一种高压断路器及其储能控制保护模块的制作方法

1.本发明属于高压电器的二次控制技术领域，具体涉及一种高压断路器及其储能控制保护模块。


背景技术：

2.高压断路器的动作一般采用弹簧或液压操作机构驱动。高压断路器在运行时，断路器机构需要储存好额定的能量，在需要操作断路器时，通过断路器分合闸线圈的控制，机构能量释放，断路器完成动作。根据机构类型不同，储存的能量的形式可以是压缩弹簧或压缩气体。如图1所示，在操作机构所储存的能量不足额定值时，机构的“能量不足信号接点”闭合，启动储能回路工作，在完成额定储能后，该信号接点会断开，完成储能动作。同时储能回路设计有储能超时切断储能回路并发出报警信号的功能，此目的主要是为了避免完成额定储能后，因“能量不足信号接点”出现故障导致储能回路无法断开电源，持续储能造成机构损坏。同时也是为了通过在规定的时间能否完成储能来判断储能回路出现了故障。
3.目前国内外高压断路器机构储能驱动和保护都是采用分离的电器元件，驱动回路采用单一元器件控制，一旦发生故障，就会导致整个系统无法运行，并且其保护功能仅仅局限于超时保护。储能过程中无法直观的显示储能过程中的电流和时间；无法实现对机械故障等原因造成的过载保护；且采用分离元件占用空间大，外部接线复杂；成本也较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高压断路器及其储能控制保护模块，用以解决断路器驱动回路因机械故障等原因，造成导致储能过程无法正常运行的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高压断路器储能控制保护模块，包括驱动回路和控制单元，驱动回路用于串设在储能电机的储能回路上，驱动回路上串设有可控硅和硬接点开关；控制单元控制连接可控硅和硬节点开关，用于在控制驱动回路导通时，先控制硬接点开关导通再控制可控硅导通，且在控制驱动回路断开时，先控制可控硅断开再控制硬接点开关断开。
6.其有益效果为：本发明通过驱动回路和控制单元，其中通过硬接点开关和可控硅的先后导通与断开解决了断路器驱动回路因机械故障等原因，造成系统无法运行的问题，占用空间少，成本低廉。
7.进一步地，可控硅两端并联有rc滤波电路。
8.其有益效果为：可以有效滤除电路中的杂波。
9.进一步地，控制单元通过驱动芯片控制连接可控硅；驱动芯片的两个输入端分别连接控制单元的输出端和第一电源；两个输出端中一个输出端连接可控硅的输入端，两个输出端中的另一个输出端连接可控硅的控制端和输出端。
10.其有益效果为：通过驱动芯片控制连接可控硅，利用可控硅实现回路的导通和关闭，优化了系统。
11.进一步地，控制保护模块还包括电流采集单元，电流采集单元用于采集驱动回路电流，且与控制单元连接，用于将采集的电流传输给控制单元，供控制单元根据驱动回路电流判断储能电机的储能回路电流是否过载。
12.其有益效果为：采集储能过程中的电路，防止电流过大对设备造成损毁。
13.进一步地，电流采集单元包括电流传感器，电流采集单元包括电流传感器，电流传感器的正向输入端和反向输入端分别连接驱动回路的输入端和输出端；电流传感器的输出端通过rc滤波电路连接控制单元。
14.其有益效果为：采集储能过程中的电路，防止电流过大对设备造成损毁，增设rc滤波电路有效滤除电路杂波。
15.进一步地，控制保护模块还包括告警单元，告警单元包括多条并联的告警支路，每条告警支路上均串设有相应的指示灯和控制开关，控制单元控制连接各控制开关。
16.其有益效果为：告警单元对储能不同状态进行报警提示，以便及时对故障问题进行处理。
17.进一步地，各控制开关均为相应继电器的触点，各继电器的线圈串设在第二电源和开关管的输入端之间，开关的输出端接地，第二电源和开关的控制端分别连接光耦副边的两端，光耦原边一端连接控制单元的相应接口，另一端接地。
18.其有益效果为：避免完成额定储能后，因元器件出现故障导致储能回路无法断开电源，持续储能造成机构损坏。
19.进一步地，告警单元包括三条并联的告警支路，各指示灯分别用于指示储能中、储能超时、储能回路电流过载三种状态。
20.进一步地，控制单元还用于在驱动回路导通时进行储能计时，并在储能结束或储能超时，控制驱动回路断开。
21.其有益效果为：对储能过程进行计时，对储能超时采取断开回路，提高系统安全性。
22.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种高压断路器，包括如上述的高压断路器储能控制保护模块。
23.其有益效果为：本发明的高压断路器采用高压断路器储能控制保护模块通过驱动回路和控制单元，通过硬接点和可控硅的先后导通与断开解决了断路器驱动回路因机械故障等原因，造成系统无法运行的问题，占用空间少，成本低廉。
附图说明
24.图1是现有技术的高压断路器机构储能回路；
25.图2是本发明的高压断路器储能控制保护模块功能图；
26.图3是本发明的驱动单元回路；
27.图4是本发明的电流采集单元回路；
28.图5是本发明的信号继电器驱动回路；
