本發(fā)明涉及的是一種斷路器跳合閘線圈實(shí)時測控保護(hù)裝置及保護(hù)方法，屬于變電站安全運(yùn)行監(jiān)測保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

斷路器是變電站中重要的設(shè)備之一，無論線路處于何種工作狀態(tài)，當(dāng)要求斷路器動作時，斷路器應(yīng)能可靠、迅速地動作。在35 kV及以下變電站中，還有大量的電磁操作機(jī)構(gòu)斷路器在運(yùn)行。大量運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，中低壓斷路器的電磁操作機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性較差，在操作過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)拒分、拒合等故障，特別是當(dāng)斷路器出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、線圈控制回路接點(diǎn)粘連無法斷開及輔助開關(guān)節(jié)點(diǎn)不到位等故障時，線圈常會長期通電，造成線圈過熱而燒毀，大大降低斷路器的運(yùn)行可靠性。

目前中低壓變電站基本上無人值守，大量斷路器都通過遠(yuǎn)程操作，當(dāng)出現(xiàn)上述故障時，無法及時斷開控制電源，極易造成線圈燒毀，必須到現(xiàn)場人工更換線圈解決，大大增加了負(fù)荷恢復(fù)供電時間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)組成合理、簡單，能夠?qū)崟r監(jiān)控線圈動作電流、溫度，并在故障時及時斷開線圈回路，提高斷路器運(yùn)行可靠性的斷路器跳合閘線圈實(shí)時測控保護(hù)裝置及保護(hù)方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種斷路器跳合閘線圈實(shí)時測控保護(hù)裝置，它主要包括單片機(jī)、電源模塊、實(shí)時時鐘模塊、測溫模塊、電流檢測模塊、液晶顯示模塊和大功率開關(guān)模塊，所述的單片機(jī)分別配置有電源模塊、實(shí)時時鐘模塊和液晶顯示模塊，并分別連接能實(shí)時檢測斷路器線圈溫度的測溫模塊和能檢測斷路器線圈電流的電流檢測模塊；

所述的單片機(jī)還連接用于關(guān)斷斷路器線圈回路的、可控制的大功率開關(guān)模塊。

作為優(yōu)選：所述的單片機(jī)選用運(yùn)算速度快、內(nèi)存大、有64個 I/O口、內(nèi)置高精度ADC／DAC和定時器、支持22個中斷源的C8051F020芯片；

所述的電源模塊采用輸入電壓為220 V交直流兩用及輸出電壓為5 V的通用電源模塊；

所述的實(shí)時時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片，采用三線串行接口方式，可提供年、月、日、星期、時、分和秒等時間信息；

所述的測溫模塊由一把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號的單片K型熱電偶感溫元件和K型熱電偶信號放大與數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675芯片電路組成，

所述的電流檢測模塊采用HCS-LSP3額定電流20 A的閉環(huán)霍爾電流傳感器；

所述的液晶顯示模塊選用J12864液晶模塊；

所述斷路器線圈的額定工作電壓通常為DC 110 V或220 V，動作電流通常小于10 A，與之配套的大功率開關(guān)模塊選用最大工作電壓可達(dá)500 V、最大工作電流為20 A的IRFP460型場效應(yīng)管并構(gòu)成大功率開關(guān)電路，所述的單片機(jī)和場效應(yīng)管之間設(shè)置有體積小、隔離電壓高的P127型光耦隔離元件。

一種利用所述斷路器跳合閘線圈實(shí)時測控保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)方法，所述的保護(hù)方法是：

當(dāng)線圈通電動作時，單片機(jī)實(shí)時比較熱電偶測得的線圈溫度T和設(shè)定溫度Tset，當(dāng)實(shí)時溫度T大于設(shè)定溫度Tset時，單片機(jī)控制大功率開關(guān)電路關(guān)斷斷路器線圈回路，在顯示屏上顯示當(dāng)前時間和溫度值并報(bào)警；

同樣，線圈通電時開啟定時器，記錄線圈的通流時間time和電流大小I，time大于設(shè)定值Ti時，單片機(jī)控制大功率開關(guān)電路關(guān)斷線圈回路，在液晶屏上顯示當(dāng)前時間、通流時間Ti和電流值I，并報(bào)警。

本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)組成合理、簡單，能夠?qū)崟r監(jiān)控線圈動作電流、溫度，并在故障時及時斷開線圈回路，提高斷路器運(yùn)行可靠性等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖。

