一种智能型双跳圈模拟断路器制造技术

本发明专利技术主要涉及电力设备技术检验领域，为了改变现有保护试验中高压断路器频繁动作对寿命产生影响的现状，并解决现有断路器模拟装置功能不够全面、模拟效果不够好的问题。本发明专利技术提出了一种智能型双跳圈模拟断路器，包括单片机控制电路、跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路、跳合闸参数设定电路、工作电源、开关电源。通过外部通信端口与上位机实现互联，由上位机下发指令通过单片机控制单元对模拟断路器的分合闸时间、分合闸电流、及分合闸逻辑判断进行精准模拟。

An intelligent double circuit breaker analog circuit breaker

The invention mainly relates to the technical inspection field of electric power equipment, in order to change the current situation that frequent operation of high voltage circuit breakers in existing protection tests has an impact on service life, and solve the problems that the existing circuit breaker simulation device is not fully functional and the simulation effect is not good enough. The invention provides an intelligent double tripping coil analog circuit breaker, which comprises a single chip computer control circuit, a tripping circuit, a tripping analog acquisition circuit, a tripping parameter setting circuit, a working power supply and a switching power supply. The external communication port is interconnected with the host computer, and the instruction from the host computer is sent to precisely simulate the opening and closing time, current and logic judgment of the analog circuit breaker through the MCU control unit.

【技术实现步骤摘要】
一种智能型双跳圈模拟断路器
本专利技术主要涉及电力设备技术检验领域，具体涉及一种智能型模拟断路器。
技术介绍
在继电保护试验中，断路器要频繁的分合闸操作，因此会对断路器的使用寿命造成影响。在生产及工程实用化阶段使用大型断路器进行单台继电保护设备的测试也是不现实的方案。因此目前大部分继电保护设备的跳合闸实验均采用模拟断路器的方案进行测试。模拟断路器通过内部电路来模拟大型断路器动作中动作线圈的特性，外形小巧、方便携带，非常适合继电保护设备在生产及野外工程中应用。但是目前所使用的模拟断路器产品功能尚不够全面，存在以下缺点：(1)模拟断路器的分合闸时间由于硬件方案所限固定为几个档位，参数不能按照预期进行更详细的设定。(2)模拟断路器的分合闸电流为几个固定档位，不能随意设置。(3)模拟断路器内部设计复杂，通过继电器等粗放元件设计，不能达到精度要求。(4)自动化水平较低，人机交互性差，不能对实验数据进行统一管理，不便后续对数据进一步分析。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了一种用于继电保护试验中代替真实高压断路器的断路器模拟设备，本专利技术的目的在于改变现有保护试验中高压断路器频繁的动作对寿命产生影响的现状，并解决现有断路器模拟装置功能不够全面，模拟效果不够好的问题。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种智能型双跳圈模拟断路器，包括单片机控制电路、跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路、跳合闸参数设定电路、开关电源、工作电源。所述单片机控制电路其主要特征在于：主要由单片机控制部分和周边电路构成。单片机控制部分具备通信功能，能够使本专利技术完成与上位机进行指令交换，按照上位机的指令对本专利技术其他功能模块控制，并将本专利技术工作状态上送上位机。所述周边电路包括电源芯片、复位芯片、EEPROM存储芯片、晶振、通信芯片、总线控制芯片等维持单片机控制部分基本功能的工作环境。所述跳合闸电路主要特征在于：主要由大功率电阻、大功率MOSFET开关管、防反二极管、大功率采样电阻串联组成。大功率电阻串入回路主要作用是在额定跳合闸电压情况下限制跳合闸电路中电流的作用，防止超出回路电流安全上限。大功率MOSFET开关管其主要作用是由门极电压对跳合闸电路中电流大小进行控制。防反二极管主要作用在于防止跳合闸电路中出现的反向电流，对回路中大功率MOSFET开关管反向损坏。大功率采样电阻的主要作用是产生一个采样电压反馈至单片机控制电路，根据试验设定进行大功率MOSFET开关管工作状态的控制。在实际应用组态中可设置9路，即三组跳合闸方式。分别为A、B、C三相合闸，第一组A、B、C三相跳闸，第二组A、B、C三相跳闸。所述跳合闸模拟量采集回路其主要特征在于：由主要由运算放大器及隔离线性光电耦合元件构成。跳合闸电路中大功率采样电阻测得电压经运算放大器通过隔离线性光电耦合元件后，再经运算放大器放大送至单片机控制电路中单片机模拟采样。在实际组态中每一个跳合闸电路均设置一个跳合闸模拟量采集回路。所述跳合闸参数设定电路其主要特征在于：由光电耦合元件、数模转换芯片、运算放大器芯片构成。其主要作用是单片机控制单元通过光电耦合元件实现控制信号传递，同时实现控制信号由单片机控制电路电压向跳合闸电路电压的信号过渡。数模转换芯片将单片机控制电路信号转化为模拟电压信号，与跳合闸电路中大功率采样电阻上测得的电压，通过运算放大器构成的比较器进行比较，比较的结果电压连接跳合闸电路中大功率MOSFET栅极与漏极相连的跳合闸输出端共地，构成驱动电压，用以控制大功率MOSFET导通电流。在实际组态中每一组跳合闸电路均设置一个跳合闸参数设定电路。所述开关电源部分其主要特征在于：将本专利技术输入的AC220V交流电压变换为DC220V及DC24V两路电源输出。DC220V用于跳合闸回路中电源使用，为测试回路工作电压。DC24V用于本专利技术工作电源。所述工作电源部分其主要特征在于：为跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路、跳合闸参数设定电路、单片机控制电路提供多种电源。输入由开关电源输出的DC24V通过电源芯片提供3.3V直流电压对单片机控制部分中单片机和周边电路供电，提供5V对单片机控制部分中对外接口芯片供电，3.3V和5V为共地系统；通过隔离电源芯片提供模拟5V直流电压为跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路、跳合闸参数设定电路供电。工作原理：本专利技术一种智能型双跳圈模拟断路器以单片机控制电路作为控制核心，通过外部通信端口与上位机实现互联，由上位机下发指令通过单片机控制单元对模拟断路器的分合闸时间、分合闸电流、及分合闸逻辑判断进行精准模拟。并根据实际试验要求，对同组或者不同组的跳合闸回路实现异步操作。上位机可通过单片机控制单元获得的模拟跳合闸信息进行试验记录管理。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术模拟断路器的分合闸时间、分合闸电流可以根据需要设定，精度高。(2)本专利技术能够模拟真实断路器，代替真实断路器用于对继电保护设备的校验，减少真实断路器由于多次跳合闸试验带来的损耗。(3)本专利技术可以根据不同的实施案例转化为多路模拟断路器使用，配置灵活。(4)本专利技术可以实现模拟断路器小型化，方便携带。附图说明图1为本专利技术原理框图。图2为本专利技术单片机控制电路原理框图。图3为本专利技术跳合闸电路原理框图。图4为本专利技术合闸模拟量采集回路原理图。图5为本专利技术跳合闸参数设定电路原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术一种智能型双跳圈模拟断路器设计的具体实施方式作进一步详细描述。下列案例用于说明本专利技术，但是不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术一种智能型双跳圈模拟断路器原理框图,主要包括单片机控制电路、跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路、跳合闸参数设定电路、开关电源、工作电源。其功能是：1、能够由上位机进行控制进行继电保护设备的跳合闸实验工作。2、能够根据具体的继电保护跳合闸功能完成单相、多相、多组的跳合闸试验3、能够对测试过程中的检测数据进行实时上送。图2为单片机控制电路原理图，单片机U1-MK10DX256LQ10R作为主控制芯片，周边配置EEPROM存储芯片U4-24FC512、复位芯片U7-TPS3705、晶振X1-50MHZ。对外通信电路配置U8、U9两个CAN网通信芯片SN65HVD232DR。同时配置U10、U112片总线控制芯片SN74LVC16373A，组成的3.3V到5V的多路开出信号，其中U10负责9个跳合闸端口通断控制，U11负责跳合闸参数设定电路SPI总线及使能等信号控制。电源芯片U6-TPS54331将24V转换为5V。电源芯片U5-SPX1117-3.3将5V转换为3.3V供单片机控制电路中单片机等芯片使用。图3为本专利技术跳合闸电路原理框图。大功率电阻50W50Ω电阻R1外部保护跳闸输出相连，另一端接IRFP460大功率MOSFET开关管Q1源极。Q1栅极接跳合闸参数设定电路，漏极接IN5408大功率整流二极管VT正极。VT负极串联两颗0.5Ω/3W电阻精度为1％的电阻R2、R3，接至同一断路器端口继电器隔离电路中小型高耐压双触点继电器另一个常开触点一端，常开触点另一端接继电保护设备跳合闸调试电压负端，即DC220V。R2、R3与VT之间引出采样信号连接至跳合闸模拟量采集回路。本实施例是模拟双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能型双跳圈模拟断路器，其特征在于：包括单片机控制电路、跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路、跳合闸参数设定电路、开关电源和工作电源，以单片机控制电路作为控制核心，通过外部通信端口与上位机实现互联，由上位机下发指令通过单片机控制电路控制跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路和跳合闸参数设定电路工作，进而进行精准模拟，其中开关电源和工作电源为各个电路提供多种电源。

