一种固态断路器及其掉电处理方法与流程

1.本发明涉及断路器领域，具体涉及一种固态断路器及其掉电处理方法。


背景技术：

2.固态断路器因具有快速通断性、可靠性及重复操作性在柔性交流传输系统中的应用越来越广泛，并且通过与其他装置配合使用极大提高了电力系统的稳定性和可靠性。现有的固态断路器又不能完全脱离机械开关，通常固态断路器都需要配装机械开关作为电气隔离，通过断开机械开关可以避免电力电子器件产生漏电流，但固态断路器通常从主回路取电，在主回路掉电后固态断路器中的电磁式的机械开关也会断路，此时如果需要再次上电需要外界重新进行合闸操作，操作极为不便。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种在掉电后不需要重新合闸的固态断路器及其掉电处理方法。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种固态断路器，包括机械开关、控制电路、电力电子器件和电源单元，所述机械开关包括触点机构以及驱动触点机构动作的控制线圈，所述触点机构包括主触点、至少一个与主触点同步动作的辅触点，所述主触点的一端、电源单元的一端连接在断路器的输入端，电力电子器件串联在主触点的另一端与断路器的输出端之间的主线路上，电源单元的另一端与控制电路连接用于为控制电路供电，辅触点与控制电路连接用于反馈触点机构的动作状态，控制线圈与控制电路连接并在控制电路的驱动下使触点机构动作，所述电力电子器件与控制电路连接，在控制电路接收到控制信号后驱动机械开关、电力电子器件动作；
6.所述控制电路具有记忆单元，在控制电路供电中断后被恢复后，控制电路通过读取记忆单元中断电前的控制信号来驱动机械开关和电力电子器件。
7.优选的，还包括电流检测单元，所述电流检测单元连接在机械开关与电力电子器件之间，并且电流检测单元与控制电路连接用于将电流信号传递至控制电路。
8.优选的，所述控制电路还连接有人机界面，人机界面用于向控制电路发送控制断路器分合闸的控制信号。
9.优选的，所述控制电路还连接有通讯单元，所述通讯单元与外部的上位机连接，通讯单元用于将上位机所产生用来控制断路器分合闸的控制信号传递至控制电路。
10.优选的，所述控制电路还连接有拨码开关，所述拨码开关向控制电路传递控制断路器分合闸的控制信号。
11.一种固态断路器的掉电处理方法，包括如上所述的固态断路器，在控制电路被正常供电时，控制电路接收用于控制断路器分合闸的控制信号，并将控制信号储存在控制电路的记忆单元中，控制电路根据控制信号驱动机械开关、电力电子器件动作；
12.在控制电路供电中断后又恢复正常供电后，控制电路读取断电前最后一次储存在
记忆单元中的控制信号，当控制电路读取到的控制信号为合闸命令时，控制电路分别驱动机械开关、电力电子器件动作；当控制电路读取到的控制信号为分闸命令时，控制电路不驱动机械开关、电力电子器件动作。
13.进一步，在控制电路被正常供电时,且固态断路器处于分闸状态时，在控制电路通过接收或读取记忆单元获取合闸命令后，控制电路先驱动机械开关的触点机构闭合，再驱动电力电子器件闭合；
14.在控制电路被正常供电，且固态断路器处于分闸状态时，在控制电路通过读取记忆单元获取分闸命令后，控制电路不驱动电力电子器件、机械开关动作；
15.在控制电路被正常供电时,且固态断路器处于合闸状态时，在控制电路接收到分闸命令后，控制电路先驱动电力电子器件关闭后再驱动机械开关的触点机构断开，且辅触点断开早于主触点。
16.进一步，在控制电路驱动触点机构闭合时，触点机构的主触点闭合先于辅触点，在辅触点闭合后向控制电路反馈触点机构已处于闭合状态；在控制电路驱动触点机构断开时，触点机构的辅触点断开先于主触点。
17.进一步，所述控制电路接收并储存的控制信号包括合闸命令，所述合闸命令可来自与控制电路连接的人机界面，或合闸命令由连接在控制电路上的通讯单元所传递，或合闸命令来自与控制电路连接的拨码开关。
18.进一步，所述控制电路接收并储存的控制信号包括分闸命令，所述分闸命令可来自与控制电路连接的人机界面，或分闸命令由连接在控制电路上的通讯单元所传递，或分闸命令来自与控制电路连接的拨码开关，或分闸命令自固态断路器的短路保护机构或过载保护机构。
