一种断路器分合闸集成控制系统的制作方法

本发明涉及一种断路器分合闸集成控制系统，属于输变电系统用继电器控制领域。

背景技术：

目前断路器分合闸控制系统大都采用继电控制系统，这种控制系统需要使用多个中间/时间继电器，导致控制系统复杂、接线繁琐，装配工作量大，且成本较高。随着芯片技术的发展，也出现了采用控制器进行断路器分合闸控制的方案，如授权公告号为cn204597629u的中国实用新型专利文件，该文件公开一种断路器控制回路，包括控制器和适配器，适配器上设置有继电器jk1和继电器jk2，继电器jk1的触点接入合闸回路中，继电器jk2的触点接入分闸回路，通过继电器触点并入电阻，提高回路动作电流，保证重合闸功能的实现，但是其在实现断路器防跳功能时，还是需要借助于综保装置中的各种继电器，导致控制回路接线复杂、成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种断路器分合闸集成控制系统，用于解决目前断路器分合闸控制系统所采用的继电器多导致的接线复杂、成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种断路器分合闸集成控制系统，断路器分合闸集成控制系统包括中央处理器以及与中央处理器连接的手动分合闸信号输入模块、分合闸信号输出模块，分合闸信号输出模块的输出端连接有防跳模块，手动分合闸信号输入模块用于接收就地分合闸命令并将就地分合闸命令输入到中央处理器，中央处理器根据接收到的就地分合闸命令通过分合闸信号输出模块发送给防跳模块，防跳模块包括合闸防跳电路、主分闸防跳电路和副分闸防跳电路，合闸防跳电路、主分闸防跳电路和副分闸防跳电路的输出端并接后通过防跳继电器接地，输入端连接分合闸信号输出模块分别用于接收就地合闸命令、就地主分闸命令和就地副分闸命令，合闸防跳电路上串接有断路器合闸位置节点，该断路器合闸位置节点两端并接有防跳继电器的常开触点，合闸防跳电路的输入端设置有接往断路器合闸线圈的电路，该电路上串接有防跳继电器的常闭触点。

该控制系统在实现防跳功能时通过中央处理器接收就地分合闸命令而控制切断接往合闸线圈的电路，将控制系统模块化设置，并且只在防跳模块中设置有一个防跳继电器，大大减少了继电器的数量，提高装配效率，同时还进一步降低成本。而且，该控制系统中的设置有合闸防跳、主分闸防跳和副分闸防跳，多路防跳的共同作用大大提高了防跳功能的可靠性，降低断路器跳跃风险，有利于提高断路器的可靠性。

进一步的，手动分合闸信号输入模块包括就地合闸信号输入模块和就地分闸信号输入模块，各信号输入模块均通过对应的光耦隔离电路连接至中央处理器。

采用光耦隔离的方式实现了分合闸信号的输入，该方式具有良好的隔离性以及抗干扰性，进一步的提高信号输入的准确性。

进一步的，各信号输入模块中对应的光耦隔离电路的启动功率均大于5w。

采用启动功率大于5w光耦隔离电路，进一步的提高抗干扰能力。

进一步的，合闸防跳电路、主分闸防跳电路和副分闸防跳电路均设置有对应光耦隔离器。

在各防跳回路中采用光耦隔离的方式实现防跳功能，该方式具有良好的隔离性以及抗干扰性，进一步提高防跳功能的可靠性。

进一步的，中央处理器还连接有非全相处理模块，非全相处理模块包括断路器位置信号输入电路和报警输出电路，断路器位置信号输入电路与中央处理器的输入端连接，用于获取断路器的位置，报警输出电路由中央处理器的输出端控制连接，中央处理器对收到断路器位置信号进行计时，根据非全相处理逻辑控制报警输出电路。

断路器用于连接或者断开输变电系统，为了避免输变电系统的非全相运行，在断路器分合闸集成控制系统中设置非全相处理模块，非全相处理模块将采集的断路器三相位置信号发送给中央处理器，中央处理器进行计算分析此时输变电系统是否为非全相运行，若为非全相运行，则进行报警，人工干预进行修复，保证输变电系统的正常运行。

