专利名称：户外断路器综合控制保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力产品中户外断路器保护装置技术领域。
户外断路器即柱上开关是电网中常用的电力产品，因其成本低、操作简单而广泛应用于电网中。对于它的控制与保护有许多相关的电力自动化产品，如FTU、RTU，但这些产品要么成本太高，要么功能过多，不仅资源浪费，而且要增加通信及PT或高精度电压传感器等方面投入。在自动化程度要求不高的场合如较偏的城郊、农村或区域不大的电网末端，更需要成本低廉、功能较全的控制保护装置。中国专利也有较多文献报道断路器各种技术改进。但是它们一般只停留在断路器机械结构改进或带有某种保护功能技术改进，没有一个专门与户外断路器配套进行综合性多功能进行保护的保护装置。而且传统断路器操纵机构及其保护部分用电采用PT供电或专用220V二次电源供电方式，它不但要增加成本，而且在一次侧或220V电源停电时电动机构就要瘫痪，不能自动保护，会失去断路器功能。
本实用新型的目的在于提供一种对户外断路器进行多方面综合性保护，而且能实现自动充电，将电池直流电源转变为交流200V电源供储能电机、分合闸继电器等执行元件使用从而降低成本给用户带来方便的户外断路器综合控制保护装置。
本实用新型的技术方案是这样实现的。该户外断路器综合控制保护装置，其特征在于有信号输入部分、运算比较控制中心、输出执行部分、电瓶充电与逆变部分，信号输入部分将各个测量信号输送连接到运算比较控制中心，运算比较控制中心运算比较后再将各个执行信号输送连接到输出执行部分；同时电瓶充电与逆变部分将信号输入部分中CT感应电流电路输出电流再依次经滤波稳压电路、自动充电电路接电瓶进行充电，电瓶一路输出为整个装置提供直流电源，另一路输出经高效逆变电路后作为不间断交流电源接输出执行部分。
上述信号输入部分有电瓶电压检测电路、气体压力检测电路、雷达感应检测电路、基本参数整定电路、开关状态信息电路和CT感应电流电路。
上述输出执行部分有储能电动机、分闸继电器、合闸继电器、状态指示灯、语音报警器和中间继电器。
上述运算比较控制中心有隔离耦合输入电路、浪涌电流抑制电路、电压比较器电路、时限过流保护电路、触发重合闸电路和过欠气压闭锁电路。
上述高效逆变电路有一继电器JKP作为其电源开关，继电器JKP线圈通过二极管分别与输出执行部分中分闸、合闸、储能继电器中信号输入端Pa、Pb、Pc相接，高效逆变电路输出逆变变压器IT01次级线圈分别通过继电器常开触点JF、JH、JC接有断路器本身所带分闸线圈ZJF、合闸线圈ZJH和储能马达M。
上述过欠气压闭锁电路为气压表自带的两副上、下限开关K6、K7，并联后，一端经电阻R46与电源端相连，另一端接三极管Q11基极，其集电极接电源端，发射极一路经电阻R40接地，一路经二极管D40接高效逆变电路中集成块IC3闭锁端脚10，另一路连接语音报警电路。
上述电瓶电压检测电路为电池正端先通过电阻R68接电压比较器集成块IC1C正端，再经稳压管D51接地，电压比较器集成块IC1C负端经可调电阻POT12接电池正端，另经电阻R69接地，其输出端一路经二极管D39接高效逆变电路中集成块IC3闭锁端脚10，另一路接语音报警电路。
上述时限过流保护电路为电压输入分别接电压比较器IC1A和IC1B正端，IC1A负端经电阻R6、稳压管D52接地，输出一路直接接与门IC2A脚1，输出另一路经拔码开关S1接与门IC2A脚2，与门IC2A脚2还经电容C2接地，这样拔码开关与电容C2构成积分电路，IC1A负相端经S2拔码开关接地来整定过流保护电流大小，IC1B负相端一路经拔码开关S3接地，另一路接在分压电阻R8、R9、POT2中间上，IC1B输出与与门IC2A输出并联作为共同输出。
