專利名稱：配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障開關(guān)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種用于電力配電線路的裝置，特別是涉及一種配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障開關(guān)控制器。
背景技術(shù)：
在城市配電網(wǎng)中的一條線路上，有許多開關(guān)將整條配電線分成若干段，而且除干線外還有很多支線，有的支線上又分成若干段。總之一條配電線是由若干段線路再由開關(guān)連接起來構(gòu)成的。另外大部分配電線路和配電線路之間還有用開關(guān)相連的聯(lián)絡(luò)關(guān)系。而目前配電網(wǎng)絡(luò)中從單元故障的發(fā)現(xiàn)、隔離到非故障部分正常送電一般需時(shí)5-30小時(shí)。公知使用中的產(chǎn)品存在聯(lián)絡(luò)開關(guān)不能反供電、若采用不間斷電源使體積增大、需要定期維護(hù)和造價(jià)太高等很多不足之處。中國專利ZL98212225.X公布的技術(shù)基本上解決了上述問題。這種用控制器配合開關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化的方式在國內(nèi)剛剛起步，但還存在由于是采用電磁型器件故精度不夠，啟動(dòng)值不能調(diào)整等問題。以及電磁型的自動(dòng)化裝置還需定期年校測試，也給運(yùn)行工作帶來不便。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種不采用電磁型器件、體積小，無蓄電池，適應(yīng)各種開關(guān)多種工況的配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障開關(guān)控制器。
本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是它包括有電源電路、采樣電路、輸出控制電路，和初始設(shè)置電路此外還包括有可編程邏輯陣列電源電路由高壓降壓為市電電壓的兩臺(tái)電壓互感器分別連接于配電線路開關(guān)兩側(cè)的AB相和BC相，市電電壓即為供本裝置的工作電源和輸出控制電路中電機(jī)和掉閘、合閘電源；采樣電路電壓采樣由電源電路中所述的配電線路開關(guān)兩側(cè)中一側(cè)的電壓互感器二次側(cè)輸出的V1電壓信號，經(jīng)變壓器降壓、整流器整流并經(jīng)濾波成直流信號再由兩電阻分壓后進(jìn)入比較器與電壓基準(zhǔn)回路給出的電壓標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，最后將比較結(jié)果輸入可編程邏輯陣列，同樣所述的配電線路開關(guān)兩側(cè)中另一側(cè)的電壓互感器二次側(cè)輸出的V2電壓信號，經(jīng)變壓器降壓、整流器整流并經(jīng)濾波成直流信號再由兩電阻分壓后進(jìn)入比較器與電壓基準(zhǔn)回路給出的電壓標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，最后也將比較結(jié)果輸入上述可編程邏輯陣列；電流采樣 由配電線路開關(guān)中A相的電流互感器的二次電流信號IA經(jīng)變壓器變?yōu)殡妷毫?，?jīng)整流器整流并經(jīng)濾波成直流信號再由兩電阻分壓后進(jìn)入比較器與電壓基準(zhǔn)回路給出的電流標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，最后將比較結(jié)果輸入可編程邏輯陣列，同樣所述配電線路開關(guān)中C相的電流互感器的二次電流信號IC經(jīng)變壓器變?yōu)殡妷毫?，?jīng)變壓器降壓、整流器整流并經(jīng)濾波成直流信號再由兩電阻分壓后進(jìn)入比較器與電壓基準(zhǔn)回路給出的電流標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，最后也將比較結(jié)果輸入上述可編程邏輯陣列；輸出控制電路可編程邏輯陣列根據(jù)Ia、Ic和Uab、Ubc的變化情況，判斷處理后，輸出合閘、分閘、啟動(dòng)電機(jī)或閉鎖電機(jī)的控制信號經(jīng)控制回路控制執(zhí)行回路工作，執(zhí)行回路由可控硅和動(dòng)作線圈或由可控硅和電機(jī)組成；初始設(shè)置電路由按鈕開關(guān)輸入設(shè)定開關(guān)為具有隔離開關(guān)、斷路器、雙向開關(guān)、單向開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)及分段開關(guān)功能的信號到可編程邏輯陣列，并由可編程邏輯陣列將此輸入的相關(guān)信號再輸出到對應(yīng)顯示上述六種功能的各發(fā)光二極管。
