专利名称：智能断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及断路器，是一种智能断路器。
背景技术：
随着科学技术发展和人们对电气产品高性能的追求，高压电气产品的研发也一直遵循着免维护、高可靠、小型化、集成化、智能化的原则，以高科技含量的核心器件和新技术、新工艺、新材料为主线进行发展，并呈现出一些更新的特点。断路器是电力系统运行中起控制和保护作用的重要设备，也是输变电设备中唯一以机械运动实现电气功能的设备，电源建设中发电厂的升压变电站，电网建设及输电工程的各类变电站以及冶金、矿山、石油等企业都需要大量的高压开关设备。断路器的智能化是一项更新换代的工作，它涉及到很多领域的技术进步和创新发展，如传感技术、微电子技术、计算机技术、信息技术以及断路器本身及操动机构等方面，需要更多的投入和开发。但是，可以展望，随着智能化电网的不断发展，性能优越的智能化断路器终将会取代传统的断路器，并被人们所熟悉和喜爱。针对目前国内外电力系统对智能产品的需求和对未来电气行业全部智能化的展望，我公司自主研发和生产的智能断路器，该产品可弥补断路器在运行过程中各项参数变化不为人所知的不足(如触头接触温度、灭弧室真空度、超行程、灭弧室触头磨损程度、动触头插入深度等)，提高了断路器运行可靠性，避免了断路器故障的发生。智能断路器适用于发电、变电和用电企业的3-35KV电力系统，可替代所有的真空断路器、油断路器等产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有断路器只有在故障发生后才被人所知的不足，提供了一种智能化程度高、结构简单、操作维护方便、造价低、运行可靠，应用范围广的智能断路器。解决其技术问题所采用的技术方案是一种智能断路器，其特征在于它包括温度检测元件、电流互感器、真空度检测元件、真空灭弧室触头磨损检测元件、断路器超行程检测元件和动触头插入深度检测元件通过光缆与智能控制装置连接，所述的温度检测元件设置在六个动触头接触部位的表面上，所述的三个电流互感器串联在断路器下触臂上，所述的真空度检测元件设置在三个真空灭弧室陶瓷臂上，所述的真空灭弧室触头磨损检测元件和断路器超行程检测元件均设置在绝缘拉杆下侧的壳体上，所述的动触头插入深度检测元件设置在断路器框架上，所述的智能控制装置设置在断路器面板上。所述的智能控制装置包括将电流互感器la、lb、Ic，动触头的A相上、下触头Tal、 Ta2、B相上、下触头TbU Tb2、C相上、下触头TcU Tc2和A、B、C相各自的真空度及16路模拟量信号送入与其连接的多路模拟量采集与调理电路的输入端，所述多路模拟量采集与调理电路的功能是，分别采用型号TR1102-1C检测用电压输出型电压变换器和检测用型号TR0102-1C电压输出型电流变换器测量电压电流信号，并经过整流、滤波、运算放大调理的标准信号送入相连接的型号LPC2157单片机，型号LPC2157单片机功能是模拟量采集、数据预处理、温度采集、液晶显示、参数配置、通信及命令处理；型号LPC2157单片机通过与其相连接的两个型号TLP52光耦分别与型号MAX232驱动芯片芯片、型号RS485总线连接，型号RS485总线与上传的远程监控系统连接；将断路器运行位置、断路器试验位置、断路器合闸状态、断路器分闸状态、断路器合闸信号、断路器分闸信号、断路器A相超行程、断路器B 相超行程、断路器C相超行程、断路器触头插入深度、真空灭弧室A相磨损、真空灭弧室B 相磨损、真空灭弧室C相磨损、机械寿命、48路开关量信号通过固态继电器或光缆送入型号EPMM0T100开关控制芯片，型号EPMM0T100开关控制芯片的M路开关量输出信号通过开关量输出驱动电路控制断路器后退继电器、断路器前进继电器、断路器合闸线圈、分闸线圈、试验位置指示、运行位置指示、过渡告警、超温告警、真空度告警、超行程告警、触头插入深度告警、防跳告警、断线告警、超时告警、触头磨损告警和寿命告警进行指示报警，型号 EPM240T100开关控制芯片通过型号6N137高速光耦与型号LPC2157单片机连接，完成状态量的监测和逻辑功能的实现。