一種具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的自動(dòng)低壓斷路器控制裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低壓電路安全領(lǐng)域，尤其涉及一種具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的自動(dòng)低壓斷路器控制裝置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]“十二五”期間，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)以及低壓電器生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，以智能化、模塊化、可通信為主要特征的新一代低壓電器將成為市場主流產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品將于2010年退出市場，第二代產(chǎn)品將成為低端產(chǎn)品，第三代產(chǎn)品和部分第二代產(chǎn)品將成為中端產(chǎn)品。2011年至2015年，智能電網(wǎng)將在輸電、變電、配電、通信等七大方面進(jìn)入全面建設(shè)階段，在智能電網(wǎng)建設(shè)方面的投資總額將接近2萬億元。2011年初，國務(wù)院決定實(shí)施新一輪農(nóng)村電網(wǎng)改造升級工程。新一輪的農(nóng)村電網(wǎng)改造工程將給低壓電器行業(yè)帶來重要的發(fā)展機(jī)遇期。從各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)政策和機(jī)構(gòu)分析預(yù)測來看，未來幾年內(nèi)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)將繼續(xù)保持較大投資規(guī)模，因此低壓電器行業(yè)也將處于平穩(wěn)發(fā)展階段，但國內(nèi)、國際市場競爭趨于激烈。
[0003]隨著智能電網(wǎng)在國內(nèi)外引起的研究熱點(diǎn)，低壓電器的“智能化”和“可通信”最終將向智能電網(wǎng)方向發(fā)展，形成智能電網(wǎng)的低壓用戶端產(chǎn)業(yè)。智能電網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全，智能電網(wǎng)的低壓用戶端同樣具有可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效等特點(diǎn)，要打造智能電網(wǎng)離不開作為電網(wǎng)基礎(chǔ)的低壓配電系統(tǒng)與低壓電器元件的智能化和可通信，其起到控制與保護(hù)作用的核心器件包括萬能式斷路器、塑殼斷路器等，這些器件的智能化和可通信自然成了低壓電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。
[0004]低壓斷路器是一種不僅可以接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)荷電流和過負(fù)荷電流，還可以接通和分?jǐn)喽搪冯娏鞯拈_關(guān)電器。低壓斷路器在電路中除起控制作用外，還具有一定的保護(hù)功能，如過負(fù)荷、短路、欠壓和漏電保護(hù)等。
[0005]低壓斷路器是既有手動(dòng)開關(guān)作用，又能自動(dòng)進(jìn)行失壓、欠壓、過載、和短路保護(hù)的電器。它可用來分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考勋@得了廣泛的應(yīng)用。低壓斷路器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)各級饋出線，各種機(jī)械設(shè)備的電源控制和用電終端的控制和保護(hù)。
[0006]低壓斷路器是低壓開關(guān)柜中的主要元件，其所有保護(hù)功能均由其中樞控制部件脫扣器來實(shí)現(xiàn)。
[0007]早期的脫扣器是電磁式過電流脫扣器，其功能簡單，只能完成瞬時(shí)保護(hù)。在此基礎(chǔ)上后來又逐步出現(xiàn)了帶有過載延時(shí)、短路延時(shí)功能的脫扣器，以及采用熱雙金屬片的熱式脫扣器。
[0008]20世紀(jì)70年代開始出現(xiàn)了電子式脫扣器，90年代逐步推出了智能型脫扣器。由于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、控制理論、傳感器技術(shù)和通信技術(shù)等，智能脫扣器的功能日益強(qiáng)大，現(xiàn)已在低壓配電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，具有代表性的產(chǎn)品國外有施耐德公司的M和MT系列、三菱公司的AE系列、西門子公司的3WN6系列、ABB公司的F2系列，國內(nèi)主要是DW45系列。
[0009]相比較而言，國外的產(chǎn)品功能較為強(qiáng)大，有些甚至可與中壓微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品相媲美，但價(jià)格普遍偏高；國內(nèi)的產(chǎn)品價(jià)格低廉，更貼近中國市場購買力，但功能稍弱。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中，例如CN201345533公開了一種低壓斷路器的電子式欠、過壓保護(hù)裝置，包括有采集斷路器進(jìn)線端A、B、C、N各相的電壓互感器、精密運(yùn)算放大器、電子選通開關(guān)、單片機(jī)、繼電器和自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述的A、B、C三相電壓互感器將電壓信號輸入到所述的精密運(yùn)算放大器的各輸入端口 ；精密運(yùn)算放大器將處理后的信號經(jīng)電子選通開關(guān)輸入到所述的單片機(jī)的I/O端口 ；所述單片機(jī)在對每相信號進(jìn)行測量及與邏輯程序中的合格范圍值進(jìn)行比較，若有一相信號不合格，則單片機(jī)通過I/O端口輸出一個(gè)信號給所述的繼電器；所述繼電器的常閉節(jié)點(diǎn)接入所述的斷路器的分閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于該保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)較為簡單，采用單片機(jī)的控制能力較弱，僅能實(shí)現(xiàn)欠壓、過壓斷路保護(hù)的功能，有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中功能單一的技術(shù)缺陷，實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備多路低壓輸電線路的斷相、反相、欠壓、過壓、不平衡保護(hù)、逆功率保護(hù)和接地保護(hù)功能的低壓斷路器控制裝置，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，即提供一種功能全面、具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的低壓斷路器控制裝置及其應(yīng)用。