本實(shí)用新型還可以采用如下技術(shù)措施所述的電源電路中的濾波用電容可為2000～4000μf電容。
在采樣電路中所述的電壓基準(zhǔn)回路中的電阻為可調(diào)電阻。
在輸出控制電路中所述的輸出合閘、分閘、啟動(dòng)電機(jī)或閉鎖電機(jī)的控制信號是經(jīng)光耦控制回路觸發(fā)執(zhí)行回路工作。
本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是它配合配電網(wǎng)上的開關(guān)使用，此時(shí)開關(guān)在配電網(wǎng)上投入運(yùn)行后會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隔離故障的效果。以最簡單的手拉手網(wǎng)為例進(jìn)行說明如正常線路遇到故障，此時(shí)控制器即以電子器件對電子信號的反應(yīng)速度迅速自動(dòng)鑒別故障，隔離故障和恢復(fù)非故障段的供電。這樣，減少了停電范圍，大幅度縮短了停電時(shí)間，從而大大提高了供電可靠性。同時(shí)大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量，提高了安全系數(shù)。由于采用電子器件及線路，所以它的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無蓄電池，適應(yīng)各種開關(guān)；且功能齊全，即可以做分段功能，也可以做聯(lián)絡(luò)功能使用，操作簡單，便于安裝，無須維護(hù)，造價(jià)低。以這種方式實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化可以節(jié)省投資，避免一次性投資實(shí)現(xiàn)邊投資，邊收益。
圖1是本實(shí)用新型的電源電路原理電路圖；圖2是本實(shí)用新型的采樣電路原理電路圖；圖3是本實(shí)用新型的輸出控制電路原理電路圖；圖4是本實(shí)用新型的初始設(shè)置電路原理電路圖；圖5是本實(shí)用新型的邏輯流程圖；圖6是配電線路使用本實(shí)用新型的工作過程示意圖。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下如在10KV配電線路開關(guān)的兩側(cè)連結(jié)兩臺(tái)10KV/220V電壓互感器，分別接AB相和BC相，二次電壓220V即做電機(jī)和掉、合閘的工作電源，也做本裝置的工作電源，同時(shí)還作為電壓信號的輸入。如圖1所示，兩臺(tái)電壓互感器二次電壓V1、V2經(jīng)D1、D2整流、電容C1濾波成為直流300V，作為電機(jī)D、開關(guān)的掉閘線圈H和合閘線圈T以及開關(guān)電源AC-DC與本裝置的雙重電源。另外圖1中的開關(guān)輔助接點(diǎn)A為與開關(guān)位置一致的接點(diǎn)即開關(guān)合，接點(diǎn)A也合，開關(guān)分，接點(diǎn)A也分；開關(guān)輔助接點(diǎn)B為與開關(guān)位置反向的接點(diǎn)，即開關(guān)合，接點(diǎn)B分，開關(guān)分，接點(diǎn)B合。L2為開關(guān)電機(jī)的行程觸點(diǎn)，當(dāng)電機(jī)將儲(chǔ)能彈簧拉滿時(shí)此觸點(diǎn)斷開。如圖2所示，一側(cè)電壓互感器的二次電壓信號V1經(jīng)T4降壓，D6整流，C5濾波，變成6V直流信號，由R10和R2進(jìn)行分壓后，進(jìn)入比較器IC1C，與由電壓基準(zhǔn)VU與可調(diào)電阻R26組成電路給出的電壓標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，比較結(jié)果輸入芯片IC10。此電壓標(biāo)準(zhǔn)電位可用調(diào)可調(diào)電阻R26的阻值來改變。同理，另一側(cè)電壓互感器的二次電壓信號V2經(jīng)T3，D5，C4，R12，R23進(jìn)入IC1D，與由電壓基準(zhǔn)VU與可調(diào)電阻R26組成電路給出的電壓標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，比較結(jié)果輸入芯片IC10。另外，在10KV配電線路開關(guān)的A相、C相分別連結(jié)兩臺(tái)電流互感器。A相電流互感器的二次電流信號Ia經(jīng)過變壓器T2變?yōu)殡妷毫?