集成高压交流断路器控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种集成高压交流断路器控制器，包括控制器主体、前置器和行程检测电路，所述控制器主体包括第一微处理器电路和分合闸控制电路；所述控制器主体通过电连接线与其外部的电源、配电电压互感器、断路器负载的电流互感器及设置于断路器中的分合闸操作组件相连接；所述控制器主体通过通信通道与前置器连接；所述行程检测电路与第一微处理器电路相连接；所述第一微处理器电路与分合闸控制电路相连接；所述控制器主体与断路器的分合闸操作组件相连接；所述控制器主体发出分闸指令信号或合闸指令信号，启动分合闸操作组件控制断路器的分闸操作或合闸操作。本发明功能齐全、抗电磁干扰强、在负载短路故障时可靠保护，对断路器能够精确控制。
【专利说明】集成高压交流断路器控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力【技术领域】，具体为一种集成高压交流断路器控制器。
【背景技术】
[0002]目前国内在工业现场用作配电或电机保护的控制单元，基本达到了国际九十年代水平，可对各种信号进行实时处理，实现多种保护特性和众多的辅助功能。断路器是配电系统中主要的保护电器之一，也是功能最完善的保护电器。近年来，断路器的小型化已成为一种趋势，但更为重要的是，为了适应智能电网的发展需求，断路器的智能化水平不断升级。作为断路器大脑的智能控制器，其功能越来越丰富，越来越复杂。特别是保护功能，不仅实现了传统的三段保护和接地故障保护，还实现了电流不平衡保护、需用电流保护、过欠电压保护、逆功率保护等多种保护功能，能很好地满足各种场合的应用。
[0003]现有的断路器控制器主要缺点是结构设计不合理、电路设计也不尽合理，断路器的集成效果不理想，存在抗强电磁干扰能力差，在负载端发生短路故障时产生的大电流可能使智能保护功能失效而扩大故障范围；功能不完备，应用于断路器后，断路器的实用性差；自动控制性能不完善，不能对断路器的动触头运动进行精确控制，因此不能实现电流速切选相分闸和选相重合闸，导致电流速切分闸、重合闸对电网、负载和设备本身造成严重冲击、危害。
[0004]因此，市场上缺乏一种功能齐全、抗电磁干扰能力强、在发生负载短路故障时可靠保护，并且对断路器开关动触头运动能够精确控制的集成高压交流断路器控制器。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种功能齐全、抗电磁干扰能力强、在发生负载短路故障时可靠保护，并且对断路器开关动触头运动能够精确控制的集成高压交流断路器控制器。
[0006]为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为:一种集成高压交流断路器控制器，包括控制器主体、前置器和行程检测电路，所述控制器主体包括第一微处理器电路和分合闸控制电路；
[0007]所述控制器主体通过电连接线与其外部的电源、配电电压互感器、断路器负载的电流互感器及设置于断路器中的分合闸操作组件相连接；
[0008]所述控制器主体通过通信通道与前置器相连接；所述行程检测电路与第一微处理器电路相连接；所述第一微处理器电路与分合闸控制电路相连接；所述控制器主体与断路器的分合闸操作组件相连接；
[0009]所述控制器主体发出分闸指令信号或合闸指令信号，启动分合闸操作组件控制断路器的分闸操作或合闸操作。
[0010]进一步地，所述控制器主体还包括三相交流电压相位检测电路、电流预处理电路、电流后备保护电路、工作电源电路、备用工作电源电路和或门性质电路；
[0011 ] 所述三相交流电压相位检测电路、电流预处理器电路和电流后备保护电路通过电连接线分别与第一微处理器电路相连接；
[0012]所述电流预处理电路经由第一微处理器电路通过分合闸控制电路与所述分合闸操作组件相连接；
[0013]所述电流后备保护电路通过分合闸控制电路与所述分合闸操作组件相连接；
[0014]所述外部的电源与工作电源电路相连接，配电电压互感器与备用工作电源电路相连接；所述工作电源电路和备用工作电源电路通过或门性质电路与所述微处理电路相连接；所述三相交流电压相位检测电路的输入端与外部配电电压互感器相连接，输出端与微处理器电路相连接；
[0015]所述电流预处理电路和电流后备保护电路分别与电流互感器相连接。
[0016]进一步地，所述前置器还设置有第二微处理器电路和第二电气隔离器件；所述控制器主体内设置有第一电气隔离器件；
[0017]所述通信通道通过第一电气隔离器件与第一微处理器电路相连接；所述通信通道通过第二电气隔离器件与第二微处理器电路相连接。
[0018]更进一步地，所述前置器还包括前置器用前面板和前置器用后面板；
[0019]所述前置器用前面板上设置有液晶触摸屏、功能压板、人体红外感应传感器、分合闸操作按钮、远方与本体操作转换开关、一个以上的指示灯和第一温湿度传感器；所述前置器用后面板上设置有第二温湿度传感器；
[0020]所述液晶触摸屏、功能压板、人体红外感应传感器、分合闸操作按钮、远方与本体操作转换开关、一个以上的指示灯、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器分别与第二微处理器电路相连接。
[0021 ] 进一步地，所述前置器上还设置有GPRS通信模块和RF射频通信模块；
[0022]所述GPRS通信模块和RF射频通信模块分别与第二微控制器电路相连接；
[0023]所述人体红外感应传感器感应到人体靠近后，第二微处理电路控制液晶触摸屏显示，人体离开后，第二微处理器电路控制液晶触摸屏延时关闭。
[0024]进一步地，所述分合闸操作组件包括第一分合闸状态接点、第二分合闸状态接点、分闸线圈、合闸线圈、分合闸电源、合闸控制出口器件、分闸控制出口器件、分合闸控制驱动电路、第一防跳继电器和第二防跳继电器；
