配電網自動隔離故障開關控制器的製作方法
2023-10-05 06:27:29
專利名稱：配電網自動隔離故障開關控制器的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種用於電力配電線路的裝置，特別是涉及一種配電網自動隔離故障開關控制器。
背景技術：
在城市配電網中的一條線路上，有許多開關將整條配電線分成若干段，而且除幹線外還有很多支線，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連接起來構成的。另外大部分配電線路和配電線路之間還有用開關相連的聯絡關係。而目前配電網絡中從單元故障的發現、隔離到非故障部分正常送電一般需時5-30小時。公知使用中的產品存在聯絡開關不能反供電、若採用不間斷電源使體積增大、需要定期維護和造價太高等很多不足之處。中國專利ZL98212225.X公布的技術基本上解決了上述問題。這種用控制器配合開關動作實現配電網自動化的方式在國內剛剛起步，但還存在由於是採用電磁型器件故精度不夠，啟動值不能調整等問題。以及電磁型的自動化裝置還需定期年校測試，也給運行工作帶來不便。
發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種不採用電磁型器件、體積小，無蓄電池，適應各種開關多種工況的配電網自動隔離故障開關控制器。
本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是它包括有電源電路、採樣電路、輸出控制電路，和初始設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電壓互感器分別連接於配電線路開關兩側的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和掉閘、合閘電源；採樣電路電壓採樣由電源電路中所述的配電線路開關兩側中一側的電壓互感器二次側輸出的V1電壓信號，經變壓器降壓、整流器整流並經濾波成直流信號再由兩電阻分壓後進入比較器與電壓基準迴路給出的電壓標準電位進行比較，最後將比較結果輸入可編程邏輯陣列，同樣所述的配電線路開關兩側中另一側的電壓互感器二次側輸出的V2電壓信號，經變壓器降壓、整流器整流並經濾波成直流信號再由兩電阻分壓後進入比較器與電壓基準迴路給出的電壓標準電位進行比較，最後也將比較結果輸入上述可編程邏輯陣列；電流採樣由配電線路開關中A相的電流互感器的二次電流信號IA經變壓器變為電壓量，經整流器整流並經濾波成直流信號再由兩電阻分壓後進入比較器與電壓基準迴路給出的電流標準電位進行比較，最後將比較結果輸入可編程邏輯陣列，同樣所述配電線路開關中C相的電流互感器的二次電流信號IC經變壓器變為電壓量，經變壓器降壓、整流器整流並經濾波成直流信號再由兩電阻分壓後進入比較器與電壓基準迴路給出的電流標準電位進行比較，最後也將比較結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Ia、Ic和Uab、Ubc的變化情況，判斷處理後，輸出合閘、分閘、啟動電機或閉鎖電機的控制信號經控制迴路控制執行迴路工作，執行迴路由可控矽和動作線圈或由可控矽和電機組成；初始設置電路由按鈕開關輸入設定開關為具有隔離開關、斷路器、雙向開關、單向開關、聯絡開關及分段開關功能的信號到可編程邏輯陣列，並由可編程邏輯陣列將此輸入的相關信號再輸出到對應顯示上述六種功能的各發光二極體。
本發明還可以採用如下技術措施所述的電源電路中的濾波用電容可為2000～4000μf電容。
在採樣電路中所述的電壓基準迴路中的電阻為可調電阻。
在輸出控制電路中所述的輸出合閘、分閘、啟動電機或閉鎖電機的控制信號是經光耦控制迴路觸發執行迴路工作。
