一种自适应控制断路器动作的装置的制作方法

本实用新型涉及电力配电网自动化装置，特别是一种自适应控制断路器动作的装置。

背景技术：

目前的智能断路器控制器通过控制电容放电时间来实现断路器的分合闸功能，其中电容的放电时间通常是根据以往断路器使用经验而固定的30ms—90ms，放电电流对电磁体产生的磁力足以使开关动作，但是传统的断路器本体的永磁机构以及工艺存在很大程度的偏差致使部分断路器需要拉力过大，传统控制器使用固定放电时间来进行分合动作时候容易失败，这是断路器开关的机械性能决定的。如果将放电时间固定在30ms，那么本体由于需要拉力超出30ms释放的能量而导致动作失败，如果将放电时间固定到90ms,本体会由于力度过大产生反弹也会导致动作失败，这将严重影响配电网的安全运行。因此，其改进和创新势在必行。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种自适应控制断路器动作的装置，可有效解决自适应控制断路器分合闸的问题。

本实用新型解决的技术方案是，一种自适应控制断路器动作的装置，包括：

主控单元：用于读取电压电流采集模块上传的电压电流值，并且根据这些电参量以及面板设置量来判断断路器是否进行动作；

电压电流采集模块：用于交流电压电流的采集，并将采集到的模拟量传输到主控芯片进行处理，实时显示到OLED面板显示模块；

状态量输入输出模块：采集断路器的工作状态并发送到主控单元；

IGBT驱动模块：主控单元发送控制信号到IGBT驱动模块，实现对多个IGBT通断的控制，从而达到断路器分合闸的目的，另外一方面该IGBT驱动模块也将电容当前的电压值返回给主控单元，当断路器需要动作时主控单元将电容当前电压作为一个判断标准；

电源模块：用于为整机提供电源；

OLED显示模块：用于与主控单元之间相互通信，实时显示线路电压电流信息，能够对各控制参数进行修改，显示当前装置所处的状态与线路的故障信息，并根据用户需求调整控制参数与控制逻辑；

主控单元分别与电压电流采集模块、状态量输入输出模块、IGBT驱动模块、电源模块和OLED显示模块相连，IGBT驱动模块与断路器相连。

一种基于自适应控制断路器动作的装置的控制断路器合闸方法，包括以下步骤：

(1)电压电流采集模块将采集到的电压电流数据上传给主控单元；

(2)主控单元根据OLED显示模块上设置的电压电流阈值，对电压电流采集模块上传的电压电流数据与检测的断路器开关状态量结合分析，判定是否进入合闸流程；

(3)进入合闸流程，电容放电30ms；

(4)检测断路器开关的状态是否为合闸状态；

(5)若仍为分闸状态则5ms后再次检测，若仍为分闸状态则重复检测过程，延时时间大于90ms时合闸失败；

(6)若开始时电容放电30ms后检测开关位为合闸状态，则延时3ms再次检测开关状态是否为合闸状态，若仍为合闸状态则合闸成功，若为分闸状态则进入步骤(4)。

一种基于自适应控制断路器动作的装置的控制断路器分闸方法，包括以下步骤：

(1)电压电流采集模块将采集到的电压电流数据上传给主控单元；

(2)主控单元根据OLED显示模块上设置的电压电流阈值，对电压电流采集模块上传的电压电流数据与检测的断路器开关状态量结合分析，判定是否进入分闸流程；

(3)进入分闸流程，电容放电30ms；

(4)检测断路器开关的状态是否为分闸状态；

(5)若仍为分闸状态则5ms后再次检测，若仍为分闸状态则重复检测过程，延时时间大于90ms时分闸失败；

(6)若开始时电容放电30ms后检测开关位为分闸状态，则延时3ms再次检测开关状态是否为分闸状态，若仍为分闸状态则分闸成功，若为分闸状态则进入步骤(4)。

本实用新型结构新颖独特，简单合理，能够灵活调节并提供维持分合闸的拉力，大大的简化和降低断路器的使用成本并提高控制器装置的智能化水平，能够适用市面上90％以上的断路器使用，安全可靠，使用方便，效果好，有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的结构框式示意图。