[0025]所述分合闸控制驱动电路、分闸控制出口器件、第二防跳继电器、第一分合闸状态接点、分闸线圈与分合闸电源构成分闸回路；
[0026]所述分合闸控制驱动电路与分闸控制出口器件的控制端相连接；所述分闸控制出口器件、第二防跳继电器、分闸状态接点、分闸线圈和分合闸电源依次相连接；
[0027]所述分合闸控制驱动电路、合闸控制出口器件、第一防跳继电器、第二分合闸状态接点、合闸线圈与分合闸电源构成合闸回路；
[0028]所述分合闸控制驱动电路与合闸控制出口器件的控制端相连接；所述合闸控制出口器件、第一防跳继电器、合闸状态接点、合闸线圈和分合闸电源依次相连接；
[0029]合闸控制出口器件和分闸控制出口器件为可关断电力电子器件。
[0030]更进一步地，所述电力电子器件为IGBT管或MOS管或大功率三极管或可关断晶闸管；
[0031]所述合闸回路上设置有第一通断检测电路，所述第一通断检测电路和第一光电隔离器件相连接；
[0032]所述分闸回路上设置有第二通断检测电路，所述第二通断检测电路和第二光电隔离器件相连接；
[0033]所述第一光电隔离器件和第二光电隔离器件的输出端分别与第一微处理器电路相连接。
[0034]进一步地，所述第一微处理器电路发出分闸指令信号，所述分闸指令信号经分合闸控制驱动电路接收后驱动分闸控制出口器件，从而控制分闸线圈，使断路器分闸，所述第一分合闸状态接点将分闸状态信号送至第一微处理器电路；
[0035]所述第一微处理器电路发出合闸指令信号，经分合闸控制驱动电路接收后驱动合闸控制出口器件，从而控制合闸线圈，使断路器合闸，所述第二分合闸状态接点将合闸状态信号送至第一微处理器电路。
[0036]进一步地，所述分合闸操作组件还包括用于监测分合闸过程中分闸线圈或合闸线圈电流值的电流检测电路；
[0037]所述电流检测电路设置于分闸回路和合闸回路的汇合点与分合闸电源之间；
[0038]所述电流检测电路与所述第一微处理器电路相连接。
[0039]更进一步地，当所述断路器负载端发生短路故障时，电流互感器将检测到的电流信号经电流预处理电路传送至第一微处理器电路，所述第一微处理器电路将分闸指令信号传送至分合闸控制电路，控制分合闸操作组件的分闸线圈，使断路器分闸。
[0040]进一步地，所述电流后备保护电路包括第一电位器、第二电位器、第三电位器、第一光电隔离器件、第二光电隔离器件、第三光电隔离器件、工作电源和电流试验连接件；
[0041]所述第一光电隔离器件经由第一电位器与断路器的负载端的电流互感器相连接；所述第二光电隔离器件经由第二电位器与断路器的负载端的电流互感器相连接；所述光电隔离器件经由第三电位器与断路器的负载端的电流互感器相连接；
[0042]所述第一电位器、第二电位器、第三电位器分别与电流试验连接件相连接；
[0043]所述第一光电隔离器件、第二光电隔离器件、第三光电隔离器件的输出端分别与工作电源、第一微处理器电路和分合闸控制电路相连接。
[0044]进一步地，所述控制器主体外设置有电磁屏蔽装置和电连接线，
[0045]所述电磁屏蔽装置包括四围面板、电磁屏蔽装置用前面板、电磁屏蔽装置用后面板；所述电磁屏蔽装置用前面板和电磁屏蔽装置用后面板分别与四围面板通过固定件相连接；
[0046]所述四围面板、电磁屏蔽装置用前面板和电磁屏蔽装置用后面板为双层或双层以上的金属板；
[0047]所述电磁屏蔽装置上设置有抗震连接件和线路板；
[0048]所述线路板为母板和插板；所述母板和插板上设置有接插件；所述插板通过接插件与母板相适配；所述电磁屏蔽装置用后面板上设置有线缆孔，所述电连接线通过线缆孔后直接与母板相连接。
[0049]更进一步地，所述金属板为双层，内层为铝板，外层为铁板；
[0050]所述分合闸电源中设置有电容器；
[0051]所述电连接线为具有金属屏蔽层的线缆，所述线缆的屏蔽层经由母板接地层与电磁屏蔽装置相连接。
[0052]本发明的一种集成高压交流断路器控制器的电流后备保护电路，所述电流后备保护电路包括第一电位器、第二电位器、第三电位器、第一光电隔离器件、第二光电隔离器件、第三光电隔离器件、工作电源和电流试验连接件；
[0053]所述第一光电隔离器件经由第一电位器与断路器的负载端的电流互感器相连接；所述第二光电隔离器件经由第二电位器与断路器的负载端的电流互感器相连接；所述光电隔离器件经由第三电位器与断路器的负载端的电流互感器相连接；
[0054]所述第一电位器、第二电位器、第三电位器分别与电流试验连接件相连接；
[0055]所述工作电源、第一微处理器电路和分合闸控制电路分别与第一光电隔离器件、第二光电隔离器件、第三光电隔离器件的输出端相连接。
[0056]进一步地，所述第一光电隔离器件的A极经由第一电位器与分合闸操作组件的负载端的电流互感器的A端相连接，所述第一光电隔离器件的K极与所述电流互感器的N端相连接；
[0057]所述第二光电隔离器件的A极经由第二电位器与断路器的负载端电流互感器的B端相连接，所述第二光电隔离器件的K极与所述电流互感器的N端相连接；
[0058]所述第三光电隔离器件的A极经由第三电位器与断路器的负载端电流互感器的C端相连接，所述第三光电隔离器件的K极与所述电流互感器的N端相连接。
[0059]本发明的一种电流后备保护电路的工作方法，包括以下步骤:
[0060]( I)所述电流互感器检测电流信号；
[0061](2)所述电流互感器检测到的电流信号输出至电流后备保护电路；
[0062](3)当检测的电流信号超出所述电流后备保护电路的保护启动电流值时，所述电流后备保护电路将信号输出至分合闸控制电路；
[0063](4)所述分合闸控制电路控制断路器中的分合闸操作组件中的分闸线圈，使断路器分闸。
[0064]本发明的一种选相分闸和选相重合闸的工作方法，包括以下步骤:
[0065](I)当单相接地或者二相短路时，电流预处理器电路、电压相位检测电路检测短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号；