，再?jīng)D4整流，C3濾波，變成6V直流信號，由R24和R9進(jìn)行分壓后，進(jìn)入比較器IC1A，與由電流基準(zhǔn)VI與可調(diào)電阻R27組成電路給出的電流標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，比較結(jié)果輸入芯片IC10。此電流標(biāo)準(zhǔn)電位可用調(diào)可調(diào)電阻R27的阻值來改變。同樣，C相電流互感器的二次電流信號Ic經(jīng)T1，D3，C2，變成6V直流信號，由R25，R11分壓后進(jìn)入IC1B，與電流標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，其比較結(jié)果也輸入芯片IC10。如圖3所示，芯片IC10根據(jù)Ia、Ic和Uab、Ubc的變化情況，判斷處理后，輸出的合閘控制信號、分閘信號、啟動(dòng)電機(jī)信號分別經(jīng)由光電耦合器IC6與電阻R17、R18、R21組成的合閘光耦控制回路觸發(fā)由可控硅TSCR和開關(guān)合閘線圈T組成的合閘執(zhí)行回路；由光電耦合器IC6和電阻R15、R16、R20組成的分閘光耦控制回路觸發(fā)由可控硅HSCR和開關(guān)分閘線圈H組成的分閘執(zhí)行回路以及由光電耦合器IC4和電阻R13、R14、R19組成的啟動(dòng)電機(jī)光耦控制回路觸發(fā)由可控硅DSCR和開關(guān)電機(jī)組成的啟動(dòng)電機(jī)執(zhí)行回路，即完成相應(yīng)的合閘、分閘和啟動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。上述合閘、分閘合啟動(dòng)電機(jī)光耦控制回路將控制信號和各自的執(zhí)行回路完全隔離。由于本裝置適應(yīng)多種類型的開關(guān)，即開關(guān)/刀閘功能，同時(shí)具備雙向/單向，還有聯(lián)絡(luò)/分段功能，所以如圖4所示，K1-K8為初始化設(shè)置用的8個(gè)按鍵，芯片IC10接收到相應(yīng)各按鈕輸入的信號后反饋輸出信號顯示于發(fā)光二極管L1-L8。使用前要進(jìn)行初始化設(shè)置K5，K6，K8。K5＝0表示開關(guān)可以切斷故障電流，即為斷路器；K5＝1表示開關(guān)不能切斷故障電流，即為刀閘，K6＝0表示該開關(guān)為聯(lián)絡(luò)開關(guān)；K6＝1表示該開關(guān)為分段開關(guān)，K8＝0表示該開關(guān)可以雙向重合；K8＝1表示該開關(guān)只能單向重合。K1是閉鎖按鍵，K2是解鎖按鍵，K3是分閘按鍵，K4是合閘按鍵。
各圖中的元器件的型號和參數(shù)如下電容C1＝200μf/400V、C2-C5為25/50V10μf、電阻R1-R8、R9、R11為30K、R10、R12為22.5K、R13、R15、R17為180Ω、R14、R16、R18為10K、R19、R20、R21為4K、R22、R23為27.5K、R24、R25為2.68K、R26和R27為0～5K可調(diào)電阻；元件LM339包括有比較器IC1A、IC1B、IC1C、IC1D；光電耦合器IC4、IC5、IC6的型號為MOC3020；可控硅HSCR、TSCR、DSCR的參數(shù)為8A/1000V；芯片IC10的型號為XILINX XC95108；電壓基準(zhǔn)VU和VI的型號為LM236、開關(guān)電源AC-DC參數(shù)為直流200～400V/5V。
上述的電容C1的容量也可以為3000μf。
本實(shí)用新型是根據(jù)開關(guān)故障時(shí)電流增大，電壓下降的特性，按照圖5的四條邏輯由芯片IC10控制開關(guān)。這四條邏輯分別是過流低電壓掉閘；有過流記憶，來電后重合；合故障上跳閘且閉鎖；聯(lián)絡(luò)開關(guān)在兩側(cè)電壓不一致時(shí)，經(jīng)1分鐘合閘。以一個(gè)典型的10kV手拉手環(huán)網(wǎng)為例。設(shè)定任意一個(gè)開關(guān)的電流互感器二次電流的過電流值為5A，電壓互感器二次電壓的低電壓值為額定電壓的70％即154V，即認(rèn)為此時(shí)配電線路發(fā)生故障。如上述采樣電路所述將輸入這樣的過電流和低電壓信號經(jīng)預(yù)處理后，輸入到控制芯片IC10?？刂菩酒琁C10經(jīng)判斷即根據(jù)出現(xiàn)過流且低電壓信號即掉閘的動(dòng)作原則，輸出掉閘信號給輸出控制電路中的分閘光耦執(zhí)行回路。這個(gè)光耦執(zhí)行回路觸發(fā)由可控硅TSCR和分閘線圈T組成的直接執(zhí)行回路完成開關(guān)的分閘動(dòng)作。并記憶下該開關(guān)出現(xiàn)過故障。