图2为本实用新型主控单元的电路原理图。

图3为本实用新型电压电流采集模块的电路原理图。

图4为本实用新型远方/就地状态电路、分合闸状态输入电路和复归电路的电路原理图。

图5为本实用新型手动分闸电路、手动合闸电路和遥信信号电路的电路原理图。

图6为本实用新型激活电路的电路原理图。

图7为本实用新型OLED显示模块的电路原理图。

图8为本实用新型IGBT驱动模块的电路原理图。

图9为本实用新型断路器合闸的逻辑流程图。

图10为本实用新型断路器分闸的逻辑流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-10给出，本实用新型包括：

主控单元：用于读取电压电流采集模块上传的电压电流值，并且根据这些电参量以及面板设置量来判断断路器是否进行动作；

电压电流采集模块：用于交流电压电流的采集，并将采集到的模拟量传输到主控芯片进行处理，实时显示到OLED面板显示模块；

状态量输入输出模块：采集断路器的工作状态并发送到主控单元；

IGBT驱动模块：主控单元发送控制信号到IGBT驱动模块，实现对多个IGBT通断的控制，从而达到断路器分合闸的目的，另外一方面该IGBT驱动模块也将电容当前的电压值返回给主控单元，当断路器需要动作时主控单元将电容当前电压作为一个判断标准；

电源模块：用于为整机提供电源；

OLED显示模块：用于与主控单元之间相互通信，实时显示线路电压电流信息，能够对各控制参数进行修改，显示当前装置所处的状态与线路的故障信息，并根据用户需求调整控制参数与控制逻辑；

