断路器二次回路的监测电路和装置的制作方法

本发明实施例涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种断路器二次回路的监测电路和装置。

背景技术：

在电力系统中，存在着大量的断路器，断路器是否可靠工作对电力系统的安全运行有着密不可分的联系，因此对断路器二次回路的监测是十分重要的。

目前，断路器的在线监测方法主要是在二次回路中串联电阻和霍尔传感器进行判断二次回路是否完整。但是现有技术中的方法会导致二次回路中的故障节点增多，增加二次回路故障的可能性，同时该方法是对二次回路进行修改，增大成本，导致难以推广。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种断路器二次回路的监测电路和装置，以实现在不破坏二次回路的基础上，提高对二次回路监测的可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了一种断路器二次回路的监测电路，包括：电源模块、电流互感器、电流采集电路、放大电路、控制电路和电压转换电路；

所述电流互感器与所述二次回路的子回路一一对应，一所述电流互感器挂接在所述二次回路的一子回路上，所述电流互感器的电源端与所述电源模块的第一输出端电连接，所述电流互感器的输出端与所述电流采集电路电连接，所述电流采集电路用于采集所述子回路上的电流；所述电压转换电路的第一端与所述电流互感器的输出端电连接，所述电压转换电路的第二端接地，所述电压转换电路用于将所述电流互感器采集到的电流信号转换为电压信号；

所述电流采集电路包括分压电路、第一比较输出电路和第二比较输出电路，所述分压电路的第一电源端与所述电源模块的第二输出端电连接，所述分压电路的第二电源端接地，所述第一比较输出电路的第一输入端与所述分压电路的第一输出端电连接，所述第一比较输出电路的第二输入端与所述电流互感器的输出端电连接，所述第一比较输出电路的输出端与所述放大电路的输入端电连接；所述第二比较输出电路的第一输入端与所述分压电路的第二输出端电连接，所述第二比较输出电路的第二输入端与所述电流互感器的输出端电连接，所述第二比较输出电路的输出端与所述放大电路的输入端电连接；

所述放大电路的输出端与所述控制电路的输入端电连接，所述控制电路用于根据所述子回路上的电流和所述二次回路的动作逻辑确定所述二次回路的状态。

可选地，所述电压转换电路包括转换电阻，所述转换电阻的第一端与所述电流互感器的输出端电连接，所述转换电阻的第二端接地。

可选地，所述电流互感器包括开口电流互感器。

可选地，所述分压电路包括参考电阻、稳压二极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述参考电阻的第一端与所述电源模块的第二输出端电连接，所述参考电阻的第二端通过所述稳压二极管接地；

所述第一电阻的第一端与所述参考电阻的第二端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端接地；

所述第一比较输出电路的第一输入端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第二比较输出电路的第一输入端与所述第二电阻的第二端电连接。

可选地，所述第一比较输出电路包括第一比较器；

所述第一比较器的正向输入端与所述电流互感器的输出端电连接，所述第一比较器的反向输入端与所述分压电路的第一输出端电连接，所述第一比较器的输出端与所述放大电路的输入端电连接。

可选地，所述第一比较输出电路还包括第一三极管、第一发光二极管和第一蜂鸣器；

所述第一三极管的控制端与所述第一比较器的输出端电连接，所述第一三极管的第一极与所述第一发光二极管的阴极电连接，所述第一发光二极管的阳极与所述电源模块的第二输出端电连接，所述第一三极管的第二极接地；

所述第一蜂鸣器与所述第一发光二极管并联。

可选地，所述第二比较输出电路包括第二比较器；

所述第二比较器的反向输入端与所述电流互感器的输出端电连接，所述第二比较器的正向输入端与所述分压电路的第二输出端电连接，所述第二比较器的输出端与所述放大电路的输入端电连接。

可选地，所述第二比较输出电路还包括第二三极管、第二发光二极管和第二蜂鸣器；

所述第二三极管的控制端与所述第二比较器的输出端电连接，所述第二三极管的第一极与所述第二发光二极管的阴极电连接，所述第二发光二极管的阳极与所述电源模块的第二输出端电连接，所述第二三极管的第二极接地；