[0066](2)所述短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号传送至第一微处理器电路，所述第一微处理器电路对短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号进行分析，判断所发生短路的相别和故障电压的过零点；
[0067](3)所述行程检测电路对断路器的分合闸时间进行检测，得到分合闸时间信号；
[0068](4)所述分合闸时间信号传送至第一微处理器电路，所述第一微处理器电路对分合闸操作组件进行控制，使断路器开关分合闸点处于短路故障相交流电压的过零点，进行选相分闸操作和选相重合闸操作。
[0069]本发明的有益效果:本发明结构简单，使用方便、功能齐全、抗电磁干扰能力强、在发生负载短路故障时可靠保护，并且对断路器的开关动触头运动能够精确控制。根据断路器的开关动触头位移检测电路测得的断路器分、合闸时间，控制断路器开关分、合闸，使断路器开关分、合闸的时间点正好在短路故障相交流电压的过零点，实现电流型故障保护选相分闸和故障选相重合闸，与现有技术相比，大大降低了电流型故障分闸与重合闸对电网、负载和设备本身造成的严重冲击和危害，断路器控制器实现断路器的主要电路部件在线监测，提早发现故障，及时处理，避免电网事故的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0070]图1是本发明电路的概略示意图；
[0071]图2是本发明的断路器电路的示意图；
[0072]图3是本发明的电流后备保护电路的示意图；
[0073]图4是本发明的外壳的结构示意图；
[0074]图5是本发明的前置器上的红外感应探测电路；
[0075]图6是本发明的前置器上的光纤通信接收电路；
[0076]图7是本发明的前置器上的光纤通信发送电路；
[0077]其中:1控制器本体；2前置器；3第一微处理器电路；4分合闸控制电路；5行程检测电路；6第一电气隔离电路；7电流后备保护电路；8备用工作电源电路；9工作电源电路；10分合闸操作组件；11第一分合闸状态接点；12分闸线圈；13合闸线圈；14或门性质电路；15电源；16配电电压互感器；17三相交流电压相位检测电路；18第二微处理器电路；19第二电气隔离电路；20液晶触摸屏；21功能压板；22人体红外感应传感器；23第一温湿度传感器；24电流互感器；25电流预处理器电路；26合闸控制出口器件；27分闸控制出口器件；28第一防跳继电器；29第二防跳继电器；30电流检测电路；31分合闸控制驱动电路；32第一光电隔离器件；33第二光电隔离器件；34第一通断检测电路；35第二通断检测电路；36第一电位器；37第二电位器；38第三电位器；39第一光电隔离器件；40第二光电隔离器件；41第三光电隔离器件；42电源电路；43电流试验连接件；44电磁屏蔽装置用前面板；45电磁屏蔽装置用后面板；46铁板；47铝板；48抗震连接件；49母板；50四围面板；51接插件；52线缆；53通信通道；54第二温湿度传感器；55GPRS通信模块；56RF射频通信模块；57汇合点；58插板；59工作电源；60第二分合闸状态接点；61第二滤波电路；62反馈电路；63信号处理电路；64输出电路；65光纤接收头；66第一滤波电路；67第一放大电路；68第一信号调理电路；69第一中央处理器通信口 ；70第二中央处理器通信口 ；71第二放大电路；72第二信号调理电路；73驱动电路；74光纤发射头。
【具体实施方式】
[0078]为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明做进一步的介绍。
[0079]实施例1
[0080]如图1至图4所示，本发明的一种集成高压交流断路器控制器，包括控制器主体1、前置器2和行程检测电路5，所述控制器主体I包括第一微处理器电路3和分合闸控制电路
4；
[0081]所述控制器主体I通过电连接线与其外部的电源15、配电电压互感器16、断路器负载的电流互感器24及设置于断路器中的分合闸操作组件10相连接；
[0082]所述控制器主体I通过通信通道53与前置器2相连接；所述行程检测电路5与第一微处理器电路3相连接；所述第一微处理器电路3与分合闸控制电路4相连接；所述控制器主体I与断路器的分合闸操作组件10相连接；
[0083]所述控制器主体I发出分闸指令信号或合闸指令信号，启动分合闸操作组件10控制断路器的分闸操作或合闸操作。所述控制器主体I装入断路器，与断路器电连接线的连线短、抗干扰性强，前置器2装于安全和便于观察、操作的地方进行人机联系，行程检测电路5装于断路器开关的动触头驱动杆上，用于监测断路的机械运动参数，电气隔离电路、屏蔽线缆、屏蔽外壳等措施用于增强电磁兼容性，克服了现有产品中存在的抗干扰能力差，导致在负载端发生短路故障时智能保护功能失效而发生电网安全事故的问题。
[0084]所述控制器主体I还包括三相交流电压相位检测电路17、电流预处理电路25、电流后备保护电路7、工作电源电路9、备用工作电源电路8和或门性质电路14 ;或门性质电路14输出作为控制器主体I中电路的工作电源，备用工作电源电路8和工作电源电路9都正常或者其中一个故障时或门性质电路14均有输出，从而使控制器主体I的电源可靠性得到提高，如原来为99%，提高到99.99%。
[0085]所述三相交流电压相位检测电路17、电流预处理器电路25和电流后备保护电路7通过电连接线分别与第一微处理器电路3相连接；
[0086]所述电流预处理电路25经由第一微处理器电路3通过分合闸控制电路4与所述分合闸操作组件10相连接；
[0087]所述电流后备保护电路7通过分合闸控制电路4与所述分合闸操作组件10相连接；
[0088]所述外部的电源15与工作电源电路9相连接；配电电压互感器16与备用工作电源电路8相连接；
[0089]所述工作电源电路9和备用工作电源电路8通过或门性质电路14与所述微处理电路3相连接；
