变电站断路器控制回路中的控制开关制造技术

本发明专利技术提供一种变电站断路器控制回路中的控制开关，包括IGBT、继电器、用于控制IGBT通断的第一控制器和用于控制继电器通断的第二控制器；IGBT的集电极与继电器的接点的一端并联构成控制开关的正极接线端；IGBT的发射极与继电器的接点的另一端并联构成控制开关的负极接线端；使用时一方面利用IGBT通断响应时间为几十微秒级别的优点以准确控制断路器的分合闸时刻，另一方面利用继电器接点的低阻抗特点，IGBT只在断路器控制回路初始通流及最后断流的几个毫秒时间段内承担导通电流，而在其它绝大部分时间导通电流从继电器接点通过，从而能有效解决现有技术中因IGBT长时间通大电流而产生严重发热甚至烧毁问题。

【技术实现步骤摘要】
变电站断路器控制回路中的控制开关
本专利技术涉及断路器控制回路，具体涉及变电站断路器控制回路中的控制开关。
技术介绍
断路器是变电站内非常重要的设备，在系统发生故障的时候，控制设备配合完成对断路器的控制，通过断路器能够迅速切断故障电流，从而防止事故扩大，保证整个电力系统的稳定运行，因此断路器控制回路的好坏直接影响是否能够快速切除故障。断路器控制回路包括合闸回路和跳闸回路，断路器控制回路常见的一种结构如图1所示，跳闸回路由断路器跳闸控制开关R1和第一电流保持继电器组成，第一电流保持继电器包括线圈A和接点A1；合闸回路由断路器合闸控制开关R2和第二电流保持继电器组成，第二电流保持继电器包括线圈B和接点B2。断路器跳闸控制开关R1和断路器合闸控制开关R2传统采用手动开关，目前常见采用基于自动控制的继电器开关，其工作原理以合闸回路为例，当R2闭合的时候，操作回路中电流由操作电源+流经R2、第二电流保持继电器线圈B、断路器辅助接点和合闸线圈DL2到操作电源-，这样断路器就能够顺利进行合闸；同时当有电流通过第二继电器的线圈B时，第二继电器的接点B2闭合，当R2打开时，断路器辅助接点和合闸线圈DL2仍然有电流通过，保证了断路器可靠合闸的过程。随着对断路器分合闸过程中对电网冲击电压、谐波等方面提出的新要求，断路器动作时希望操作过电压和谐波能够控制在一定的范围内，以避免一次设备过电压受损和供电电能质量下降，因此对断路器动作的时刻有了明确的需求。比如在合闸的时候，对于容性负载希望断路器能够在电压过零点合闸，这样对电网的冲击比较小。继电器动作时间往往需要4～10ms，且动作的时间离散性比较大，我国电力系统是50Hz的体制，20ms为一个周波，这意味着5ms的时间离散性电压波形就能够从过零点到达峰值的地方，因此采用继电器的控制方法无法满足精准控制断路器分合闸时刻的需求。为解决这一问题，目前也见将IGBT用作断路器跳闸控制开关R1和断路器合闸控制开关R2；IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor)，其最大的特点是能够实现电气回路几十微秒级别的精准控制，完全能够满足断路器分合闸时刻精准控制的需求。但是，IGBT在使用时也存在一些问题：如IGBT的通态损耗问题，当IGBT导通的时候，有饱和压降VCESAT的存在，造成导通损耗。设VCESAT为一个典型值3.2V，断路器分合闸时的驱动电流为6A，则在断路器控制回路导通的情况下，在IGBT上产生的功率损耗为3.2×6=19.2W，易使IGBT发热。由于通常情况下断路器在100ms以内会完成跳闸或者合闸操作，因此正常情况下IGBT并不会出现严重发热烧毁的情况，但当断路器异常或者在测试过程中需要进行多达几千次的分合闸操作，此时IGBT会因长时间导通产生严重发热，若IGBT的结温超过其结温上限值，则会造成IGBT永久性损坏，导致断路器无法控制，造成电力系统故障范围的扩大。因此，设计一种既能满足断路器分合闸时刻精准控制要求、又能防止目前采用的IGBT开关易产生过热问题的变电站断路器控制回路中的控制开关，成为现有技术中亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有技术中的问题，提供一种变电站断路器控制回路中的控制开关，该控制开关在使用时既能有效满足断路器分合闸时刻精准控制要求，又能有效防止IGBT产生过热现象。本专利技术的技术方案是：本专利技术的变电站断路器控制回路中的控制开关，其结构特点是：包括IGBT、继电器、用于控制IGBT通断的第一控制器和用于控制继电器通断的第二控制器；上述的IGBT具有栅极、集电极和发射极；继电器具有线圈和接点，第一控制器和第二控制器分别设有电源端、控制信号输入端、第一和第二控制信号输出端；上述IGBT的栅极与第一控制器的控制信号端电连接；继电器的线圈的正负极与第二控制回路的第一、第二控制信号端对应电连接；IGBT的集电极与继电器的接点的一端并联形成一个公共接点，该公共接点构成上述变电站断路器控制回路中的控制开关的正极接线端；IGBT的发射极、继电器的接点的另一端以及第一控制器的第二控制信号输出端因共线而形成一个公共接点，该公共接点构成上述变电站断路器控制回路中的控制开关的负极接线端；使用时，上述的变电站断路器控制回路中的控制开关的正极接线端与变电站断路器控制回路的操作电源正极电连接，变电站断路器控制回路中的控制开关的负极接线端与断路器控制回路中的电流保持继电器线圈电连接；上述的第一控制器和第二控制器的电源端与接配套的变电站断路器自动控制系统输出的直流电源VCC；第一、第二控制器的控制信号输入端与配套的变电站断路器自动控制系统的第一、第二PWM控制信号输出端对应电连接。