进一步的，中央处理器还连接有采样信号输入模块，采样信号输入模块包括分别设置在断路器三相合闸、主分闸、副分闸回路中的电压、电流互感器，用于采集三相合闸、主分闸、副分闸回路中流过对应线圈的电流信号和对应线圈两侧的电压信号，中央处理器用于根据采样信号输入模块采集的数据对断路器合闸线圈、主分闸线圈和副分闸线圈的状态进行监测。

采样信号输入模块定时采集三相合闸、主分闸、副分闸回路中流过各线圈的电流信号和各线圈两侧的电压信号，并且通过中央处理器对所采集的数据进行分析，以实现对断路器分合闸线圈的实际状态的监测，有效的提高断路器分合闸失灵下的状态感知能力，保证输变电系统的正常运行。

进一步的，中央处理器对断路器分合闸线圈状态进行监测包括断路器动作时和断路器非动作两种情况。

检测断路器动作时和非动作时的情况，实现了断路器的全面监测，进一步的提高了断路器运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明断路器分合闸集成控制系统的系统框图；

图2是本发明防跳模块的电路图；

图3是本发明手动分合闸信号输入模块的电路图；

图4是本发明非全相处理模块的电路图；

图5是本发明断路器非动作时中央处理器对断路器分合闸线圈状态进行监测的逻辑图；

图6是本发明断路器动作时中央处理器对断路器分合闸线圈状态进行监测的逻辑图；

图7是本发明线圈异常输出模块的电路图。

具体实施方式

断路器分合闸集成控制系统实施例：

本实施例提出一种断路器分合闸集成控制系统(以下简称控制系统)，以发电机输出断路器为例对该控制系统进行详细介绍。如图1所示，该控制系统包括中央处理器(即mcu处理单元部分，以下简称mcu)、手动分合闸信号输入模块、分合闸信号输出模块、防跳模块。手动分合闸信号输入模块连接mcu，mcu连接分合闸信号输出模块的输入端，分合闸信号输出模块的输出端连接防跳模块。手动分合闸信号输入模块用于接收就地分合闸命令并将就地分合闸命令输入到mcu，mcu根据接收到的就地分合闸命令通过分合闸信号输出模块发送给防跳模块，分合闸信号输出模块所发出的指令包括就地合闸命令、就地主分闸命令和就地副分闸命令。

防跳模块如图2所示，包括合闸防跳电路、主分闸防跳电路和副分闸防跳电路，合闸防跳电路、主分闸防跳电路和副分闸防跳电路均设置有对应的光耦隔离器，各光耦隔离器的输入侧连接分合闸信号输出模块分别用于接收就地合闸命令、就地主分闸命令和就地副分闸命令，各光耦隔离器的输出侧并接后通过防跳继电器的控制线圈接地。合闸防跳电路中光耦隔离器的输入侧串接有断路器合闸位置节点(即断路器合位置信号)，该断路器合闸位置节点两端并接有防跳继电器的常开触点，同时合闸防跳电路的输入端设置有接往断路器合闸线圈的电路，该电路上串接有防跳继电器的常闭触点。

防跳模块的工作原理为：当断路器合闸时，就地合闸命令输入合闸防跳电路，当断路器合闸完成后，断路器合闸位置节点闭合，就地合闸命令通过合闸防跳电路的光耦隔离器启动防跳继电器(即防跳继电器的控制线圈带电)，防跳继电器启动后，通过防跳继电器常闭触点断开，进而切断接往合闸线圈的电路，同时通过防跳继电器常开触点进行自保持，就地合闸命令不消失，防跳继电器就不返回，有效的防止断路器的跳跃现象；

当断路器分闸时，就地主分闸命令送入主分闸防跳电路，通过主分闸防跳电路的光耦隔离器直接启动防跳继电器，切断接往合闸线圈的电路。分闸完成后，就地主分闸命令消失，防跳继电器返回，恢复合闸完好性。如果此时断路器合闸开关出现粘连等现象，防跳继电器就不返回，有效的防止断路器跳跃；

同理，就地副分闸命令送入副分闸防跳电路，通过副分闸防跳电路的光耦隔离器直接启动防跳继电器，切断接往合闸线圈的电路。分闸完成后，就地副分闸命令消失，防跳继电器返回，恢复合闸完好性。如果此时断路器合闸开关出现粘连等现象，防跳继电器就不返回，有效的防止断路器跳跃。