本发明的智能断路器与现有技术相比，由于采用的温度检测元件、电流互感器、真空度检测元件、真空灭弧室触头磨损检测元件、断路器超行程检测元和动触头插入深度检测元件均为无触点元件与智能控制装置相配合，既避免了因断路器在运行中由于参数变化所引起的各种故障的发生，又避免了由于断路器故障给供电系统造成停电和因为停电所造成重大生产和设备事故的发生。本产品具有智能化程度高，结构简单，操作、维护方便，造价低，运行可靠等优点，广泛适用于发电、变电和用电企业的3-35KV电力系统，并可替代所有真空断路器、油断路器等。
图1为本发明智能断路器的结构主视示意图； 图2为图1的右视示意图3为智能控制装置7的模拟量信号41框图； 图4为智能控制装置7的开关量信号42框图； 图5为图3中智能控制装置7的电路原理框图； 图6为指示告警44框图7为智能控制装置7多路模拟量采集与调理电路11原理图； 图8为智能控制装置7的型号LPC2157单片机40结构示意图。图中；1温度检测元件，2电流互感器，3真空度检测元件，4真空灭弧室触头磨损检测元件，5断路器超行程检测元件，6动触头插入深度检测元件，7智能控制装置，8断路器面板，9断路器框架，10远程监控系统，11多路模拟量采集与调理电路，12固态继电器或光缆， 13开关量输出驱动电路，14断路器后退继电器，15断路器前进继电器，16断路器合闸线圈， 17分闸线圈，18试验位置指示，19运行位置指示，20过渡告警，21超温告警，22真空度告警，23超行程告警，24触头插入深度告警，25防跳告警，26断线告警，27超时告警，28触头磨损告警，29寿命告警，31断路器下触臂，32真空灭弧室陶瓷臂，33壳体，40型号LPC2157 单片机，41模拟量信号，42开关量信号，44指示告警。
具体实施例方式参照图1和图2，本发明的智能断路器包括温度检测元件1、电流互感器2、真空度检测元件3、真空灭弧室触头磨损检测元件4、断路器超行程检测元件5和动触头插入深度检测元件6通过光缆与智能控制装置7连接，所述的温度检测元件1设置在六个动触头接触部位的表面上，亦是动触头的A相上、下触头Tal、Ta2、B相上、下触头Tb 1、Tb2、C相上、 下触头Tcl、Tc2 ；所述的三个电流互感器2串联在断路器下触臂31上，亦是电流互感器la、 lb、Ic ；所述的真空度检测元件3设置在三个真空灭弧室陶瓷臂32上，亦是A、B、C三相真空灭弧室陶瓷臂32上；所述的真空灭弧室触头磨损检测元件4和断路器超行程检测元件5 均设置在绝缘拉杆下侧的壳体33上，所述的动触头插入深度检测元件6设置在断路器框架 9上，所述的智能控制装置7设置在断路器面板8上。参照图3-图8，所述的智能控制装置7包括将电流互感器la、lb, Ic，动触头的A 相上、下触头Tal、Ta2、B相上、下触头Tbl、Tb2、C相上、下触头TcU Tc2和A、B、C相各自的真空度及16路模拟量信号41送入与其连接的多路模拟量采集与调理电路11的输入端， 所述多路模拟量采集与调理电路11的功能是，分别采用型号TR1102-1C检测用电压输出型电压变换器和检测用型号TR0102-1C电压输出型电流变换器测量电压电流信号，并经过整流、滤波、运算放大调理的标准信号送入相连接的型号LPC2157单片机自带的16路AD转换器中，型号LPC2157单片机完成模拟量采集、数据预处理、温度采集、液晶显示、参数配置、 通信及命令处理；型号LPC2157单片机通过与其相连接的两个型号TLP52光耦分别与型号 MAX232驱动芯片芯片、型号RS485总线连接，型号RS485总线与上传的远程监控系统10连接；将断路器运行位置、断路器试验位置、断路器合闸状态、断路器分闸状态、断路器合闸信号、断路器分闸信号、断路器A相超行程、断路器B相超行程、断路器C相超行程、断路器触头插入深度、真空灭弧室A相磨损、真空灭弧室B相磨损、真空灭弧室C相磨损、机械寿命、 