CN211377564U - 可自动重合闸的断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种可自动重合闸的断路器，该断路器包括：断路器本体、控制器、分励脱扣器以及闭合电磁铁，控制器，包括：第一可控开关的输出端连接到分励脱扣器与电源之间的电路上；第二可控开关的输出端连接到闭合电磁铁与电源之间的电路上；信号收发设备用于在出现短时可自消除类故障时接收第一分闸触发信号，将所述第一分闸触发信号发送给所述第一可控开关，触发所述第一可控开关闭合，使得所述分励脱扣器接通所述电源，断路器分闸；还用于在出现短时可自消除类故障的预设时间间隔后，接收合闸触发信号，将所述合闸触发信号发送给所述第二可控开关，触发所述第二可控开关闭合，使得所述闭合电磁铁接通所述电源，断路器自动重合闸。

Description

可自动重合闸的断路器

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，特别涉及一种可自动重合闸的断路器。

背景技术

电力系统运行经验表明，电网线路故障大多数都是短时可自消除的瞬时性故障或电流过载，当断路器分闸后，这类故障可短时内自动消除，线路很快恢复正常，如果把断路器重合闸，就能恢复正常供电。此外，还有少量的“永久性故障”，如线路的短路故障、断线故障等，短时无法自行消除，必须由运维人员介入检修。基于线路故障的以上特点，电网基本上都采用了自动重合闸装置，当故障跳闸后，能自动将断路器重新合上，不需要运维人员到现场手动操作。对于短时可自消除类故障，重合闸以后可能成功；而对于永久性故障，重合闸会失败。重合闸对于系统来说有利有弊，一方面，供电连续性、稳定性和可靠性得到提高，减少了线路停电损失，减轻了运行人员的工作量；另一方面，当重合于永久性故障时，系统再次受到短路电流的冲击，可能引起电力系统的振荡，使系统失去稳定，后果严重。

常规的可自动重合闸的断路器的解决方案，自动重合闸装置检测到故障后，多数并不能判断区分故障是短时可自消除的还是永久性的，一律通过控制磁通变换器驱动断路器分闸，同时断路器的故障复位按钮弹出，重合闸前必须将故障复位按钮复位，断路器需要安装远程电气复位机构，以便实现故障复位按钮自动复位，然后才能控制闭合电磁铁动作完成自动重合闸操作。远程电气复位机构不是断路器的通用配件，需要与断路器本体执行机构匹配，无法做到模块化，多数需要厂家自行设计，成本增加，占用空间。远程电气复位机构需要电气控制，增加了接线数量和功率消耗。常规的解决方案不符合断路器小型化、低功耗、模块化、接线简易化、低成本的发展方向。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种可自动重合闸的断路器，以解决现有技术中由于设置远程电气复位机构而导致的接线复杂、占用空间、功耗大、成本高的问题。该可自动重合闸的断路器包括：

断路器本体、控制器、分励脱扣器以及闭合电磁铁，其中，

所述控制器、所述分励脱扣器以及所述闭合电磁铁设置于所述断路器本体内；

所述控制器，包括：

第一可控开关，所述第一可控开关的输出端连接到所述分励脱扣器与电源之间的电路上；

第二可控开关，所述第二可控开关的输出端连接到所述闭合电磁铁与所述电源之间的电路上；

信号收发设备，与所述第一可控开关的输入端和所述第二可控开关的输入端连接，所述信号收发设备用于在出现短时可自消除类故障时接收第一分闸触发信号，将所述第一分闸触发信号发送给所述第一可控开关，触发所述第一可控开关闭合，使得所述分励脱扣器接通所述电源，断路器分闸；还用于在出现短时可自消除类故障的预设时长后，接收合闸触发信号，将所述合闸触发信号发送给所述第二可控开关，触发所述第二可控开关闭合，使得所述闭合电磁铁接通所述电源，断路器自动重合闸。

