具有雙電源轉換功能的斷路器控制器、切換系統及方法

2023-12-04 15:29:46 1

專利名稱：具有雙電源轉換功能的斷路器控制器、切換系統及方法
技術領域：
本發明涉及配電系統中的低壓電器領域，更具體的說，涉及ー種具有雙電源轉換功能的斷路器控制器、由兩個這種斷路器控制器通過通訊線路耦合的雙電源切換系統及其控制方法。
背景技術：
雙電源自動轉換裝置是配電系統的重要電器，一般自動轉換裝置接入供電系統的常用電源和備用電源兩路電源，且可在兩電源之間進行自動轉換，保證了給負載供電的連續性和可靠性。圖I所示為現有的ー種由萬能式斷路器組成的CB級雙電源轉換裝置，其主要由以下幾個部分組成 兩臺萬能式斷路器I ;ー個獨立的雙電源自動轉換控制裝置2 ；ー個機械連鎖裝置3。其特點是由斷路器I的智能控制器對所接電源實現過載、短路等多段電流保護功能，由雙電源自動轉換控制裝置2實現欠壓、斷相等保護功能，在兩臺斷路器I之間進行常用電源和備用電源間的相互轉換，保證下級線路的正常工作。斷路器I的智能控制器採用了微處理器技術並具有通訊功能，通過電流互感器採集信息並進行數據分析和處理，從而指揮和控制斷路器I的運行狀態。上述現有CB級雙電源轉換裝置中的兩臺斷路器I處於單獨運行情況，只對斷路器當前線路進行過載、短路等保護，必須使用獨立的雙電源自動轉換控制裝置2作為控制器才能實現對兩臺斷路器間的相互轉換。外加獨立的雙電源控制器組成部件種類多，結構複雜，接線麻煩，在安裝和維護時十分不方便。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供ー種結構簡單、節約成本且方便維護的具有雙 電源轉換功能的斷路器控制器以及更簡便和可靠實現雙電源轉換的雙電源切換系統及其控制方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的ー種具有雙電源轉換功能的斷路器控制器，包括由微處理器或單片機構成的控制模塊，它對通過設置在斷路器出線側的電流互感器採集的主電路的電流信息進行分析和處理，其特徵在於，該控制器還包括與斷路器出線線路耦合的開關監控模塊，用於監測斷路器的運行參數；與斷路器進線線路或出線側的電流互感器副邊耦合的電量採集模塊；與電量採集模塊耦合的信號處理單元，所述信號處理單元對主電路的電流值、電壓值進行信號處理並將處理後的主電路電壓、電流數據傳送到所述控制模塊；與外部設備通信的總線接ロ模塊；
所述的控制模塊分別與所述開關監控模塊、電量採集模塊和總線接ロ模塊耦合，通過分析計算電量採集模塊輸出的主電路電流或電壓信息、或來自總線接ロ模塊的通信信息，指揮和控制所述斷路器的運行狀態，以便實現斷路器分/合閘操作或者排故。優選的，所述的電量採集模塊包括與斷路器進線線路耦合的電壓採樣單元，以及與斷路器出線側的電流互感器副邊耦合的電流採樣單元，所述信號處理單元分別與電壓採集單元、電流採集單元相連接。優選的，所述斷路器控制器還包括與所述控制模塊耦合的人機接ロ模塊。優選的，所述斷路器控制器還包括向與其相耦合的各模塊和単元供電用的輔助電源模塊。