【技术特征摘要】
1.一种智能型双跳圈模拟断路器，其特征在于：包括单片机控制电路、跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路、跳合闸参数设定电路、开关电源和工作电源，以单片机控制电路作为控制核心，通过外部通信端口与上位机实现互联，由上位机下发指令通过单片机控制电路控制跳合闸电路、跳合闸模拟量采集回路和跳合闸参数设定电路工作，进而进行精准模拟，其中开关电源和工作电源为各个电路提供多种电源。2.如权利要求1所述的一种智能型双跳圈模拟断路器，其特征在于：所述单片机控制电路主要由单片机控制部分和周边电路构成，单片机控制部分具备通信功能，能够与上位机进行指令交换，按照上位机的指令控制其他电路，并将工作状态上送上位机，所述周边电路包括电源芯片、复位芯片、EEPROM存储芯片、晶振、通信芯片、和总线控制芯片，以维持单片机控制部分的基本功能。3.如权利要求2所述的一种智能型双跳圈模拟断路器，其特征在于：所述跳合闸电路主要由大功率电阻、大功率MOSFET开关管、防反二极管和大功率采样电阻串联组成，其中大功率电阻限制跳合闸电路中电流，防止超出电流安全上限；大功率MOSFET开关管由门极电压对跳合闸电路中电...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏亮，马凯宁，暴立勇，尹馥玫，丁福利，张志国，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11