專利名稱：具有雙電源轉(zhuǎn)換功能的斷路器控制器及雙電源切換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及配電系統(tǒng)中的低壓電器領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種具有雙電源轉(zhuǎn)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(tǒng)。
背景技術(shù)：
雙電源自動轉(zhuǎn)換裝置是配電系統(tǒng) 的重要電器，一般自動轉(zhuǎn)換裝置接入供電系統(tǒng)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(zhuǎn)換，保證了給負(fù)載供電的連續(xù)性和可靠性。圖I所示為現(xiàn)有的一種由萬能式斷路器組成的CB級雙電源轉(zhuǎn)換裝置，其主要由以下幾個部分組成兩臺萬能式斷路器I ;一個獨立的雙電源自動轉(zhuǎn)換控制裝置2 ；一個機械連鎖裝置3。其特點是由斷路器I的智能控制器對所接電源實現(xiàn)過載、短路等多段電流保護功能，由雙電源自動轉(zhuǎn)換控制裝置2實現(xiàn)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(zhuǎn)換，保證下級線路的正常工作。斷路器I的智能控制器采用了微處理器技術(shù)并具有通訊功能，通過電流互感器采集信息并進行數(shù)據(jù)分析和處理，從而指揮和控制斷路器I的運行狀態(tài)。上述現(xiàn)有CB級雙電源轉(zhuǎn)換裝置中的兩臺斷路器I處于單獨運行情況，只對斷路器當(dāng)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(zhuǎn)換控制裝置2作為控制器才能實現(xiàn)對兩臺斷路器間的相互轉(zhuǎn)換。外加獨立的雙電源控制器組成部件種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接線麻煩，在安裝和維護時十分不方便。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約成本且方便維護的具有雙電源轉(zhuǎn)換功能的斷路器控制器以及更簡便和可靠實現(xiàn)雙電源轉(zhuǎn)換的雙電源切換系統(tǒng)。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種具有雙電源轉(zhuǎn)換功能的斷路器控制器，包括由微處理器或單片機構(gòu)成的控制模塊，它對通過設(shè)置在斷路器出線側(cè)的電流互感器采集的主電路的電流信息進行分析和處理，其特征在于，該控制器還包括與斷路器出線線路耦合的開關(guān)監(jiān)控模塊，用于監(jiān)測斷路器的運行參數(shù)；與斷路器進線線路或出線側(cè)的電流互感器副邊耦合的電量采集模塊；與電量采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并將處理后的主電路電壓、電流數(shù)據(jù)傳送到所述控制模塊；與外部設(shè)備通信的總線接口模塊；所述的控制模塊分別與所述開關(guān)監(jiān)控模塊、電量采集模塊和總線接口模塊耦合，通過分析計算電量采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(tài)，以便實現(xiàn)斷路器分/合閘操作或者排故。優(yōu)選的，所述的電量采集模塊包括與斷路器進線線路耦合的電壓采樣單元，以及與斷路器出線側(cè)的電流互感器副邊耦合的電流采樣單元，所述信號處理單元分別與電壓采集單元、電流采集單元相連接。優(yōu)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口模塊。優(yōu)選的，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。一種雙電源切換系統(tǒng)，包括兩個具有如權(quán)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(xiàn)雙電源切換聯(lián)動?！?yōu)選的，所述兩個斷路器之間還設(shè)有機械連鎖裝置。增加機械連鎖裝置，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(huán)運行，損壞斷路器和設(shè)備，提高了系統(tǒng)的可靠性。優(yōu)選的，所述雙電源切換系統(tǒng)還包括一分別與兩個斷路器控制器通信的主監(jiān)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(tài)信息反饋給主監(jiān)控模塊，由主監(jiān)控模塊控制兩個斷路器動作實現(xiàn)雙電源切換聯(lián)動。此為一種集中監(jiān)控的技術(shù)方案，斷路器的控制器只負(fù)責(zé)采集信息并接受主監(jiān)控的控制信號，采集的信息上傳到主監(jiān)控模塊，由主監(jiān)控模塊統(tǒng)一分析后下發(fā)控制指令。統(tǒng)一監(jiān)控可以對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分析處理，判斷更為準(zhǔn)確，降低誤操作的可能，也有利于提升系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化水平。