专利名称：母联自切智能控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力供电系统的电力线路保护领域，尤其涉及供电母联自切控制
装置。
背景技术：
在重要用户设备供电系统中一般都有自切控制，就是用户有二条供电线路，当一 条供电线路失电，开关KM1 (或开关KM2)断开，母联开关KM3会自动合闸，确保用户正常供 电，如图1。这套供电系统的缺点是，如果有某个用户设备发生短路产生越级跳闸时，把断路 器QF1 (或断路器QF2)断开，开关KM1(或开关KM2)失电断开，母联开关KM3会自动合闸， 此时，如果短路故障还存在，由于母联开关的自动合闸，另外一条供电线路同样动作跳闸， 结果把故障范围扩大，整个系统用户设备全部停电。 尽管可以不采用线联自切控制装置，但停止使用母联自切功能后，会造成单边供 电，供电的可靠性很差，影响生产。 现有的母联自切控制装置较多，如中国专利99204870. 2公开了一种母联自投控 制器，该控制器包括电压检测控制单元(Wl)、可编程序控制单元(W2)和电源切换控制单元 (W3)，电压检测控制单元分别与电源(1)、电源(II)的三相电源相连，其输出端(Pol)与监 视单元的输入端(Dl)相连，输出端(Po2)与可编程序控制单元的输人端(D2)相连，可编程 序控制单元的几个输出端分别连接到供电系统几个开关的控制线圈上，电源切换控制单元 通过继电器与电源(I)的A相、电源(II)的A相，以及自备发电机(GE)相连，其输出端(M) 连接到母联自投控制器自身的供电线路中。该控制器只能区分外部供电电源I(或II)失 电，而不能区分由于电源I(或II)下面负载设备短路引起跳闸而产生的失电。 中国专利03216917公开了一种智能型电源切换开关电路装置，该装置包括电压 检测电路，负载电流检测电路，工作参数设置电路，运算处理的单片机电路，切换电源驱动 电路，切断电源驱动电路，驱动机械机构，远程计算机，液晶显示电路，报警扬声器，发电机 驱动电路。该装置只公布了电路框图，而没有具体的线路图，从原理上看，其结构复杂，应用 区域同工厂二路供电有差别。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种母联自切智能控制装置，该装置线路结构简单、
应用灵活方便、通用性强，配合不同的电流互感器可用于不同级别的供电系统中。
本实用新型是这样实现的一种母联自切智能控制装置，包括信号变换电路、信号
比较电路、触发电路、逻辑判断电路、故障指示电路、故障复位电路和驱动输出电路； 所述信号变换电路是将外部输入的短路电流信号转换为对应的电压信号，信号变
换电路输出接信号比较电路，信号比较电路输出接触发电路，信号比较电路将电压信号与
基准信号比较，当电压信号大于基准信号时驱动触发电路；触发电路输出并接逻辑判断电
路和故障指示电路，逻辑判断电路是将触发器的输出结果输入逻辑判断电路，判断是否输出合闸信号，逻辑判断电路输出接驱动输出电路，将合闸信号放大驱动母联开关合闸；故障
指示电路是当发生跳闸后，指示出过流跳闸还是失压跳闸，并且报警输出； 所述故障复位电路接触发电路，故障复位电路是在发生跳闸后人工复位，恢复到
初始监控状态。 本实用新型母联自切智能控制装置的特点是灵敏度可以设置的非常高(运放器、 RS触发器、门电路的传输时间和转换时间都在0. 1 0. 2毫秒，)线路结构简单、应用灵活 方便、通用性强，配合不同的电流互感器可用于不同级别的供电系统中，高低压系统中均可 适用。可以根据不同的电流互感器比值，控制不同级别的电流，只要主回路短路电流>>额 定电流时，它立即拒绝母联合闸，不输出母联合闸信号。当用户供电线路失压时，立即输出 母联合闸信号。
图1为现有的母联自切双电源供电单线图； 图2为本实用新型母联自切智能控制装置结构框图； 图3为本实用新型母联自切智能控制装置电路图； 图4为装有本实用新型的双电源供电单线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。 参见图2，一种母联自切智能控制装置，包括信号变换电路、信号比较电路、触发电 路、逻辑判断电路、故障指示电路、故障复位电路和驱动输出电路； 所述信号变换电路是将外部输入的短路电流信号转换为对应的电压信号，信号变
换电路输出接信号比较电路，信号比较电路输出接触发电路，信号比较电路将电压信号与