[0090]所述三相交流电压相位检测电路17的输入端与外部配电电压互感器16相连接，输出端与微处理器电路3相连接；
[0091]所述电流预处理电路25和电流后备保护电路7分别与电流互感器24相连接。
[0092]断路器的行程检测电路5测得的断路器的分合闸时间，控制断路器的开关分合闸，使断路器开关分合闸的时间点处于短路故障相交流电压的过零点，实现电流型故障保护选相分闸和故障选相重合闸，电路简单、算法简单，大大降低了电流型故障分闸与重合闸对电网、负载和设备本身造成的严重冲击、危害。
[0093]电流后备保护电路7由非智能元件构成，抗干扰性强，不受故障时特大电流的干扰，因而极大地提高了电路保护的可靠性。
[0094]所述前置器2还设置有第二微处理器电路18和第二电气隔离器件19 ;所述控制器主体I内设置有第一电气隔离器件6 ；
[0095]所述通信通道53通过第一电气隔离器件6与第一微处理器电路3相连接；所述通信通道53通过第二电气隔离器件19与第二微处理器电路18相连接。
[0096]所述前置器2还包括前置器用前面板和前置器用后面板；
[0097]所述前置器用前面板上设置有液晶触摸屏20、功能压板21、人体红外感应传感器22、分合闸操作按钮、远方与本体操作转换开关、一个以上的指示灯和第一温湿度传感器23 ;所述前置器用后面板上设置有第二温湿度传感器54 ；[0098]所述液晶触摸屏20、功能压板21、人体红外感应传感器22、分合闸操作按钮、远方与本体操作转换开关、一个以上的指示灯、第一温湿度传感器23、第二温湿度传感器54分别与第二微处理器电路18相连接。
[0099]所述前置器2上还设置有GPRS通信模块55和RF射频通信模块56 ；
[0100]所述GPRS通信模块55和RF射频通信模块56分别与第二微控制器电路18相连接；所述GPRS通信模块55实现了产品的无线远方管理，RF射频通信模块56用于产品应用时与具有RF射频通信功能的成套设备联机，省掉很多的转接装置。
[0101]所述红外人体红外感应传感器22感应到人体靠近后，第二微处理电路18控制液晶触摸屏20显示，人体离开后，第二微处理器电路18控制液晶触摸屏20延时关闭。克服了前置器2因液晶触摸屏20工作寿命短的可靠性问题。
[0102]前置器2 —般安装于开关柜的柜面上，安装于前置器2前面板的第一温湿度传感器23用于监测柜外环境，安装于前置器2后面板的第二温湿度传感器54则用于监测柜内环境，附加电路不多，减少了产品应用时成套设备的数量。液晶触摸屏20用于信息显示和设置操作键盘，功能压板21用于现场直观、方便地设置或撤销前置器2的重要功能，避免出现错误，产生严重后果。
[0103]前置器2的功能模块包括信息显示功能模块、控制功能模块、统计功能模块和诊断功能模块。所述信息显示功能模块包括:
[0104](I)电流，电压，功率，功率因数等电气量信息显示；(2)温度，湿度，开关位置，储能位置等非电气量信息显示；(3)触头温度显示；(4) 一次接线图状态显示；(5)电压，电流，功率，功率因数曲线显示；(6)保护信息显示和报警信息显示；
[0105]所述控制功能模块包括:
[0106](I)本地、远方控制；(2)手车进退控制；(3)分、合闸控制；(4)门锁控制:控制柜门的电磁锁；(5)加热，风扇控制:根据设定的温度范围自动进行柜内恒温控制；
[0107]所述统计功能模块包括:
[0108](I)合闸、分闸事件统计:记录分、合闸时刻，线圈电流，分、合闸时间，分、合闸速度，分、合闸次数；(2 )手车进退事件统计:记录手车操作时刻，运动时间，运动电流，运动次数；(3)地刀分、合闸事件统计:记录地刀动作时刻，动作时间，电机电流，运动速度，运动次数；(4)报警事件统计:与设置限值相比较超标报警时刻和当时的值；(5)用电量统计:电能计量功能，分为峰、谷、平时段计量；
[0109]所述诊断功能模块包括:
[0110](I)断路器特性诊断:判断断路器特性是否正常；(2)综合自动化系统诊断:判断断路器控制器功能是否正常；(3)成套装置诊断:判断柜内测控装置是否正常；(4)配电与负荷诊断:判断回路是否正常；(5)分、合闸事件录波:记录分、合闸瞬间电流，电压，动触头行程曲线；
[0111]所述参数设置功能包括:
[0112](I)系统参数设置:设置系统时钟，通讯规约，速率等；(2)成套参数设置:设置温湿度报警限值；(3)保护参数设置:设置过压，欠压，速断，过流，压板等参数；(4)报警参数设置:设置机构电气特性报警限值；(5)联锁操作参数设置:设置断路器的联锁操作逻辑关系O[0113]如图5所示，为本发明的前置器2上的红外感应探测电路，前置器2感知人体信号，打开液晶显示器，供操作者使用，人离开后输出电路64关闭，降低功耗，节约电能，保护液晶显示屏，延长使用寿命。人体红外感应传感器22接受到人体红外波信号后转换成电信号，经过第二滤波电路61滤波后送信号处理电路63进行处理，为了提高系统的稳定性，增加了反馈电路62，只接收特定范围波长的信号，最后通过输出电路64输出一个驱动信号，接通液晶触摸屏20的电源。
[0114]如图6和图7所示，前置器2的上的光纤通信电路包括以下组成部分:
[0115]光纤通信接收电路:
[0116]光纤接收头65经第一滤波电路66滤波，消除可见光干扰，滤波后的信号经第一放大电路67放大后,传输给第一信号调理电路68,所述第一信号调理电路68的输出端与第一中央处理器通信口 69连接；为了提高通信的稳定性，以及提高通信速率，使用光纤作为通信介质，具有强抗干扰能力，提高系统的抗干扰性能。
[0117]光纤通信发送电路:
[0118]第二中央处理器通信口 70将发送信号经第二放大电路71放大之后传输给第二信号调理电路72，第二信号调理电路72将调理后的信号发送过驱动电路73，驱动电路73将电压信号转换成电流信号，再经过光纤发射头74将电信号转换成光信号，经过光纤线进行传输。
