一种具有选相分闸功能的低频断路器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于三分频输电系统的低频断路器，包括测量系统的三相电压、电流以及断路器本体的触头分闸的信号采集电路；完成所述信号采集电路所测得信号的处理的信号处理电路；接收经过信号处理电路处理过的信号并完成三相电压、电流信号相位角及相差分析的控制系统电路，并根据分析结果发出指令分别控制三相操作机构动作；根据所接收到的指令对断路器本体进行分闸或者合闸操作的操作机构；以及用于分频输电系统的低频断路器本体。同时断路器还对环境温度和电机控制回路的电压、电压给机构所造成的延时进行补偿，最终使触头在指定的电流相角打开，减小分闸操作对系统产生的冲击。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有选相分闸功能的低频断路器，特别涉及一种根据三相电压和电流信号控制断路器电机动作实现选相分闸的断路器。
技术介绍
随着超高压、特高压输电线路的出现和广泛应用，断路器在投切负荷以及开断短路电流过程中产生的电压及涌流，往往会危及设备的绝缘及电力系统稳定性，因此有必要对断路器分闸操作过程进行一定的控制和优化，使其能有效抑制断路器分闸操作过程中的 产生的冲击，以消除瞬态过电压对电气设备的影响及破坏。对于工频输电系统而言，断路器的选相分闸功能实现主要有两个难点1)电流周期短，过零点附近电流变化率较高，在高di/dt情况下通过检测电流和电压相位变化预测电流过零点难以实现；2)断路器机构本身的分散性。对于弹簧机构或者液压机构等断路器机构，由于其机构本身的分散性，在控制系统发出动作命令后，其延迟时间变化范围较大，因此从控制命令发出到触头分离具有很大的分散性，进而导致触头分离偏离预期的电流相角。因此，工频断路器通过选相分闸减小对系统的冲击具有一定的局限性。近年来，分频输电技术在高压输电领域迅速发展，由于分频输电系统线路阻抗小，损耗低，适合应用于长距离大容量输电，其断路器分闸操作产生的过电压和涌流对整个系统的影响范围更广，对分频输电系统的断路器设计提出了新的要求。由于分频输电系统电流周期较工频下要长，过零点附近电流上升率较低，在电流过零点附近对过零点的预测更为准确，同时为了减小机构运动的分散性，必须缩短机构动作的机械延迟时间，进而保证对触头打开时间控制更为精确。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本专利技术研发了一种具有选相分闸功能的低频断路器，控制断路器每相触头在指定相角打开，减小分闸过程产生的系统冲击。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种用于三分频输电系统的低频断路器，包括断路器本体，所述断路器本体为用于分频输电系统的低频断路器本体；信号采集电路，所述信号采集电路测量系统的三相电压、三相电流以及断路器本体的触头分闸、合闸状态以及位移信息；信号处理电路，所述信号处理电路完成所述信号采集电路所测得的信号的放大、滤波及AD转换；控制系统电路，所述控制系统电路接收经过所述信号处理电路处理过的信号并完成三相电压、三相电流信号相位角及相差分析，根据分析结果发出指令分别控制三相操作机构动作；操作机构，所述操作机构根据所接收到的所述控制系统电路的指令对低频断路器本体进行分闸或者合闸操作。通过传感器采集分频输电系统的三相电压电流信号，经过滤波、放大及AD转换处理后进入控制系统分析，由控制系统预测三相电流过零点并且对各种因素所造成的延时(温度、电机控制回路电压等)进行补偿，结合电机本身机械延迟，控制每相触头在一定相位进行分闸操作。附图说明图1是工频和分频输电系统1/4周期电流波形 图2是选相分闸功能的低频断路器的工作整体流程示意图； 图3是选相分闸功能的低频断路器的整体框图。1-工频下1/4周期电流波形，2-分频下1/4周期电流波形；具体实施例方式如在
技术介绍