一種上述的雙電源切換系統(tǒng)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(tài)信息；B :根據(jù)預(yù)設(shè)程序進行聯(lián)動操作，返回步驟A。優(yōu)選的，所述步驟B包括將一個斷路器設(shè)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，然后控制備用斷路器合閘；如果常用斷路器電壓恢復(fù)正常，延時控制備用斷路器分閘，然后控制常用斷路器合閘；返回步驟A。此為一種一常用一備用電源的控制方案，系統(tǒng)由一個常用電源供電，另一個為備用電源；當(dāng)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(fù)正常，再轉(zhuǎn)入常用電源供電。 優(yōu)選的，所述步驟B包括判斷處于合閘狀態(tài)的斷路器的電壓；如果電壓正常，維持合閘狀態(tài)；如果電壓異常，控制當(dāng)前合閘的斷路器跳閘；然后控制另外一個斷路器合閘；返回步驟A。此為一種無常用、備用電源區(qū)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一個電源給負(fù)載供電，另一個備用；只有當(dāng)前運行的電源發(fā)生故障時，才切換到另外一個電源供電。本實用新型由于使用智能斷路器自帶的控制器，在斷路器內(nèi)集成了開關(guān)監(jiān)控模塊、增加了電壓采樣功能的電量采集模塊、總線接口模塊，并通過控制模塊統(tǒng)一監(jiān)控，使得斷路器控制器不僅可以實現(xiàn)過載、短路等電流保護功能，還可以實現(xiàn)欠壓、斷相等電壓保護功能，只要將兩個本實用新型的斷路器進行通信就可以實現(xiàn)雙電源切換功能，或者通過通訊線路進行數(shù)據(jù)共享，由系統(tǒng)的主監(jiān)控進行控制即可實現(xiàn)雙電源切換功能，無需額外增加獨立的雙電源自動轉(zhuǎn)換斷路器，因此結(jié)構(gòu)更為簡單，節(jié)約成本的同時，提高產(chǎn)品的可靠性。

圖I是現(xiàn)有的一種雙電源切換系統(tǒng)的示意圖；圖2是本實用新型雙電源切換系統(tǒng)的示意圖；圖3是本實用新型斷路器控制器的原理示意圖；·圖4是本實用新型斷路器控制器電壓采樣單元原理示意圖；圖5是本實用新型雙電源切換系統(tǒng)第一種通信組網(wǎng)方式的示意圖；圖6是本實用新型雙電源切換系統(tǒng)第二種通信組網(wǎng)方式的示意圖；圖7是本實用新型雙電源切換系統(tǒng)人機參數(shù)設(shè)置界面示意圖；圖8是本實用新型雙電源切換系統(tǒng)人機數(shù)據(jù)讀取界面示意圖。其中1、斷路器；2、雙電源自動轉(zhuǎn)換斷路器；3、機械連鎖裝置；4、電流采樣單元；5、信號處理單元；6、電壓采樣單元；7、人機接口模塊；8、總線接口模塊；9、控制模塊(簡稱MCU) ;10、輔助電源模塊；11、開關(guān)監(jiān)控模塊；12、主監(jiān)控模塊；13、通訊線路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和較佳的實施例對本實用新型作進一步說明。參考圖2、3所示，本實用新型揭示了一種包括兩個智能化斷路器I的雙電源切換系統(tǒng)，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(gòu)成的斷路器控制器(也稱智能脫扣器)，該控制器包括由MCU構(gòu)成的控制模塊9，它對通過設(shè)置在斷路器出線側(cè)的電流互感器采集的主電路的電流信息進行分析和處理，該控制器還包括用于監(jiān)測斷路器的運行參數(shù)的與斷路器出線線路耦合的開關(guān)監(jiān)控模塊11、與斷路器進線線路或出線側(cè)的電流互感器副邊耦合的電量采集模塊、與電量采集模塊耦合的信號處理單元5和與外部設(shè)備通信的總線接口模塊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并將處理后的主電路電壓、電流數(shù)據(jù)傳送到所述控制模塊9 ;該控制模塊9分別與所述開關(guān)監(jiān)控模塊11、電量采集模塊和總線接口模塊8耦合，通過分析計算電量采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(tài)，以便實現(xiàn)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)等控制芯片。圖3所示的電量采集模塊包括跟斷路器I進線耦合的電壓采樣單元6，以及跟斷路器出線耦合的電流采樣單元4。信號處理單元5分別跟電壓采集單元6、電流采集單元4耦合，將處理后的主電路的電壓、電流數(shù)據(jù)傳送到所述控制模塊9。如果出現(xiàn)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口模塊7顯示相應(yīng)的信息和進行數(shù)據(jù)查看、參數(shù)整定，方便排除故障。當(dāng)然，本實用新型的斷路器控制器可以不采用人機接口模塊7，而直接通過總線接口模塊8給上位機通信，通過遠程監(jiān)控進行斷路器I的監(jiān)控和操作。