上述触发重合闸电路为与门IC2B、IC2C脚1分别接输入电压，脚2分别接触发器Q端和Q端，与门IC2B输出接IC4脚4，IC4脚7与脚12相连，IC4脚10输出一路接触发器IC7S端，另一路经D16二极管接IC8脚5，IC2C输出接IC5脚4，IC5脚9与IC6脚12相接，IC6输出脚10一路接触发器IC7R端，另一路经二极管D17驱动连接IC8脚5，IC4、IC5、IC6接有必要外接电阻和电容。
上述高效逆变电路逆变变压器IT01次级有一线圈感应出电压，再接D28-D31桥式整流，再经电阻R24和二极管D32接IC3脚1反馈端构成负反馈，二极管D32正端与地之间接有滤波作用的电容C11和调节反馈大小的可调电阻POT10。
本装置能对户外断路器进行多方面综合性保护如定时限过流速断保护、合闸浪涌电流吸收、气体压力检测与闭锁保护、带电显示、危险距离声光报警、三相多次重合闸，而且采用电流互感器充电的自动蓄能与转换，提供整个二次电路的电源，取消传统PT供电或专用200V二次电源供电，避免电动机构意外停电引起瘫痪、性能更可靠，能方便地扩充测量，是一种低成本、经济实用的电动自动化产品，适宜在电网改造中推广使用。
图1本实用新型的具体电路图(左边部分)；图2本实用新型的具体电路图(右边部分)；图3本实用新型的电路方框图。
以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步描述如图1所示，该户外断路器综合控制保护装置有信号输入部分、运算比较控制中心、输出执行部分、电池，信号输入部分又有电瓶电压检测电路、气体压力检测电路、雷达感应检测电路、基本参数整定电路、开关状态信息电路和CT感应电流电路，运算比较控制中心有隔离耦合输入电路、浪涌电流控制电路、电压比较器电路、时限过流保护电路、触发重合闸电路和过欠气压闭锁电路，输出执行部分有储能电动机、分闸继电器、合闸继电器、状态指示灯、语音报警器及中间继电器，信号输入部分将各个测量信号输送连接到运算比较控制中心进行运算比较，运算比较控制中心再将各个执行信号输送连接到输出执行部分由各个执行元件进行执行，同时信号输入部分中CT感应电流电路输入电流，再依次经滤波稳压电路、自动充电电路接电池，电池一路输出作为电源接运算比较控制中心，另一路输出经高效逆变电路后作为电源接输出执行部分。电池还接有电瓶保护电路。
下面结合具体电路图进一步详细描述各个部分连接和工作原理。
该装置的电路工作原理可以从变换取样、比较、重合闸、充电和逆变、有电显示、保护及报警等功能模块来说明。
原理图中B1、B2、D5～D14、POT1、R5等元件组成电流变换、整流、取样电路。D15、MFC、C1为防雷、浪涌电流吸收及滤波，其中D15为瞬态电压抑制器TVS如1.5KE系列等，MFC为高介质复合元件由压敏电阻与静电电容组成，具有良好的涌流、瞬变尖脉冲吸收能力。
电压比较器IC1A、IC1B、拨码开关S1、S2、S3、二输入与门IC2A及相关外围电阻、电容等元器件组成定时限过电流速断保护电路。S1拨码开关可改变接入电阻的大小，即改变RC值来整定过电流保护的延时值，常在0～600ms内调整。
S2拨码开关可调整电压比较器IC1A第6脚的基准电压，从而可整定过流保护的电流值。如一次主回路过电流保护的临界值是600A，即B1、B2初级电流是5A如电流互感器变比为600∶5，此时拨动S2某位接地，调整相联的可变电阻如POT3，使比较器翻转，启动保护电路。
S3拨码开关可整定速断保护值，根据保护范围末端短路时的最大短路电流加以整定。