基准信号比较，当电压信号大于基准信号时驱动触发电路；触发电路输出并接逻辑判断电
路和故障指示电路，逻辑判断电路是将触发器的输出结果输入逻辑判断电路，判断是否输
出合闸信号，逻辑判断电路输出接驱动输出电路，将合闸信号放大驱动母联开关合闸；故障
指示电路是当发生跳闸后，指示出过流跳闸还是失压跳闸，并且报警输出； 所述故障复位电路接触发电路，故障复位电路是在发生跳闸后人工复位，恢复到
初始监控状态。 下面具体展开说明，参见图3，为本实用新型的母联自切智能控制装置电路图； 所述故障复位电路和开机复位电路故障复位电路是触发器复位电路，使触发器 恢复初始状态，故障复位电路由开关SB、电阻Rl组成，按下开关SB使A点为高电平，使触发 器F4置"0"，触发器F1、 F2、F3置"1"，此状态为正常工作初始状态。(置"O"表示输出低 电平，置"l"表示输出高电平；即"0":表示低电平，"1"表示高电平。) 开机复位电路由电容C1、电阻R1组成，利用电容C1两端电压不能突变和开机时对 电容C1的一次充电使A点产生一个高电平信号。 所述信号变换电路信号变换电路由变压器Tl、桥式整流Dl和电阻Rll组成，电 流信号经过变压器T1、桥式整流D1，经电阻R11，在R11两端得到与母线电流成正比的电压信号。[0023] 另二路的信号变换电路变压器T2、桥式整流D2、电阻R21和变压器T3、桥式整流 D3、电阻R31与此相同。 所述信号比较电路信号比较电路由运放器N11、电阻R12、 R13、可变电阻RP1组 成，电阻R12、 R13和RP1组成分压电路，给运放器Nll反向输入端一个参考工作电位，可变 电阻RP1可调节参考工作电位(即调整过电流动作阀值，其值为10倍Ie， Ie为额定电流)。 运放器N11正向输入端接信号变换电路的输出端，运放器N11输出端接触发电路输入端。 在正常工作时，电流信号很小，运放器Nll的正向输入端电位低于反向输入端电位，运放器 N11输出低电平，RS触发器不被触发。当发生电路过电流时，运放器Nll的正向输入端电位 高于反向输入端电位，运放器N11输出高电平触发RS触发器(在此运放器Nll的电路结构 为一个电压比较器，即，当正向输入端电位高于反向输入端时，运算放大器输出高电平，高 电平的电位接近电源电压，当反向输入端的电位高于正向输入端电位时，运算放大器输出 低电平，低电平的电位接近电源负端)。 另二路信号比较电路运放器N12、电阻R22、 R23、可变电阻RP2和运放器N13、电 阻R32、R33、可变电阻RP3与此相同。 所述触发电路触发电路由基本RS触发器F1组成，触发器F1的S端为置"l"端， R端为置"O"端，当S为1时，触发器F1输出QA为l(高电平)，当R为1时，触发器F1输 出QA为0(低电平)，触发器的输出接到逻辑判断电路Gll的输入。 另二路触发电路RS触发器F2、 RS触发器F3与此相同。 所述逻辑判断电路逻辑判断电路由与门电路Gll组成，与门电路G11有四个输 入端，只要有一个输入端为0，与门电路Gll输出端Yl为0 (有0出0)，当四个输入端全为 1时，与门电路G11输出端Y1为l(全l出l)，在与门电路Gll输出从O低电平变到l高电 平时，驱动输出电路有输出。 所述驱动输出电路驱动输出电路由运放器N21、电阻R8、 R9、 RIO、电容C2、电阻 R3、三极管V1、二极管D8、继电器KA1组成，电阻R8、R9组成分压电路，给运放器N21 —个比 较参考电位；运放器N21正向输入端并接电容C2和和电阻R3，电容C2和电阻R3组成RC充 放电电路，电阻电容R3C2的时间常数t (t = R*C)决定了输出合闸信号的脉冲宽度(输 出继电器KA1的吸合时间)；运放器N21正向输入端经电容C2接逻辑判断电路的与门电路 Gll输出端，运放器N21输出端经电阻RIO接三极管VI基极，三极管VI集电极并接继电器 KA1和二极管D8，继电器KA1和二极管D8另一端接电源，电源为+12￥，三极管VI发射极接 地。当与门电路G11输出端Y1由0变成1时，经电容C2耦合，由于电容两端电压不能突 变，使运放器N21正向输入端B点电位为l，使得运放器N21的正向输入端电位高于反向输 入端，运放器N21输出高电平，经电阻R10驱动三极管Vl，三极管VI饱和导通，继电器KA1 吸合，输出合闸信号，输出合闸信号的时间宽度由电阻R3、电容C2的时间常数t决定。 