断路器分合闸线圈动作电流记录仪论文和设计-魏延彬

全文摘要

本实用新型公开了断路器分合闸线圈动作电流记录仪，包括MCU中央处理器、TTL转232通信单元、触控显示屏、LED驱动单元、TF卡存储单元、Flash内部存储单元、RAM数据缓存单元、节点告警输出单元和蜂鸣器告警驱动单元，MCU中央处理器的PA5端口通过节点告警输出单元与变电站公用测控装置相连接；其特征在于：所述的MCU中央处理器的PA0端口和PB0端口与一号电流采集单元相连接，一号电流采集单元与一号电流传感器相连接，一号电流传感器与一号开关柜的一号断路器跳闸控制回路相连接。本实用新型能准确监测断路器动作时线圈电流幅值和波形并保存，进而判断分合闸线圈是否合格，降低了断路器误动或拒动的几率。

主设计要求

1.断路器分合闸线圈动作电流记录仪，包括MCU中央处理器（1）、TTL转232通信单元（2）、触控显示屏（3）、LED驱动单元（4）、TF卡存储单元（5）、Flash内部存储单元（6）、RAM数据缓存单元（7）、节点告警输出单元（8）和蜂鸣器告警驱动单元（9），MCU中央处理器（1）内设有Flash内部存储单元（6）和RAM数据缓存单元（7）；MCU中央处理器（1）的PA9端口和PA10端口通过TTL转232通信单元（2）与触控显示屏（3）相连接；MCU中央处理器（1）的PB3端口通过LED驱动单元（4）与LED灯相连接；MCU中央处理器（1）的PB12端口、PB13端口、PB14端口和PB15端口通过TF卡存储单元（5）与TF卡相连接；MCU中央处理器（1）的PA5端口通过节点告警输出单元（8）与变电站内的变电站公用测控装置（13）相连接；MCU中央处理器（1）的PA8端口通过蜂鸣器告警驱动单元（9）与蜂鸣器相连接；其特征在于：所述的MCU中央处理器（1）的PA0端口和PB0端口与一号电流采集单元（10）相连接，一号电流采集单元（10）与一号电流传感器（11）相连接，一号电流传感器（11）与一号开关柜的一号断路器跳闸控制回路（12）相连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的断路器分合闸线圈动作电流记录仪，其特征在于：所述的MCU中央处理器（1）的PA1端口和PB1端口与二号电流采集单元相连接，二号电流采集单元与二号电流传感器相连接，二号电流传感器与二号开关柜的二号断路器跳闸控制回路相连接；所述的MCU中央处理器（1）的PA2端口和PB2端口与三号电流采集单元相连接，三号电流采集单元与三号电流传感器相连接，三号电流传感器与三号开关柜的三号断路器跳闸控制回路相连接；所述的MCU中央处理器（1）的PA3端口和PB5端口与四号电流采集单元相连接，四号电流采集单元与四号电流传感器相连接，四号电流传感器与四号开关柜的四号断路器跳闸控制回路相连接。

3.根据权利要求1所述的断路器分合闸线圈动作电流记录仪，其特征在于：所述的MCU中央处理器（1）为STM32F103系列增强型单片机。

4.根据权利要求2所述的断路器分合闸线圈动作电流记录仪，其特征在于：所述的一号电流传感器（11）、二号电流传感器、三号电流传感器和四号电流传感器采用开环霍尔电流传感器，工作电压为12V，量程为±10A,精度±5%。

5.根据权利要求1所述的断路器分合闸线圈动作电流记录仪，其特征在于：所述的触控显示屏（3）为多点触控彩屏，采用ILI9341驱动芯片。

6.根据权利要求1所述的断路器分合闸线圈动作电流记录仪，其特征在于：所述的蜂鸣器为有源电磁式蜂鸣器。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及断路器检测技术领域，具体的说是一种断路器分合闸线圈动作电流记录仪。

背景技术

在电力系统运行中，由于事故，经常发生跳闸线圈误动、拒动情况，造成电网越级分闸，导致用户大面积停电，降低了供电可靠性,严重的时候，甚至造成电力设备烧毁，引发火灾。对于断路器的维护，一般都是采用人工定期检修的方式，其不足之处在于：定期检修断路器，费时费力，不能完全保障断路器工作的可靠性，有时会在检修过程中引入新的故障问题；同时，在断路器的误动或拒动瞬间，现有设备无法准确监测到跳闸线圈的动作电流及波形，无法对误动或拒动的准确原因进行分析。因此需要研制一种专用装置，能够对跳闸线圈的动作电流进行准确、实时的监测，对跳闸线圈动作瞬间的电流及波形进行记录，在跳闸线圈有误动或拒动时，能作为一项重要数据分析依据，最终减少误动或拒动的几率，确保断路器的正确动作，提高电力系统的安全运行水平。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能准确地监测断路器动作时线圈的电流幅值和波形，并把电流幅值和波形保存在设备中，为事故分析提供数据支持，检修人员可通过记录的数据综合判断断路器分合闸线圈是否合格，进而降低断路器误动或拒动的几率，保证电气设备健康运行的断路器分合闸线圈动作电流记录仪。