在本实用新型实施例中，提出了在分励脱扣器与电源之间的电路上设置第一可控开关，在闭合电磁铁与电源之间的电路上第二可控开关，进而通过信号收发设备接收触发信号触发第一可控开关或第二可控开关的闭合，例如，在出现短时可自消除类故障时通过触发信号触发第一可控开关闭合，进而使得分励脱扣器动作而非磁通变换器动作，最终实现断路器分闸，这样断路器的故障复位按钮不会弹出，执行重合闸前不用进行复位操作；断路器分闸后经过一定的延时时间，可以通过触发信号触发第二可控开关闭合，使闭合电磁铁动作实现断路器自动重合闸。本申请中上述可自动重合闸的断路器不用修改原有断路器结构，基于原有断路器结构，对控制器进行升级改造，即增加第一可控开关、第二可控开关和信号收发设备的情况下，针对短时可自消除类故障情况即可实现断路器的分闸和自动重合闸。与现有技术相比，无需设置远程电气复位机构，避免了由于设置远程电气复位机构导致的缺陷，本申请的可自动重合闸的断路器具有小型化、低功耗、接线简易化、低成本等优势。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种可自动重合闸的断路器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种优选的控制器主要电路原理示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种上述可自动重合闸的断路器的工作流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型实施例中，提供了一种可自动重合闸的断路器，如图1所示，该可自动重合闸的断路器包括：断路器本体1、控制器2、分励脱扣器3以及闭合电磁铁4，其中，

所述控制器2、所述分励脱扣器3以及所述闭合电磁铁4设置于所述断路器本体1(图1中虚线框所示的部分为断路器本体1)内；

所述控制器2，包括：

第一可控开关201，所述第一可控开关201的输出端连接到所述分励脱扣器3与电源之间的电路上；

第二可控开关202，所述第二可控开关的输出端连接到所述闭合电磁铁4与所述电源之间的电路上；

信号收发设备(图1中未示出)，与所述第一可控开关201的输入端和所述第二可控开关202的输入端连接，所述信号收发设备用于在出现短时可自消除类故障时接收第一分闸触发信号，将所述第一分闸触发信号发送给所述第一可控开关201，触发所述第一可控开关201闭合，使得所述分励脱扣器3接通所述电源，即分励脱扣器3动作，即可实现断路器分闸；还用于在出现短时可自消除类故障的预设时长后，接收合闸触发信号，将所述合闸触发信号发送给所述第二可控开关202，触发所述第二可控开关202闭合，使得所述闭合电磁铁4接通所述电源，即闭合电磁铁4动作，即可实现断路器自动重合闸。

由图1所示可知，在本实用新型实施例中，提出了在分励脱扣器与电源之间的电路上设置第一可控开关，在闭合电磁铁与电源之间的电路上第二可控开关，进而通过信号收发设备接收触发信号触发第一可控开关或第二可控开关的闭合，例如，在出现短时可自消除类故障时通过触发信号触发第一可控开关闭合，进而使得分励脱扣器动作而非磁通变换器动作，最终实现断路器分闸，这样断路器的故障复位按钮不会弹出，执行重合闸前不用进行复位操作；断路器分闸后经过一定的延时时间，可以通过触发信号触发第二可控开关闭合，使闭合电磁铁动作实现断路器自动重合闸。本申请中上述可自动重合闸的断路器不用修改原有断路器结构，基于原有断路器结构，对控制器进行升级改造，即增加第一可控开关、第二可控开关和信号收发设备的情况下，针对短时可自消除类故障情况即可实现断路器的分闸和自动重合闸。与现有技术相比，无需设置远程电气复位机构，避免了由于设置远程电气复位机构导致的缺陷，本申请的可自动重合闸的断路器具有小型化、低功耗、接线简易化、低成本等优势。

具体实施时，第一可控开关201和第二可控开关202可以为无触点的电子开关(例如，晶体管、光耦等)或有触点的机械开关(例如，继电器)，优选地，第一可控开关201和第二可控开关202为继电器。

具体实施时，上述分励脱扣器3以及所述闭合电磁铁4在断路器本体1内的设置方式本申请不做具体限定，具体可以采用现有技术中具备分励脱扣器3以及闭合电磁铁4的断路器；本申请的可自动重合闸的断路器只是在现有断路器的基础结构上对控制器进行改造，即增加了第一可控开关、第二可控开关和信号收发设备，无需改变断路器的原有结构，即可在不设置远程电气复位机构的情况下，针对短时可自消除类故障情况实现断路器的自动分闸和自动重合闸。

具体实施时，为了针对永久性故障实现断路器的自动分闸，在本实施例中，信号收发设备，还与断路器中的磁通变换器连接，所述信号收发设备还用于在出现永久性故障时接收第二分闸触发信号，将所述第二分闸触发信号发送给磁通变换器，驱动磁通变换器动作，实现断路器快速分闸，断路器的故障复位按钮弹出，此时，需要人工复位所述故障复位按钮后，断路器才能再次合闸。