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)保護(hù)邏輯框圖。

圖3是本發(fā)明所述DS1302時鐘芯片的外部接線圖。

圖4是本發(fā)明所述的熱電偶測溫電路圖。

圖5是本發(fā)明所述的霍爾電流傳感器接線圖。

圖6是本發(fā)明所述的大功率開關(guān)電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的介紹：圖1所示，本發(fā)明所述的一種斷路器跳合閘線圈實(shí)時測控保護(hù)裝置，它主要包括單片機(jī)1、電源模塊2、實(shí)時時鐘模塊3、測溫模塊4、電流檢測模塊5、液晶顯示模塊6和大功率開關(guān)模塊7，所述的單片機(jī)1分別配置有電源模塊2、實(shí)時時鐘模塊3和液晶顯示模塊6，并分別連接能實(shí)時檢測斷路器線圈溫度的測溫模塊4和能檢測斷路器線圈電流的電流檢測模塊5；

所述的單片機(jī)1還連接用于關(guān)斷斷路器線圈回路8的、可控制的大功率開關(guān)模塊9。

本發(fā)明所述一種利用所述斷路器跳合閘線圈實(shí)時測控保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)方法，所述的保護(hù)方法是：

當(dāng)線圈通電動作時，單片機(jī)實(shí)時比較熱電偶測得的線圈溫度T和設(shè)定溫度Tset，當(dāng)實(shí)時溫度T大于設(shè)定溫度Tset時，單片機(jī)控制大功率開關(guān)電路關(guān)斷斷路器線圈回路，在顯示屏上顯示當(dāng)前時間和溫度值并報(bào)警；

同樣，線圈通電時開啟定時器，記錄線圈的通流時間time和電流大小I，time大于設(shè)定值Ti時，單片機(jī)控制大功率開關(guān)電路關(guān)斷線圈回路，在液晶屏上顯示當(dāng)前時間、通流時間Ti和電流值I，并報(bào)警。

實(shí)施例：單片機(jī)1選用型號為C8051F020芯片，其運(yùn)算速度快，內(nèi)存大，有64個 I/O口，內(nèi)置高精度ADC／DAC和定時器，支持22個中斷源，符合裝置設(shè)計(jì)要求；

電源模塊采用輸入電壓為220 V交直流兩用及輸出電壓為5 V的通用電源模塊，具有體積小、在裝置安裝場所電壓容易獲得以及輸出電壓線性、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)；

實(shí)時時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片，DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時時鐘芯片，采用三線串行接口方式，可提供年、月、日、星期、時、分和秒等時間信息，工作電壓寬，達(dá)到2.5～5.5 V，且采用雙電源供電；如圖3所示，BT1為備用電源；所以DS1302時鐘模塊可以做到掉電不問斷計(jì)時，大大提高了系統(tǒng)計(jì)時的可靠性和準(zhǔn)確性。

測溫模塊由單片K型熱電偶和MAX6675芯片電路組成，其原理圖如圖4所示；熱電偶是一種感溫元件，把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，具有測量精度高、熱響應(yīng)時間快、測量范圍-40~+1600℃、性能可靠、機(jī)械強(qiáng)度好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)；

MAX6675是K型熱電偶信號放大與數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將溫度測量值轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識別的16位二進(jìn)制數(shù)字溫度讀數(shù)，轉(zhuǎn)換誤差為0.25℃．可實(shí)現(xiàn)0~1 023.75℃范圍內(nèi)溫度的轉(zhuǎn)換，而且具有SPI串行口溫度輸出，可直接與單片機(jī)連接；

電流檢測模塊采用HCS-LSP3額定電流20 A的閉環(huán)霍爾電流傳感器，具有2.5～5 V電源供電、穿心式結(jié)構(gòu)、將電流量轉(zhuǎn)換成電壓量輸出的特點(diǎn)，可以直接使用單片機(jī)內(nèi)設(shè)的ADC模塊進(jìn)行采集，并計(jì)算出相應(yīng)的電流值；霍爾電流傳感器接線如圖5所示。

液晶顯示模塊使用J12864液晶模塊?？娠@示字符和圖形，且內(nèi)置8 192個中文漢字，滿足裝置顯示要求。

35 kV斷路器線圈的額定工作電壓通常為DC 110 V或220 V，動作電流通常小于10 A，所以普通的繼電器、開關(guān)器件無法滿足設(shè)計(jì)要求，且繼電器具有開斷速度慢的缺點(diǎn)，會對斷路器分合閘時間造成較大影響；鑒于此，本發(fā)明采用一種場效應(yīng)管開關(guān)電路作為大功率開關(guān)模塊并構(gòu)成大功率開關(guān)電路，以控制線圈回路的通斷；選用了IRFP460型場效應(yīng)管，其最大工作電壓可達(dá)500 V，最大工作電流為20 A，滿足現(xiàn)場工作環(huán)境的需求．且響應(yīng)快、開斷電流無電弧、可靠性高；又由于線圈回路屬于高電壓、大電流回路，直接使用單片機(jī)控制場效應(yīng)管通斷線圈回路可能會造成單片機(jī)損壞，因此，在單片機(jī)和場效應(yīng)管之間使用體積小、隔離電壓高的P127型光耦隔離元件，增加了設(shè)備運(yùn)行可靠性；其原理圖如圖6所示。