當(dāng)所述開關(guān)兩側(cè)的電壓互感器中的一側(cè)有電，而另一側(cè)無電時(shí)，同樣其信號經(jīng)采樣電路預(yù)處理后輸入控制芯片IC10，則芯片IC10經(jīng)判斷即根據(jù)有過流記憶且有電時(shí)重合的動(dòng)作原則，輸出合閘信號到輸出控制電路中的合閘光耦執(zhí)行回路和啟動(dòng)電機(jī)信號給輸出控制電路中的D啟動(dòng)電機(jī)光耦執(zhí)行回路。合閘光耦執(zhí)行回路觸發(fā)由可控硅HSCR和合閘線圈H組成的直接執(zhí)行回路完成開關(guān)的合閘動(dòng)作。啟動(dòng)電機(jī)光耦執(zhí)行回路觸發(fā)由可控硅DSCR和電機(jī)D組成的直接執(zhí)行回路啟動(dòng)電機(jī)預(yù)備下次合閘。如果芯片IC10經(jīng)判斷即根據(jù)有過流記憶且有電時(shí)重合的動(dòng)作原則，輸出合閘信號到輸出控制電路中的合閘光耦執(zhí)行回路的同時(shí)，該開關(guān)的本實(shí)用新型又再次出現(xiàn)過流信號時(shí)則芯片IC10根據(jù)合故障上跳閘且閉鎖的動(dòng)作原則，發(fā)出跳閘指令，并切斷合閘執(zhí)行回路和電機(jī)執(zhí)行回路的可控硅HSCR和DSCR，實(shí)現(xiàn)合閘閉鎖和電機(jī)閉鎖，使該開關(guān)和電機(jī)不能再自動(dòng)合閘和啟動(dòng)，直至人為解鎖為止。圖5中Is為過流信號。
上述的電流互感器二次電流的過電流值也可根據(jù)實(shí)際情況不設(shè)定為5A而設(shè)定為其他值，同樣電壓互感器二次電壓的低電壓值也可根據(jù)實(shí)際情況不設(shè)定為額定電壓的70％即154V而設(shè)定為其他值，電流、電壓標(biāo)準(zhǔn)電位都是可根據(jù)具體情況通過調(diào)整R27和R26的阻值進(jìn)行調(diào)整的。
上述的在輸出控制電路中所述的輸出合閘、分閘、啟動(dòng)電機(jī)的控制信號也可不經(jīng)光耦控制回路觸發(fā)執(zhí)行回路工作，而是采用多級可控硅逐級放大觸發(fā)下一級可控硅直至觸發(fā)執(zhí)行回路工作的方案。
下面結(jié)合圖6來說明控制器是如何控制開關(guān)動(dòng)作來鑒別故障，隔離故障和恢復(fù)非故障段的供電的。
如圖6A所示，如有一配電線路分別由變電站甲和變電站乙供電，其中第V個(gè)開關(guān)為聯(lián)絡(luò)開關(guān)。當(dāng)正常供電當(dāng)中突然III、IV兩開關(guān)之間配電線路段發(fā)生故障，則開關(guān)I、II、III同時(shí)過流，但是如考慮只有距離甲變電站遠(yuǎn)的開關(guān)II、III的電壓才降到額定電壓70％以下，所以，開關(guān)II、III按出現(xiàn)過流且低電壓即掉閘的動(dòng)作原則掉閘，形成圖6B的局面。此后，開關(guān)II滿足有過流記憶且一側(cè)有電，而另一側(cè)無電的條件，則合閘，之后，此時(shí)開關(guān)III也滿足有過流記憶且一側(cè)有電，而另一側(cè)無電的條件，也合閘，在開關(guān)III合閘的瞬間，它滿足了合故障上跳閘的條件，該開關(guān)跳閘且閉鎖。至此故障已被隔離了一半。按聯(lián)絡(luò)開關(guān)在兩側(cè)電壓不一致即一側(cè)有電另一側(cè)無電時(shí)，經(jīng)1分鐘合閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)V合閘，此時(shí)故障點(diǎn)后端的開關(guān)IV、V、VI同時(shí)滿足過流且低電壓，則掉閘，此后，開關(guān)VI滿足有過流記憶且一側(cè)有電，而另一側(cè)無電的條件，則合閘，之后，開關(guān)V也滿足有過流記憶且一側(cè)有電，而另一側(cè)無電的條件，也合閘，之后，開關(guān)IV也滿足有過流記憶且一側(cè)有電，而另一側(cè)無電的條件，也合閘，在開關(guān)VI合閘的瞬間，它又滿足了合故障上跳閘的條件，該開關(guān)跳閘且閉鎖。至此故障又被隔離了另一半。最后形成了圖6C的局面，至此，故障被隔離，非故障段已恢復(fù)供電。
權(quán)利要求1.