一種雙電源切換系統，包括兩個具有如權利要求I 4任一所述的斷路器控制器的斷路器，所述的兩個斷路器中的總線接ロ模塊之間通過通訊線路連接，所述的兩個斷路器的控制模塊通過所述的通訊線路實現雙電源切換聯動。優選的，所述兩個斷路器之間還設有機械連鎖裝置。増加機械連鎖裝置，可以在控制器誤動作時，避免兩個斷路器同時合閘，造成兩路電源閉環運行，損壞斷路器和設備，提高了系統的可靠性。優選的，所述雙電源切換系統還包括一分別與兩個斷路器控制器通信的主監控模塊，所述兩個斷路器控制器將主電路電量信息及斷路器狀態信息反饋給主監控模塊，由主監控模塊控制兩個斷路器動作實現雙電源切換聯動。此為ー種集中監控的技術方案，斷路器的控制器只負責採集信息並接受主監控的控制信號，採集的信息上傳到主監控模塊，由主監控模塊統ー分析後下發控制指令。統ー監控可以對所有數據進行統一分析處理，判斷更為準確，降低誤操作的可能，也有利於提升系統的數位化、智能化水平。ー種上述的雙電源切換系統的控制方法，包括步驟A :斷路器控制器檢測電壓和斷路器狀態信息；B :根據預設程序進行聯動操作，返回步驟A。優選的，所述步驟B包括將ー個斷路器設置為常用斷路器；另一個為備用斷路器；如果常用斷路器電壓異常，延時控制常用斷路器跳閘，然後控制備用斷路器合閘；如果常用斷路器電壓恢復正常，延時控制備用斷路器分閘，然後控制常用斷路器合閘；返回步驟A。此為ー種ー常用ー備用電源的控制方案，系統由ー個常用電源供電，另ー個為備用電源；當常用電源正常時由常用電源供電，只有在常用電源出故障的時候才使用備用電源，一旦常用電源恢復正常，再轉入常用電源供電。 優選的，所述步驟B包括判斷處於合閘狀態的斷路器的電壓；如果電壓正常，維持合閘狀態；如果電壓異常，控制當前合閘的斷路器跳閘；然後控制另外ー個斷路器合閘；返回步驟A。
此為ー種無常用、備用電源區分的控制方案，兩個斷路器連接的電源都可以作為常用電源，正常運行時由其中任意ー個電源給負載供電，另ー個備用；只有當前運行的電源發生故障時，才切換到另外一個電源供電。本發明由於使用智能斷路器自帶的控制器，在斷路器內集成了開關監控模塊、增加了電壓採樣功能的電量採集模塊、總線接ロ模塊，並通過控制模塊統ー監控，使得斷路器控制器不僅可以實現過載、短路等電流保護功能，還可以實現欠壓、斷相等電壓保護功能，只要將兩個本發明的斷路器進行通信就可以實現雙電源切換功能，或者通過通訊線路進行數據共享，由系統的主監控進行控制即可實現雙電源切換功能，無需額外増加獨立的雙電源自動轉換斷路器 ，因此結構更為簡單，節約成本的同吋，提高產品的可靠性。


圖I是現有的一種雙電源切換系統的示意圖；圖2是本發明雙電源切換系統的示意圖；圖3是本發明斷路器控制器的原理示意圖；圖4是本發明斷路器控制器電壓採樣單元原理示意圖；圖5是本發明雙電源切換系統第一種通信組網方式的示意圖；圖6是本發明雙電源切換系統第二種通信組網方式的示意圖；圖7是本發明雙電源切換系統人機參數設置界面示意圖；圖8是本發明雙電源切換系統人機數據讀取界面示意圖。其中1、斷路器；2、雙電源自動轉換斷路器；3、機械連鎖裝置；4、電流採樣單元；5、信號處理單元；6、電壓採樣單元；7、人機接ロ模塊；8、總線接ロ模塊；9、控制模塊(簡稱MCU) ;10、輔助電源模塊；11、開關監控模塊；12、主監控模塊；13、通訊線路。