进一步的方案是：上述的第一控制器包括电阻R1、三极管Q1、隔离变压器T、电阻R2、二极管D1以及二极管D2；上述的隔离变压器T具有原边正负极接线端和副边正负极接线端；电阻R1的一端即为上述的第一控制器的控制信号输入端；电阻R1的另一端与三极管Q1的基极电连接；三极管Q1的射极接地；三极管Q1的集电极与隔离变压器T的原边负极接线端电连接；隔离变压器T的副边正极接线端与电阻R2的一端电连接；电阻R2的另一端与二极管D1的负极因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的第一控制器的第一控制信号输出端；二极管D1的正极与二极管D2的正极串接；二极管D2的负极与隔离变压器T的副边负极接线端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的第一控制器的第二控制信号输出端；隔离变压器T的原边正极接线端即为上述的第一控制器的电源端。进一步的方案是：上述的第二控制器包括MOS管Q2、二极管D3以及二极管D4；上述的MOS管Q2的栅极即为上述的第二控制器的控制信号输入端；MOS管Q2的漏极与二极管D4的负极电连接；二极管D4的正极与二极管D3的正极因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的第二控制器的第二控制信号输出端；二极管D3的负极即为上述的第二控制器的第一控制信号输出端，同时也为上述的第二控制器的电源端。本专利技术具有积极的效果：本专利技术的变电站断路器控制回路中的控制开关，其通过将低阻抗的继电器接点与IGBT并联，并对继电器和IGBT各用一个控制器进行时序配合控制，使其在使用时，一方面充分利用IGBT通断响应时间为几十微秒级别的优点，实现对断路器分合闸时刻的精准控制，有效满足精准控制断路器分合闸时刻的技术需求；另一方面，IGBT只在断路器控制回路初始通流的几个毫秒时间段内以及最后断流前的几个毫秒时间段内承担断路器控制回路全部的导通电流，而在断路器控制回路电流导通的绝大部分时间（约90ms左右）内，导通电流主要从继电器的接点K通过，从而能够有效解决现有技术中因IGBT长时间通大电流而产生严重发热甚至烧毁的技术问题。附图说明图1为变电站断路器控制回路结构示意图，图中示意性地显示了其与断路器的电连接关系；图2为本专利技术的结构示意图；使用时，其用于替换图1中的控制开关R1和R2。图3是图2中的第一控制器的一种电原理图，图中还显示了其与IGBT的电连接关系；图4是图2中的第二控制器的一种电原理图，图中还显示了其与继电器线圈正负极的电连接关系；图5是图2所示的本专利技术在使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站断路器控制回路中的控制开关，其特征在于：包括IGBT、继电器、用于控制IGBT通断的第一控制器和用于控制继电器通断的第二控制器；所述的IGBT具有栅极、集电极和发射极；继电器具有线圈和接点，第一控制器和第二控制器分别设有电源端、控制信号输入端、第一和第二控制信号输出端；所述IGBT的栅极与第一控制器的控制信号端电连接；继电器的线圈的正负极与第二控制回路的第一、第二控制信号端对应电连接；IGBT的集电极与继电器的接点的一端并联形成一个公共接点，该公共接点构成所述变电站断路器控制回路中的控制开关的正极接线端；IGBT的发射极、继电器的接点的另一端以及第一控制器的第二控制信号输出端因共线而形成一个公共接点，该公共接点构成所述变电站断路器控制回路中的控制开关的负极接线端；使用时，所述的变电站断路器控制回路中的控制开关的正极接线端与变电站断路器控制回路的操作电源正极电连接，变电站断路器控制回路中的控制开关的负极接线端与断路器控制回路中的电流保持继电器线圈电连接；所述的第一控制器和第二控制器的电源端与接配套的变电站断路器自动控制系统输出的直流电源VCC；第一、第二控制器的控制信号输入端与配套的变电站断路器自动控制系统的第一、第二PWM控制信号输出端对应电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种变电站断路器控制回路中的控制开关，其特征在于：包括IGBT、继电器、用于控制IGBT通断的第一控制器和用于控制继电器通断的第二控制器；所述的IGBT具有栅极、集电极和发射极；继电器具有线圈和接点，第一控制器和第二控制器分别设有电源端、控制信号输入端、第一和第二控制信号输出端；所述IGBT的栅极与第一控制器的控制信号端电连接；继电器的线圈的正负极与第二控制回路的第一、第二控制信号端对应电连接；IGBT的集电极与继电器的接点的一端并联形成一个公共接点，该公共接点构成所述变电站断路器控制回路中的控制开关的正极接线端；IGBT的发射极、继电器的接点的另一端以及第一控制器的第二控制信号输出端因共线而形成一个公共接点，该公共接点构成所述变电站断路器控制回路中的控制开关的负极接线端；使用时，所述的变电站断路器控制回路中的控制开关的正极接线端与变电站断路器控制回路的操作电源正极电连接，变电站断路器控制回路中的控制开关的负极接线端与断路器控制回路中的电流保持继电器线圈电连接；所述的第一控制器和第二控制器的电源端与接配套的变电站断路器自动控制系统输出的直流电源VCC；第一、第二控制器的控制信号输入端与配套的变电站断路器自动控制系统的第一、第二PWM控制信号输出端对应电连接。2.根据权利要求1所述的变电站断路器控制回路中的控制开关，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐懿，张伟，曹良，张雄伟，吴斌，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司常州供电公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32