具体实施时，信号收发设备可以由多个晶体管开关电路、场效应管开关电路、光耦开关电路等组成，优选地，信号收发设备由两个晶体管开关电路和一个功率场效应管开关电路组成。

具体实施时，上述第一分闸触发信号、第二分闸触发信号、合闸触发信号可以是不同形式的脉冲信号，例如，高电平或低电平形式的脉冲信号。

具体实施时，为了针对不同的故障类型，实现断路器的自动分闸，控制器2中的信号收发设备可以直接接收断路器外部设备发送的第一分闸触发信号、第二分闸触发信号以及合闸触发信号，例如，断路器外部设备可以是通信设备或遥控设备，信号收发设备接收到第一分闸触发信号、第二分闸触发信号以及合闸触发信号之后直接转发给第一可控开关或第二可控开关；此外，控制器2还可以自身根据断路器的电流大小来区分故障类型，进而输出第一分闸触发信号或第二分闸触发信号，例如，在本实施例中，所述控制器2，还包括：

电流检测设备(图1中未示出，该电流检测设备可以是电流传感器)，用于检测所述断路器的电流值。

第一比较器(图1中未示出)，与所述信号收发设备连接，用于输入所述电流检测设备检测到的电流值和预设短路保护电流值，比较所述电流值和所述预设短路保护电流值的大小，在所述断路器的电流值小于所述预设短路保护电流值时(即此时出现短时可自消除类故障)，则输出短时可自消除类故障情况下的上述第一分闸触发信号(具体的，在所述断路器的电流值小于所述预设短路保护电流值时，第一比较器会输出表征比较结果为电流值小于预设短路保护电流值的电信号或脉冲信号，本申请将该电信号或脉冲信号视为第一分闸触发信号)给所述信号收发设备；在所述断路器的电流值大于等于所述预设短路保护电流值时(即此时出现永久性故障)，则输出永久性故障情况下的上述第二分闸触发信号(具体的，在所述断路器的电流值大于等于所述预设短路保护电流值时，第一比较器会输出表征比较结果为电流值大于等于预设短路保护电流值的电信号或脉冲信号，本申请将该电信号或脉冲信号视为第二分闸触发信号)给所述信号收发设备。

具体实施时，为了避免断路器短时间内重复进行带故障合闸，在本实施例中，所述控制器2，还包括：

计数器(图1中未示出)，与信号收发设备连接，计数器用于对所述信号收发设备接收合闸触发信号的次数进行计数和所用时长进行计时；

第二比较器(图1中未示出)，与所述计数器连接，用于输入所述次数和预设次数，比较所述次数和所述预设次数的大小，在所述次数小于等于所述预设次数时，输出第一脉冲信号；

第三比较器(图1中未示出)，与所述计数器连接，用于输入所述时长和预设时长，比较所述时长和所述预设时长的大小，在所述时长等于所述预设时长时，输出第二脉冲信号；

触发器，与所述第二比较器、所述第三比较器以及所述信号收发设备连接，用于在收到所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号后，输出所述合闸触发信号给所述信号收发设备，如触发器没有收到第一脉冲信号和/或所述第二脉冲信号，则闭锁自动重合闸功能。

具体的，当被保护线路出现短时可自消除类故障时，所述控制器2触发第一可控开关闭合，使得分励脱扣器3动作进而使断路器分闸，经过一段预设时间间隔后，所述控制器2触发第二可控开关闭合，使得闭合电磁铁4动作进而使断路器自动重合闸，实现在出现短时可自消除类故障时不需要人员去现场检修即可重合闸，所述预设时长可根据具体情况确定。断路器自动重合闸后，如果仍存在短时可自消除类故障，所述控制器2触发第一可控开关闭合，使得分励脱扣器3动作进而使断路器再次分闸，经过一段预设时间间隔后，控制器2触发第二可控开关闭合，使得闭合电磁铁4动作进而使断路器再次自动重合闸。当所述断路器可自动重合闸的次数达到预设次数且时长达到预设时长后，如果仍存在故障，则控制器2中的触发器不再输出合闸触发信号，从而闭锁自动重合闸功能，不允许断路器再次自动重合闸。