IC2B、IC2C、IC4～IC7及相关电阻、电容等元件组成重合闸电路，重合闸方案为分-0.3秒-合分-180秒-合。当大电流故障经前级延时及涌流抑制电路排除瞬时故障到来时，两个二输入与门IC2B和IC2C的第1脚均为高电平，而正常情况下IC7的两个输出Q＝0，Q＝1，故IC2C无输出，IC2B输出高电平到IC4第4脚上升沿触发端，从第7脚输出一个负脉冲，脉宽约为0.3秒，可调整R13或C3实现，该脉冲的上升沿再触发第12脚，使10脚产生一个宽约100ms的正脉冲。该脉冲有两个作用1、驱动IC8第5脚，使合闸继电器动作，启动合闸线圈，推动弹跳机构合闸。2、使D触发器IC7置位，目的是让二输入与门IC2C做好接通准备，同时打破IC2B的导通条件。当第二个故障脉冲到来时即重合闸后大电流故障依然存在，马上进行分闸保护，同时使与门IC2C输出高电平IC2B无高电平输出，触发IC5的第4脚，从第8脚输出脉宽为90秒的负脉冲，负脉冲结束时上升沿触发IC5的12脚，从9脚输出宽度也为90秒的负脉冲，该脉冲结束时上升沿触发IC6的12脚，使10脚输出一个宽约100ms的正脉冲——合闸信号脉冲，同时使D触发器自行复位，让与门IC2B作好接通准备，取消IC2C的导通条件。若第二个故障脉冲没有，即第一次重合后瞬时故障已恢复，则需要对D触发器复位，目的是使与门IC2B恢复准备状态，取消IC2C的接通条件，意即本次重合闸全过程已结束，下次再有故障，重合闸过程又得从头开始。
根据HCC4538B脉冲宽度t＝RxCx，Rx和Cx为外接电阻和电容，考虑断路器分、合闸推动及执行机构的时间和误差，可适当调整R13～R18和C3～C8，使时间配合达到要求，但要注意RC最好能满足5K＜R＜1000K，C不大于100uF。B1、D1～D4、R1、Q1、Q2、POT9、D22、BATTERY等组成稳压浮充电电路，调节POT9可改变Q1的导通程度，从而调整电池两端的充电电压和充电电流。继电器JKP为逆变电路电源开关，当分、合闸和储能继电器任一个动作时，JKP也同时接通，从而使逆变电路开始工作，为各执行元件提供电源。K0为电源总开关，系统长期不用时如库存期间要将此开关置于断开状态。电流、电压表平常不显示，当显示按钮按下时才显示电池的电压和电流，这主要为调试和维修时提供方便。
IC3及外围元器件、Q3～Q10、IT01等组成脉宽调制和逆变电路。
IC3 SG3524内由5V基准稳压电源、误差放大器、电压比较器、振荡器、触发器、与非门及功率驱动管等组成。15脚为电源输入端，12、13脚为功率输出管集电极偏置输入，通常情况由于D23、D24、D25阴极所接的Pa、Pb、Pc点均为高电平，继电器JKP不吸合，IC3内部和Q3～Q10等偏置均无电源，故整个电路不工作，当有分、合、储能操作时才工作。IC3的1、2脚内接一个误差放大器，2脚接基准电压由5V稳压电源经16脚输出分压后接入，1脚为逆变器反馈输入，由POT10调整其输入幅度，经内部误差放大后自动调节逆变器输出电压，达到自动稳定输出电压的目的。R25、POT11和C12是锯齿波振荡器的外接阻容定时元件，调节POT11可改变振荡器的工作频率，从而可调节逆变器输出电压的高低。第10脚为锁定端，可完成闭锁功能。Q3～Q6为前置推动，Q7～Q10为功率输出，由电瓶输出的24V电源经逆变变压器初级中心抽头送到功率管，功率管在脉宽调制电路输出的振荡信号控制下交替导通，在变压器次级便感应出交流电压，调节POT10、POT11使输出的电压稳定在交流220V即可。
JKX为带电显示控制继电器，在高压通电情况下，按动遥控按键C或有人爬高到达预先设定危险距离时，JKX吸合，Lamp1～Lamp3亮，表示高压有电，同时LED2亮示，语音报警“高压有电，请您远离”。
ICIC及外围元件组成电池失效保护，调整POT12使电池电压低于20.5V时，启动闭锁，LED5亮示并驱动语音电路报警如间隔鸣叫声。