中所述，由于分频输电系统电流周期较工频下要长，过零点附近电流上升率较低，在电流过零点附近对过零点的预测更为准确。具体的来说，如图1所示为工频和分频输电系统1/4周期电流波形。电流幅值均为Ip，控制系统过零点的检测阈值为Iq。假设理想的触头打开时刻电流范围应在O-1r之间。对于工频系统，启动电流检测至实际电流过零所需时间为Tc-Ta，而分频输电系统为Tz-Tx，由图可知，Tz-Tx要远大于Tc_Ta。同时，从机构分散性角度分析，弹簧和液压机构动作延时分散性较大，无法在电流进入理想阈值后在控制操作机构打开，加上系统电流变化较快，因此必须在系统检测阈值后很短时间内即Tb-Ta的时间内控制断路器机构动作，Tb时刻电流值高于Ir，结果可能在电流大于Ir或者电流过零后触头才打开，导致选相分闸失败。而分频系统在电流从Iq至过零点的时间较长，并且电机驱动延迟时间短，分散性小，因此控制系统有足够的时间对过零点时刻进行预测和调整，可以在电流小于Iq后控制断路器电机动作，即Ty时刻。在以下实施例中，本专利技术公开了 一种用于三分频输电系统的低频断路器，其包括断路器本体，所述断路器本体为用于分频输电系统的低频断路器本体；信号采集电路，所述信号采集电路测量系统的三相电压、三相电流以及断路器本体的触头分闸、合闸状态以及位移信息；信号处理电路，所述信号处理电路完成所述信号采集电路所测得的信号的放大、滤波及AD转换处理；控制系统电路，所述控制系统电路接收经过所述信号处理电路处理过的信号并完成三相电压、三相电流信号相位角及相差分析，根据分析结果发出指令分别控制三相操作机构动作；操作机构，所述操作机构根据所接收到的所述控制系统电路的指令对低频断路器本体进行分闸或者合闸操作。所述AD转换，即本领域中的模数转换。进一步的所述信号采集电路包括分别采集系统线路三相电压信息(Ua、Ub、Uc)的第一电压传感器，分别采集系统线路三相电流信息(la、lb、Ic)的第一电流传感器，采集低频断路器本体触头分合闸状态以及位移信息的位移传感器。进一步的所述操作机构为电机。进一步的采集电机控制回路的电压信息的第二电压传感器，采集电机控制回路的电流信息的第二电流传感器，采集断路器工作环境温度的温度传感器。进一步的通过输入4_20mA电流信号控制电机转速，并且其机械延迟时间在300us以内，每台电机根据控制系统发出的命令分别控制每相断路器进行分合闸操作。进一步的，所述控制系统电路包括数字信号输入电路、处理器、数字信号输出电路、继电器和供电电源。所述信号处理电路，包括滤波电路、放大电路、AD转换器和供电电源，所述AD转换器为高速AD，采样频率在250k以上。所述信号采集电路实时采集三相电压和电流信号，所述信号处理电路经过信号处理后以并行方式实时输入控制系统电路。所述控制系统电路，完成三相电压电流的相位和幅值计算、进行三相电压电流相位比较，进行电流过零点预测，输出4-20mA电流信号驱动电机进行分合闸操作。在另外的实施例中，结合图2、3对本专利技术涉及的断路器的选相分闸操作过程进一步详细说明。本专利技术的具有选相分闸功能的低频断路器包括信号采集电路、信号处理电路、控制系统电路、操作系统以及断路器本体。其中信号采集电路包括分别采集系统线路三相 电压信息Ua、Ub、Uc的第一电压传感器、分别米集系统线路三相电流信息Ia、Ib、Ic的第一电流传感器、采集低频断路器本体触头分合闸状态以及位移信息的位移传感器。信号处理电路对各传感器采集到的信号分别进行滤波、放大，将结果输出给控制系统，特别的，滤波放大后的结果先进入AD转换器完成数模转换处理后将结果输出给控制系统。信号处理电路可以例如，但不限于滤波电路、放大电路、AD转换器和供电电源，所述AD转换器为高速AD，采样频率在250k以上。信号采集电路实时采集三相电压和电流信号，经过信号处理电路的处理后以并行方式实时输入控制系统电路。控制系统电路通过计算三相线路电压Ua，Ub,Uc以三相及电流信号Ia，lb, Ic得到其幅值、相位，通过谐波分析和相位比较，预测三相线路电流过零点时刻，断路器本体的位移信号用以确定触头分合闸状态。控制系统电路可以例如，但不限于数字信号输入电路、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三分频输电系统的低频断路器，其特征在于，包括：断路器本体，所述断路器本体为用于三分频输电系统的低频断路器本体；信号采集电路，所述信号采集电路测量系统的三相电压、三相电流以及断路器本体的触头分闸、合闸状态以及位移信息；信号处理电路，所述信号处理电路完成所述信号采集电路所测得的信号的处理；控制系统电路，所述控制系统电路接收经过所述信号处理电路处理过的信号并完成三相电压、三相电流信号相位角及相差分析，根据分析结果发出指令分别控制三相操作机构动作；操作机构，所述操作机构根据所接收到的所述控制系统电路的指令对断路器本体进行分闸或者合闸操作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，吴翊，荣命哲，纽春萍，邵方静，孙昊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：