19.本发明的一种固态断路器及其掉电处理方法，在控制电路中设置有用于记录断路器分合闸控制信号的记忆单元，在控制电路供电中断后又恢复供电后，控制电路通过获取记忆单元中断电前断路器的控制信号，并根据控制信号分别驱动机械开关、电力电子器件动作，克服了掉电后需要从外部操作重新合闸的缺陷，操作便利。
20.此外，电源单元与机械开关均连接在断路器的输入端，电源单元为控制电路供电不受机械开关、电力电子电器的控制。
21.此外，控制电路可以通过人机界面控制，或通过通讯单元受外部的上位机控制，或通过拨码开关控制。
附图说明
22.图1是本发明一种固态断路器的示意图；
23.图2是本发明一种固态断路器的第一实施例的示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图1-2给出的实施例，进一步说明本发明的一种固态断路器及其掉电处理方法的具体实施方式。本发明的一种固态断路器及其掉电处理方法不限于以下实施例的描述。
25.一种固态断路器，包括机械开关、控制电路、电力电子器件和电源单元，所述机械
开关包括触点机构以及驱动触点机构动作的控制线圈，所述触点机构包括主触点、至少一个与主触点同步动作的辅触点，所述主触点的一端、电源单元的一端连接在断路器的输入端，电力电子器件串联在主触点的另一端与断路器的输出端之间的主线路上，电源单元的另一端与控制电路连接用于为控制电路供电，辅触点与控制电路连接用于反馈触点机构的动作状态，控制线圈与控制电路连接并在控制电路的驱动使触点机构动作，所述电力电子器件与控制电路连接，在控制电路接收到控制信号后驱动机械开关、电力电子器件动作；
26.所述控制电路具有记忆单元，在控制电路供电中断后被恢复后，控制电路通过读取记忆单元中断电前的控制信号来驱动机械开关和电力电子器件；
27.在控制电路被正常供电时，控制电路接收用于控制断路器分合闸的控制信号，并将控制信号储存在控制电路的记忆单元中，控制电路根据控制信号驱动机械开关、电力电子器件动作；
28.在控制电路供电中断后又恢复正常供电后，控制电路读取断电前最后一次储存在记忆单元中的控制信号，当控制电路读取到的控制信号为合闸命令时，控制电路分别驱动机械开关、电力电子器件动作；当控制电路读取到的控制信号为分闸命令时，控制电路不驱动机械开关、电力电子器件动作。
29.本发明的一种固态断路器及其掉电处理方法，在控制电路中设置有用于记录断路器分合闸控制信号的记忆单元，在控制电路供电中断后又恢复供电后，控制电路通过获取记忆单元中断电前断路器的控制信号，并根据控制信号分别驱动机械开关、电力电子器件动作，克服了掉电后需要从外部操作重新合闸的缺陷，操作便利。
30.结合图1-2提供一种固态断路器及其掉电处理方法，一种固态断路器，包括机械开关、控制电路、电力电子器件和电源单元，所述机械开关包括触点机构以及驱动触点机构动作的控制线圈，所述触点机构包括主触点、至少一个与主触点同步动作的辅触点，所述主触点的一端、电源单元的一端连接在断路器的输入端，电力电子器件串联在主触点的另一端与断路器的输出端之间的主线路上，电源单元的另一端与控制电路连接用于为控制电路供电，并且电源单元连接在机械开关、电力电子器件的上游，不会受到机械开关、电力电子器件闭合、断开的影响，辅触点与控制电路连接用于反馈触点机构的动作状态，控制线圈与控制电路连接并在控制电路的驱动下使触点机构动作，所述电力电子器件与控制电路连接，在控制电路接收到控制信号后驱动机械开关、电力电子器件动作。优选如图2所示，在机械开关与电力电子器件之间还串联有电流检测单元，所述电流检测单元与控制电路连接，用于将电流信号传递至控制电路，控制电路通过电流检测单元读取断路器线线路的电流状态，即在断路器的线路中是否发生过载或短路，并且在发生过载或短路时进行保护处理，关闭电力电子器件及机械开关。
31.在控制电路被正常供电时，控制电路接收用于控制断路器分合闸的控制信号，并将控制信号储存在控制电路的记忆单元中，控制电路根据控制信号驱动机械开关、电力电子器件动作；
32.在控制电路供电中断后又恢复正常供电后，控制电路读取断电前最后一次储存在记忆单元中的控制信号，当控制电路读取到的控制信号为合闸命令时，控制电路分别驱动机械开关、电力电子器件动作；当控制电路读取到的控制信号为分闸命令时，控制电路不驱动机械开关、电力电子器件动作。