手动分合闸信号输入模块包括就地合闸信号输入模块和就地分闸信号输入模块，各信号输入模块均通过对应的光耦隔离电路连接至mcu。具体为各光耦隔离电路的输入侧通过相应的匹配电阻接收就地分合闸命令，各光耦隔离电路的输出侧与mcu连接。如图3所示，电阻r1、r3、r4和r6的阻值为3.4kω，电阻r2和r5的阻值为220ω，光耦隔离器(附图中简称为光耦)的型号为tlp291。

手动分合闸信号输入模块的工作原理以单相操作为例进行描述：电阻r1、r2、r3和对应的光耦隔离器构成就地合闸命令回路。以操作电压dc220v为基准为例，当合闸信号电压低于dc187v或者合闸功率低于5w时，光耦(15)达不到启动条件，就地合闸命令不会送入mcu。当合闸信号电压大于等于dc187v或者合闸功率大于等于5w时，就地合闸命令送入mcu，mcu将会连续监测就地合闸命令，只有连续的就地合闸命令被监测到，mcu才会认为就地合闸命令有效。

电阻r4、r5、r6和对应的光耦隔离器构成就地分闸命令回路。其中光耦隔离器的启动条件与就地合闸命令回路中的光耦隔离器相同，不做过多介绍。同理，mcu将会连续监测就地分闸命令，只有连续的就地分闸命令被监测到，mcu才会认为就地分闸命令有效。

分合闸信号输出模块采用标准的光耦电路设计，其工作原理为，mcu认为就地合闸命令和就地分闸命令有效后，驱动分合闸信号输出模块工作，分合闸信号输出模块驱动内部继电器动作，输出就地合闸命令、就地主分闸命令和就地副分闸命令，动作可靠有效。

本实施例中，为了避免断路器的非全相运行，mcu还连接有非全相处理模块，非全相处理模块包括断路器位置信号输入电路、复归信号输入电路、报警输出电路和显示单元。断路器位置信号输入电路、复归信号输入电路与mcu的输入端连接，mcu的输出端控制连接报警输出电路和显示单元。具体如图4所示，断路器位置信号输入电路包括输入电路1和输入电路2，复归信号输入电路为输入电路3，报警输出电路为输出电路，显示单元为led显示，各输入电路以及输出电路中设置有对应的光耦隔离器。各输入电路中光耦隔离器的输入侧接收断路器的位置信号和复归信号，输出侧连接mcu；输出电路的输入侧连接mcu，输出侧连接一继电器以控制报警模块进行报警。

非全相处理模块的工作原理为：断路器的非全相位置1(即图1中的主分非全相位置)通过输入电路1中的光耦隔离器送入mcu；断路器的非全相位置2(即图1中的副分非全相位置)通过输入电路2中的光耦隔离器送入mcu。mcu内部的计时器开始计时，根据非全相处理逻辑进行控制。当计时器达到阈值后，mcu通过分合闸信号输出模块输出分闸信号，完成非全相保护功能，同时mcu通过输出电路输出非全相报警信号，并通过led显示进行显示。非全相阈值设定和保护功能设定可以通过外围设定电路进行整定(外围设定电路为普通的按键设定电路，通过按键对mcu内部的存储阈值进行设定)。当需要复归报警信号时，复归信号通过输入电路3中的光耦隔离器送入mcu。

非全相位置1和非全相位置2是断路器非全相位置的输入，当这两个信号中至少有一个有效时，即表明断路器处于非全相状态。一旦信号有效，非全相处理模块即输出非全相报警信号，即使断路器从非全相状态恢复，报警信号也将持续输出，因此需要复归命令取消报警，复归命令由操作员手动给出，目的是使非全相模块复归非全相报警信号。

为了监测断路器的分合闸线圈的状态，mcu还连接有采样信号输入模块，该采样信号输入模块包括分别设置在断路器三相合闸、主分闸、副分闸回路中的电压、电流互感器，用于定时采集三相合闸、主分闸、副分闸回路中流过合闸线圈、主分闸线圈、副分闸线圈的电流信号和各线圈两侧的电压信号，同时mcu还连接有如图7所示的线圈异常输出模块，线圈异常输出模块连接报警模块。mcu根据采样信号输入模块采集的数据对断路器分合闸线圈状态进行监测。进一步的，mcu对断路器分合闸线圈状态进行监测包括断路器非动作时和断路器动作两种情况。