具體實施例方式下面結合附圖和較佳的實施例對本發明作進ー步說明。參考圖2、3所示，本發明掲示了ー種包括兩個智能化斷路器I的雙電源切換系統，圖2中的每個斷路器I包括以微處理器或單片機例如MCU為核心構成的斷路器控制器(也稱智能脫扣器)，該控制器包括由MCU構成的控制模塊9，它對通過設置在斷路器出線側的電流互感器採集的主電路的電流信息進行分析和處理，該控制器還包括用於監測斷路器的運行參數的與斷路器出線線路耦合的開關監控模塊11、與斷路器進線線路或出線側的電流互感器副邊耦合的電量採集模塊、與電量採集模塊耦合的信號處理單元5和與外部設備通信的總線接ロ模塊8 ;所述信號處理單元5對主電路的電流值、電壓值進行信號處理並將處理後的主電路電壓、電流數據傳送到所述控制模塊9 ;該控制模塊9分別與所述開關監控模塊11、電量採集模塊和總線接ロ模塊8耦合，通過分析計算電量採集模塊輸出的主電路電流或電壓信息、或來自總線接ロ模塊8的通信信息，進行故障判斷，指揮和控制所述斷路器I的運行狀態，以便實現斷路器分/合閘操作或者排除故障。控制模塊9可以選用單片機(如MCU)等控制晶片。圖3所示的電量採集模塊包括跟斷路器I進線耦合的電壓採樣單元6，以及跟斷路器出線耦合的電流採樣單元4。信號處理單元5分別跟電壓採集単元6、電流採集単元4耦合，將處理後的主電路的電壓、電流數據傳送到所述控制模塊9。如果出現過載、短路或者欠壓、斷相等故障，可以直接由控制器的人機接ロ模塊7顯示相應的信息和進行數據查看、參數整定，方便排除故障。當然，本發明的斷路器控制器可以不採用人機接ロ模塊7，而直接通過總線接ロ模塊8給上位機通信，通過遠程監控進行斷路器I的監控和操作。輔助電源模塊10用於給斷路器I的控制器的各個與其耦合的模塊或單元供電。輔助電源模塊10也可以外置，通過在外部設置電源模塊給每個斷路器I的控制器供電。斷路器控制器通過電流採樣單元4檢測流經斷路器的電流，通過電壓採樣單元6檢測斷路器的電壓，電流、電壓信號採樣後通過信號處理電路5進行濾波處理，送入MCU控制模塊9進行運算，MCU通過內置的閥值比較，判斷線路電流是否出現過載、短路等故障，判斷線路電壓是否出現欠壓、斷相等故障。一臺斷路器的控制器可以通過總線接ロ模塊8與另一臺斷路器的控制器的總線接ロ電路8相連，還可以連接到電源系統的主監控。
如圖4所示的本發明斷路器控制器電壓採樣單元原理圖，本實施例的電壓採樣單元6連接有四根採集線路，通過電阻分壓的方式採集進線的相電壓。其中，電阻Rl R6為分壓電阻，將高電壓降到A/D (模擬數字)轉換器工作範圍內的低電壓，並連接到ANO AN2三個通道中，A/D轉換器快速的將模擬電壓轉化成對應的數字量，方便MCU控制模塊9讀取計算。當然也可選用三根採集線路，不接零線，採集進線的線電壓，同樣可以用於判斷欠壓、過壓、斷相等電壓故障。上述斷路器I是具備完整的電量採集、通信、控制功能的智能化斷路器，具有過載、短路、欠壓、斷相保護功能。因此，可以通過兩個斷路器I採用多種方式靈活組建雙電源切換系統，比現有方案節省ー個雙電源控制器，節約成本的同吋，提高產品的可靠性。兩個斷路器I優選採用框架式智能斷路器，也可以採用塑殼式智能斷路器。下面舉例說明一下組建雙電源切換系統的兩種方式組網方式一如圖5所示，本組網方式的雙電源切換系統包括兩個上述的同樣規格的智能斷路器I，兩個斷路器中的總線接ロ模塊8之間用屏蔽雙較線連接通訊線路13，將兩臺獨立的斷路器I連接成有機的一體，參考圖7在內部分別將兩臺斷路器I設置為常用電源、備用電源或關閉(雙電源功能)，一旦聯網成功，運行在常用電源側的斷路器控制器負責整體的控制功能，來實現全部的雙電源自動轉換開關功能；再通過通訊線路13，常用電源側的斷路器控制器通過主從式通訊協議(具體的通訊協議按企業情況自定)可以得到備用電源側智能控制器的運行情況，包含備用電源的電壓、斷路器位置等信息如圖8。