本發明具有的優點和積極效果是它配合配電網上的開關使用，此時開關在配電網上投入運行後會實現自動隔離故障的效果。以最簡單的手拉手網為例進行說明如正常線路遇到故障，此時控制器即以電子器件對電子信號的反應速度迅速自動鑑別故障，隔離故障和恢復非故障段的供電。這樣，減少了停電範圍，大幅度縮短了停電時間，從而大大提高了供電可靠性。同時大大降低了勞動強度和工作量，提高了安全係數。由於採用電子器件及線路，所以它的結構簡單，體積小，無蓄電池，適應各種開關；且功能齊全，即可以做分段功能，也可以做聯絡功能使用，操作簡單，便於安裝，無須維護，造價低。以這種方式實現配電網自動化可以節省投資，避免一次性投資實現邊投資，邊收益。
圖1是本發明的電源電路原理電路圖；圖2是本發明的採樣電路原理電路圖；圖3是本發明的輸出控制電路原理電路圖；圖4是本發明的初始設置電路原理電路圖；圖5是本發明的邏輯流程圖；圖6是配電線路使用本發明的工作過程示意圖。
具體實施例方式
為能進一步了解本發明的內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並結合附圖詳細說明如下如在10KV配電線路開關的兩側連結兩臺10KV/220V電壓互感器，分別接AB相和BC相，二次電壓220V即做電機和掉、合閘的工作電源，也做本裝置的工作電源，同時還作為電壓信號的輸入。如圖1所示，兩臺電壓互感器二次電壓V1、V2經D1、D2整流、電容C1濾波成為直流300V，作為電機D、開關的掉閘線圈H和合閘線圈T以及開關電源AC-DC與本裝置的雙重電源。另外圖1中的開關輔助接點A為與開關位置一致的接點即開關合，接點A也合，開關分，接點A也分開關輔助接點B為與開關位置反向的接點，即開關合，接點B分，開關分，接點B合。L2為開關電機的行程觸點，當電機將儲能彈簧拉滿時此觸點斷開。如圖2所示，一側電壓互感器的二次電壓信號V1經T4降壓，D6整流，C5濾波，變成6V直流信號，由R10和R2進行分壓後，進入比較器IC1C，與由電壓基準VU與可調電阻R26組成電路給出的電壓標準電位進行比較，比較結果輸入晶片IC10。此電壓標準電位可用調可調電阻R26的阻值來改變。同理，另一側電壓互感器的二次電壓信號V2經T3，D5，C4，R12，R23進入IC1D，與由電壓基準VU與可調電阻R26組成電路給出的電壓標準電位進行比較，比較結果輸入晶片IC10。另外，在10KV配電線路開關的A相、C相分別連結兩臺電流互感器。A相電流互感器的二次電流信號Ia經過變壓器T2變為電壓量，再經D4整流，C3濾波，變成6V直流信號，由R24和R9進行分壓後，進入比較器IC1A，與由電流基準VI與可調電阻R27組成電路給出的電流標準電位進行比較，比較結果輸入晶片IC10。此電流標準電位可用調可調電阻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T1，D3，C2，變成6V直流信號，由R25，R11分壓後進入IC1B，與電流標準電位進行比較，其比較結果也輸入晶片IC10。如圖3所示，晶片IC10根據Ia、Ic和Uab、Ubc的變化情況，判斷處理後，輸出的合閘控制信號、分閘信號、啟動電機信號分別經由光電耦合器IC6與電阻R17、R18、R21組成的合閘光耦控制迴路觸發由可控矽TSCR和開關合閘線圈T組成的合閘執行迴路；由光電耦合器IC6和電阻R15、R16、R20組成的分閘光耦控制迴路觸發由可控矽HSCR和開關分閘線圈H組成的分閘執行迴路以及由光電耦合器IC4和電阻R13、R14、R19組成的啟動電機光耦控制迴路觸發由可控矽DSCR和開關電機組成的啟動電機執行迴路，即完成相應的合閘、分閘和啟動電機動作。上述合閘、分閘合啟動電機光耦控制迴路將控制信號和各自的執行迴路完全隔離。由於本裝置適應多種類型的開關，即開關/刀閘功能，同時具備雙向/單向，還有聯絡/分段功能，所以如圖4所示，K1-K8為初始化設置用的8個按鍵，晶片IC10接收到相應各按鈕輸入的信號後反饋輸出信號顯示於發光二極體L1-L8。使用前要進行初始化設置K5，K6，K8。K5＝0表示開關可以切斷故障電流，即為斷路器；K5＝1表示開關不能切斷故障電流，即為刀閘，K6＝0表示該開關為聯絡開關；K6＝1表示該開關為分段開關，K8＝0表示該開關可以雙向重合；K8＝1表示該開關只能單向重合。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；可控矽HSCR、TSCR、DSCR的參數為8A/1000V；晶片IC10的型號為XILINXXC95108；電壓基準VU和VI的型號為LM236、開關電源AC-DC參數為直流200～400V/5V。