K6、K7、Q11等相关元件组成SF6气体压力异常闭锁电路。K6、K7为气压表如武汉产的YXSF6真空压力表自带的两个上、下限开关，当气压低于正常值时，K6被接通，Q11导通，LED4亮示并驱动语音电路报警如间隔鸣叫声，此时警示操作人员不可进行分合闸操作，以防发生开断事故。
M1为微波感应探测模块，根据微波感应运动物体原理，探测是否有物体靠近，若有，则输出信号驱动声光报警，该模块安装在箱体的下方，圆形感应天线露在外面。M2为红外线编码遥控模块，内集成了接收及解码电路，安装在箱体下方，接收管正面朝下，由一块透明玻璃隔开，有四位输出，分别控制分闸、合闸、带电显示及门锁等继电器。M3为两段语音如“高压有电，请您远离”和间隔鸣叫声模块，高电平触发某段语音的播放。也可采用美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路ISD1420等产品。M4为音频放大模块，以单声道中功率音频放大芯片TDA2002为核心，其仅5个脚，12V供电，最大输出5.2W，外加小量耦合元件组成，直接焊接固定在扬声器后的两个焊脚上。
其它主要元件说明ZJF断路器本身所带的分闸线圈相当于电磁铁。
ZJH断路器本身所带的合闸线圈。
M断路器本身所带的储能马达，150W，交、直流两用。
IT01逆变变压器，共七个接头，其中反馈绕组与输出绕组比为1∶10JKX显示控制继电器JKF分闸控制继电器JKH合闸控制继电器JKB音频放大电路电源控制继电器JKC储能马达控制继电器FA、HA分别为手动分、合闸按钮。
XA显示按钮，按下时可从仪表上查看电瓶电压及充电电流，这为调试及检修带来方便。
K0电源控制开关，长期不用时应处在关闭状态。
K5为手动闭锁开关，LED2为闭锁指示灯。
K6、K7SF6真空压力表内的两个微型开关，反映气体压力低、高两极限。
K4、K8、K9为安装在断路器主轴上的辅助开关，当断路器处于合闸状态时，K8闭合、K4和K9断开。
K3行程开关，常闭，当电机储能完成时断开。
电压传感器可选宁波天安集团生产的CG-40.5/380等支柱绝缘子式传感器。
权利要求1.一种户外断路器综合控制保护装置，其特征在于有信号输入部分、运算比较控制中心、输出执行部分、电瓶充电与逆变部分，信号输入部分将各个测量信号输送连接到运算比较控制中心，运算比较控制中心运算比较后再将各个执行信号输送连接到输出执行部分；同时电瓶充电与逆变部分将信号输入部分中CT感应电流电路输出电流再依次经滤波稳压电路、自动充电电路接电瓶进行充电，电瓶一路输出为整个装置提供直流电源，另一路输出经高效逆变电路后作为不间断交流电源接输出执行部分。
2.如权利要求1所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于所述信号输入部分有电瓶电压检测电路、气体压力检测电路、雷达感应检测电路、基本参数整定电路、开关状态信息电路和CT感应电流电路。
3.如权利要求1所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于所述输出执行部分有储能电动机、分闸继电器、合闸继电器、状态指示灯、语音报警器和中间继电器。
4.如权利要求1所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于所述运算比较控制中心有隔离耦合输入电路、浪涌电流抑制电路、电压比较器电路、时限过流保护电路、触发重合闸电路和过欠气压闭锁电路。