[0119]所述分合闸操作组件10包括第一分合闸状态接点11、第二分合闸状态接点60、分闸线圈12、合闸线圈13、分合闸电源42、合闸控制出口器件26、分闸控制出口器件27、分合闸控制驱动电路31、第一防跳继电器28和第二防跳继电器29 ；
[0120]所述分合闸控制驱动电路31、分闸控制出口器件27、第二防跳继电器29、第一分合闸状态接点11、分闸线圈12与分合闸电源42构成分闸回路；
[0121]所述分合闸控制驱动电路31与分闸控制出口器件27的控制端相连接；所述分闸控制出口器件27、第二防跳继电器29、分闸状态接点11、分闸线圈12和分合闸电源42依次相连接；
[0122]所述分合闸控制驱动电路31、合闸控制出口器件26、第一防跳继电器28、第二分合闸状态接点60、合闸线圈13与分合闸电源42构成合闸回路；
[0123]所述分合闸控制驱动电路31与合闸控制出口器件26的控制端相连接；所述合闸控制出口器件26、第一防跳继电器28、合闸状态接点60、合闸线圈13和分合闸电源42依次相连接；
[0124]合闸控制出口器件26和分闸控制出口器件27为可关断电力电子器件。使用可关断电力电子器件，可以缩短和精确控制分合闸时间，使得分合闸时间从现有技术的IOOms降低至40ms，使得分闸时间从现有技术的60ms降低至15ms，实现准确的故障选相分闸和
选相重合闸。
[0125]所述电力电子器件为IGBT管或MOS管或大功率三极管或可关断晶闸管；
[0126]所述合闸回路上设置有第一通断检测电路34，所述第一通断检测电路34和第一光电隔离器件32相连接；
[0127]所述分闸回路上设置有第二通断检测电路35，所述第二通断检测电路35和第二光电隔离器件33相连接；[0128]所述第一光电隔离器件32和第二光电隔离器件33的输出端分别与第一微处理器电路3相连接。
[0129]所述第一微处理器电路3发出分闸指令信号，所述分闸指令信号经分合闸控制驱动电路31接收后驱动分闸控制出口器件27，从而控制分闸线圈12，使断路器分闸，所述第一分合闸状态接点11将分闸状态信号送至第一微处理器电路3 ；
[0130]所述第一微处理器电路3发出合闸指令信号，经分合闸控制驱动电路31接收后驱动合闸控制出口器件26，从而控制合闸线圈13，使断路器合闸，所述第二分合闸状态接点60将合闸状态信号送至第一微处理器电路3。
[0131]所述分合闸操作组件10还包括用于监测分合闸过程中分闸线圈12或合闸线圈13电流值的电流检测电路30 ；
[0132]所述电流检测电路30设置于分闸回路和合闸回路的汇合点57与分合闸电源42之间；
[0133]所述电流检测电路30与所述第一微处理器电路3相连接。微处理器电路3对分闸线圈12和合闸线圈13的通断监测，及分闸过程中的分闸线圈12的电流和合闸过程中的合闸线圈13的电流进行测量诊断并上传，电路简单、逻辑合理，实现断路器主要电路部件在线监测，提早发现故障，及时处理，避免电网事故的发生。
[0134]当所述断路器负载端发生短路故障时，电流互感器24将检测到的电流信号经电流预处理电路25传送至第一微处理器电路3，所述第一微处理器电路3将分闸指令信号传送至分合闸控制电路4，控制分合闸操作组件10的分闸线圈12，使断路器分闸。
[0135]所述电流后备保护电路7包括第一电位器36、第二电位器37、第三电位器38、第一光电隔离器件39、第二光电隔离器件40、第三光电隔离器件41、工作电源59和电流试验连接件43 ；
[0136]所述第一光电隔离器件39经由第一电位器36与断路器的负载端的电流互感器24相连接；所述第二光电隔离器件40经由第二电位器37与断路器的负载端的电流互感器24相连接；所述光电隔离器件41经由第三电位器38与断路器的负载端的电流互感器24相连接；
[0137]所述第一电位器36、第二电位器37、第三电位器38分别与电流试验连接件43相连接；
[0138]所述第一光电隔离器件39、第二光电隔离器件40、第三光电隔离器件41的输出端分别与工作电源59、第一微处理器电路3和分合闸控制电路4相连接。
[0139]所述控制器主体I外设置有电磁屏蔽装置和电连接线，
[0140]所述电磁屏蔽装置包括四围面板50、电磁屏蔽装置用前面板44、电磁屏蔽装置用后面板45 ;所述电磁屏蔽装置用前面板44和电磁屏蔽装置用后面板45分别与四围面板50通过固定件相连接；
[0141]所述四围面板50、电磁屏蔽装置用前面板44和电磁屏蔽装置用后面板45为双层或双层以上的金属板；
[0142]所述电磁屏蔽装置上设置有抗震连接件48和线路板；
[0143]所述线路板为母板49和插板58 ;所述母板49和插板58上设置有接插件51 ;所述插板58通过接插件51与母板49相适配；所述电磁屏蔽装置用后面板45上设置有线缆孔，所述电连接线通过线缆孔后直接与母板49相连接。
[0144]所述金属板为双层，内层为铝板47，外层为铁板46 ;所述铝板47的厚度不小于3mm ;外层为铁板46,所述铁板46的厚度为不小于Imm ;铁板46对磁场有很强的屏蔽作用，铝板47对电场干扰有很强的屏蔽作用，二者具有一定厚度并结合，使控制器主体I具有良好的电磁兼容性，确保在负载短路等情况能够可靠工作。
[0145]所述分合闸电源42中设置有电容器；电容器用于储能，以此减小外部电源15的容量和提高工作电源电路9的稳定度，使分合闸时间点控制精确的更加精确。
[0146]所述电连接线为具有金属屏蔽层的线缆52，所述线缆52的屏蔽层经由母板49接地层与电磁屏蔽装置相连接。金属屏蔽线缆52用于防止干扰信号的引入，提高电磁兼容性；本发明的整体结构简单，安装、调试、维修也很方便。
[0147]本发明的一种集成高压交流断路器控制器的电流后备保护电路，所述电流后备保护电路7包括第一电位器36、第二电位器37、第三电位器38、第一光电隔离器件39、第二光电隔离器件40、第三光电隔离器件41、工作电源59和电流试验连接件43 ；