上述的電容C1的容量也可以為3000μf。
本發明是根據開關故障時電流增大，電壓下降的特性，按照圖5所示的四條邏輯由晶片IC10控制開關。這四條邏輯分別是過流低電壓掉閘；有過流記憶，來電後重合；合故障上跳閘且閉鎖；聯絡開關在兩側電壓不一致時，經1分鐘合閘。以一個典型的10kV手拉手環網為例。設定任意一個開關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，即認為此時配電線路發生故障。如上述採樣電路所述將輸入這樣的過電流和低電壓信號經預處理後，輸入到控制晶片IC10。控制晶片IC10經判斷即根據出現過流且低電壓信號即掉閘的動作原則，輸出掉閘信號給輸出控制電路中的分閘光耦執行迴路。這個光耦執行迴路觸發由可控矽TSCR和分閘線圈T組成的直接執行迴路完成開關的分閘動作。並記憶下該開關出現過故障。當所述開關兩側的電壓互感器中的一側有電，而另一側無電時，同樣其信號經採樣電路預處理後輸入控制晶片IC10，則晶片IC10經判斷即根據有過流記憶且有電時重合的動作原則，輸出合閘信號到輸出控制電路中的合閘光耦執行迴路和啟動電機信號給輸出控制電路中的D啟動電機光耦執行迴路。合閘光耦執行迴路觸發由可控矽HSCR和合閘線圈H組成的直接執行迴路完成開關的合閘動作。啟動電機光耦執行迴路觸發由可控矽DSCR和電機D組成的直接執行迴路啟動電機預備下次合閘。如果晶片IC10經判斷即根據有過流記憶且有電時重合的動作原則，輸出合閘信號到輸出控制電路中的合閘光耦執行迴路的同時，該開關的本發明又再次出現過流信號時則晶片IC10根據合故障上跳閘且閉鎖的動作原則，發出跳閘指令，並切斷合閘執行迴路和電機執行迴路的可控矽HSCR和DSCR，實現合閘閉鎖和電機閉鎖，使該開關和電機不能再自動合閘和啟動，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實際情況不設定為5A而設定為其他值，同樣電壓互感器二次電壓的低電壓值也可根據實際情況不設定為額定電壓的70％即154V而設定為其他值，電流、電壓標準電位都是可根據具體情況通過調整R27和R26的阻值進行調整的。
上述的在輸出控制電路中所述的輸出合閘、分閘、啟動電機的控制信號也可不經光耦控制迴路觸發執行迴路工作，而是採用多級可控矽逐級放大觸發下一級可控矽直至觸發執行迴路工作的方案。
下面結合圖6來說明控制器是如何控制開關動作來鑑別故障，隔離故障和恢復非故障段的供電的。
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個開關為聯絡開關。當正常供電當中突然III、IV兩開關之間配電線路段發生故障，則開關I、II、III同時過流，但是如考慮只有距離甲變電站遠的開關II、III的電壓才降到額定電壓70％以下，所以，開關II、III按出現過流且低電壓即掉閘的動作原則掉閘，形成圖6B的局面。此後，開關II滿足有過流記憶且一側有電，而另一側無電的條件，則合閘，之後，此時開關III也滿足有過流記憶且一側有電，而另一側無電的條件，也合閘，在開關III合閘的瞬間，它滿足了合故障上跳閘的條件，該開關跳閘且閉鎖。至此故障已被隔離了一半。按聯絡開關在兩側電壓不一致即一側有電另一側無電時，經1分鐘合閘，聯絡開關V合閘，此時故障點後端的開關IV、V、VI同時滿足過流且低電壓，則掉閘，此後，開關VI滿足有過流記憶且一側有電，而另一側無電的條件，則合閘，之後，開關V也滿足有過流記憶且一側有電，而另一側無電的條件，也合閘，之後，開關IV也滿足有過流記憶且一側有電，而另一側無電的條件，也合閘，在開關IV合閘的瞬間，它又滿足了合故障上跳閘的條件，該開關跳閘且閉鎖。至此故障又被隔離了另一半。最後形成了圖6C的局面，至此，故障被隔離，非故障段已恢復供電。
