)中都可以適用，既可以測量幾Hz至一二百Hz之間的交流電流信號，又可以測量直流信號，采用該配電線路檢測裝置的斷路器智能控制器可提供精確的三段保護功能。
[0016]本實用新型的配電線路檢測裝置利用分流器與電壓采樣電路分別進行電流、電壓采樣，不會受外部磁場等影響，采樣精度得到保證，且由于采用隔離A/D轉(zhuǎn)換單元，滿足了電氣隔離要求。
[0017]本實用新型的斷路器智能控制器的結(jié)構(gòu)更簡單，實現(xiàn)成本更低。
【附圖說明】
[0018]圖1為一種現(xiàn)有智能斷路器的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0019]圖2為本實用新型斷路器的一個具體實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0020]圖3為本實用新型斷路器的另一個具體實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0021]圖中標(biāo)號含義如下:
[0022]1、空芯互感器，2、能量互感器，3、電壓互感器，4、磁通變換器，5、分流器，6、隔離A/D轉(zhuǎn)換器
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明:
[0024]圖1顯示了傳統(tǒng)的智能斷路器設(shè)計方案，如圖1所示，該智能斷路器包括智能控制器及脫扣單元。脫扣單元包括磁通變換器。智能控制器主要包括微控制器、脫扣電路、積分電路、信號調(diào)理電路1、信號調(diào)理電路2、電壓互感器、電壓采樣電阻、速飽和電源電路、DC/DC電路、空芯互感器、能量互感器，以及DI/D0電路、通信電路、按鍵電路、顯示模塊電路、數(shù)據(jù)存儲電路、LED報警指示電路等功能模塊。微控制器與脫扣電路連接，當(dāng)微控制器計算得到的電流或者電壓值超出設(shè)定閾值時，向脫扣電路發(fā)出脫扣指令驅(qū)動磁通變換器使斷路器分?jǐn)啵⒖刂破鞣謩e與信號調(diào)理電路1、信號調(diào)理電路2連接，接收與主回路電流、電壓等比例的電壓信號，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換計算得到主回路電流、電壓幅值。積分電路用于將空芯互感器輸出的微分信號還原成與主回路電流成比例的電壓信號，并送至信號調(diào)理電路I，信號調(diào)理電路I將該信號放大后送至微控制器中的A/D轉(zhuǎn)換器。電壓互感器將一次側(cè)主回路電壓變換后，電壓互感器二次側(cè)的采樣電阻兩端感應(yīng)出電壓輸入信號調(diào)理電路2放大，再送至微控制器中的A/D轉(zhuǎn)換器。速飽和電源電路連接能量互感器，產(chǎn)生自生電源提供給智能控制器。自生電源與外接輔助電源并聯(lián)輸入DC/DC電路后產(chǎn)生系統(tǒng)工作電源。微控制器與DI/DO電路連接，通過光電耦合器將外部開關(guān)信號輸入至微控制器，通過繼電器將微控制器的控制信號輸出至外部。微控制器與通信電路連接，用于將智能控制器與外部通信總線連接，實現(xiàn)斷路器的遠程通信等。微控制器分別與顯示模塊電路和按鍵電路連接，用于顯示主回路電流、電壓等電參數(shù)和各種保護參數(shù)的設(shè)定。微控制器與數(shù)據(jù)存儲電路連接，用于存儲用戶整定參數(shù)、故障記錄等。微控制器與LED報警指示電路連接，微控制器通過控制LED指示過載、短路等故障的報警輸出。
[0025]從圖1可以看出傳統(tǒng)斷路器智能控制器設(shè)計方案由于采用空芯電流互感器+積分還原的方式導(dǎo)致測量帶寬有限，不能測量頻率在幾Hz至一二百Hz之間的交流電流信號，難以滿足類似風(fēng)力發(fā)電、潮汐能發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的配電保護要求，此外，該斷路器智能控制器也無法應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)這樣的輸出直流的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。為此，本實用新型對上述智能控制器的配電線路檢測單元進行了改進，利用分流器與電壓采樣電路分別進行電流、電壓采樣，并采用隔離A/D轉(zhuǎn)換單元進行A/D轉(zhuǎn)換，一方面既可以準(zhǔn)確測量幾Hz至一二百Hz之間的交流電流信號，又可以測量直流信號，能為配電系統(tǒng)提供三段保護；另一方面，由于不會受外部磁場等影響，采樣精度得到保證，同時也滿足了電氣隔離要求。
[0026]為了便于公眾理解，下面以兩個具體實施例來對本實用新型技術(shù)方案進行詳細說明。
[0027]圖2顯示了本實用新型斷路器的一個實施例。在這個實施例中，斷路器接在交流供電系統(tǒng)中。如圖2所示，該斷路器的斷路器智能控制器包括微控制器、隔離A/D轉(zhuǎn)換器、四個分流器Rsl?Rs4、電壓采樣電路(由電壓采樣電阻Rl?R6構(gòu)成)、DC/DC電路，微控制器與脫扣電路連接，脫扣電路與磁通變換器連接，微控制器向脫扣電路發(fā)出脫扣指令驅(qū)動磁通變換器使斷路器分?jǐn)?微控制器還與隔離A/D轉(zhuǎn)換器連接，接收隔離A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出的串行數(shù)據(jù);隔離A/D轉(zhuǎn)換器分別與分流器Rsl?Rs4、電壓采樣電路連接，用于采集分流器Rsl?Rs4兩端的壓降，以及電壓采樣電路獲取的電壓信號；隔離A/D轉(zhuǎn)換器還與微控制器連接，將采集到的與主回路電流、電壓成比例的電壓信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸入微控制器，微控制器通過四個I/0引腳(CS_A、CS_B、CS_0PCS_N)用于選通對應(yīng)的隔離A/D轉(zhuǎn)換器。