所述故障指示电路发光二极管D4、电阻R4组成失压动作指示，发光二极管D5、电 阻R5组成A相过电流动作指示，发光二极管D6、电阻R6组成B相过电流动作指示，发光二 极管D7、电阻R7组成C相过电流动作指示。当发生进线失压时，继电器KV闭合，触发器F4 的S端得到高电平，触发器F4输出端QV为1，电流从输出端QV流出经发光二极管D4、电阻 R4流入电源负端，发光二极管D4发光，指示进线电源发生失电。(触发器的输出端在输出 高电平时，输出端电位接近电源电压，可以向外部负载提供几个毫安电流，在触发器输出低电平时，输出端的电位接近电源负端，可以流入几个毫安电流)。 当有过电流时，触发器Fl输入端QA输出0，电流从+12V经过发光二极管D5、电阻 R5流入触发器Fl的输出QA端，发光二极管D5发光，指示A相发生过电流。触发器F2和触 发器F3原理相同。 所述报警输出电路报警输出电路有电阻R14、 R15、运放器N22、电阻R16、三极管 V2 、继电器KA2组成短路报警输出，电阻R17、R18、运放器N23 、电阻R19 、三极管V3 、继电器 KA3组成失压报警输出。 当发生短路过电流时，触发器F1(F2、F3)输出为0 (正常工作时输出均为l)，与门
电路G12输出端Y2输出为O，运放器N22的反向输入端电位低于正向输入端(在正常情况
下，Y2为高电平，运放器N22的反向输入端电位高于正向输入端，运放器N22输出低电平)，
运放器N22输出高电平，经电阻R16、三极管V2、继电器KA2输出短路报警信号。 当发生进线失电时，继电器KV闭合，触发器F4的输出端QV输出高电平，运放器
N23输出高电平，经电阻R19、三极管V3、继电器KA3输出失压报警信号。 本实用新型母联自切智能控制装置的原理为 参见图3，在进线电源正常情况下，继电器KV得电打开，控制装置在开机时自动复 位，触发器F4的QV输出低电平，触发器F1、F2、F3的QA、 QB、 QC输出高电平(此状态为初 始工作状态)，与门电路Gl 1输出端Yl为低电平，通过电容C2耦合，运放器N21正向输入端 电位低于反向输入端电位，运放器N21输出低电平，继电器KA1不动作(释放状态)。 电源总线电流通过电流互感器CTa、 CTb、 CTc将三相电流信号取出，分别接到信号 变换电路的输入端X1-—X6端子上，将电流送到信号变换电路。由于正常工作时电流信号 很小，经信号变换后得到的电压很低，电压比较器Nl 1 (即运放器Nl 1)的正向输入端电位低 于反向输入端电位，Nil输出低电平，RS触发器不被触发。 当用户线路发生短路时，强大的短路电流通过电流互感器(CTa、 CTb、 CTc)传输到 信号变换电路，通过信号变换得到突变的高电压信号，送到由运放电路组成的电压比较器 进行比较，当短路电流>>额定电流时(约10倍Ie)，比较器(N11、N12或N13)输出高电 平l(当发生电路过电流时，Nil的正向输入端电位高于反向输入端电位，此电位的阀值可 以由电阻R12、R13、RP1的分压来决定)，RS触发器的R端得到高电平信号，触发RS触发器， 使RS触发器输出低电平O，再通过与门逻辑控制电路Gll，将RS触发器输出信号综合判断 后不输出母联合闸信号(与门电路有0出O，全1出1)，与门电路G12原来输出Y2为高电 平，此时输出低电平，发出短路报警信号。 当用户电源进线失压时，失压继电器KV释放，KV常闭触点闭合，触发器F4的S端 得到高电平，触发器F4的QV端输出高电平，此时，触发器F1、 F2、 F3、 F4均输出高电平，与 门电路G11输出高电平(全l出1)，运放器N21输出高电平，继电器KA1吸合，输出合闸信 号(通过逻辑控制电路综合判断后输出母联合闸信号)，触发器F4的QV端输出高电平的同 时运放器N23输出高电平，继电器KA3吸合，输出失压报警信号。 本实用新型母联自切智能控制装置的特点是灵敏度可以设置的非常高(运放器、 RS触发器、门电路的传输时间和转换时间都在0. 1 0. 2毫秒，)线路结构简单、应用灵活 方便、通用性强，配合不同的电流互感器可用于不同级别的供电系统中，高低压系统中均可 适用。可以根据不同的电流互感器比值，控制不同级别的电流，只要主回路短路电流>>额定电流时，它立即拒绝母联合闸，不输出母联合闸信号。当用户供电线路失压时，立即输出 母联合闸信号。