權利要求
1.一種配電網自動隔離故障開關控制器，它包括有電源電路、採樣電路、輸出控制電路和初始設置電路，其特徵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電壓互感器分別連接於配電線路開關兩側的AB相和BC相，兩臺電壓互感器二次市電電壓信號分別經整流電路整流，再並聯輸出和經電容濾波後，即為供本裝置的工作電源和輸出控制電路中電機和掉閘、合閘電源；採樣電路電壓採樣由電源電路中所述的配電線路開關兩側中一側的電壓互感器二次側輸出的電壓信號，經變壓器降壓、整流器整流並經濾波成直流信號再由兩電阻分壓後進入比較器與電壓基準迴路給出的電壓標準電位進行比較，最後將比較結果輸入可編程邏輯陣列，同樣所述的配電線路開關兩側中另一側的電壓互感器二次側輸出的電壓信號，經變壓器降壓、整流器整流並經濾波成直流信號再由兩電阻分壓後進入比較器與電壓基準迴路給出的電壓標準電位進行比較，最後也將比較結果輸入上述可編程邏輯陣列；電流採樣由配電線路開關中A相的電流互感器的二次電流信號IA經變壓器變為電壓量，經整流器整流並經濾波成直流信號再由兩電阻分壓後進入比較器與電壓基準迴路給出的電流標準電位進行比較，最後將比較結果輸入可編程邏輯陣列，同樣所述配電線路開關中C相的電流互感器的二次電流信號IC經變壓器變為電壓量，經變壓器降壓、整流器整流並經濾波成直流信號再由兩電阻分壓後進入比較器與電壓基準迴路給出的電流標準電位進行比較，最後也將比較結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Ia、Ic和Uab、Ubc的變化情況，判斷處理後，輸出合閘、分閘、啟動電機或閉鎖電機的控制信號經控制迴路控制執行迴路工作，執行迴路由可控矽和動作線圈或由可控矽和電機組成；初始設置電路由按鈕開關輸入設定開關為具有隔離開關、斷路器、雙向開關、單向開關、聯絡開關及分段開關功能的信號到可編程邏輯陣列，並由可編程邏輯陣列將此輸入的相關信號再輸出到對應顯示上述六種功能的各發光二極體。
2.根據權利要求1所述的配電網自動隔離故障開關控制器，其特點在於在所述的電源電路中的濾波用電容可為2000～4000μf電容。
3.根據權利要求1所述的配電網自動隔離故障開關控制器，其特點在於在採樣電路中所述的電壓基準迴路中的電阻為可調電阻。
4.根據權利要求1所述的配電網自動隔離故障開關控制器，其特點在於在輸出控制電路中所述的輸出合閘、分閘、啟動電機的控制信號是經光耦控制迴路觸發執行迴路工作。
全文摘要
本發明涉及一種配電網自動隔離故障開關控制器。它包括有電源電路、採樣電路、輸出控制電路和初始設置電路，還包括有可編程邏輯陣列。由於採用可編程邏輯陣列、電子元件及線路，所以它的結構簡單，體積小，無蓄電池，適應多種開關；它配合配電網上的開關使用，如線路遇到故障，控制器即可迅速自動鑑別故障，隔離故障和恢復非故障段的供電。這樣，減少了停電範圍，大幅度縮短了停電時間，從而大大提高了供電可靠性。同時大大降低了勞動強度和工作量，提高了安全係數。且功能齊全，即可以做分段功能，也可以做聯絡功能使用，操作簡單，便於安裝，無須維護，造價低。以這種方式實現配電網自動化可以節省投資，並且是邊投資，邊收益。
文檔編號H02H7/26GK1510811SQ0215803
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月24日 優先權日2002年12月24日
發明者易深, 易 深 申請人:易深, 易 深