29.图6是本发明的高压断路器储能控制保护装置面板图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
31.高压断路器储能控制保护模块实施例：
32.如图2所示，本发明包括驱动回路(图2中的驱动单元)、电流采集单元、控制单元(本实施例为信号处理显示驱动单元)、告警单元；驱动回路用于串设在储能电机的供电回路上，用于接收信号并驱动储能电机；电流采集单元用于采集回路电流，并给控制单元输出电压信号；告警单元包括多条并联的告警支路，每条告警支路上均串设有相应的指示灯和控制开关，控制单元控制连接各控制开关。用于接收控制回路告警信号闭合或断开对应状态的告警控制开关，控制单元包括处理器(本实施例采用cpu)用于负责对接收的信号进行处理和判断，发出控制命令、传输电流值和计时值的显示信息，处理器中设置有计时单元，用于在驱动回路导通时进行储能计时，并在储能结束或储能超时，控制驱动回路断开。
33.驱动回路的具体电路如图3所示，驱动回路用于串设在储能电机的供电回路上，驱动回路上串设有可控硅t1和硬接点开关k1e；可控硅t1两端并联有电阻r9和电容c14构成的rc滤波电路，硬接点开关k1e在回路中起物理隔离作用。硬接点开关k1e两端并联有电容c13。驱动单元硬件上与外部采用光耦隔离方式，软件上采用短延时方式消除抖动干扰。驱动芯片u4控制连接可控硅，驱动芯片u4的两个输入端(分别为管脚1和管脚2)分别连接控制单元的输出端和第一电源；两个输出端中一个输出端(管脚6)连接可控硅的输入端，两个输出端中的另一个输出端(管脚4)连接可控硅的控制端和输出端。
34.驱动回路接收“能量不足信号”，经过判断后，驱动回路导通并驱动储能电机。驱动回路导通时先启动硬接点开关接通，再启动可控硅，断开回路时先断开可控硅，电流在过零点时断开，再断开硬接点开关，完成电机回路的接通和断开。
35.电流采集单元的具体电路如图4所示，电机电流采集单元由霍尔元件及相关回路构成，包括电流传感器u11，电流传感器u11的正向输入端ip+和反向输入端ip-分别连接驱动回路的输入端和输出端；电流传感器u11的输出端in_a连接控制单元，电流传感器u11的输出端和控制单元之间设置有r49和c37组成的rc滤波电路。霍尔元件将电机回路的电流转换为cpu可以识别的电压信号。
36.控制单元由cpu、显示驱动回路、控制输出回路和计时单元构成。计时单元由控制单元的cpu负责，在储能启动后开始计时，在超时后断开储能回路，并发超时告警信号。负责对接收的信号进行处理和判断，发出控制命令、实时电流值和计时值的显示信息。
37.告警单元如图2所示，包括告警单元1和告警单元2，告警单元1包括两条并联的告警支路，分别为用于指示储能中和储能超时状态的支路；告警单元2包括三条其中并联的告警支路，分别为用于储能中、储能超时和过载状态的支路。每条告警支路上均串设有相应的指示灯和控制开关，控制单元控制连接各控制开关。
38.以储能超时信号为例，控制各控制开关的驱动电路如图5所示，控制开关为继电器的触点，继电器的线圈k2a串设在第二电源和三极管q4的输入端之间，三极管q4的输出端接地，电源和三极管q4的控制端分别连接光耦u3副边的两端，光耦u3原边一端通过电阻r13连接控制单元的相应接口，另一端接地。而且继电器的线圈k2a两端并联有二极管d6。其余控制开关的驱动电路与图5类似，这里不再赘述。
39.显示模块如图6所示，由设定按钮和显示单元构成，用于设定过载电流值，储能时间值，过载系数等。
40.具体控制流程：
41.当断路器机构储存的能量低于额定值时，机构“能量不足”信号接点接通，驱动回路接收到该信号，该信号由控制单元进行抗干扰判断后，发启动储能命令给驱动回路，驱动回路硬接点开关k1e和可控硅t1先后导通，机构开始储能。储能中，驱动回路电流信息由电流采集单元实时采集，并将处理后的值发给控制单元的cpu进行计算和判断，如果电流值超过了设定值，由控制单元的cpu计算反时限动作时间，当达到过载条件后，断开储能回路，并发出过载告警信号，驱动回路断开时，先断开可控硅，电流在过零点时断开，再断开硬接点开关，完成电机回路的接通和断开。如果未到达过载值，储能继续。显示模块在储能过程中实时显示回路电流和储能超时保护的倒计时时间。当小于储能保护的时间内，断路器机构完成额定值的储能后，控制单元断开储能回路的命令，驱动支路中的可控硅t1和硬接点开关k1e先后断开，完成一次正常的储能操作。当超过储能设定值时间后，仍未能储能到额定值。控制单元发断开储能的命令，结束储能并发储能超时异常信号。
42.本发明在满足储能回路驱动和超时保护的基础上，具备计时和回路电流实时显示功能，具备回路过载保护功能，解决了断路器储能回路因机械故障等原因，造成过载烧毁储能电机的问题。且开发为一个元件替代原回路多个电器元件，占用空间少，成本低廉。具有广阔的市场需求。
43.高压断路器实施例
44.本发明的高压断路器包括高压断路器储能控制保护模块，具体组成已在高压断路器储能控制保护模块中详细说明这里不再赘述。
45.以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。