为了达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：该断路器分合闸线圈动作电流记录仪，包括MCU中央处理器、TTL转232通信单元、触控显示屏、LED驱动单元、TF卡存储单元、Flash内部存储单元、RAM数据缓存单元、节点告警输出单元和蜂鸣器告警驱动单元，MCU中央处理器内设有Flash内部存储单元和RAM数据缓存单元；MCU中央处理器的PA9端口和PA10端口通过TTL转232通信单元与触控显示屏相连接；MCU中央处理器的PB3端口通过LED驱动单元与LED灯相连接；MCU中央处理器的PB12端口、PB13端口、PB14端口和PB15端口通过TF卡存储单元与TF卡相连接；MCU中央处理器的PA5端口通过节点告警输出单元与变电站内的变电站公用测控装置相连接；MCU中央处理器的PA8端口通过蜂鸣器告警驱动单元与蜂鸣器相连接；其特征在于：所述的MCU中央处理器的PA0端口和PB0端口与一号电流采集单元相连接，一号电流采集单元与一号电流传感器相连接，一号电流传感器与一号开关柜的一号断路器跳闸控制回路相连接。

作为一种改进，所述的MCU中央处理器的PA1端口和PB1端口与二号电流采集单元相连接，二号电流采集单元与二号电流传感器相连接，二号电流传感器与二号开关柜的二号断路器跳闸控制回路相连接；所述的MCU中央处理器的PA2端口和PB2端口与三号电流采集单元相连接，三号电流采集单元与三号电流传感器相连接，三号电流传感器与三号开关柜的三号断路器跳闸控制回路相连接；所述的MCU中央处理器的PA3端口和PB5端口与四号电流采集单元相连接，四号电流采集单元与四号电流传感器相连接，四号电流传感器与四号开关柜的四号断路器跳闸控制回路相连接。

所述的MCU中央处理器为STM32F103系列增强型单片机。

所述的的一号电流传感器、二号电流传感器、三号电流传感器和四号电流传感器采用开环霍尔电流传感器，工作电压为12V，量程为±10A,精度±5%。

所述的触控显示屏为多点触控彩屏，采用ILI9341驱动芯片。

所述的蜂鸣器为有源电磁式蜂鸣器。

所述的一号电流采集单元，由过压保护单元、量程切换单元、两个低通滤波单元、两个一级放大单元、高通滤波单元、二级放大单元和A\/D模块构成，一号电流传感器的输出信号输入过压保护单元，过压保护单元和量程切换单元相连接，量程切换单元与MCU中央处理器的PB0端口相连接，量程切换单元分别连接两个低通滤波单元，每个低通滤波单元与对应的一级放大单元相连接，其中一个一级放大单元依次与高通滤波单元、二级放大单元、A\/D模块相连接，另一个一级放大单元与A\/D模块相连接，A\/D模块的输出端与MCU中央处理器的PA0端口相连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型能准确监测断路器动作时线圈电流幅值和波形，并把电流幅值和波形保存在设备中，每条记录均带有记录的序列号及时标,并能通过读取存储卡内的数据直接描绘出记录的电流的幅值和波形，进而判断断路器分合闸线圈是否合格，降低了断路器误动或拒动的几率，提高了电力系统安全运行水平。

附图说明

图1 本实用新型的电路原理框图。

图2 为本实用新型的一号电流采集单元的电路原理框图。

图中：1、MCU中央处理器；2、TTL转232通信单元；3、触控显示屏；4、LED驱动单元；5、TF卡存储单元；6、Flash内部存储单元；7、RAM数据缓存单元；8、节点告警输出单元；9、蜂鸣器告警驱动单元；10、一号电流采集单元；11、一号电流传感器；12、一号断路器跳闸控制回路；13、变电站公用测控装置。