5.如权利要求1所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于高效逆变电路有一继电器JKP作为其电源开关，继电器JKP线圈通过二极管分别与输出执行部分中分闸、合闸、储能继电器中信号输入端Pa、Pb、Pc相接，高效逆变电路输出逆变变压器IT01次级线圈分别通过继电器常开触点JF、JH、JC接有断路器本身所带分闸线圈ZJF、合闸线圈ZJH和储能马达M。
6.如权利要求4所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于所述过欠气压闭锁电路为气压表自带的两副上、下限开关K6、K7，并联后，一端经电阻R46与电源端相连，另一端接三极管Q11基极，其集电极接电源端，发射极一路经电阻R40接地，一路经二极管D40接高效逆变电路中集成块IC3闭锁端脚10，另一路连接语音报警电路。
7.如权利要求2所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于所述电瓶电压检测电路为电池正端先通过电阻R68接电压比较器集成块IC1C正端，再经稳压管D51接地，电压比较器集成块IC1C负端经可调电阻POT12接电池正端，另经电阻R69接地，其输出端一路经二极管D39接高效逆变电路中集成块IC3闭锁端脚10，另一路接语音报警电路。
8.如权利要求4所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于所述时限过流保护电路为电压输入分别接电压比较器IC1A和IC1B正端，IC1A负端经电阻R6、稳压管D52接地，输出一路直接接与门IC2A脚1，输出另一路经拔码开关S1接与门IC2A脚2，与门IC2A脚2还经电容C2接地，这样拔码开关S1与电容C2构成积分电路，IC1A负端经S2拔码开关接地来整定过流保护电流大小，IC1B负相端一路经拔码开关S3接地，另一路接在分压电阻R8、R9、POT2中间，IC1B输出与与门IC2A输出并联作为共同输出。
9.如权利要求4所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于所述触发重合闸电路为与门IC2B、IC2C脚1分别接输入电压，脚2分别接触发器Q端和Q端，与门IC2B输出接IC4脚4，IC4脚7与脚12相连，IC4脚10输出一路接触发器IC7S端，另一路经D16二极管接IC8脚5，IC2C输出接IC5脚4，IC5脚9与IC6脚12相接，IC6输出脚10一路接触发器IC7R端，另一路经二极管D17驱动连接IC8脚5，IC4、IC5、IC6接有必要外接电阻和电容。
10.如权利要求1所述的户外断路器综合控制保护装置，其特征在于所述高效逆变电路逆变变压器IT01次级有一线圈感应出电压，再接D28-D31桥式整流，再经电阻R24和二极管D32接IC3脚1反馈端构成负反馈，二极管D32正端与地之间接有滤波作用的电容C11和调节反馈大小的可调电阻POT10。
专利摘要本实用新型涉及户外断路器综合控制保护装置技术领域。其为户外断路器进行多方面综合性保护而设计的。其特征在于有信号输入部分、运算比较控制中心、输出执行部分、电池，信号输入部分将各个测量信号输送连接到运算比较控制中心，运算比较控制中心再将各个执行信号输送连接到输出执行部分；同时信号输入部分中CT感应电流电路输出电流，再依次经滤波稳压电路、自动充电电路接电池，电池一路输出作为电源接运算比较控制中心，另一路输出经高效逆变电路后作为电源接输出执行部分。它具有多功能、成本低、经济实用优点，适宜在电网改造上推广应用。
文档编号H02H7/22GK2476124SQ0121098
公开日2002年2月6日 申请日期2001年3月2日 优先权日2001年3月2日
发明者欧阳道生, 盛林志 申请人:宁波天安(集团)股份有限公司