具体实施时，上述预设次数和预设时长可以根据具体情况确定，预设次数即断路器可自动重合闸的次数设定值，预设时长即断路器分闸到自动重合闸之间的延时时间，可以根据不同的故障类型设置不同的允许自动重合闸的次数和延时时间。

具体实施时，上述短时可自消除类故障包括以下任意之一或任意组合：电网线路瞬间的失压、电网线路瞬间的欠压、电网线路瞬间的过压以及短时的电流过载故障。所述永久性故障包括以下任意之一或任意组合：电网线路的短路故障以及断线故障。

具体实施时，为了实现自动重合闸功能，控制器2、分励脱扣器3和闭合电磁铁4的供电电源在断路器分闸后仍能保持，在本实施例中，供电电源与所述断路器的上口进线端连接。

具体实施时，上述控制器2中的计数器、第一比较器、第二比较器、第三比较器、触发器、电流检测设备等可由分立元件组成的数字、模拟单元电路实现，也可由大规模集成电路实现，如微控制器(MCU、单片机)、专用集成电路(ASIC)和微处理器(MPU)等，优选地，控制器2的主要功能由单片机实现。

具体实施时，图2是本实用新型实施例提供的一种优选的控制器主要电路原理示意图。控制器2的主要功能由单片机U1实现，优选地，该单片机型号是STM32F103C8T6。配合必要的外围电路(如电源电路、电网信号采样电路等，图中未示出)，该单片机可实现电流测量功能、电压测量功能、通信功能、人机交互功能、计数器功能、第一比较器功能、第二比较器功能、第三比较器功能，并为信号收发设备提供触发信号。信号收发设备由三部分开关电路组成：电阻R1、电阻R2、晶体管Q1组成第一可控开关的信号收发设备，继电器K1是第一可控开关，该信号收发设备接收第一分闸触发信号用于控制第一可控开关，第一可控开关闭合使分励脱扣器动作实现断路器分闸；电阻R3、电阻R4、晶体管Q2组成第二可控开关的信号收发设备，继电器K2是第二可控开关，该信号收发设备接收合闸触发信号用于控制第二可控开关，第二可控开关闭合使闭合电磁铁动作实现断路器合闸；电阻R5、电阻R6、场效应管Q3组成磁通变换器的信号收发设备，该信号收发设备接收第二分闸触发信号用于控制磁通变换器动作实现断路器快速分闸。短路电流保护值、允许自动重合闸的次数和延时时间等参数可通过通信接口电路通信设置，也可通过人机交互电路(主要包括显示屏和按键)本地设置。

具体实施时，如图3所示，上述可自动重合闸的断路器工作流程如下：

当控制器2检测到故障后，根据故障电流值大小确定其故障类型，如果故障电流值大于等于预设短路保护电流值，则确定该故障为“永久性故障”，通过短延时或瞬时驱动磁通变换器动作，保证断路器快速分闸，同时故障复位按钮弹出，需要人工检修排除故障后才能手动复位并手动重合闸；如果故障电流值小于预设短路保护电流值，则可确定该故障为“短时可自消除类故障”，该故障可能是电流过载故障，也可能是电压类故障，如失压、欠压、过压等，或是其他不需要人工干预即可短时自动消除的故障，此类故障对断路器的分闸速度要求不高，控制器2可以触发第一可控开关闭合，使得分励脱扣器3动作完成断路器分闸，分闸后经过必要的延时时间间隔t1，控制器2触发第二可控开关闭合，使得闭合电磁铁4动作完成断路器的自动重合闸，断路器重合闸后，如已能正常工作，则故障自动重合闸结束；如还不能正常工作，仍能检测到故障，则继续执行上述故障类型判别，对于“永久性故障”仍采用手动重合闸；对于“短时可自消除类故障”，分闸后经过延时时间间隔t2，断路器执行第二次自动重合闸，如还无法正常工作，仍会检测到故障并分闸，控制器2闭锁自动重合闸功能，不再继续尝试，人工检修排除故障后，才能手动操作控制器2解锁自动重合闸功能。