[0148]所述第一光电隔离器件39经由第一电位器36与断路器的负载端的电流互感器24相连接；所述第二光电隔离器件40经由第二电位器37与断路器的负载端的电流互感器24相连接；所述光电隔离器件41经由第三电位器38与断路器的负载端的电流互感器24相连接；
[0149]所述第一电位器36、第二电位器37、第三电位器38分别与电流试验连接件43相连接；
[0150]所述工作电源59、第一微处理器电路3和分合闸控制电路4分别与第一光电隔离器件39、第二光电隔离器件40、第三光电隔离器件41的输出端相连接。
[0151]所述第一光电隔离器件39的A极经由第一电位器36与分合闸操作组件10的负载端的电流互感器24的A端相连接，所述第一光电隔离器件39的K极与所述电流互感器24的N端相连接；
[0152]所述第二光电隔离器件40的A极经由第二电位器37与断路器的负载端电流互感器24的B端相连接，所述第二光电隔离器件40的K极与所述电流互感器24的N端相连接；
[0153]所述第三光电隔离器件41的A极经由第三电位器38与断路器的负载端电流互感器24的C端相连接，所述第三光电隔离器件41的K极与所述电流互感器24的N端相连接。
[0154]本发明的一种电流后备保护电路的工作方法，包括以下步骤:
[0155](I)所述电流互感器24检测电流信号；
[0156](2)所述电流互感器24检测到的电流信号输出至电流后备保护电路7 ;
[0157](3)当检测的电流信号超出所述电流后备保护电路7的保护启动电流值时，所述电流后备保护电路7将信号输出至分合闸控制电路4;
[0158](4)所述分合闸控制电路4控制断路器中的分合闸操作组件10中的分闸线圈12，使断路器分闸。
[0159]本发明的一种选相分闸和选相重合闸的工作方法，包括以下步骤:
[0160](I)当单相接地或者二相短路时，电流预处理器电路25、电压相位检测电路17检测短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号；[0161](2)所述短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号传送至第一微处理器电路3，所述第一微处理器电路3对短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号进行分析，判断所发生短路的相别和故障电压的过零点；
[0162](3)所述行程检测电路5对断路器的分合闸时间进行检测，得到分合闸时间信号；
[0163](4)所述分合闸时间信号传送至第一微处理器电路3，所述第一微处理器电路(3)对分合闸操作组件10进行控制，使断路器开关分合闸点处于短路故障相交流电压的过零点，进行选相分闸操作和选相重合闸操作。
[0164]实施例2
[0165]本实施例同实施例1的区别在于，所述合闸回路在A2点通过电连接线与第一通断检测电路34和第一光电隔离器件32相连接。
[0166]所述分闸回路在B2点通过电连接线与第二通断检测电路35和第二光电隔离器件33相连接。
[0167]所述电力电子器件为大功率三极管或可关断晶闸管或MOS管。
[0168]实施例3
[0169]本实施例同实施例1的区别在于，所述合闸回路在A2点通过电连接线与第一通断检测电路34和第一光电隔离器件32相连接。所述分闸回路在BI点通过电连接线与第二通断检测电路35和第二光电隔离器件33相连接。所述电力电子器件为可关断晶闸管或MOS管。
[0170]实施例4
[0171]本实施例同实施例1的区别在于，所述合闸回路在Al点通过电连接线与第一通断检测电路34和第一光电隔离器件32相连接。所述分闸回路在B2点通过电连接线与第二通断检测电路35和第二光电隔离器件33相连接。所述电力电子器件为大功率三极管。
[0172]本发明结构简单，使用方便、功能齐全、抗电磁干扰能力强、在发生负载短路故障时可靠保护，并且对断路器的开关动触头运动能够精确控制。根据断路器的开关动触头位移检测电路测得的断路器分、合闸时间，控制断路器开关分、合闸，使断路器开关分、合闸的时间点正好在短路故障相交流电压的过零点，实现电流型故障保护选相分闸和故障选相重合闸，与现有技术相比，大大降低了电流型故障分闸与重合闸对电网、负载和设备本身造成的严重冲击和危害，断路器控制器实现断路器的主要电路部件在线监测，提早发现故障，及时处理,避免电网事故的发生。
[0173]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种集成高压交流断路器控制器，包括控制器主体(1)、前置器(2)和行程检测电路(5)，其特征在于:所述控制器主体(1)包括第一微处理器电路(3)和分合闸控制电路(4)； 所述控制器主体(1)通过电连接线与其外部的电源(15)、配电电压互感器(16)、断路器负载的电流互感器(24)及设置于断路器中的分合闸操作组件(10)相连接； 所述控制器主体(1)通过通信通道(53 )与前置器(2 )相连接；所述行程检测电路(5 )与第一微处理器电路(3)相连接；所述第一微处理器电路(3)与分合闸控制电路(4)相连接；所述控制器主体(1)与断路器的分合闸操作组件(10)相连接； 所述控制器主体(1)发出分闸指令信号或合闸指令信号，启动分合闸操作组件(10)控制断路器的分闸操作或合闸操作。
2.根据权利要求1所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述控制器主体(1)还包括三相交流电压相位检测电路(17)、电流预处理电路(25)、电流后备保护电路(7)、工作电源电路(9)、备用工作电源电路(8)和或门性质电路(14); 所述三相交流电压相位检测电路(17)、电流预处理器电路(25)和电流后备保护电路(7)通过电连接线分别与第一微处理器电路(3)相连接； 所述电流预处理电路(25)经由第一微处理器电路(3)通过分合闸控制电路(4)与所述分合闸操作组件(10)相连接； 所述电流后备保护电路(7)通过分合闸控制电路(4)与所述分合闸操作组件(10)相连接； 所述外部的电源(15)与工作电源`电路(9)相连接；配电电压互感器(16)与备用工作电源电路(8)相连接； 所述工作电源电路(9 )和备用工作电源电路(8 )通过或门性质电路(14 )与所述微处理电路(3)相连接； 所述三相交流电压相位检测电路(17)的输入端与外部配电电压互感器(16)相连接，输出端与微处理器电路(3)相连接； 所述电流预处理电路(25)和电流后备保护电路(7)分别与电流互感器(24)相连接。