所述第二蜂鸣器与所述第二发光二极管并联。

可选地，所述放大电路包括第四电阻、电容、第一运算放大器、第五电阻、第六电阻、第二运算放大器，第七电阻和第八电阻；

所述第四电阻的第一端作为所述放大电路的输入端分别与所述第一比较输出电路的输出端和第二比较输出电路的输出端电连接，所述第四电阻的第二端与所述第一运算放大器的正输入端电连接，所述第一运算放大器的负输入端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一运算放大器的输出端通过所述第五电阻与所述第二运算放大器的负输入端电连接；

所述第二运算放大器的正输入端通过所述第六电阻接地，所述第二运算放大器的输出端通过所述第七电阻与所述控制电路的输入端电连接，所述第二运算放大器的负输入端通过所述第八电阻与所述第二运算放大器的输出端电连接；

所述电容的第一端与所述第一运算放大器的正输入端电连接，所述电容的第二端接地。

第二方面，本发明实施例还提供了一种断路器二次回路的监测装置，包括本发明任意实施例所提供的断路器二次回路的监测电路。

本发明实施例提供的断路器二次回路的监测电路通过在断路器二次回路的各个子回路上挂接安装电流互感器，并通过电压转换电路将电流互感器采集到的电流信号转换为电压信号后，由电流采集电路进行采集、比较和输出，放大电路对电流采集电路输出的信号进行放大后输入至控制电路，控制电路根据接收到的信号(对应子回路上的电流信号)和二次回路的动作逻辑确定二次回路是否完整。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案不需要破坏断路器二次回路的原有结构，仅通过在二次回路上挂接电流互感器即可实现通过监测电流的变化情况来确定二次回路是否完整，大大降低了二次回路中故障节点的数量；且该方法简单，有利于推广。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种断路器二次回路的监测电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种断路器二次回路的监测电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种断路器二次回路的监测电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种断路器二次回路的监测电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种放大电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种断路器二次回路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种断路器二次回路的监测电路的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供的断路器二次回路的监测电路包括：电源模块20、电流互感器10、电流采集电路30、放大电路40、控制电路50和电压转换电路60。

电流互感器10与二次回路的子回路一一对应，一电流互感器10挂接在二次回路的一子回路上，电流互感器10的电源端a1与电源模块20的第一输出端b1电连接，电流互感器10的输出端a2与电流采集电路30电连接，电流采集电路30用于采集子回路上的电流。电压转换电路60的第一端m1与电流互感器10的输出端a2电连接，电压转换电路60的第二端m2接地，电压转换电路60用于将电流互感器10采集到的电流信号转换为电压信号。

电流采集电路30包括分压电路301、第一比较输出电路302和第二比较输出电路303，分压电路301的第一电源端d1与电源模块20的第二输出端b2电连接，分压电路301的第二电源端d2接地，第一比较输出电路302的第一输入端e1与分压电路301的第一输出端d3电连接，第一比较输出电路302的第二输入端e2与电流互感器10的输出端a2电连接，第一比较输出电路302的输出端e3与放大电路40的输入端g1电连接；第二比较输出电路303的第一输入端f1与分压电路301的第二输出端d4电连接，第二比较输出电路303的第二输入端f2与电流互感器10的输出端a2电连接，第二比较输出电路303的输出端f3与放大电路40的输入端g1电连接。

放大电路40的输出端g2与控制电路50的输入端h1电连接，控制电路50用于根据子回路上的电流和二次回路的动作逻辑确定二次回路的状态。

具体地，电源模块20为断路器二次回路的监测电路提供电源电压，断路器的二次回路包括合闸回路和跳闸回路，电流互感器10分别设置在二次回路的各个子回路(合闸回路和跳闸回路)中，每一电流互感器10均连接一电流采集电路30，电流采集电路30用于配合电流互感器10采集二次回路中各子回路上的电流。放大电路40用于将电流采集电路30采集到的信号进行放大，以便控制电路50能够识别。通常情况下，电流采集电路30不能直接采集电流互感器10输出的电流信号，需要经过电压转换电路60将电流互感器10输出的电流信号转换为电压信号，以便电流采集电路30能够正常采集信号。