实施例 参见图4，在一段进线和二段进线分别设置电压继电器KV1和KV2，将KV1和KV2 的常闭触点信号分别接到各自的母联自切控制装置失压信号输入端。 在一段进线和二段进线分别设置三相电流互感器1TA和2TA，将1TA和2TA的三 相电流分别接到各自的母联自切控制装置的电流信号输入端，即1X1 1X6和另一个的 2X1 2X6。 将母联自切控制装置输出的合闸信号接到断路器QF3的合闸回路中。 这样，可以实现当一段进线或二段进线失电时，断路器QF1或QF2应失电而断开，
母联自切控制装置得到失压信号而发出合闸信号，断路器QF3立即合闸，保证一段用户或
二段用户正常供电。当一段用户或二段用户有短路时，断路器QF1或QF2跳闸，电流互感器
感应出短路电流信号送到母联自切控制装置判断后母联自切控制装置不发出合闸信号，断
路器QF3得不到合闸信号，母联不动作，不把故障带到另一条供电线路中，不扩大故障的范
围，保证了另一条线路的正常供电。 在进线失压跳闸后，母联自切控制装置立即发出失压跳闸报警，当用户短路时母
联自切控制装置立即发出短路跳闸报警，这样可以立即通知人员，到现场处理故障。 本实用新型母联自切控制装置解决了母联自切中不能区分失压跳闸和短路跳闸
的问题。
权利要求一种母联自切智能控制装置，其特征是包括信号变换电路、信号比较电路、触发电路、逻辑判断电路、故障指示电路、故障复位电路和驱动输出电路；所述信号变换电路是将外部输入的短路电流信号转换为对应的电压信号，信号变换电路输出接信号比较电路，信号比较电路输出接触发电路，信号比较电路将电压信号与基准信号比较，当电压信号大于基准信号时驱动触发电路；触发电路输出并接逻辑判断电路和故障指示电路，逻辑判断电路是将触发器的输出结果输入逻辑判断电路，判断是否输出合闸信号，逻辑判断电路输出接驱动输出电路，将合闸信号放大驱动母联开关合闸；故障指示电路是当发生跳闸后，指示出过流跳闸还是失压跳闸，并且报警输出；所述故障复位电路接触发电路，故障复位电路是在发生跳闸后人工复位，恢复到初始监控状态。
2. 根据权利要求1所述的母联自切智能控制装置，其特征是所述信号比较电路的一 路由运放器N11、电阻R12、R13、可变电阻RP1组成，电阻R12、R13和RP1组成分压电路，给 运放器Nll反向输入端一个参考工作电位，可变电阻RP1可调节参考工作电位；运放器Nll 正向输入端接信号变换电路的输出端，运放器N11输出端接触发电路输入端；信号比较电 路的另二路与所述信号比较电路的一路结构相同。
3. 根据权利要求2所述的母联自切智能控制装置，其特征是所述可变电阻RP1可调 节参考工作电位为调整过电流动作阀值，该值为io倍额定电流。
4. 根据权利要求1所述的母联自切智能控制装置，其特征是所述驱动输出电路由运 放器N21、电阻R8、 R9、 R10、电容C2、电阻R3、三极管V1、二极管D8、继电器KA1组成，电阻 R8、R9组成分压电路，给运放器N21反向输入端一个比较参考电位，运放器N21正向输入端 并接电容C2和和电阻R3，电容C2和电阻R3组成RC充放电电路，运放器N21正向输入端经 电容C2接逻辑判断电路的输出端，运放器N21输出端经电阻R10接三极管VI基极，三极管 VI集电极并接继电器KA1和二极管D8，继电器KA1和二极管D8另一端接电源，三极管VI 发射极接地；当运放器N21输出高电平接入三极管V1，三极管V1饱和导通，继电器KA1吸 合，输出合闸信号，输出合闸信号的时间宽度由电阻R3和电容C2的时间常数t决定。
专利摘要本实用新型公开了一种母联自切智能控制装置，其信号变换电路是将外部输入的短路电流信号转换为对应的电压信号，信号变换电路输出接信号比较电路，信号比较电路输出接触发电路，信号比较电路将电压信号与基准信号比较，当电压信号大于基准信号时驱动触发电路；触发电路输出并接逻辑判断电路和故障指示电路，逻辑判断电路判断是否输出合闸信号，逻辑判断电路输出接驱动输出电路，将合闸信号放大驱动母联开关合闸；故障指示电路是当发生跳闸后，指示出过流跳闸还是失压跳闸，并且报警输出；故障复位电路接触发电路，故障复位电路是在发生跳闸后人工复位，恢复到初始监控状态。本实用新型线路结构简单、应用灵活方便、通用性强。
文档编号H02H7/22GK201478807SQ20092020849
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者陆洪明 申请人:宝山钢铁股份有限公司