所述斷路器線圈的額定工作電壓通常為DC 110 V或220 V，動作電流通常小于10 A，與之配套的大功率開關(guān)電路選用最大工作電壓可達(dá)500 V、最大工作電流為20 A的IRFP460型場效應(yīng)管，所述的單片機(jī)和場效應(yīng)管之間設(shè)置有體積小、隔離電壓高的P127型光耦隔離元件。

本發(fā)明以單片機(jī)作為計(jì)算與控制核心，通過測溫模塊實(shí)時檢測線圈溫度。使用電流檢測模塊檢測線圈電流。為提高保護(hù)模塊工作的可靠性，設(shè)計(jì)了2套保護(hù)，見圖2所示：第l套為定時限電流保護(hù)，通過設(shè)定線圈的最長通流時間T1實(shí)現(xiàn)對線圈的保護(hù)功能，此保護(hù)動作后，經(jīng)過一定時間延時T2后，自動復(fù)歸；第2套為線圈過溫保護(hù)，通過測量線圈的實(shí)時溫度與保護(hù)溫度設(shè)定值進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)，此保護(hù)動作后，說明線圈合閘回路出現(xiàn)嚴(yán)重故障，需要現(xiàn)場檢查，手動復(fù)歸；與此同時，裝置將記錄故障時刻、故障溫度、故障電流和通流時長等，并形成報(bào)警信息。

單片機(jī)主要完成對熱電偶溫度、實(shí)時時鐘芯片時間、霍爾電流傳感器測量電流的讀取，并將讀取的信息顯示在液晶屏上。為了提高所檢測溫度值和電流值的精度，在溫度、電流檢測中斷程序中，采用取多點(diǎn)平均的方法進(jìn)行計(jì)算，有效提高了測量的準(zhǔn)確度和抗干擾能力。

當(dāng)線圈通電動作時，單片機(jī)實(shí)時比較熱電偶測得的線圈溫度T和設(shè)定溫度Tset，當(dāng)實(shí)時溫度T大于設(shè)定溫度Tset時，單片機(jī)控制大功率開關(guān)電路關(guān)斷線圈回路，在顯示屏上顯示當(dāng)前時間和溫度值并報(bào)警；同樣，線圈通電時開啟定時器，記錄線圈的通流時間time和電流大小I，time大于設(shè)定值Ti時，單片機(jī)控制大功率開關(guān)電路關(guān)斷線圈回路，在液晶屏上顯示當(dāng)前時間、通流時間Ti和電流值I，并報(bào)警。

本發(fā)明所述斷路器線圈特性與定值整定：由于溫度是一種慣性較大的物理量，不是一個突變量，當(dāng)線圈通電后，其溫度不會立刻達(dá)到最大值．需要一定的溫升過程；另外，線圈的電阻會隨溫度的升高而增大(此溫度小于線圈燒毀溫度臨界值)．流過線圈的電流會逐漸減小。根據(jù)溫度慣性大、線圈電阻受溫度影響的特性制定以下試驗(yàn)方案：將可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出直接連接線圈，在線圈上安裝好測溫傳感器和電流檢測傳感器，調(diào)整直流穩(wěn)壓電源輸出電壓為220 V，按下輸出按鈕，開始計(jì)時，記錄此時的電流值I1，到達(dá)試驗(yàn)通電時間t0時，再記錄此時的電流值I2，同時迅速切斷電源，記錄斷電后線圈能達(dá)到的最大溫度值I1．即為線圈在該電壓和通電時長下的正確溫升；試驗(yàn)室溫為25℃，I1為剛通電時流過線圈的電流，在沒有溫升的情況下，即每組通電時間試驗(yàn)的I1相等，I1=2.33 A。

當(dāng)通流時長達(dá)到105 s時，線圈電流突然增大，線圈燒毀，此時的線圈溫度為133.5℃。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考慮實(shí)際正常斷路器的動作時間，對裝置內(nèi)2套保護(hù)定值進(jìn)行設(shè)定：第1套定時限電流保護(hù)的電流定值設(shè)定為0.2 A，時間定值T1設(shè)定為5s，自動復(fù)歸時間定值T2為20 s；第2套溫度保護(hù)過溫定值設(shè)定為70℃，該保護(hù)動作后，不能自動復(fù)歸，需技術(shù)人員現(xiàn)場檢查處理后，手動復(fù)歸。

本發(fā)明所述的一種35 kV斷路器跳合閘線圈實(shí)時監(jiān)控保護(hù)裝置，它除具備斷路器分、合閘過程中線圈溫度、動作電流及線圈狀態(tài)等實(shí)時監(jiān)控功能外，還實(shí)現(xiàn)了基于線圈電流及溫度的雙重保護(hù)方案，有效防止了跳合閘線圈的燒毀事故，明顯減少了斷路器的修復(fù)時間，提高了配電網(wǎng)供電可靠性。