电流采集电路30包括分压电路301、第一比较输出电路302和第二比较输出电路303，第一比较输出电路302和第二比较输出电路303用于根据分压电路301输出的电压与电压转换电路60输出的电压信号进行比较，以确定电流互感器10采集到的电流信号的大小，第一比较输出电路302或第二比较输出电路303输出的信号经放大电路40放大后输入至控制电路50，进而控制电路50根据电流信号的大小和二次回路的动作逻辑确定二次回路的回路状态。控制电路50包括mcu，其中mcu可以为stm32f302cbt6。

示例性地，以位于合闸回路上的电流互感器10为例进行说明。其中，第一比较输出电路302可以为高电流监测输出电路，第二比较输出电路303可以为低电流监测输出电路，电压转换电路60将电流互感器10采集到的合闸回路上的电流信号转换为电压信号，若该电压信号的幅值大于分压电路10的第一输出端d3输出的电压值，则该电压信号的幅值也必然大于分压电路10的第二输出端d4的电压值。因此，第一比较输出电路302输出高电平信号，放大电路40能够接收到该高电平信号；第二比较输出电路303输出低电平信号，第二比较输出电路303不会导通，放大电路无法接收到该低电平信号。因此，放大电路40将第一比较输出电路302输出的高电平信号进行放大后输入至控制电路50，控制电路50确定接收到的信号为对应合闸回路上的大电流信号，根据断路器的动作确定合闸回路是否完整，例如，断路器处于合闸状态，则，控制电路50根据合闸回路存在电流确定合闸回路处于合闸状态，回路完整。若电压转换电路60输出的电压信号的幅值小于分压电路10的第二输出端d4输出的电压值，则该电压信号的幅值也必然小于分压电路10的第一输出端d3的电压值。因此，第一比较输出电路302输出低电平信号，第一比较输出电路302不导通，放大电路40无法接收到该低电平信号；第二比较输出电路303输出高电平信号，第二比较输出电路303导通，放大电路能够接收到该低电平信号。因此，放大电路40将第二比较输出电路303输出的高电平信号进行放大后输入至控制电路50，控制电路50确定接收到的信号为对应合闸回路上的小电流信号，根据断路器的动作确定合闸回路是否完整，例如，断路器处于分闸状态，则，控制电路50根据回路存在电流确定合闸回路处于分闸状态，回路完整。

本发明实施例提供的断路器二次回路的监测电路通过在断路器二次回路的各个子回路上挂接安装电流互感器，并通过电压转换电路将电流互感器采集到的电流信号转换为电压信号后，由电流采集电路进行采集、比较和输出，放大电路对电流采集电路输出的信号进行放大后输入至控制电路，控制电路根据接收到的信号(对应子回路上的电流信号)和二次回路的动作逻辑确定二次回路是否完整。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案不需要破坏断路器二次回路的原有结构，仅通过在二次回路上挂接电流互感器即可实现通过监测电流的变化情况来确定二次回路是否完整，大大降低了二次回路中故障节点的数量；且该方法简单，有利于推广。

图2为本发明实施例提供的另一种断路器二次回路的监测电路的结构示意图，在上述技术方案的基础上，参考图2，电压转换电路60包括转换电阻rz，转换电阻rz的第一端与电流互感器10的输出端a2电连接，转换电阻rz的第二端接地。

在本实施例中，电流互感器10为开口电流互感器，其结构为开合式结构，可以不切断电缆进行安装，有利于减少二次回路中的故障节点。电流互感器10直接挂接安装在断路器二次回路的电缆线上，能够测量出该回路上的电流。但是由于电流采集电路30不能直接采集到电流互感器10输出的电流信号，因此需要通过电压转换电路60将电流信号转换为电压信号。电压转换电路60可以包括转换电阻rz，用于将电流互感器10输出的电流信号转换为电压信号，以便电流采集电路30能够正常采集。

图3为本发明实施例提供的另一种断路器二次回路的监测电路的结构示意图，在上述技术方案的基础上，参考图3，分压电路301包括参考电阻rc、稳压二极管vd、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；参考电阻rc的第一端与电源模块20的第二输出端b2电连接，参考电阻rc的第二端通过稳压二极管vd接地；第一电阻r1的第一端与参考电阻rc的第二端电连接，第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端电连接，第二电阻r2的第二端与第三电阻r3的第一端电连接，第三电阻r3的第二端接地；第一比较输出电路302的第一输入端e1与第一电阻r1的第二端电连接，第二比较输出电路303的第一输入端f1与第二电阻r2的第二端电连接。

