專利名稱：一種智能斷路器操作箱的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力系統變電站自動化技術領域，具體涉及一種智能斷路器操作箱。
背景技術：
斷路器操作箱是實現變電站二次回路對一次回路的控制設備，即低壓設備對高壓設備的控制所使用的電力設備。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的；分閘和合閘回路設有自保持繼電器，由其對分閘或合閘閘信號進行自動保持，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動的輔助開關切斷；所有斷路器分合閘線圈都是按短時帶電設計。在實際運行中，如果出現斷路器機構卡澀、輔助開關接點配合不當或異常時，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，進而燒毀斷路器操作箱，造成設備損失。另一方面，在發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，斷路器拒合將導致無法恢復供電，造成長期停電。此外，高壓開關設備作為供電系統最主要元件之一，由其導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多的。但在配電網系統中，開關的機構的在線狀態檢測功能一直缺失，無法實現狀態檢修。各個用戶目前均還是每年進行定期檢修，由此帶來檢修用時長、停電及因檢修導致開關設備故障等多個問題。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接，接線工作量大、投資大。
發明內容本實用新型提供一種智能斷路器操作箱，在斷路器機構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、合閘回路進行狀態檢測，評估斷路器機構工作狀態，當機構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，可接收并執行遠方控制命令。為達到本實用新型的目的，本實用新型所采取的技術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接，用于采集開關量狀態信息；處理器可通過通信接口單元與其它智能裝置或后臺進行通信，接收其它智能裝置或監控后臺的控制命令，對斷路器進行分合，并可上送開關狀態和操作回路狀態信息，處理器與開出單元通過總線聯接，用于對外輸出空接點和發出跳合閘命令；處理器的ADC與經電氣量濾波單元濾波后的電氣量信號聯接，實現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聯接，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部狀態量和接入回路的外部狀態信號量送往處理器。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門器件構成，三態門器件的型號為74LVC245 ;所述開出單元是由三態門器件和光耦隔離器構成，三態門器件的型號為74LVC273 ;所述電氣量濾波單元由2級阻容元件構成低通濾波回路，實現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、不對應啟動回路和霍爾傳感器構成；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。與現有技術相比，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生，減少了維護費用，保證了設備的安全運行。2、在線狀態監測功能的增加，提高了開關電器及成套開關設備的智能化水平，為開關電器狀態檢修提供依據，實現了開關設備從計劃檢修向狀態檢修的轉變；可預防開關設備事故的發生，減少檢修本身對設備帶來的非預期損害的幾率，縮短停電時間，節省檢修開支和停電損失，提高供配電系統可靠性。3、實現了斷路器操作回路的數字化控制，與其它智能設備的聯接通過通信接口，簡化了接口，較少了接線，節省了電纜投資。4本實用新型可集成在斷路器機構內，以實現斷路器智能化。

圖1是本實用新型的系統原理框圖；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。
具體實施方式
以下結合附圖詳細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通過總線聯接，用于采集開關量狀態信息；處理器可通過通信接口與其它智能裝置或后臺進行通信，接收其它智能裝置或監控后臺的控制命令，對斷路器進行分合，并可上送開關狀態和操作回路狀態信息。處理器I與開出單元4通過總線聯接，用于對外輸出空接點和發出跳合閘命令；處理器I的ADC與經電氣量濾波單元5濾波后的電氣量信號聯接，實現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實現聯接，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將回路內部狀態量和接入回路的外部狀態信號量送往處理器I。使用時將本實用新型的分閘與合閘輸出信號，分別對應接入斷路器機構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量進行采集，并對其進行相關算法、邏輯判斷處理，回路異常時給出信號、生成通信報文；接收并執行其它智能裝置或后臺的控制命令，對斷路器進行分閘或合閘操作。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協議，相關通信與存儲不需要再擴展。處理器I定時讀取ADC采樣值、開入狀態量值，經過相關算法、邏輯處理后，對滿足動作條件的進行發出出口命令，產生信息報文；處理器I接收其它智能裝置或后臺控制命令，發出出口命令驅動出口繼電器進行相關控制；處理器I通過通信口定時發送開入狀態量或變位立即發送狀態量。所述處理器I對分閘回路與合閘回路電流進行檢測，對采集到的電流曲線進行算法運算和邏輯判斷，評估斷路器機構運行狀態良好與否，在機構運行狀態達到設定值時，處理器給出異常信息，驅動異常繼電器動作出口，同時將報文事件通過網絡上送后臺或主站，通知運行人員，須進行開關機構檢修。