輔助電源模塊10用于給斷路器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(shè)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采樣單元4檢測流經(jīng)斷路器的電流，通過電壓采樣單元6檢測斷路器的電壓，電流、電壓信號采樣后通過信號處理電路5進行濾波處理，送入MCU控制模塊9進行運算，MCU通過內(nèi)置的閥值比較，判斷線路電流是否出現(xiàn)過載、短路等故障，判斷線路電壓是否出現(xiàn)欠壓、斷相等故障。一臺斷路器的控制器可以通過總線接口模塊8與另一臺斷路器的控制器的總線接口電路8相連，還可以連接到電源系統(tǒng)的主監(jiān)控。如圖4所示的本實用新型斷路器控制器電壓采樣單元原理圖，本實施例的電壓采 樣單元6連接有四根采集線路，通過電阻分壓的方式采集進線的相電壓。其中，電阻Rl R6為分壓電阻，將高電壓降到A/D (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換器工作范圍內(nèi)的低電壓，并連接到ANO AN2三個通道中，A/D轉(zhuǎn)換器快速的將模擬電壓轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的數(shù)字量，方便MCU控制模塊9讀取計算。當(dāng)然也可選用三根采集線路，不接零線，采集進線的線電壓，同樣可以用于判斷欠壓、過壓、斷相等電壓故障。上述斷路器I是具備完整的電量采集、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采用多種方式靈活組建雙電源切換系統(tǒng)，比現(xiàn)有方案節(jié)省一個雙電源控制器，節(jié)約成本的同時，提高產(chǎn)品的可靠性。兩個斷路器I優(yōu)選采用框架式智能斷路器，也可以采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(tǒng)的兩種方式組網(wǎng)方式一如圖5所示，本組網(wǎng)方式的雙電源切換系統(tǒng)包括兩個上述的同樣規(guī)格的智能斷路器I，兩個斷路器中的總線接口模塊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(nèi)部分別將兩臺斷路器I設(shè)置為常用電源、備用電源或關(guān)閉(雙電源功能)，一旦聯(lián)網(wǎng)成功，運行在常用電源側(cè)的斷路器控制器負(fù)責(zé)整體的控制功能，來實現(xiàn)全部的雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)功能；再通過通訊線路13，常用電源側(cè)的斷路器控制器通過主從式通訊協(xié)議(具體的通訊協(xié)議按企業(yè)情況自定)可以得到備用電源側(cè)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(dāng)然，本實施方式的雙電源切換系統(tǒng)還可以應(yīng)用在無常用、備用電源的場合?？偩€接口模塊8還可以選用以太網(wǎng)接口等其他通信接口，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(jiān)控裝置和軟件，只需連接通訊線路，可以很方便的實現(xiàn)雙電源轉(zhuǎn)換功能，調(diào)試檢修都十分方便；比現(xiàn)有的獨立外掛雙電源自動轉(zhuǎn)換控制裝置更加經(jīng)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(shè)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(huán)運行，損壞斷路器和設(shè)備，提高了系統(tǒng)的可靠性。組網(wǎng)方式二如圖6所示，在上述組網(wǎng)方式的基礎(chǔ)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(tǒng)的主監(jiān)控模塊12上，斷路器I將電量及斷路器狀態(tài)信息反饋給主監(jiān)控模塊12，由主監(jiān)控模塊12控制兩個斷路器動作實現(xiàn)雙電源切換聯(lián)動。此為一種集中監(jiān)控的技術(shù)方案，斷路器的控制器只負(fù)責(zé)采集信息并接受主監(jiān)控的控制信號，并將采集的信息上傳到主監(jiān)控模塊12，由主監(jiān)控模塊12統(tǒng)一分析后下發(fā)控制指令。統(tǒng)一監(jiān)控可以對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分析處理，判斷更為準(zhǔn)確，降低誤操作的可能，也有利于提升系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化水平。兩個斷路器之間還可以加設(shè)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(huán)運行，損壞斷路器和設(shè)備，提高了系統(tǒng)的可靠性。本實用新型還公開了一種上述的雙電源切換系統(tǒng)的控制方法，包括步驟A :斷路器I檢測電壓和斷路器狀態(tài)信息；B :根據(jù)預(yù)設(shè)程序進行聯(lián)動操作，返回步驟A。