當然，本實施方式的雙電源切換系統還可以應用在無常用、備用電源的場合。總線接ロ模塊8還可以選用乙太網接ロ等其他通信接ロ，通訊線路13還可選用同軸電纜、光纜等進行連接。此實施方式無需第三方的監控裝置和軟體，只需連接通訊線路，可以很方便的實現雙電源轉換功能，調試檢修都十分方便；比現有的獨立外掛雙電源自動轉換控制裝置更加經濟和方便，省略了獨立的雙電源控制器。兩個斷路器之間還可以加設機械連鎖裝置，在控制器誤動作時，避免兩個斷路器同時合閘，造成兩路電源閉環運行，損壞斷路器和設備，提高了系統的可靠性。組網方式ニ如圖6所示，在上述組網方式的基礎上，將兩個斷路器I的通訊線路13連接到整個雙電源切換系統的主監控模塊12上，斷路器I將電量及斷路器狀態信息反饋給主監控模塊12，由主監控模塊12控制兩個斷路器動作實現雙電源切換聯動。此為ー種集中監控的技術方案，斷路器的控制器只負責採集信息並接受主監控的控制信號，並將採集的信息上傳到主監控模塊12，由主監控模塊12統ー分析後下發控制指令。統ー監控可以對所有數據進行統一分析處理，判斷更為準確，降低誤操作的可能，也有利於提升系統的數位化、智能化水平。兩個斷路器之間還可以加設機械連鎖裝置，在控制器誤動作時，避免兩個斷路器同時合閘，造成兩路電源閉環運行，損壞斷路器和設備，提高了系統的可靠性。本發明還公開了ー種上述的雙電源切換系統的控制方法，包括步驟A :斷路器I檢測電壓和斷路器狀態信息；B :根據預設程序進行聯動操作，返回步驟A。上述聯動操作根據雙電源性質的不同，分為以下兩種情況。
情況ー對應ー常用一備用電源的控制方案，系統由ー個常用電源供電，另ー個為備用電源；當常用電源正常時由常用電源供電，只有在常用電源出故障的時候才使用備用電源，一旦常用電源恢復正常，再轉入常用電源供電。常用電源側斷路器的智能控制器根據用戶設置和實際的電網情況來實現兩路電源相互轉換。當常用電源發生過壓、欠壓和斷相等故障吋，常用電源經過Tl延時後斷開常用電源，再經過T2延時發送合閘命令給備用電源智能控制器，讓備用電源側斷路器的智能控制器實現合閘；當常用電源恢復正常後，經過T2延時斷開備用電源，再經過Tl延時後發送合閘命令，接通常用電源，實現雙電源轉換功倉^:。情況ニ 對應無常用、備用電源區分的控制方案，兩個斷路器連接的電源都可以作為常用電源，正常運行時由其中任意ー個電源給負載供電，另ー個備用；只有當前運行的電源發生故障時，才切換到另外一個電源供電。在此方式下，上述步驟B包括判斷處於合閘狀態的斷路器的電壓；如果電壓正常，維持合閘狀態；如果電壓異常，控制當前合閘的斷路器跳閘；然後控制另外ー個斷路器合閘；接著返回步驟A。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進ー步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種具有雙電源轉換功能的斷路器控制器，包括由微處理器或單片機構成的控制模塊，它對通過設置在斷路器出線側的電流互感器採集的主電路的電流信息進行分析和處理，其特徵在於，該控制器還包括 與斷路器出線線路耦合的開關監控模塊，用於監測斷路器的運行參數； 與斷路器進線線路或出線側的電流互感器副邊耦合的電量採集模塊； 與電量採集模塊耦合的信號處理單元，所述信號處理單元對主電路的電流值、電壓值進行信號處理並將處理後的主電路電壓、電流數據傳送到所述控制模塊； 與外部設備通信的總線接口模塊； 所述的控制模塊分別與所述開關監控模塊、電量採集模塊和總線接口模塊耦合，通過分析計算電量採集模塊輸出的主電路電流或電壓信息、或來自總線接口模塊的通信信息，指揮和控制所述斷路器的運行狀態，以便實現斷路器分/合閘操作或者排故。
