具有过电流后备保护的断路器控制器及其保护方法技术

本发明专利技术涉及具有过电流后备保护的断路器控制器及其保护方法。本发明专利技术的控制器包括三相电流采集单元、电流信号调理单元、主ＭＣＵ处理单元、故障跳闸执行单元、后备保护单元，后备保护单元的输入接电流信号调理单元的输出和主ＭＣＵ处理单元的Ｉ／Ｏ端口，后备保护单元的输出接故障跳闸执行单元。在本发明专利技术方法中用后备ＭＣＵ来监控主ＭＣＵ，如果断路器主回路发生过电流故障时，后备ＭＣＵ检测到主ＭＣＵ失效后立即启动故障跳闸保护功能，这样便可以避免因主ＭＣＵ失效而导致事故发生。本发明专利技术提高了断路器故障保护的概率，从而实现配电线路和电源设备的可靠保护，大大提高了配电系统运行的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有过电流后备保护的断路器控制器及其控制方法，属电气领域。
技术介绍
在配电系统中，由于配电线路安装不符合标准、或电器设备使用操作不规范、以及线路 老化后维护不及时等原因，会导致线路绝缘性能降低或出现金属性短路，从而发生过电流故 障。在过电流故障中尤以短路故障危害最大，会导致系统崩溃、设备烧毁、引起大面积停电， 给人们日常生活带来不便，给社会造成巨大损失。断路器是配电系统中的主要保护电器，过电流保护是断路器的基本保护功能，断路器采 用电子式控制器可有效地实现过电流保护功能，过电流保护类型可分为过载长延时保护、短 路短延时保护、短路瞬动保护三种。目前业内电子式控制器通用的过电流保护解决方案如图 l所示，它包括三相电流采集单元、电流信号调理单元、MCU处理单元和故障跳间执行单元。 其中三相电流采集单元通过电流互感器实现电流信号采集并输入到电流信号调理单元。电 流信号调理单元实现电流信号放大、比例调整、滤波等功能，然后输入到MCU处理单元。MCU 处理单元实现三相电流信号A/D转换、电流值计算、电流整定值识别、过电流故障类型判别、 过电流故障阈值判别、故障保护曲线选择、脱扣延时运算、热记忆等功能，若断路器主回路 出现过流故障则发出故障跳阐指令给故障跳闸执行单元，故障跳间执行单元使断路器分断完 成故障保护。电子式控制器是实现断路器所有保护功能的指挥中心，通常电子式控制器的核心器件是 MCU (单片机)。断路器在运行过程中，由于环境应力负荷超过允许条件或自身设计存在问题 等原因，MCU存在失效的概率，MCU失效机理很多如物理性损坏、焊接引脚断裂、静电击穿、 雷击、氧化与硫化、强电磁场干扰等，失效现象主要有两种程序跑飞和MCU死机，这两种情 况都会造成控制器失效，如果此时断路器主回路发生过电流故障(过载或短路)，断路器控制 器保护就会失效，断路器出现拒动的现象。因为断路器在整条回路中阻值最大，此时断路器 内部金属最先熔化，产生大量的炽热的高温电弧和高压气体，断路器就会爆炸，其后果十分 严重。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有过电流后备保护的断路器电子式控制器及其控制方法，当 主MCU失效时且断路器主回路出现过电流故障后，过电流后备保护仍然能够使断路器脱扣跳 闸排除线路故障，从而提高断路器的可靠性，保障配电系统的安全运行。为此，本专利技术采用如下技术方案-一种具有过电流后备保护的断路器控制器，包括三相电流采集单元，用于采集三相电 流信号并输入到电流信号调理单元；电流信号调理单元，用于对三相电流信号进行放大、比例调整、滤波等，然后输入到主MCU处理单元；主MCU处理单元，用于对三相电流信号进行 处理，其输出送到故障跳闸执行单元；故障跳闸执行单元，用于分断断路器完成故障保护； 其特征在于还包括后备保护单元，该后备保护单元的输入接所述电流信号调理单元的输出和 所述主MCU处理单元的1/0端口；该后备保护单元的输出接至所述故障跳闸执行单元。进一步地，所述后备保护单元为后备MCU处理单元，该后备MCU处理单元的监测输入端 检测所述主MCU处理单元输出的失效判别信号。进一步地，所述后备保护单元由比较器电路、看门狗电路和逻辑与电路构成。其中比较器电路的两个输入分别连接过电流动作阈值和电流信号调理电路的输出，其输出连接逻辑与电路的一个输入端；看门狗电路的输入接主MCU的1/0端口，主MCU通过I/0引脚输出失 效判别信号(失效判别信号定义为脉冲信号)给看门狗电路，看门狗电路的输出连接逻辑与 电路的另一个输入端；逻辑与电路的输出连接故障跳闸执行单元。 