具体地，电源模块20的第一输出端b1输出的第一电压vcc1用于为电流互感器10提供电源电压，电源模块20的第二输出端b2输出的第二电压vcc2用于为分压电路301提供电源电压。考虑到电流互感器vcc1输出的电流经转换电阻rz转换为电压后的数值大小，以及结合电源模块20输出的第二电压vcc2的大小，为了更好地满足第一比较输出电路302和第二比较输出电路303的正常工作，需要通过参考电阻rc来设置基准电压，并通过稳压二极管vd对基准电压进行稳压，防止电压出现波动，造成测量误差。例如，第二电压vcc2为5v，则基准电压可以为2.5v。第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3依次串联，对剩余的2.5v电压进行分压。

在本实施例中，第一比较输出电路302包括第一比较器oc1；第一比较器oc1的正向输入端与电流互感器10的输出端a2电连接，第一比较器oc1的反向输入端与分压电路301的第一输出端d3电连接，第一比较器oc1的输出端与放大电路40的输入端g1电连接。

第二比较输出电路303包括第二比较器oc2；第二比较器oc2的反向输入端与电流互感器10的输出端a2电连接，第二比较器oc2的正向输入端与分压电路301的第二输出端d4电连接，第二比较器oc2的输出端与放大电路40的输入端g2电连接。

在本实施例中，假设第一电阻r1的第二端的电压为ov1，第二电阻r2的第二端的电压为ov2，电流互感器10采集到的电流信号经电压转换电路60转换后，其电压为ovc。当电压ovc大于电压ov1时，其也必然大于电压ov2，因此，第一比较器oc1输出高电平信号，第二比较器oc2输出低电平信号，此时输出低电平信号的第二比较器oc2被配置为不输出该低电平信号至放大电路40。放大电路40接收第一比较器oc1输出的高电平信号，该高电平信号经放大电路40放大后输出至控制电路50，控制电路50经过信号分析处理后确定该高电平信号对应大电流，根据断路器的动作确定合闸回路是否完整，例如，断路器处于合闸状态，则，控制电路50根据合闸回路存在电流确定合闸回路处于合闸状态，回路完整。当电压ovc小于电压ov2时，其也必然小于电压ov1，因此，第一比较器oc1输出低电平信号，第二比较器oc2输出高电平信号，此时输出低电平信号的第一比较器oc1被配置为不输出该低电平信号至放大电路40。放大电路40接收第二比较器oc2输出的高电平信号，该高电平信号经放大电路40放大后输出至控制电路50，控制电路50经过信号分析处理后确定该高电平信号对应小电流，根据断路器的动作确定合闸回路是否完整，例如，断路器处于分闸状态，则，控制电路50根据二次回路存在电流确定合闸回路处于分闸状态，回路完整。

当电压ovc大于电压ov2且小于电压oc1时，第一比较器oc1和第二比较器oc2均输出低电平信号，控制电路50无法接受信号从而不能识别出二次回路的完整性，因此通过合理设置参考电阻rz、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3的阻值，能够避免电压ovc的数值介于电压ov2和电压oc1之间，以提高监测电路的有效性和可靠性。

图4为本发明实施例提供的另一种断路器二次回路的监测电路的结构示意图，在上述各技术方案的基础上，参考图4，第一比较输出电路302还包括第一三极管q1、第一发光二极管led1和第一蜂鸣器fm1；第一三极管q1的控制端与第一比较器oc1的输出端电连接，第一三极管q1的第一极与第一发光二极管led1的阴极电连接，第一发光二极管led1的阳极与电源模块20的第二输出端b2电连接，第一三极管q1的第二极接地；第一蜂鸣器fm1与第一发光二极管led1并联。

第二比较输出电路303还包括第二三极管q2、第二发光二极管led2和第二蜂鸣器fm2；第二三极管q2的控制端与第二比较器oc2的输出端电连接，第二三极管q2的第一极与第二发光二极管led2的阴极电连接，第二发光二极管led2的阳极与电源模块20的第二输出端b2电连接，第二三极管q2的第二极接地；第二蜂鸣器fm2与第二发光二极管led2并联。