48路开关量信号42通过固态继电器或光缆12与型号EPMM0T100开关控制芯片连接，型号 EPM240T100开关控制芯片的M路开关量输出信号通过开关量输出驱动电路13控制断路器后退继电器14、断路器前进继电器15、断路器合闸线圈16、分闸线圈17和指示报警44， 指示报警44包括试验位置指示18、运行位置指示19、过渡告警20、超温告警21、真空度告警22、超行程告警23、触头插入深度告警24、防跳告警25、断线告警沈、超时告警27、触头磨损告警28和寿命告警四，型号EPMM0T100开关控制芯片通过型号6N137高速光耦与型号LPC2157单片机40连接，完成状态量的监测和逻辑功能的实现。所述的智能控制装置7包括型号LPC2157单片机40作为核心部件，型号LPC2157 单片机的功能包括控制命令、监测断路器电力参数、温度采集、保护控制算法的实现、检测开关量的状态、开关量的输出控制及与远程监控系统10的通信等。为保证控制单元可靠性和反应速度，本具体实施方式
采用了 CPLD+ARM的系统结构。采用型号LPC2157单片机能够充分利用该CPU强大的外设功能及嵌入式操作系统的优点，型号LPC2157单片机主要完成模拟量采集、数据预处理、温度采集、液晶显示、参数配置、通信及命令处理；同时为了状态的快速检测和输出执行信号的可靠性，由CPLD型号EPMM0T100开关控制芯片完成状态量的监测和逻辑功能的实现，与ARM的通信、状态信号的输出以及外部高电压电路的控制。智能控制装置7的所述多路模拟量采集与调理电路11、M0DBUS总线通信驱动、IXD驱动、以及CPLD内部电路为本领域技术人员所熟悉的电路。48路开关量的采集采用CPLD来实现。由于开关量经常出现抖动问题，因此48路开关量信号通过各自的调理电路与型号EPM240T100 开关控制芯片连接，在调理电路中采用电容滤除输入信号中的尖峰电压，主要针对高频干扰，并采用稳压二极管用来进一步滤除干扰信号，主要针对低频干扰。为了防止外部信号影响内部电路的工作，采用高速光耦6W37对LPC2157及物理总线进行隔离。RS232的驱动芯片选用美信公司型号MAX232驱动芯片，而RS485的驱动芯片采用SNLBC184，同时为了防止干扰信号的进入，设计中采用光耦TLP521对型号LPC2157单片机和RS232及RS485总线驱动芯片之间进行隔离。本发明的智能断路器的温度检测元件1、电流互感器2、真空度检测元件3、真空灭弧室触头磨损检测元件4、断路器超行程检测元件5和动触头插入深度检测元件6所检测出来的信号通过光缆传输给智能控制装置7，由智能控制装置7比较分析后，分别发出告警信号和跳闸信号。智能控制装置7在发出告警信号和跳闸信号的同时，也将此信号通过RS485 通讯接口上传至远程监控系统10，即总监控室监控系统，从而达到了断路器在运行过程中自动保护和自行诊断的作用。本发明的智能断路器所采用的元、器件易得，温度检测元件1、电流互感器2、真空度检测元件3、真空灭弧室触头磨损检测元件4、断路器超行程检测元件5、动触头插入深度检测元件6均为市售产品。其中智能控制装置7的元、器件也均为市售产品。本发明的智能断路器在使用时，温度检测元件1、电流互感器2、真空度检测元件 3、真空灭弧室触头磨损检测元件4、断路器超行程检测元件5和动触头插入深度检测元件 6通过光缆与智能控制装置7连接，智能控制装置7与远程监控系统10连接。正常工作时智能控制装置7只显示断路器各项运行参数，如电流、温度、真空度等，当参数大于设定值时，智能控制装置将发出告警和跳闸信号，并将故障信号进行存储，用户可随时调取，当故障消除后可在控制面板或总监控室进行复位。复位后装置将恢复正常。本发明的智能断路器具有快速性加可靠性的效果，使断路器内各项参数均处于监控状态，无论是断路器触头温度还是真空灭弧室内的真空度，以及真空灭弧室内触头磨损程度等所有参数均处于监控之中，只要各项参数变化超过设定值，装置本身便通过语音、 灯光方式通知操作人员，从而避免了只有在断路器发生故障后在维修或更换现象，大大延长了断路器的使用寿命，杜绝了因断路器内部故障的发生给用户所造成的具大的经济损失。本发明的智能断路器能够提前预测可能要发生的故障，并在故障发生前以语音和灯光的形式通知用户提早进行维护和修理，如果用户不进行处理，当参数达到设定值时，智能控制装置自行将断路器退出运行。从而避免了重大事故的发生。本发明的智能断路器的保护特性由物理特性所决定，不存在机械拒动作，可靠性
尚ο
权利要求
1.一种智能断路器，其特征在于它包括温度检测元件、电流互感器、真空度检测元件、真空灭弧室触头磨损检测元件、断路器超行程检测元件和动触头插入深度检测元件通过光缆与智能控制装置连接，所述的温度检测元件设置在六个动触头接触部位的表面上， 所述的三个电流互感器串联在断路器下触臂上，所述的真空度检测元件设置在三个真空灭弧室陶瓷臂上，所述的真空灭弧室触头磨损检测元件和断路器超行程检测元件均设置在绝缘拉杆下侧的壳体上，所述的动触头插入深度检测元件设置在断路器框架上，所述的智能控制装置设置在断路器面板上。
2.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于所述的智能控制装置包括将电流互感器(la、lb、Ic)，动触头的A相上、下触头(Tal、Ta2)、B相上、下触头(Tbl、Tb2), C 相上、下触头(Tel、Tc2)和A、B、C相各自的真空度及16路模拟量信号送入与其连接的多路模拟量采集与调理电路的输入端，所述多路模拟量采集与调理电路的功能是，分别采用型号TR1102-1C检测用电压输出型电压变换器和检测用型号TR0102-1C电压输出型电流变换器测量电压电流信号，并经过整流、滤波、运算放大调理的标准信号送入相连接的型号 LPC2157单片机，型号LPC2157单片机功能是模拟量采集、数据预处理、温度采集、液晶显示、参数配置、通信及命令处理；型号LPC2157单片机通过与其相连接的两个型号TLP52光耦分别与型号MAX232驱动芯片芯片、型号RS485总线连接，型号RS485总线与上传的远程监控系统连接；将断路器运行位置、断路器试验位置、断路器合闸状态、断路器分闸状态、断路器合闸信号、断路器分闸信号、断路器A相超行程、断路器B相超行程、断路器C相超行程、断路器触头插入深度、真空灭弧室A相磨损、真空灭弧室B相磨损、真空灭弧室C相磨损、机械寿命、48路开关量信号通过固态继电器或光缆送入型号EPMM0T100开关控制芯片，型号EPMM0T100开关控制芯片的M路开关量输出信号通过开关量输出驱动电路控制断路器后退继电器、断路器前进继电器、断路器合闸线圈、分闸线圈、试验位置指示、运行位置指示、过渡告警、超温告警、真空度告警、超行程告警、触头插入深度告警、防跳告警、断线告警、超时告警、触头磨损告警和寿命告警进行指示报警，型号EPMM0T100开关控制芯片通过型号6N137高速光耦与型号LPC2157单片机连接，完成状态量的监测和逻辑功能的实现。
全文摘要
一种智能断路器，其特点是包括温度检测元件、电流互感器、真空度检测元件、真空灭弧室触头磨损检测元件、断路器超行程检测元件和动触头插入深度检测元件通过光缆与智能控制装置连接，温度检测元件设置在六个动触头接触部位的表面上，三个电流互感器串联在断路器下触臂上，真空度检测元件设置在三个真空灭弧室陶瓷臂上，真空灭弧室触头磨损检测元件和断路器超行程检测元件均设置在绝缘拉杆下侧的壳体上，动触头插入深度检测元件设置在断路器框架上，智能控制装置设置在断路器面板上。具有智能化程度高，结构简单，操作、维护方便，造价低，运行可靠等优点，广泛适用于发电、变电和用电企业的3-35KV电力系统，并可替代所有真空断路器、油断路器等。
文档编号H01H71/00GK102522269SQ20111044304
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者董殿峥 申请人:日新恒通电气有限公司