33.所述控制电路包括单片机或者微处理器mcu，单片机或者微处理器mcu与控制线圈、电力电子器件和辅触点连接。所述记忆单元为存储器，可以为eprom或其它存储单元，记忆单元为独立的存储器，或者是单片机中自带的存储空间，在控制电路被正常供电时，可以通过人机界面或远程写入记忆单元中，当控制电路供电中断后又恢复正常供电时，控制电路先读取内部存储器的数据然后进行相应操作，此操作可以是合闸动作，也可以是保持分闸状态。所述电力电子器件可以为igbt功率管或mosfet功率管或npn功率管或晶闸管等电力电子器件开关。
34.在实际应用中，控制电路供电正常状态包括一直处于正常供电状态以及供电中断后再恢复正常供电两种情况，并且固态断路器的工作状态包括合闸状态和分闸状态，但在控制电路的供电被中断后，机械开关和电力电子器件会处于分闸状态。
35.在控制电路一直处于正常供电状态且固态断路器处于分闸状态时，当控制电路通过接受控制信号获取合闸命令时，控制电路先驱动机械开关闭合，再驱动电力电子器件闭合；在控制电路供电被中断又恢复正常供电时，并且固态断路器处于分闸状态，控制电路通过读取储存在记忆单元中的控制信号获取合闸命令时，控制电路先驱动机械开关闭合，再驱动电力电子器件闭合；在控制电路供电被中断又恢复正常供电时，并且固态断路器处于分闸状态，控制电路通过读取储存在记忆单元中的控制信号获取分闸命令时，控制电路对电力电子器件以及机械开关无驱动，使机械开关、电力电子器件处于断开状态。
36.在控制电路一直处于正常供电状态且断路器处于合闸状态时，控制电路通过接受控制信号获取分闸命令时，控制电路先驱动电力电子器件断开，再驱动机械开关断开。
37.在本实施例中，所述机械开关优选如图1-2所示，包括同步动作的主触点和辅触点，控制电路通过控制线圈驱动机械开关的触点机构同步动作，但主触点和辅触点并不会同时达到闭合或断开状态。在控制电路驱动控制线圈使触点机构动作时，主触点比辅助触点先闭合，在辅触点闭合后向控制电路反馈触点机构已处于闭合状态；在控制电路驱动触点机构断开时，触点机构的辅触点断开先于主触点。如此，在控制电路检测到辅触点闭合时，主触点一定处于闭合状态，在控制电路检测到辅触点处于断开状态时，主触点一定处于正在断开过程中，此时通过控制电路驱动电力电子器件关闭，由于电力电子器件速度比机械结构速度快，电力电子器件能迅速关断主回路，相比现有通过机械开关动作实现对主线路关断的固态断路器，本技术的关断速度明显较快。
38.提供一种能实现上述过程的触点机构，所述主触点与辅触点在总行程相同的条件下，主触点的开距小于辅触点，主触点的超程大于辅触点的超程，如此使得在触点机构同步动作时，主触点先于辅触点闭合，辅触点早于主触点断开。例如，所述主触点与辅助触点被同步触发，主触点接触的开距为1mm，超程为2mm,总行程为3mm，辅触点的接触开距为2mm，超程为1mm，总行程为3mm。闭合过程，主触点运动到1mm时主触点闭合，此时辅助触点也运行1mm，但辅触点还未闭合，当主触点、辅触点都运行2.1mm-3mm位置时，主触点、辅触点均闭合，此时完成闭合动作；辅触点闭合,主触点也闭合，此时闭合动作完成；断开过程，当主触点、辅助触点的返回距离在1.1-1.9mm之间时，辅触点已经断开，此时主触点处于闭合状态中，当主触点、辅触点返回距离在2.1mm-3mm处，主触点、辅触点都在断开状态，需要说明的是，上述主触点、辅触点的超程、开距及总行程的长度仅是举例说明，其实际长度需要根据需要设计。
39.在本实施例中，控制电路所接收并储存的控制信号可以来自连接在控制电路上用于驱动控制电路的设备，也可以来自固态断路器。优选如图2所示，在控制电路上连接有通讯单元，所述通讯单元可以通过有线连接或无线连接使外部的上位机向控制电路输入分合闸的控制信号。在控制电路上还可以连接软件控制单元，在本实施例中软件控制单元为人机界面，通过操作人机界面向控制电路输出分合闸的控制信号，当然，也可以采用硬件设备来代替人机界面，例如采用拨码开关替代人机界面向控制电路发出分合闸的控制信号。此外，人机界面、通讯单元和拨码开关还设置有过流、短路、过压及欠压等故障保护功能，并且还具有掉电后是否重合闸的功能。在固态断路器产生短路或过载故障时，固态断路器的短路保护机构或过载保护机构向控制电路发出分闸命令，控制电路先驱动电力电子器件断开，再驱动机械开关断开。
40.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。