[0012]具體的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
首先，本發(fā)明提供了一種具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的自動(dòng)低壓斷路器控制裝置，其特征在于，該裝置包括:模擬信號采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、人機(jī)交互單元、脫扣執(zhí)行單元、遠(yuǎn)程通信單元和供電電源。
[0013]具體的，模擬信號采集單元用于采集輸電線路中的電流和電壓信號，從硬件上講，包括:羅哥夫斯基線圈、電流采樣電路、電壓采樣變換電路、模擬信號調(diào)理電路、模擬多路開關(guān)。
[0014]其中，羅哥夫斯基線圈即羅氏線圈(Rogowski Coil)，是一個(gè)均勾纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號是電流對時(shí)間的微分。通過一個(gè)對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路，就可以真實(shí)還原輸入電流。該線圈具有電流可實(shí)時(shí)測量、響應(yīng)速度快、不會(huì)飽和、幾乎沒有相位誤差的特點(diǎn)，故其可應(yīng)用于繼電保護(hù)，可控硅整流，變頻調(diào)速，電阻焊等信號嚴(yán)重畸變以及電爐、短路測試、雷電信號采集等大電流的場合?；谏鲜鼋忉專瑹o需將羅哥夫斯基線圈的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步限定本領(lǐng)域技術(shù)人員即可實(shí)現(xiàn)。
[0015]羅哥夫斯基線圈和電流采樣電路將電流信號輸入模擬信號調(diào)理電路，電壓采樣變換電路將電壓信號輸入模擬信號調(diào)理電路，模擬信號調(diào)理電路將模擬信號輸入模擬多路開關(guān)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理單元。
[0016]數(shù)據(jù)處理單元將輸入的數(shù)字信號與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，判斷輸電線路的狀態(tài)，如有故障產(chǎn)生，能夠根據(jù)由電壓、電流等直接測量的模擬量轉(zhuǎn)換而來的數(shù)字量進(jìn)行判斷，所屬故障處理為斷相、反相、欠壓、過壓、不平衡保護(hù)、逆功率保護(hù)還是接地保護(hù)，從而給出相應(yīng)指令信號至脫扣執(zhí)行單元。
[0017]從硬件上講，數(shù)據(jù)處理單元包括微處理器、外圍可編程器件、晶振時(shí)鐘模塊、看門狗電路，其中微處理器處理所輸入的數(shù)字信號、并判斷和/或輸出相應(yīng)的脫扣信號至脫扣執(zhí)行單元，微處理器與外圍可編程器件連接以調(diào)取存儲數(shù)據(jù)和指令，晶振時(shí)鐘模塊包括晶振電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，用于提供時(shí)鐘信號；看門狗電路的設(shè)置在程序跑飛時(shí)，可以在1.6s內(nèi)產(chǎn)生低電平復(fù)位信號，讓系統(tǒng)重新初始化執(zhí)行，增強(qiáng)裝置的抗干擾性。
[0018]脫扣執(zhí)行單元包括驅(qū)動(dòng)電路、永磁脫扣執(zhí)行元件、繼電器輸出，其中驅(qū)動(dòng)電路將脫扣信號輸入永磁脫扣執(zhí)行元件以完成脫扣操作。該部分可以采用本領(lǐng)域中已有的現(xiàn)有技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)脫扣操作。
[0019]供電電源包括交流電源電路、速飽和電源電路、直流電源電路，提供+5V、+12V、-12V和隔離+5V電源。
[0020]為方便用戶根據(jù)不同的電路供電需求設(shè)置不同脫扣閾值，人機(jī)交互單元包括顯示屏、鍵盤、指示燈、串行通信接口，其中，顯示屏、指示燈分別與微處理器相應(yīng)輸出端口連接，鍵盤、串行通信接口分別與微處理器相應(yīng)輸入端口連接。
[0021]為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理，遠(yuǎn)程通信單元與微處理器的相應(yīng)通信端口連接，遠(yuǎn)程通信單元包括通信模塊，根據(jù)各地應(yīng)用推廣和通信信號的覆蓋情況，通信模塊選自無線通信模塊、GSM通信模塊、3G通信模塊或4G通信模塊中的一種。在發(fā)生電路故障時(shí)，微處理器同時(shí)將設(shè)備所在地理位置、故障原因等信息通過通信模塊傳輸至集控臺。
[0022]根據(jù)需要，為進(jìn)一步提供溫度信息，所述具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的自動(dòng)低壓斷路器控制裝置還包括溫度測量電路，與微處理器相應(yīng)輸入端口連接。
[0023]最后，本發(fā)明公開了一種采用上述的具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的自動(dòng)低壓斷路器控制裝置的應(yīng)用，其特征在于，將其用于變電站。
[0024]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)中具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的自動(dòng)低壓斷路器控制裝置具有以下技術(shù)效果:
(I)功能全面，實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備多路低壓輸電線路的斷相、反相、欠壓、過壓、不平衡保護(hù)、逆功率保護(hù)和接地保護(hù)功能的低壓斷路器控制裝置，即提供一種功能全面、成本較低的低壓斷路器控制裝置。
[0025](2)通用性強(qiáng)，具備人機(jī)交互單元包括顯示屏、鍵盤、指示燈、串行通信接口，其中，顯示屏、指示燈分別與微處理器相應(yīng)輸出端口連接，鍵盤、串行通信接口分別與微處理器相應(yīng)輸入端口連接，方便用戶根據(jù)不同的電路供電需求設(shè)置不同脫扣閾值，降低了電路改造過程中對低壓斷路器的更換成本。
[0026](3)便于遠(yuǎn)程監(jiān)控。通信模塊的引入，有利于工程管理、安全監(jiān)控等部門在第一時(shí)間獲知故障發(fā)生位置及故障原因，便于做出維修決策，尤其是無人值守的遠(yuǎn)端低壓線路，能夠最大