主控单元分别与电压电流采集模块、状态量输入输出模块、IGBT驱动模块、电源模块和OLED显示模块相连，IGBT驱动模块与断路器相连。

合闸时，包括以下步骤：

(1)电压电流采集模块将采集到的电压电流数据上传给主控单元；

(2)主控单元根据OLED显示模块上设置的电压电流阈值，对电压电流采集模块上传的电压电流数据与检测的断路器开关状态量结合分析，判定是否进入合闸流程；

(3)进入合闸流程，电容放电30ms；

(4)检测断路器开关的状态是否为合闸状态；

(5)若仍为分闸状态则5ms后再次检测，若仍为分闸状态则重复检测过程，延时时间大于90ms时合闸失败；

(6)若开始时电容放电30ms后检测开关位为合闸状态，则延时3ms再次检测开关状态是否为合闸状态，若仍为合闸状态则合闸成功，若为分闸状态则进入步骤(4)。

分闸时，包括以下步骤：

(1)电压电流采集模块将采集到的电压电流数据上传给主控单元；

(2)主控单元根据OLED显示模块上设置的电压电流阈值，对电压电流采集模块上传的电压电流数据与检测的断路器开关状态量结合分析，判定是否进入分闸流程；

(3)进入分闸流程，电容放电30ms；

(4)检测断路器开关的状态是否为分闸状态；

(5)若仍为分闸状态则5ms后再次检测，若仍为分闸状态则重复检测过程，延时时间大于90ms时分闸失败；

(6)若开始时电容放电30ms后检测开关位为分闸状态，则延时3ms再次检测开关状态是否为分闸状态，若仍为分闸状态则分闸成功，若为分闸状态则进入步骤(4)。

为保证使用效果，所述的主控单元包括芯片U1A和芯片U1B；

所述的芯片U1A和芯片U1B的型号均为SZ_STM32F407；

所述的电压电流采集模块包括芯片U26、变压器T5和变压器T2，芯片U26的4脚接芯片U1B的45B脚，7脚分别接电容C75的一端和电阻R87的一端，电容C75的另一端与电容C77的一端相连，电容C75与电容C77的共端接地，电容C77的另一端分别接电阻R91的一端和芯片U26的8脚，电阻R87的另一端分别接电容C74的一端和电阻R86的一端，电容C74的另一端与电容C76的一端相连，共端接地，电容C76的另一端分别接电阻R90的一端和电阻R91的另一端，电阻R86的另一端分别接电阻R88的一端和磁珠L8的一端，电阻R88的另一端与电阻R89的一端相连，共端接地，电阻R89的另一端分别接电阻R90的另一端和磁珠L9的一端，磁珠L8的另一端与变压器T5的2脚相连，磁珠L9的另一端与变压器T5的4脚相连，变压器T5的1脚为电流输入端，3脚为电流输出端，1脚和3脚之间装有瞬态抑制二极管D25；

芯片U26的18脚分别接电容C54的一端和电阻R73的一端，电容C54的另一端接地，电阻R73的另一端分别接变压器T2的4脚和电阻R72的一端，电阻R72的另一端分别接变压器T2的2脚和电阻R71的一端，电阻R71的另一端分别接电容C50的一端和芯片U26的23脚，电容C50的另一端接地，变压器T2的1脚分别接瞬态抑制二极管D22的一端和电阻RA2的一端，瞬态抑制二极管D22的另一端与变压器T2的3脚相连，电阻RA2的另一端装有与其串联的电阻RA1；

芯片U26的29脚接芯片U1B的27B脚，32脚接芯片U1B的28B脚，35脚接芯片U1B的30B脚，36脚接芯片U1B的49B脚，39脚接芯片U1B的50B脚；37脚接芯片U1B的48B脚，38脚接芯片U1B的47B脚；

所述的芯片U26的型号为ADE7878CPZ；

所述的状态量输入输出模块包括结构相同的远方/就地状态电路、复归电路和分合闸状态输入电路、手动分闸电路、手动合闸电路、复归电路、激活电路和遥信信号电路；

其中，远方/就地状态电路、分合闸状态输入电路和复归电路结构相同，均包括光电耦合器U10，光电耦合器U10输入端的一个引脚分别接电阻R35的一端、电容C93的一端、电容C94的一端、光电耦合器U10输入端的另一个引脚和电源模块的输出端，电容C93的另一端与电容C94的另一端相连，共端接地，电阻R35的另一端分别接电阻R36的一端和瞬态抑制二极管D7的一端，电阻R36的另一端分别接电感L24的一端和压敏电阻RT5的一端，压敏电阻RT5的另一端与瞬态抑制二极管D7的另一端相连，共端接地，电感L24的另一端作为远方/就地状态电路、分合闸状态输入电路和复归电路的输入端，

对于远方/就地状态电路和复归电路，电感L24的另一端均与面板按键相连；

对于分合闸状态输入电路，电感L24的另一端与断路器本体的辅助节点相连；

光电耦合器U10输出端的一个引脚与分别接电阻R33的一端和电阻R34的一端，电阻R33的另一端与电源模块相连，光电耦合器U10输出端的另一个引脚与电容C18的一端相连，共端接地，电容C18的另一端与电阻R34的另一端相连，共端作为远方/就地状态电路、分合闸状态输入电路和复归电路的输出端，

对于远方/就地状态电路，电容C18与电阻R34的共端接芯片U1A的19A脚；

对于分合闸状态输入电路，电容C18与电阻R34的共端接芯片U1A的22A脚；

对于复归电路，电容C18与电阻R34的共端接芯片U1B的22B脚；

所述的手动分闸电路、手动合闸电路和遥信信号电路结构相同，均包括电阻R50、电容C31、电感L28和瞬态抑制二极管D29，电阻R50的一端与电源模块的输出端相连，电阻R50的另一端分别接电容C31的一端、瞬态抑制二极管D29的一端和电感L28的一端，电容C31的另一端与瞬态抑制二极管D29的另一端相连，共端接地，电感L28的另一端作为手动分闸电路、手动合闸电路和遥信信号电路的输入端，均与面板按键相连；