3.根据权利要求1所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于: 所述前置器(2)还设置有第二微处理器电路(18)和第二电气隔离器件(19);所述控制器主体(1)内设置有第一电气隔离器件(6)； 所述通信通道(53 )通过第一电气隔离器件(6 )与第一微处理器电路(3 )相连接；所述通信通道(53)通过第二电气隔离器件(19)与第二微处理器电路(18)相连接。
4.根据权利要求3所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述前置器(2)还包括前置器用前面板和前置器用后面板； 所述前置器用前面板上设置有液晶触摸屏(20)、功能压板(21)、人体红外感应传感器(22)、分合闸操作按钮、远方与本体操作转换开关、一个以上的指示灯和第一温湿度传感器(23);所述前置器用后面板上设置有第二温湿度传感器(54)； 所述液晶触摸屏(20)、功能压板(21)、人体红外感应传感器(22)、分合闸操作按钮、远方与本体操作转换开关、一个以上的指示灯、第一温湿度传感器(23)、第二温湿度传感器(54)分别与第二微处理器电路(18)相连接。
5.根据权利要求4所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述前置器(2)上还设置有GPRS通信模块(55)和RF射频通信模块(56)；所述GPRS通信模块(55)和RF射频通信模块(56)分别与第二微控制器电路(18)相连接；所述红外人体红外感应传感器(22)感应到人体靠近后，第二微处理电路(18)控制液晶触摸屏(20)显示，人体离开后，第二微处理器电路(18)控制液晶触摸屏(20)延时关闭。
6.根据权利要求1所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述分合闸操作组件(10)包括第一分合闸状态接点(11)、第二分合闸状态接点(60)、分闸线圈(12)、合闸线圈(13 )、分合闸电源(42 )、合闸控制出口器件(26 )、分闸控制出口器件(27)、分合闸控制驱动电路(31)、第一防跳继电器(28)和第二防跳继电器(29)； 所述分合闸控制驱动电路(31)、分闸控制出口器件(27)、第二防跳继电器(29)、第一分合闸状态接点(11)、分闸线圈(12)与分合闸电源(42)构成分闸回路； 所述分合闸控制驱动电路(31)与分闸控制出口器件(27)的控制端相连接；所述分闸控制出口器件(27)、第二防跳继电器(29)、分闸状态接点(11)、分闸线圈(12)和分合闸电源(42)依次相连接； 所述分合闸控制驱动电路(31)、合闸控制出口器件(26)、第一防跳继电器(28)、第二分合闸状态接点(60)、合闸线圈(13)与分合闸电源(42)构成合闸回路； 所述分合闸控制驱动电路(31)与合闸控制出口器件(26)的控制端相连接；所述合闸控制出口器件(26)、第一防跳继电器(28)、合闸状态接点(60)、合闸线圈(13)和分合闸电源(42)依次相连接；` 合闸控制出口器件(26)和分闸控制出口器件(27)为可关断电力电子器件。
7.根据权利要求6所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述电力电子器件为IGBT管或MOS管或大功率三极管或可关断晶闸管； 所述合闸回路上设置有第一通断检测电路(34)，所述第一通断检测电路(34)和第一光电隔离器件(32)相连接； 所述分闸回路上设置有第二通断检测电路(35)，所述第二通断检测电路(35)和第二光电隔离器件(33)相连接； 所述第一光电隔离器件(32)和第二光电隔离器件(33)的输出端分别与第一微处理器电路(3)相连接。
8.根据权利要求3所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述第一微处理器电路(3)发出分闸指令信号，所述分闸指令信号经分合闸控制驱动电路(31)接收后驱动分闸控制出口器件(27)，从而控制分闸线圈(12)，使断路器分闸，所述第一分合闸状态接点(11)将分闸状态信号送至第一微处理器电路(3 ); 所述第一微处理器电路(3)发出合闸指令信号，经分合闸控制驱动电路(31)接收后驱动合闸控制出口器件(26)，从而控制合闸线圈(13)，使断路器合闸，所述第二分合闸状态接点(60 )将合闸状态信号送至第一微处理器电路(3 )。
9.根据权利要求6所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述分合闸操作组件(10)还包括用于监测分合闸过程中分闸线圈(12)或合闸线圈(13)电流值的电流检测电路(30)； 所述电流检测电路(30)设置于分闸回路和合闸回路的汇合点(57)与分合闸电源(42)之间； 所述电流检测电路(30)与所述第一微处理器电路(3)相连接。
10.根据权利要求2所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:当所述断路器负载端发生短路故障时，电流互感器(24)将检测到的电流信号经电流预处理电路(25)传送至第一微处理器电路(3)，所述第一微处理器电路(3)将分闸指令信号传送至分合闸控制电路(4)，控制分合闸操作组件(10)的分闸线圈(12)，使断路器分闸。