一種配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障開關(guān)控制器，它包括有電源電路、采樣電路、輸出控制電路和初始設(shè)置電路，其特征是還包括有可編程邏輯陣列電源電路由高壓降壓為市電電壓的兩臺(tái)電壓互感器分別連接于配電線路開關(guān)兩側(cè)的AB相和BC相，兩臺(tái)電壓互感器二次市電電壓信號分別經(jīng)整流電路整流，再并聯(lián)輸出和經(jīng)電容濾波后，即為供本裝置的工作電源和輸出控制電路中電機(jī)和掉閘、合閘電源；采樣電路電壓采樣由電源電路中所述的配電線路開關(guān)兩側(cè)中一側(cè)的電壓互感器二次側(cè)輸出的電壓信號，經(jīng)變壓器降壓、整流器整流并經(jīng)濾波成直流信號再由兩電阻分壓后進(jìn)入比較器與電壓基準(zhǔn)回路給出的電壓標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，最后將比較結(jié)果輸入可編程邏輯陣列，同樣所述的配電線路開關(guān)兩側(cè)中另一側(cè)的電壓互感器二次側(cè)輸出的電壓信號，經(jīng)變壓器降壓、整流器整流并經(jīng)濾波成直流信號再由兩電阻分壓后進(jìn)入比較器與電壓基準(zhǔn)回路給出的電壓標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，最后也將比較結(jié)果輸入上述可編程邏輯陣列；電流采樣由配電線路開關(guān)中A相的電流互感器的二次電流信號IA經(jīng)變壓器變?yōu)殡妷毫?，?jīng)整流器整流并經(jīng)濾波成直流信號再由兩電阻分壓后進(jìn)入比較器與電壓基準(zhǔn)回路給出的電流標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，最后將比較結(jié)果輸入可編程邏輯陣列，同樣所述配電線路開關(guān)中C相的電流互感器的二次電流信號IC經(jīng)變壓器變?yōu)殡妷毫?，?jīng)變壓器降壓、整流器整流并經(jīng)濾波成直流信號再由兩電阻分壓后進(jìn)入比較器與電壓基準(zhǔn)回路給出的電流標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，最后也將比較結(jié)果輸入上述可編程邏輯陣列；輸出控制電路可編程邏輯陣列根據(jù)Ia、Ic和Uab、Ubc的變化情況，判斷處理后，輸出合閘、分閘、啟動(dòng)電機(jī)或閉鎖電機(jī)的控制信號經(jīng)控制回路控制執(zhí)行回路工作，執(zhí)行回路由可控硅和動(dòng)作線圈或由可控硅和電機(jī)組成；初始設(shè)置電路由按鈕開關(guān)輸入設(shè)定開關(guān)為具有隔離開關(guān)、斷路器、雙向開關(guān)、單向開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)及分段開關(guān)功能的信號到可編程邏輯陣列，并由可編程邏輯陣列將此輸入的相關(guān)信號再輸出到對應(yīng)顯示上述六種功能的各發(fā)光二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障開關(guān)控制器，其特點(diǎn)在于在所述的電源電路中的濾波用電容可為2000～4000μf電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障開關(guān)控制器，其特點(diǎn)在于在采樣電路中所述的電壓基準(zhǔn)回路中的電阻為可調(diào)電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障開關(guān)控制器，其特點(diǎn)在于在輸出控制電路中所述的輸出合閘、分閘、啟動(dòng)電機(jī)的控制信號是經(jīng)光耦控制回路觸發(fā)執(zhí)行回路工作。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種配電網(wǎng)自動(dòng)隔離故障開關(guān)控制器。它包括有電源電路、采樣電路、輸出控制電路和初始設(shè)置電路，還包括有可編程邏輯陣列。由于采用可編程邏輯陣列、電子元件及線路，所以它的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無蓄電池，適應(yīng)多種開關(guān)；它配合配電網(wǎng)上的開關(guān)使用，如線路遇到故障，控制器即可迅速自動(dòng)鑒別故障，隔離故障和恢復(fù)非故障段的供電。這樣，減少了停電范圍，大幅度縮短了停電時(shí)間，從而大大提高了供電可靠性。同時(shí)大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量，提高了安全系數(shù)。且功能齊全，既可以做分段功能，也可以做聯(lián)絡(luò)功能使用，操作簡單，便于安裝，無須維護(hù)，造價(jià)低。以這種方式實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化可以節(jié)省投資，并且是邊投資，邊收益。
文檔編號H02H7/26GK2694582SQ0229341
公開日2005年4月20日 申請日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月24日
發(fā)明者易深 申請人:易深