电阻R50、电容C31、电感L28和瞬态抑制二极管D29的共端作为手动分闸电路、手动合闸电路和遥信信号电路的输出端，

对于手动分闸电路，该共端接芯片U1B的15B脚；

对于手动合闸电路，该共端接芯片U1B的16B脚；

对于遥信信号电路，该共端分别接芯片U1A的39A脚、40A脚、47A脚和48A脚；

所述的激活电路包括光电耦合器U16，光电耦合器U16输入端的一个引脚分别接电源模块的输出端和电阻R12的一端，电阻R12的另一端分别接电阻R20的一端、光电耦合器U16输入端的另一个引脚、瞬态抑制二极管D4的一端，电阻R20的另一端经电感L27与电容C92的一端相连，电容C92的另一端与瞬态抑制二极管D4的另一端相连，共端接地，电容C92与电感L27的共端作为输入端，接芯片U1A的18A脚，光电耦合器U16输出端的一个引脚分别接电阻R2的一端、压敏电阻RT8的一端、二极管D33的正极，电阻R2的另一端与二极管D33的负极相连，共端与电源模块的输出端相连，光电耦合器U16输出端的另一个引脚与压敏电阻RT8的另一端相连，共端接地，光电耦合器U16、电阻R2、压敏电阻RT8和二极管D33的共端作为输出端，与面板按键相连；

所述的光电耦合器的型号均为TLP521；

所述的OLED显示模块包括芯片U2，芯片U2的1脚经电阻R31分别与电源模块的输出端和电子R32的一端相连，电阻R32的另一端分别接芯片U2的32脚、48脚、64脚、19脚和13脚，芯片U2的5脚分别接电容C5的一端和晶振Y1的一端，晶振Y1的另一端分别接芯片U2的6脚和电容C6的一端，电容C6的另一端与电容C5的另一端相连，共端接地，芯片U2的60脚经电阻R29接地，芯片U2的7脚分别接电阻R30的一端和电容C7的一端，电容C7的另一端接地，电阻R30的另一端与电源模块的输出端相连，芯片U2的28脚经电阻R28接地，8脚接芯片U1A的20A脚，9脚接芯片U1A的19A脚，11脚接芯片U1A的24A脚，37脚接芯片U1B的46B脚，38脚接芯片U1B的36B脚，3脚分别接电容C8的一端和晶振Y2的一端，晶振Y2的另一端分别接芯片U2的4脚和电容C9的一端，电容C8的另一端与电容C9的另一端相连，共端接地，芯片U2的31脚与47脚、63脚、18脚、12脚相连，共端接地。

所述的芯片U2的型号为STM32F103RBT6；

所述的IGBT驱动模块包括IGBT管V1、V2、V3、V4，IGBT管V1的集电极分别接电容C的正极和IGBT管V3的集电极，IGBT管V1的门级分别接电阻RW1的一端、芯片U1B的12B脚、13B脚、电阻RW4的一端和IGBT管V4的门极，电阻RW1的另一端分别接IGBT管V1的发射极、IGBT管V2的集电极和断路器线圈的正极，IGBT管V2的门极分别接电阻RW2的一端、芯片U1B的11B脚、U1B的14B脚、电阻RW3的一端和IGBT管V3的门极，电阻RW2的另一端分别接电容C的负极、IGBT管V4的发射极和电阻RW4的另一端，IGBT管V4的集电极分别接电阻RW3的另一端、IGBT管V3的发射极和断路器线圈的负极。

如图1所示，为本实用新型结构框式示意图，其包括主控单元、电压电流采集模块、状态量输入输出模块、OLED显示模块、IGBT驱动模块、电源模块，其中，IGBT驱动及电源模块与主控单元相连接，对永磁机构的驱动操作，实际上是对永磁机构的线圈进行正反向控制，使其产生方向可控的磁场，与永磁铁芯相互作用，形成双稳态互锁，永磁体衔铁带动真控开关实现分合闸控制，因此IGBT驱动模块是控制电路的输出，能够直接控制断路器本体的分合闸操作。