当断路器非动作时，将采集的电流、电压数据通过mcu中如图5所示的电路进行监测，具体为：在断路器非动作时，mcu首先对采样信号输入模块在采样区间内(采样区间1秒，采样周期1小时)采集的各线圈电流和电压分别进行滑动平均值滤波，并对滤波后的信号进行相乘计算出采集区间的信号瞬时功率。将信号瞬时功率与出厂阈值1相减后所得到的差值除以出厂阈值1，得到相应的结果。若该结果不大于1，将上述计算出的信号瞬时功率作为新的出厂阈值1(原始的出厂阈值1为设定的标准值)存入mcu；若该结果大于1，则接着判断该结果是否大于2，如果该结果不大于2，则不做任何处理，如果该结果大于2，则通过线圈异常模块输出故障报警信号。

当断路器动作，将采集的电流、电压数据通过mcu中如图6所示的电路进行监测，具体为：在断路器动作时，mcu中央处理单元首先对采样信号输入模块在采样区间内(断路器整个动作过程)采集的各线圈电流和电压分别进行滑动平均值滤波，并对滤波后的信号进行相乘计算出采样区间的信号瞬时功率。将该瞬时功率与出厂阈值2进行除法运算，如果该结果大于2，通过线圈异常模块输出故障报警信号，反之则在采样区间内(即动作区间内)对瞬时功率取平均值，该平均值与出厂阈值3做除法运算，如果相除后的结果大于2，则通过线圈异常模块输出故障报警信号，反之则不进行任何操作，等待下一次操作。

上述mcu对断路器分合闸线圈状态进行监测的控制逻辑适用于合闸线圈、主分闸线圈和副分闸线圈，但因分合闸操作功不同，所以合闸线圈和主分闸线圈、副分闸线圈的出厂阈值并不相同，其中主分闸线圈和副分闸线圈的出厂阈值是一致的。

线圈异常输出模块由三个标准的光耦隔离电路组成，分别接收合闸线圈异常、主分闸线圈异常和副分闸线圈异常的报警信号。各光耦的输入侧连接mcu，输出侧连接相应的报警输出电路，使得报警模块进行报警，这里的报警输出电路和报警模块可以是上述非全相处理模块中的报警输出电路和报警模块，也可以是单独的报警输出电路以及报警模块，本发明对此不做限制。

控制系统还包括闭锁信号输入模块和闭锁信号输出模块，且闭锁信号输入模块的输出端连接mcu，mcu连接闭锁信号输出模块的输入端；同时防跳模块通过闭锁信号输出模块连接合闸线圈，而且闭锁信号输出模块的输出端还连接主分闸线圈和副分闸线圈，进行分别控制。闭锁信号输入模块用于接收断路器油压和气压信号，闭锁信号输出模块用于闭锁相应的电路。断路器油压和气压信号首先送入闭锁信号输入模块，闭锁信号输入模块内部进行滤波防抖处理后送入mcu，mcu通过判断所送入的信号后，通过闭锁信号输出模块闭锁相应的电路(包括合闸电路)。闭锁信号输入模块和手动分合闸信号输入模块的电路结构一致，较大的驱动功率有效的避免了接点抖动对电路产生的影响，提高设备的可靠性。

以上mcu所接收的分合闸命令为就地分合闸命令，当然在断路器运行工作时，还要接收远方合闸命令、远方主分闸命令以及远方副分闸命令，这些命令接入防跳模块是防跳模块启动防跳功能的前置条件。这些命令送入防跳模块，供防跳模块根据情况启动防跳功能。但这些命令同时在内部直接接往闭锁信号输出模块，经过闭锁信号输出模块再接往合闸线圈、主分闸线圈和副分闸线圈。也就是说，防跳模块出现故障，只影响防跳功能的投入，并不影响正常的分合闸操作。本系统还包括合闸回路监视、主分闸回路监视以及副分闸回路监视，这些监视回路是继电保护设备对继电器控制回路的监视，与本发明无关，因此不做过多介绍。

为了保证mcu的正常工作，mcu还连接有电源/时钟/存储等辅助电路，电源用于向mcu供电，时钟用于向mcu输入时间数据，存储模块用于存储mcu所执行的控制程序，这些都不是本发明的主要内容，因此不做过多介绍。