上述聯(lián)動操作根據(jù)雙電源性質(zhì)的不同，分為以下兩種情況。情況一對應(yīng)一常用一備用電源的控制方案，系統(tǒng)由一個常用電源供電，另一個為備用電源；當(dāng)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(fù)正常，再轉(zhuǎn)入常用電源供電。常用電源側(cè)斷路器的智能控制器根據(jù)用戶設(shè)置和實際的電網(wǎng)情況來實現(xiàn)兩路電源相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)常用電源發(fā)生過壓、欠壓和斷相等故障時，常用電源經(jīng)過Tl延時后斷開常用電源，再經(jīng)過T2延時發(fā)送合閘命令給備用電源智能控制器，讓備用電源側(cè)斷路器的智能控制器實現(xiàn)合閘；當(dāng)常用電源恢復(fù)正常后，經(jīng)過T2延時斷開備用電源，再經(jīng)過Tl延時后發(fā)送合閘命令，接通常用電源，實現(xiàn)雙電源轉(zhuǎn)換功倉泛。情況二 對應(yīng)無常用、備用電源區(qū)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一個電源給負(fù)載供電，另一個備用；只有當(dāng)前運行的電源發(fā)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包括判斷處于合閘狀態(tài)的斷路器的電壓；如果電壓正常，維持合閘狀態(tài)；如果電壓異常，控制當(dāng)前合閘的斷路器跳閘；然后控制另外一個斷路器合閘；接著返回步驟A。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種具有雙電源轉(zhuǎn)換功能的斷路器控制器，包括由微處理器或單片機構(gòu)成的控制模塊，它對通過設(shè)置在斷路器出線側(cè)的電流互感器采集的主電路的電流信息進行分析和處理，其特征在于，該控制器還包括 與斷路器出線線路耦合的開關(guān)監(jiān)控模塊，用于監(jiān)測斷路器的運行參數(shù)； 與斷路器進線線路或出線側(cè)的電流互感器副邊耦合的電量采集模塊； 與電量采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并將處理后的主電路電壓、電流數(shù)據(jù)傳送到所述控制模塊； 與外部設(shè)備通信的總線接口模塊； 所述的控制模塊分別與所述開關(guān)監(jiān)控模塊、電量采集模塊和總線接口模塊耦合，通過分析計算電量采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(tài)，以便實現(xiàn)斷路器分/合閘操作或者排故。
2.如權(quán)利要求I所述的斷路器控制器，其特征在于，所述的電量采集模塊包括與斷路器進線線路耦合的電壓采樣單元，以及與斷路器出線側(cè)的電流互感器副邊耦合的電流采樣單元，所述信號處理單元分別與電壓采集單元、電流采集單元相連接。
3.如權(quán)利要求I所述的斷路器控制器，其特征在于，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(quán)利要求I所述的斷路器控制器，其特征在于，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(tǒng)，包括兩個具有如權(quán)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(xiàn)雙電源切換聯(lián)動。
6.如權(quán)利要求5所述的一種雙電源切換系統(tǒng)，其特征在于，所述的兩個斷路器之間還設(shè)有機械連鎖裝置。
7.如權(quán)利要求5所述的一種雙電源切換系統(tǒng)，其特征在于，所述雙電源切換系統(tǒng)還包括一分別與兩個斷路器控制器通信的主監(jiān)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(tài)信息反饋給主監(jiān)控模塊，由主監(jiān)控模塊控制兩個斷路器動作實現(xiàn)雙電源切換聯(lián)動。
專利摘要本實用新型公開了一種利用智能斷路器自帶的控制器實現(xiàn)雙電源切換的系統(tǒng)，該控制器包括與斷路器出線線路耦合的開關(guān)監(jiān)控模塊、與斷路器進線線路或出線側(cè)的電流互感器副邊耦合的電量采集模塊、與電量采集模塊耦合并將處理后的主電路電壓、電流數(shù)據(jù)傳送到MCU的信號處理單元和與外部設(shè)備通信的總線接口模塊；MCU分別與開關(guān)監(jiān)控模塊、電量采集模塊和總線接口模塊耦合，通過分析計算電量采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(tài)，以便實現(xiàn)斷路器分/合閘操作或者排故。本實用新型無需額外增加雙電源控制裝置，因此結(jié)構(gòu)更為簡單，也方便安裝和維護。
文檔編號H02J9/06GK202696279SQ201220237038
公開日2013年1月23日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者陳建余, 肖磊, 劉敏, 馬世剛 申請人:浙江正泰電器股份有限公司