如图2所示，所述的主控单元通过主控芯片引脚与各个模块相连控制整个装置的功能。

如图3所示，所述的电压电流采集模块，通过电流互感器实现电流采样，通过电压互感器和分压电阻网络实现电压采样后，采用芯片U26专用电量处理芯片对采集的信号进行计算，得到电压，电流值并计算相关的功率，频率及相位。通过硬件及数字滤波得到稳定可靠的数据。芯片通过SPI总线与主控芯片相连。专用芯片每125us中断一次，计算一次数据。通过SPI上传到主控芯片。主控单元通过对采集上传的数据进行分析，根据采集的电流值判定是否进入分合闸流程。其中芯片U26的37脚、38脚为SPI的数据输出口和输入口，36脚为SPI的时钟输入端口，29脚、32脚为芯片U26的中断输出口，35脚为校准脉冲输出口，均连接到相应的主控芯片引脚上。

如图4所示，所述的状态量输入输出模块直接与主控单元相连接，用来检测断路器的输入量，作为是否进行分合闸的判定条件。其中远方/就地状态电路、分合闸状态输入电路和复归电路结构相同，手动分闸电路、手动合闸电路和遥信信号电路结构相同。分合闸状态输入电路引入端接外部断路器本体的辅助节点，用来接收反馈回来的断路器本体开关状态量，作为确定是否进入预想分闸或者合闸状态的依据，输入端接主控芯片的PC13引脚；远方/就地状态电路由面板显示模块按钮确定其状态，远方状态下面板显示模块禁止操作，就地状态下面板显示模块允许操作，输入端接主控芯片的PC2引脚；手动分闸电路输入端接主控芯片的PF10引脚；手动合闸电路输入端接主控芯片的PG15引脚；激活电路输入端接主控芯片的PF9引脚，用来激活主控单元；手动分闸电路、手动合闸电路、复归电路、激活电路的输入皆由面板按键控制。遥信信号电路与主控芯片的PB1、PB0、PG6、PG8引脚相连，其中遥信信号由遥控器按键发出，用于遥控器控制分合闸。

如图5所示，所述的IGBT驱动模块的IGBT管V1、V2、V3、V4构成H桥，控制信号G1_NI、G2_NI、G3_NI、G4_NI分别连接到主控芯片的PB8、PB9、PB6、PB7引脚，当IGBT管V1、V4导通，IGBT管V2、V3截止时，电流流经IGBT管V1至永磁线圈左端，并由右端出，此时永磁线圈磁场方向假定为左N右S，与永磁铁芯相互作用力，衔铁左移而分闸；当IGBT管V2、V3导通，IGBT管V1、V4截止时，电流经V3至永磁线圈右端，并由左端出，然后流经IGBT管V2，此时永磁线圈磁场方向假定为左S右N，与永磁铁芯相互作用力，衔铁右移而合闸。

如图6所示，所述的OLED显示模块包括芯片U2、LCD显示屏。芯片U2负责与主控单元进行通信并根据通信内容控制LCD显示、LED灯亮灭。其中LED1—LED13分别为保护动作、重合闸、后加速、复归、合闸、分闸、工作、通信、电池欠压、未储能灯，这样能够直观的显示控制器的运行状态。M_RXD与M_TXD为面板与主控板通信的接收与发送串口，分别与中控芯片的PC12及PD2引脚相连。

由上述情况可以清楚的看出，本实用新型结构新颖独特，简单合理，能够灵活调节并提供维持分合闸的拉力，大大的简化和降低断路器的使用成本并提高控制器装置的智能化水平，能够适用市面上90％以上的断路器使用，安全可靠，使用方便，效果好，有良好的社会和经济效益。