在本实施例中，可以采用三极管来控制第一比较输出电路302和第二比较输出电路303的导通状态，其中，蜂鸣器和发光二极管用来起到警示作用。当电压ovc大于电压ov1时，其也必然大于电压ov2，因此，第一比较器oc1输出高电平信号，第二比较器oc2输出低电平信号，第一三极管q1导通，第二三极管q2截止，因此，第一发光二极管led1发光，第一蜂鸣器fm1发出声音，放大电路40接收第一比较器oc1输出的高电平信号，该高电平信号经放大电路40放大后输出至控制电路50，控制电路50经过信号分析处理后确定该高电平信号对应大电流，根据断路器的动作确定合闸回路是否完整，例如，断路器处于合闸状态，则，控制电路50根据合闸回路存在电流确定合闸回路处于合闸状态，回路完整。当电压ovc小于电压ov2时，其也必然小于电压ov1，因此，第一比较器oc1输出低电平信号，第二比较器oc2输出高电平信号，第一三极管q1截止，第二三极管q2导通，因此，第二发光二极管led2发光，第二蜂鸣器fm2发出声音，放大电路40接收第二比较器oc2输出的高电平信号，该高电平信号经放大电路40放大后输出至控制电路50，控制电路50经过信号分析处理后确定该高电平信号对应小电流，根据断路器的动作确定合闸回路是否完整，例如，断路器处于分闸状态，则，控制电路50根据合闸回路存在电流确定合闸回路处于分闸状态，回路完整。

图5为本发明实施例提供的一种放大电路的结构示意图，在上述各技术方案的基础上，参考图4和图5，放大电路40包括第四电阻r4、电容c、第一运算放大器op1、第五电阻r5、第六电阻r6、第二运算放大器op2，第七电阻r7和第八电阻r8。

第四电阻r4的第一端作为放大电路40的输入端g1分别与第一比较输出电路302的输出端e3和第二比较输出电路303的输出端f3电连接，第四电阻r4的第二端与第一运算放大器op1的正输入端电连接，第一运算放大器op1的负输入端与第一运算放大器op1的输出端电连接，第一运算放大器op1的输出端通过第五电阻r5与第二运算放大器op2的负输入端电连接。

第二运算放大器op2的正输入端通过第六电阻r6接地，第二运算放大器op2的输出端通过第七电阻r7与控制电路50的输入端h1电连接，第二运算放大器op2的负输入端通过第八电阻r8与第二运算放大器op2的输出端电连接；电容c的第一端与第一运算放大器op1的正输入端电连接，电容c的第二端接地。

图6为本发明实施例提供的一种断路器二次回路的结构示意图，以图6所示二次回路为例具体说明本发明实施例提供的监测电路的工作原理。参考图1-图6，断路器二次回路包括合闸回路、跳闸回路和合闸线圈回路，每个回路的电缆线上均挂接有电流互感器10。针对合闸回路，当断路器处于分位状态时，断路器的常闭辅助接点qf1闭合，正电源wc+、触点11-10、绿灯hg、第一附加电阻rc1、断路器的常闭辅助接点qf1、合闸线圈yc和负电源wc-组成回路，流过小电流，第二比较输出电路303输出高电平信号。当断路器处于合位状态时，正电源wc+、第一交流接触器km1、第一接触继电器开关kl1、合闸回路接触继电器线圈kli和负电源wc-组成回路、流过大电流，第一比较输出电路302输出高电平，控制电路50确定合闸回路完好。

针对跳闸回路，当断路器处于合位状态时，断路器的常开辅助接点qf2闭合，正电源wc+、触点14-15、红灯hr、第二附加电阻rc2、跳闸回路接触继电器线圈klii、断路器的常开辅助接点qf2、跳闸线圈yt和负电源wc-组成回路，流过小电流，第二比较输出电路303输出高电平信号。当断路器处于分位状态时，合闸回路导通，第一较输出电路302输出高电平，控制电路50确定分闸回路完好。

本发明实施例还提供了一种断路器二次回路的监测装置，包括本发明任意实施例所提供的断路器二次回路的监测电路，此外该监测装置还包括显示屏，该显示屏与控制电路连接，用于显示二次回路状态。因此，本发明实施例提供的断路器二次回路的监测装置也具备本发明任意实施例所描述的有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。