分流器Rs I?Rs4分別串接在主回路的四條母線(S卩A、B、C、N四條相線)中，分流器每個電阻兩端引出線，接入對應(yīng)的隔離A/D轉(zhuǎn)換器相應(yīng)端，將采集到的與主回路電流成比例的壓降送入A/D轉(zhuǎn)換器。如圖2所示，電壓采樣電阻Rl?R6分別并接在主回路相線與中性線之間，與每個相線相連的兩個電阻的連接處引出線，接入對應(yīng)的隔離A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)端，每個相線再引出線，接入對應(yīng)的隔離A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)端，將采集到的與主回路電壓成比例的電壓信號送入A/D轉(zhuǎn)換器。速飽和電源電路、輔助電源并聯(lián)輸出V1 +，V1+的一路輸入DC/DC電路產(chǎn)生系統(tǒng)工作電源V2+，V1+的另一路用于脫扣電源。能量互感器與速飽和電源電路連接，為智能控制器提供自生電源。
[0028]圖3為本實用新型斷路器的又一個實施例。在這個實施例中，斷路器接在直流供電系統(tǒng)中。如圖3所示，斷路器智能控制器包括微控制器、隔離A/D轉(zhuǎn)換器、兩個分流器Rsl、Rs2、電壓采樣電路(由兩個電壓采樣電阻R1、R2構(gòu)成)、DC/DC電路，微控制器與脫扣電路連接，脫扣電路與磁通變換器連接，微控制器向脫扣電路發(fā)出脫扣指令驅(qū)動磁通變換器使斷路器分?jǐn)?微控制器還與隔離A/D轉(zhuǎn)換器連接，接收隔離A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出的串行數(shù)據(jù);隔離A/D轉(zhuǎn)換器分別與分流器Rsl、Rs2、電壓采樣電路連接，用于采集分流器Rsl、Rs2兩端的壓降，以及電壓采樣電路獲取的電壓信號；隔離A/D轉(zhuǎn)換器還與微控制器連接，將采集到的與主回路電流、電壓成比例的電壓信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸入微控制器，微控制器通過兩個I/O引腳(CS_1、CS_2)用于選通對應(yīng)的隔離A/D轉(zhuǎn)換器。分流器Rsl、Rs2分別串聯(lián)在主回路的正、負(fù)母線中，Rsl、Rs2兩端分別引出連接線，與對應(yīng)的隔離A/D轉(zhuǎn)換器相應(yīng)端連接，將采集到的與主回路電流成比例的壓降送入A/D轉(zhuǎn)換器。電壓采樣電阻Rl、R2串聯(lián)后并聯(lián)于主回路正、負(fù)母線之間，電阻R2的兩端分別引出連接線，與隔離A/D轉(zhuǎn)換器連接，將采集到的與主回路電壓成比例的電壓信號送入A/D轉(zhuǎn)換器。
[0029]本實用新型斷路器在低壓交流或者直流配電系統(tǒng)中都可以適用，且能夠提供精確的三段保護，尤其適用于光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。
【主權(quán)項】
1.一種配電線路檢測裝置，用于檢測配電線路的電流和電壓;其特征在于，所述配電線路檢測裝置包括隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊以及電流電壓采樣模塊；電流電壓采樣模塊包括電壓采樣電路以及與配電線路母線一一對應(yīng)地一組分流器，每個分流器串接于其所對應(yīng)的母線中，每個分流器的采樣信號輸出端以及電壓采樣電路的每個采樣信號輸出端分別與隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊中一個對應(yīng)的模擬信號輸入通道連接。2.如權(quán)利要求1所述配電線路檢測裝置，其特征在于，所述電壓采樣電路由一組電壓采樣電阻構(gòu)成。3.如權(quán)利要求1所述配電線路檢測裝置，其特征在于，所述隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊為多通道隔離A/D轉(zhuǎn)換器，其模擬信號輸入通道數(shù)大于或等于電流電壓采樣模塊的采樣信號輸出端數(shù)量。4.一種斷路器智能控制器，其特征在于，包括控制單元以及如權(quán)利要求1?3任一項所述配電線路檢測裝置，所述配電線路檢測裝置中的隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號輸出端與所述控制單元連接。5.如權(quán)利要求4所述斷路器智能控制器，其特征在于，所述斷路器智能控制器還包括以下功能模塊中的至少一種:通信模塊、人機交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、報警指示模塊、DI/DO豐旲塊。6.如權(quán)利要求4所述斷路器智能控制器，其特征在于，所述斷路器智能控制器的電源模塊包括并聯(lián)的自生電源、輔助電源。7.—種斷路器，包括智能控制器以及與智能控制器連接的脫扣單元，其特征在于，所述智能控制器為權(quán)利要求4?6任一項所述斷路器智能控制器。
【文檔編號】H02H7/26GK205670681SQ201620468245
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】周龍明, 任靈, 殷建強
【申請人】常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠）