专利名称：一种选相开关控制器的制作方法
技术领域：
一种选相开关控制器
技术领域：
本实用新型涉及真空开关控制器技术领域，特别涉及一种选相开关控制器。
背景技术：
真空断路器以其优异的性能特点广泛应用于中压配电网的各个领域。但是，真空开关也有其局限，比如容易产生操作过电压。在关合电容器组时，关合瞬间触头两端的电压是随机的，如果这时触头两端的电压不为零，则会产生频率和幅值都很高的涌流，理论上涌流最大可达稳态值的50倍。目前实际中普遍采用的限制涌流和过电压的方法是加装合闸电阻(电感)和避雷器。然而，解决这一问题最根本也是最经济的方法是采用选相操作的方法，即选择合理的电压/电流相位进行分/合闸操作。以并联电容器组的操作为例，当触头两端电压为零时合闸，涌流会大大减轻，理论上涌流峰值只有稳态值的1.6倍。当断路器分闸时，在电流过零熄灭时，如果保证触头间有足够的熄弧间距以承受恢复电压，则重击穿的几率会显著降低。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供 一种选相开关控制器，通过在普通永磁机构真空断路器上配用本控制器，使之成为一台选相开关，选相开关在分、合闸操作过程中有较小的过电压、过电流，减小了设备应力、改善了电网的电能质量、延长了断路器的寿命，改进了断路器的性能、简化电网构造，并降低了供电系统的成本。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:—种选相开关控制器，包括微处理器、电力电子驱动模块、电容充电模块、永磁机构储能电容器组和电流/电压过零点检测模块；微处理器连接电流/电压过零点检测模块和电力电子驱动模块；永磁机构储能电容器组一边连接电容充电模块，另一边通过电力电子驱动模块与机构线圈连接。本实用新型进一步的改进在于:所述电力电子驱动模块包括三组结构相同的分合闸线圈驱动电路，该三组分合闸线圈驱动电路对应连接断路器操动机构的三相机构线圈。本实用新型进一步的改进在于:所述分合闸线圈驱动电路包括构成Y型桥式电路的三只IGBT。本实用新型进一步的改进在于:所述微处理器还连接有检测断路器操动机构位置的开关机构位置检测模块；所述微处理器通过光电隔离器件连接电流/电压过零点检测模块、电力电子驱动模块和开关机构位置检测模块。本实用新型进一步的改进在于:所述微处理器还连接有USB通讯模块，所述USB通讯模块连接上位机。本实用新型进一步的改进在于:所述微处理器的型号为PIC18F4550。与现有技术相比，本实用新型有益效果在于:I)通过测量电网交流电压和电流的自然过零点，驱动永磁机构使真空断路器的每一相分闸或合闸于特定的电流或电压相位，从而减小开关操作对电网造成的冲击。2)开关机构位置检测模块可以使控制器具有检测机构各相分合闸时间的功能，使配用本控制器的选相开关实现自适应控制。
图1是本实用新型的结构框图；图2是可以有效抑制互感电流的Y型桥式线圈驱动电路图；图3是同步断路器分闸操作动作时序图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述:请参阅图1所示，本实用新型一种选相开关控制器，包括微处理器(MCU)、电力电子驱动模块、电容充电模块、永磁机构储能电容器组、电流/电压过零点检测模块、开关机构位置检测模块和USB通讯模块。本实用新型以微处理器(型号为 PIC18F4550)为核心，通过光电隔离器件与电力电子驱动模块、电流/电压过零点检测模块以及开关机构位置检测模块相连。永磁机构储能电容器组一边连接电容充电模块，另一边通过电力电子驱动模块与机构线圈连接，电力电子驱动模块包括三组完全相同的分合闸线圈驱动电路，每组连接对应相的机构线圈，控制对应一相机构的合分操作。系统电压/电流经电压和电流互感器变换后，二次输出为电压100V和电流5A (或1A)，控制器将二次电压/电流再次通过电流/电压过零点检测模块转变为方波信号，方波的上升沿和下降沿则对应交流电压/电流的过零点。电流/电压过零点检测模块通过捕捉这样的上升和下降沿，就可以捕捉电压/电流的过零点。真空断路器的操动机构的位置通过开关机构位置检测模块来测量，反映了三相机构的合/分位置。通过将本实用新型选相开关控制器配制在普通永磁机构真空断路器上，使之成为一台选相开关，通过电流/电压过零点检测模块测量电网交流电压和电流的自然过零点，然后通过微处理器控制电力电子驱动模块，使永磁机构储能电容器组放电，电流通过对应相的机构线圈，驱动对应相的操动结构进行合闸或者分闸。本实用新型驱动永磁机构使真空断路器的每一相分闸或合闸于特定的电流或电压相位，从而减小开关操作对电网造成的冲击。同步断路器可以通过控制机构的分闸时间来控制断路器的燃弧时间，通过选择最有利的燃弧时间来减小开关操作对电网造成的冲击。附图3为同步断路器分闸操作的动作时序。同步断路器在t。。.-时刻接到分闸命令(t__d对应的电流相位是随机的)，此后，同步控制单元开始搜索电流过零点，在搜索到电流零点后(通常是t。。—后的第一个零点)，控制单元会等待一段特定的时间Tw，然后向分闸线圈发出脱扣命令，经过一段固定的时间Topening之后，断路器触头分离，在随后的一个电流过零点，电弧熄灭，完成开断。定义Ttjpming为断路器的固有分闸时间，它是从分闸线圈带电开始到触头分离为止的一段时间，这也是断路器的一个基本技术参数。由图3 可知 tw+topening+tarcing N Tzero ( I )Tz_为交流半波时间。分闸时间T_ning是一个可以预知的量，根据式(1)，我们可以通过控制分闸等待时间tw来控制断路器的燃弧时间，tw由同步控制器在每次操作的间隙根据一定的算法计算出来。同样的道理，也可以通过控制合闸等待时间来控制断路器的合闸相位。特别地，在关合电容器组时，可以控制断路器总是合闸于电压的零点，从而有效降低合闸涌流。由于本实用新型具有开关机构位置检测模块，控制器不仅可以感知开关机构的当前位置(开关合/分闸状态)而且可以测量机构的固有合/分闸时间。开关在投运之初，通过自测量功能测量机构的固有合/分闸时间。在正常运行中，每一次操作后，本实用新型都要对开关机构的固有动作时间(固有合闸时间或固有分闸时间)进行自测量，随后根据最新的测量数据对机构的固有合/分闸时间进行自适应校正。对于采用双线圈结构的永磁机构，在合闸操作时，由于两线圈间存在互感作用，合闸线圈中的电流变化会在分闸线圈中产生感应电势，进而产生感应电流。这样分合闸线圈间将产生相互干扰，严重降低机构效率，甚至造成合闸失败。同理，分闸时也有类似问题。本实用新型通过合理设计的Y型桥式IGBT电路(如图2所示)，从而消除了分/合闸线圈之间的互感电流。电力电子驱动模块包括三组完全相同的分合闸线圈驱动电路，每组连接对应相的机构线圈，控制对应一相机构的合分操作。每组线圈驱动电路由三只IGBT构成Y型桥式电路，这样，线圈驱动回路的续流电路可控。分闸时，上桥的分闸IGBT (Q1、Q3、Q5)和下桥IGBT同时开通，分闸结束时，下桥IGBT首先关断，上桥的分闸IGBT继续导通一会儿，直到续流过程结束。这样，分闸线圈电流在合闸线圈中产生的互感电动势不会产生电流，从而避免了互感电动势产生阻碍作用。合闸过程类似，由上桥的合闸IGBT (Q2、Q4、Q6)和下桥IGBT同时配合完成。微处理器通过USB通讯接口连接上位机，可以和上位机进行通讯。这样，开关的机械特性参数可以方便地通过上位机输入，另外，还可以通过USB接口读入选相控制器内存储的机械特性参数。本实用新型具有开关机构位置检测模块。这样，通过上位机向控制器直接输入自测量命令，这时，控制器控制开关自动进行若干次的合分操作，同时测量每次操作的固有操作时间，最后将这些测量数据取平均值后得到每一相的固有分、合闸时间，然后存入其非易失性存储器中保存。为了检验本实用新型在投切电容器组时降低涌流和减少重击穿概率的有益效果，由本实用新型构成的真空选相断路器在国家电力无功补偿系统试验站(浙江绍兴)进行了电容器组投切试验。以下是试验结果:电容器组投切试验为单相试验，试验以合分操作的方式进行，共做175次随机合分。为避免预击穿影响，预设的合闸目标相位全部在电压过零后0.5ms时。在175次的合闸操作中，断路器均于目标相位附近合闸(零后0.5ms),最小Oms,最大1.4ms。实验波形记录中没有发现有明显的涌 流产生。分闸时，控制器控制断路器在电流过零前某一特定时间分断，从而大大降低重燃几率。使原本普通的灭弧室容性电流开合达到C2级要求。
权利要求1.一种选相开关控制器，其特征在于，包括微处理器、电力电子驱动模块、电容充电模块、永磁机构储能电容器组和电流/电压过零点检测模块；微处理器连接电流/电压过零点检测模块和电力电子驱动模块；永磁机构储能电容器组一边连接电容充电模块，另一边通过电力电子驱动模块与机构线圈连接。
2.根据权利要求1所述的一种选相开关控制器，其特征在于，所述电力电子驱动模块包括三组结构相同的分合闸线圈驱动电路，该三组分合闸线圈驱动电路对应连接断路器操动机构的三相机构线圈。
3.根据权利要求2所述的一种选相开关控制器，其特征在于，所述分合闸线圈驱动电路包括构成Y型桥式电路的三只IGBT。
4.根据权利要求1所述的一种选相开关控制器，其特征在于，所述微处理器还连接有检测断路器操动机构位置的开关机构位置检测模块；所述微处理器通过光电隔离器件连接电流/电压过零点检测模块、电力电子驱动模块和开关机构位置检测模块。
5.根据权利要求1所述的一种选相开关控制器，其特征在于，所述微处理器还连接有USB通讯模块，所述USB通讯模块连接上位机。
6.根据权利要求1所述的一 种选相开关控制器，其特征在于，所述微处理器的型号为PIC18F4550。
专利摘要本实用新型涉及真空开关控制器技术领域，公开了一种选相开关控制器，包括微处理器、电力电子驱动模块、电容充电模块、永磁机构储能电容器组和电流/电压过零点检测模块；微处理器连接电流/电压过零点检测模块和电力电子驱动模块；永磁机构储能电容器组一边连接电容充电模块，另一边通过电力电子驱动模块与机构线圈连接。本实用新型通过测量电网交流电压和电流的自然过零点，驱动永磁机构使真空断路器的每一相分闸或合闸于特定的电流或电压相位，从而减小开关操作对电网造成的冲击。
文档编号H01H33/59GK203085446SQ20122072955
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者牟京卫, 雷颖, 戴冬云 申请人:中国西电电气股份有限公司, 西安高压电器研究院有限责任公司