2.如權利要求I所述的斷路器控制器，其特徵在於，所述的電量採集模塊包括與斷路器進線線路耦合的電壓採樣單元，以及與斷路器出線側的電流互感器副邊耦合的電流採樣單元，所述信號處理單元分別與電壓採集單元、電流採集單元相連接。
3.如權利要求I所述的斷路器控制器，其特徵在於，所述斷路器控制器還包括與所述控制模塊耦合的人機接口模塊。
4.如權利要求I所述的斷路器控制器，其特徵在於，所述斷路器控制器還包括向與其相耦合的各模塊和單元供電用的輔助電源模塊。
5.一種雙電源切換系統，包括兩個具有如權利要求I 4任一所述的斷路器控制器的斷路器，所述的兩個斷路器中的總線接口模塊之間通過通訊線路連接，所述的兩個斷路器的控制模塊通過所述的通訊線路實現雙電源切換聯動。
6.如權利要求5所述的一種雙電源切換系統，其特徵在於，所述的兩個斷路器之間還設有機械連鎖裝置。
7.如權利要求5所述的一種雙電源切換系統，其特徵在於，所述雙電源切換系統還包括一分別與兩個斷路器控制器通信的主監控模塊，所述兩個斷路器控制器將主電路電量信息及斷路器狀態信息反饋給主監控模塊，由主監控模塊控制兩個斷路器動作實現雙電源切換聯動。
8.—種如權利要求5所述的雙電源切換系統的控制方法，包括以下步驟 A :斷路器控制器檢測電壓和斷路器狀態信息； B :根據預設程序進行聯動操作，返回步驟A。
9.如權利要求8所述的一種雙電源切換系統的控制方法，其特徵在於，所述步驟B包括 將一個斷路器設置為常用斷路器；另一個設置為備用斷路器； 如果常用斷路器電壓異常，延時控制常用斷路器跳閘，然後控制備用斷路器合閘； 如果常用斷路器電壓恢復正常，延時控制備用斷路器分閘，然後控制常用斷路器合閘； 返回步驟A。
10.如權利要求8所述的一種雙電源切換系統的控制方法，其特徵在於，所述步驟B包括判斷處於合閘狀態的斷路器的電壓；如果電壓正常，維持合閘狀態；如果電壓異常，控制當前合閘的斷路器跳閘；然後控制另外一個斷路器合閘 ；返回步驟A。
全文摘要
本發明公開了一種利用智能斷路器自帶的控制器實現雙電源切換的系統及其控制方法，該控制器包括與斷路器出線線路耦合的開關監控模塊、與斷路器進線線路或出線側的電流互感器副邊耦合的電量採集模塊、與電量採集模塊耦合併將處理後的主電路電壓、電流數據傳送到MCU的信號處理單元和與外部設備通信的總線接口模塊；MCU分別與開關監控模塊、電量採集模塊和總線接口模塊耦合，通過分析計算電量採集信息或來自總線接口模塊的通信信息，指揮和控制所述斷路器的運行狀態，以便實現斷路器分/合閘操作或者排故。本發明無需額外增加雙電源控制裝置，因此結構更為簡單，也方便安裝和維護。
文檔編號H02J13/00GK102664465SQ20121016228
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者劉敏, 肖磊, 陳建餘, 馬世剛 申請人:浙江正泰電器股份有限公司