一种断路器控制器的过电流后备保护方法，包括以下步骤1) 断路器开始运行；2) 主MCU处理单元和后备MCU处理单元监测断路器主回路电流信号；3) 后备MCU处理单元监测主MCU处理单元的运行状态；4) 后备MCU处理单元判断主MCU处理单元是否失效若失效则继续步骤5);否则转步骤6);5) 后备MCU处理单元判断断路器主回路是否发生过电流若未发生则返回步骤2);若发 生则由后备MCU处理单元发出故障跳闸指令，相应执行单元执行故障跳闸，断路器运行结束；6) 主MCU处理单元判断断路器主回路是否发生过电流若未发生则返回步骤2);若发生则由主MCU处理单元发出故障跳闸指令，相应执行单元执行故障跳闸，断路器运行结束。 另一种断路器控制器的过电流后备保护方法，包括以下步骤1) 断路器开始运行；2) 主MCU处理单元和后备MCU处理单元监测断路器主回路电流信号；3) 后备MCU处理单元和主MCU处理单元互相监测对方的运行状态；4) 后备MCU处理单元判断主MCU处理单元是否失效若失效则继续步骤5)，否则转步骤6);5) 后备MCU处理单元发出主MCU处理单元失效报警，供用户判断是否断电检修设备 若用户断电检修设备，则断路器运行结束；若用户未断电检修设备，则后备MCU处理单元进一步判断断路器主回路是否发生过电流 若未发生过电流，则返回步骤2);若发生过电流，则由后备MCU处理单元发出故障跳闸指令和故障报警指令，相应执行单 元执行故障跳闸和故障报警，断路器运行结束；6) 主MCU处理单元判断后备MCU处理单元是否失效若失效则继续步骤7)，否则转步骤8);57) 主MCU处理单元发出后备MCU处理单元失效报警，供用户判断是否断电检修设备 若用户断电检修设备，则断路器运行结束；若用户未断电检修设备，则主MCU处理单元进一步判断断路器主回路是否发生过电流 若未发生过电流，则返回步骤2);若发生过电流，则由主MCL)处理单元发出故障跳闸指令和故障报警指令，相应执行单元 执行故障跳闸和故障报警，断路器运行结束；8) 主MCU处理单元判断断路器主回路是否发生过电流若未发生则返回步骤2);若发生 则由主MCU处理单元发出故障跳闸指令和故障报警指令，相应执行单元执行故障跳闸和故障 报警，断路器运行结束。本专利技术的优点在于具备过电流后备保护的电子式控制器提高了断路器故障保护的概率，从而实现配电线路和电源设备的可靠保护，大大提高了配电系统运行的安全性。 附图说明图1为目前业内电子式控制器通用的过电流保护解决方案框图2为本专利技术采用后备MCU实现过电流后备保护的整体解决方案框图3为本专利技术采用的另一种过电流后备保护电路框图； 图4为本专利技术具备扩展功能的过电流后备保护的整体解决方案框图； 图5为本专利技术过电流后备保护执行流程图； 图6为本专利技术过电流后备保护扩展功能执行流程图。 具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。为了提高断路器的可靠性，我们提出了在电子式控制器中增加过电流后备保护的解决方案，即增加独立的后备MCU，用其来监控主MCU (由于增加了后备MCU,所以把原来MCU定义 为主MCU，以示区别)，如果断路器主回路发生过电流故障，后备MCU检测到主MCU失效后立 即启动保护功能，这样便可以避免因主MCU失效而导致事故发生。我们把用于检测主MCU的 后备MCU以及配置电路的过电流保护作用称为过电流后备保护。具有过电流后备保护的电子式控制器整体解决方案框图如图2所示，其中加粗框图为过 电流后备保护的实现方案。该过电流后备保护的核心内容是主MCU+后备MCU的设计方案，后备MCU本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有过电流后备保护的断路器控制器，包括：三相电流采集单元，用于采集三相电流信号并输入到电流信号调理单元；电流信号调理单元，用于对三相电流信号进行放大、比例调整、滤波等，然后输入到主ＭＣＵ处理单元；主ＭＣＵ处理单元，用于对三相电流信号进行处理，其输出送到故障跳闸执行单元；故障跳闸执行单元，用于分断断路器完成故障保护；其特征在于：还包括后备保护单元，其中：该后备保护单元的输入接所述电流信号调理单元的输出和所述主ＭＣＵ处理单元的Ｉ／Ｏ端口；该后备保护单元的输出接至所述故障跳闸执行单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：南寅，魏占勇，
申请(专利权)人：北京人民电器厂有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]