所述處理器I對分閘回路與合閘回路電流進行測量，當電流大于設定值，啟動計時；當延時滿足設定值后，驅動出口繼電器TTJ或THJ，斷開響應分閘回路或合閘回路，并生成報文，上送后臺。所述處理器I對開入狀態量進行邏輯判斷，當機構或回路異常時，驅動異常出口繼電器，并生成報文，上送后臺。所述通信接口單元2由RJ45以太網接口與網絡變壓器組成。RJ45以太網接口對內與網絡變壓器的I次端聯接，對外可接于交換機、其它智能裝置、后臺等。網絡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的以太網控制器接口聯接。參見圖2，所述開入單元3是由光耦隔離器和三態門器件構成，三態門器件的型號為74LVC245。用于來自外部接點的輸入信號量和回路內部狀態信號量的采集。信號經輸入回路光電隔離后經三態門74LVC245電路向處理器I輸入，處理器進行相關軟件抗干擾邏輯處理后，獲取輸入量信號。外部開關量或空接點取用變電站提供的直流220V信號電源，經過電阻限流，輸入到光隔離器的輸入端；內部狀態信號量取用裝置24V電源，經過電阻限流，輸入到光隔離器的輸入端。光隔離器的輸出端取用內部5V電源，接入到8路三態門器件74LVC245，由處理器I經總線讀取信號的“O”或“ I”狀態，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部5V電源沒有直接的電氣聯系，有效的消除了外部電磁干擾對裝置內部電路的影響，提高了可靠性。參見圖3，所述開出單元4是由三態門器件和光耦隔離器構成，三態門器件的型號為74LVC273。執行由處理器I發出的出口動作命令。處理器I的總線經3態門74LVC273到光電隔離器的輸入回路，光電隔離器的輸出經單向二極管驅動繼電器動作；光電隔離的輸入部分為開出單元4內部5V電源，輸出部分為24V電源，用以驅動24V繼電器；通過光電隔離器把處理器內部電路與繼電器驅動電路進行了隔離，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級阻容元件構成低通濾波回路，實現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進行數模轉換，變為處理器可用的高精度數字信號；處理器I定時來讀取ADC轉換結果，作為每一路模擬量的原始采樣數據。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、不對應啟動回路和霍爾傳感器構成。所述霍爾傳感器TA1、TA2的一次側分別串接入分閘回路與合閘回路，二次側接入電氣量濾波單元(5);裝置24V電源經電源芯片變為±15V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常開接點構成，實現同時有分、合閘命令時，使斷路器可靠分閘。所述不對應啟動回路由SHTJ繼電器、SHTJ的常開接點、TWJl常開接點、TWJ2常開接點等構成，用于檢測開關位置不對應情況，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，實現斷路器的保護合閘；SHJ的常開接點一端接+KM，一端與手合控制信號輸入nl4并聯，實現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，實現斷路器的保護分閘；STJ的常開接點一端接+KM，一端與手合控制信號輸入nl6并聯，實現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的合閘線圈，nl8端子用于接入斷路器機構的分閘線圈；常開接點SHTJ-2與TWJ2-1串聯構成不對應信號輸出接點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，用于指示回路異常或機構異常。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 )通過總線聯接，用于采集開關量狀態信息；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行通信，接收其它智能裝置或監控后臺的控制命令，對斷路器進行分合，并可上送開關狀態和操作回路狀態信息，處理器(I)與開出單元(4)通過總線聯接，用于對外輸出空接點和發出跳合閘命令；處理器(I)的ADC與經電氣量濾波單元(5 )濾波后的電氣量信號聯接，實現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)實現聯接，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)將回路內部狀態量和接入回路的外部狀態信號量送往處理器(I)。
2.根據權利要求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門器件構成，三態門器件的型號為74LVC245 ;所述開出單元(4)是由三態門器件和光耦隔離器構成，三態門器件的型號為74LVC273 ;所述電氣量濾波單元(5)由2級阻容元件構成低通濾波回路，實現多路模擬信號的信號濾波。
3.根據權利要求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、不對應啟動回路和霍爾傳感器構成；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接，用于采集開關量狀態信息；處理器可通過通信接口單元與其它智能裝置或后臺進行通信，接收其它智能裝置或監控后臺的控制命令，處理器與開出單元通過總線聯接；處理器的ADC與經電氣量濾波單元濾波后的電氣量信號聯接，信號變送與控制回路單元通過開出單元與處理器實現聯接，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。本實用新型實現了斷路器操作回路的數字化控制，與其它智能設備的聯接通過通信接口，簡化了接口，較少了接線，節省了電纜投資。
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 優先權日2012年11月5日
發明者張恒泰, 王根元, 喬昕, 汪俊峰 申請人:西安西瑞保護控制設備有限責任公司