11.根据权利要求2所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述电流后备保护电路(7)包括第一电位器(36)、第二电位器(37)、第三电位器(38)、第一光电隔离器件(39)、第二光电隔离器件(40)、第三光电隔离器件(41)、工作电源(59)和电流试验连接件(43)； 所述第一光电隔离器件(39)经由第一电位器(36)与断路器的负载端的电流互感器(24)相连接；所述第二光电隔离器件(40)经由第二电位器(37)与断路器的负载端的电流互感器(24)相连接；所述光电隔离器件(41)经由第三电位器(38)与断路器的负载端的电流互感器(24)相连接； 所述第一电位器(36)、第二电位器(37)、第三电位器(38)分别与电流试验连接件(43)相连接； 所述第一光电隔离器件(39)、第二光电隔离器件(40)、第三光电隔离器件(41)的输出端分别与工作电源(59)、第一微处理器电路(3)和分合闸控制电路(4)相连接。
12.根据权利要求1所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述控制器主体(1)外设置有电磁屏蔽装置和电连接线， 所述电磁屏蔽装置包括四围面板(50)、电磁屏蔽装置用前面板(44)、电磁屏蔽装置用后面板(45);所述电磁屏蔽装置用前面板(44)和电磁屏蔽装置用后面板(45)分别与四围面板(50)通过固定件相连接； 所述四围面板(50)、电磁屏蔽装置用前面板(44)和电磁屏蔽装置用后面板(45)为双层或双层以上的金属板； 所述电磁屏蔽装置上设置有抗震连接件(48)和线路板； 所述线路板为母板(49)和插板(58);所述母板(49)和插板(58)上设置有接插件(51);所述插板(58)通过接插件(51)与母板(49)相适配；所述电磁屏蔽装置用后面板(45)上设置有线缆孔，所述电连接线通过线缆孔后直接与母板(49)相连接。
13.根据权利要求12所述的集成高压交流断路器控制器，其特征在于:所述金属板为双层，内层为铝板(47)，外层为铁板(46)； 所述分合闸电源(42)中设置有电容器； 所述电连接线为具有金属屏蔽层的线缆(52)，所述线缆(52)的屏蔽层经由母板(49)接地层与电磁屏蔽装置相连接。
14.一种集成高压交流断路器控制器的电流后备保护电路，其特征在于:所述电流后备保护电路(7)包括第一电位器(36)、第二电位器(37)、第三电位器(38)、第一光电隔离器件(39)、第二光电隔离器件(40)、第三光电隔离器件(41)、工作电源(59)和电流试验连接件(43)； 所述第一光电隔离器件(39)经由第一电位器(36)与断路器的负载端的电流互感器(24)相连接；所述第二光电隔离器件(40)经由第二电位器(37)与断路器的负载端的电流互感器(24)相连接；所述光电隔离器件(41)经由第三电位器(38)与断路器的负载端的电流互感器(24)相连接； 所述第一电位器(36)、第二电位器(37)、第三电位器(38)分别与电流试验连接件(43)相连接； 所述工作电源(59)、第一微处理器电路(3)和分合闸控制电路(4)分别与第一光电隔离器件(39)、第二光电隔离器件(40)、第三光电隔离器件(41)的输出端相连接。
15.根据权利要求14所述的电流后备保护电路，其特征在于:所述第一光电隔离器件(39)的A极经由第一电位器(36)与分合闸操作组件(10)的负载端的电流互感器(24)的A端相连接，所述第一光电隔离器件(39)的K极与所述电流互感器(24)的N端相连接； 所述第二光电隔离器件(40)的A极经由第二电位器(37)与断路器的负载端电流互感器(24)的B端相连接，所述第二光电隔离器件(40)的K极与所述电流互感器(24)的N端相连接； 所述第三光电隔离器件(41)的A极经由第三电位器(38)与断路器的负载端电流互感器(24)的C端相连接，所述第三光电隔离器件(41)的K极与所述电流互感器(24)的N端相连接。
16.一种电流后备保护电路的工作方法，其特征在于包括以下步骤: (1)所述电流互感器(24)检测电流信号； (2)所述电流互感器(24)检测到的电流信号输出至电流后备保护电路(7)； (3)当检测的电流信号超出所述电`流后备保护电路(7)的保护启动电流值时，所述电流后备保护电路(7)将信号输出至分合闸控制电路(4); (4)所述分合闸控制电路(4)控制断路器中的分合闸操作组件(10)中的分闸线圈(12)，使断路器分闸。
17.一种选相分闸和选相重合闸的工作方法，其特征在于包括以下步骤: (O当单相接地或者二相短路时，电流预处理器电路(25)、电压相位检测电路(17)检测短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号； (2)所述短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号传送至第一微处理器电路(3)，所述第一微处理器电路(3)对短路的相别的信号与故障的电压过零点的信号进行分析，判断所发生短路的相别和故障电压的过零点； (3)所述行程检测电路(5)对断路器的分合闸时间进行检测，得到分合闸时间信号； (4)所述分合闸时间信号传送至第一微处理器电路(3)，所述第一微处理器电路(3)对分合闸操作组件(10)进行控制，使断路器开关分合闸点处于短路故障相交流电压的过零点，进行选相分闸操作和选相重合闸操作。
【文档编号】H02H3/08GK103779965SQ201410013943
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】宋玉锋, 姚卫东, 沈卫峰, 丁菊, 顾曹新, 顾明锋, 孟领刚, 王春华, 王新明, 单金明, 朱永书, 徐晓娴, 夏武, 王春生, 周江 申请人:江苏现代电力科技股份有限公司