在本实用新型实施例中，提出了在分励脱扣器与电源之间的电路上设置第一可控开关，在闭合电磁铁与电源之间的电路上第二可控开关，进而通过信号收发设备接收触发信号触发第一可控开关或第二可控开关的闭合，例如，在出现短时可自消除类故障时通过触发信号触发第一可控开关闭合，进而使得分励脱扣器动作而非磁通变换器动作，最终实现断路器分闸，这样断路器的故障复位按钮不会弹出，执行重合闸前不用进行复位操作；断路器分闸后经过一定的延时时间，可以通过触发信触发第二可控开关闭合，使闭合电磁铁动作实现断路器自动重合闸。本申请中上述可自动重合闸的断路器不用修改原有断路器结构，基于原有断路器结构，对控制器进行升级改造，即增加第一可控开关、第二可控开关和信号收发设备的情况下，针对短时可自消除类故障情况即可实现断路器的分闸和自动重合闸。与现有技术相比，无需设置远程电气复位机构，避免了由于设置远程电气复位机构导致的缺陷，本申请的可自动重合闸的断路器具有小型化、低功耗、接线简易化、低成本等优势。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可自动重合闸的断路器，其特征在于，包括：断路器本体、控制器、分励脱扣器以及闭合电磁铁，其中，

所述控制器、所述分励脱扣器以及所述闭合电磁铁设置于所述断路器本体内；

所述控制器，包括：

第一可控开关，所述第一可控开关的输出端连接到所述分励脱扣器与电源之间的电路上；

第二可控开关，所述第二可控开关的输出端连接到所述闭合电磁铁与所述电源之间的电路上；

信号收发设备，与所述第一可控开关的输入端和所述第二可控开关的输入端连接，所述信号收发设备用于在出现短时可自消除类故障时接收第一分闸触发信号，将所述第一分闸触发信号发送给所述第一可控开关，触发所述第一可控开关闭合，使得所述分励脱扣器接通所述电源，断路器分闸；还用于在出现短时可自消除类故障的预设时长后，接收合闸触发信号，将所述合闸触发信号发送给所述第二可控开关，触发所述第二可控开关闭合，使得所述闭合电磁铁接通所述电源，断路器自动重合闸。

2.如权利要求1所述的可自动重合闸的断路器，其特征在于，

所述信号收发设备，与断路器中的磁通变换器连接，所述信号收发设备还用于在出现永久性故障时接收第二分闸触发信号，将所述第二分闸触发信号发送给磁通变换器，驱动磁通变换器动作，断路器分闸，断路器的故障复位按钮弹出。

3.如权利要求2所述的可自动重合闸的断路器，其特征在于，所述控制器，还包括：

电流检测设备，用于检测所述断路器的电流值；

第一比较器，与所述信号收发设备连接，用于输入所述电流检测设备检测到的电流值和预设短路保护电流值，比较所述电流值和所述预设短路保护电流值的大小，在所述电流值小于所述预设短路保护电流值时，则输出所述第一分闸触发信号给所述信号收发设备；在所述电流值大于等于所述预设短路保护电流值时，则输出所述第二分闸触发信号给所述信号收发设备。

4.如权利要求1至3中任一项所述的可自动重合闸的断路器，其特征在于，所述控制器，还包括：

计数器，用于对所述信号收发设备接收合闸触发信号的次数进行计数和所用时长进行计时；

第二比较器，与所述计数器连接，用于输入所述次数和预设次数，比较所述次数和所述预设次数的大小，在所述次数小于等于所述预设次数时，输出第一脉冲信号；

第三比较器，与所述计数器连接，用于输入所述时长和所述预设时长，比较所述时长和所述预设时长的大小，在所述时长等于所述预设时长时，输出第二脉冲信号；

触发器，与所述第二比较器、所述第三比较器以及所述信号收发设备连接，用于在收到所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号后，输出所述合闸触发信号给所述信号收发设备。

5.如权利要求1至3中任一项所述的可自动重合闸的断路器，其特征在于，所述第一可控开关为无触点的电子开关或有触点的机械开关。

6.如权利要求1至3中任一项所述的可自动重合闸的断路器，其特征在于，所述第二可控开关为无触点的电子开关或有触点的机械开关。

7.如权利要求1至3中任一项所述的可自动重合闸的断路器，其特征在于，所述短时可自消除类故障包括以下任意之一或任意组合：电网线路瞬间的失压、电网线路瞬间的欠压、电网线路瞬间的过压以及短时的电流过载故障。

8.如权利要求2至3中任一项所述的可自动重合闸的断路器，其特征在于，所述永久性故障包括以下任意之一或任意组合：电网线路的短路故障以及断线故障。

9.如权利要求1至3中任一项中所述的可自动重合闸的断路器，其特征在于，所述电源与所述断路器的上口进线端连接。

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