具体实施方式

参照图1、图2制作本实用新型。该断路器分合闸线圈动作电流记录仪，包括MCU中央处理器1、TTL转232通信单元2、触控显示屏3、LED驱动单元4、TF卡存储单元5、Flash内部存储单元6、RAM数据缓存单元7、节点告警输出单元8和蜂鸣器告警驱动单元9，MCU中央处理器1内设有Flash内部存储单元6和RAM数据缓存单元7，Flash内部存储单元6和RAM数据缓存单元7为MCU中央处理器1提供程序及数据的存储空间；MCU中央处理器1的PA9端口和PA10端口通过TTL转232通信单元2与触控显示屏3相连接，以提供设备的人机交互端口，进行设备的参数设置，并实时显示电流采样数据；MCU中央处理器1的PB3端口通过LED驱动单元4与LED灯相连接，以便实时显示装置的运行状态及告警信号；MCU中央处理器1的PB12端口、PB13端口、PB14端口和PB15端口通过TF卡存储单元5与TF卡相连接，以便为MCU中央处理器1提供电流采样数据的外部存储空间；MCU中央处理器1的PA5端口通过节点告警输出单元8与变电站内的变电站公用测控装置13相连接，以便在监测到电流越限时，能将告警信号实时上传变电站内的调度；MCU中央处理器1的PA8端口通过蜂鸣器告警驱动单元9与蜂鸣器相连接，以便在电流越限时，能发出蜂鸣告警提醒现场工作人员；其特征在于：所述的MCU中央处理器1的PA0端口和PB0端口与一号电流采集单元10相连接，一号电流采集单元10与一号电流传感器11相连接，一号电流传感器11与一号开关柜的一号断路器跳闸控制回路12相连接，这样，一号电流传感器11感应一号开关柜的一号断路器跳闸控制回路12，产生的信号输入一号电流采集单元10，一号电流采集单元10再将信号输入MCU中央处理器1进行处理。

作为一种改进，所述的MCU中央处理器1的PA1端口和PB1端口与二号电流采集单元相连接，二号电流采集单元与二号电流传感器相连接，二号电流传感器与二号开关柜的二号断路器跳闸控制回路相连接，这样，二号电流传感器感应二号开关柜的二号断路器跳闸控制回路，产生的信号输入二号电流采集单元，二号电流采集单元再将信号输入MCU中央处理器1；所述的MCU中央处理器1的PA2端口和PB2端口与三号电流采集单元相连接，三号电流采集单元与三号电流传感器相连接，三号电流传感器与三号开关柜的三号断路器跳闸控制回路相连接；所述的MCU中央处理器1的PA3端口和PB5端口与四号电流采集单元相连接，四号电流采集单元与四号电流传感器相连接，四号电流传感器与四号开关柜的四号断路器跳闸控制回路相连接；这样，一个MCU中央处理器1可以监测四个开关柜的断路器跳闸控制回路。每个电流传感器用于监测相对应的分合闸线圈控制回路电流，MCU中央处理器1以采样频率为1KHz速度对电流传感器反馈的信息进行采样、判断，当有持续5ms时长电流越限时，则判定电流越限，开始记录电流波形和时间信息并存储至TF卡内，并立即告警输出到变电站内的变电站公用测控装置13上，工作人员既可进行历史波形查看，也可通过用上位机软件读取TF卡里的记录来查看每个点的电流幅值及记录的波形。

所述的MCU中央处理器1为STM32F103系列增强型单片机。

所述的的一号电流传感器11、二号电流传感器、三号电流传感器和四号电流传感器采用开环霍尔电流传感器，工作电压为12V，量程为±10A,精度±5%，工作环境温度在-25℃～85℃，保证工作可靠稳定。

所述的触控显示屏3为多点触控彩屏，采用ILI9341驱动芯片。

所述的蜂鸣器为有源电磁式蜂鸣器。

所述的TF卡采用大容量的Micro SD Card，采用SPI的驱动方式，最大的使用容量可达4G，因体积小可减小占用的物理空间。

所述的一号电流采集单元10，由过压保护单元、量程切换单元、两个低通滤波单元、两个一级放大单元、高通滤波单元、二级放大单元和A\/D模块构成，一号电流传感器11的输出信号输入过压保护单元，过压保护单元和量程切换单元相连接，其作用是防止电压过大烧毁下级电路，通过量程切换单元进行量程判断切换放大倍率，选择性经过低通滤波单元与一级放大单元，或者再经过高通滤波单元与二级放大单元，量程切换单元与MCU中央处理器1的PB0端口相连接，使MCU中央处理器1的控制信号输入量程切换单元，量程切换单元分别连接两个低通滤波单元，每个低通滤波单元与对应的一级放大单元相连接，其中一个一级放大单元依次与高通滤波单元、二级放大单元、A\/D模块相连接，另一个一级放大单元与A\/D模块相连接，A\/D模块的输出端与MCU中央处理器1的PA0端口相连接；一号电流传感器11的输出信号经过过压保护单元后，经量程切换单元进入下一级的低通滤波单元和一级放大单元，输入到A\/D模块，或者继续经过高通滤波单元、二级放大单元后输入到A\/D模块，当MCU中央处理器1判断到有电流越限，则驱动节点告警输出单元8及蜂鸣器告警驱动单元9，并对TF卡进行读写控制，MCU中央处理器1能直接读写Flash内部存储单元6和RAM数据缓存单元7。

所述的二号电流采集单元、三号电流采集单元和四号电流采集单元的结构都与一号电流采集单元10相同，故不多述。

所述的TTL转232通信单元2、LED驱动单元4、TF卡存储单元5、Flash内部存储单元6、RAM数据缓存单元7、节点告警输出单元8和蜂鸣器告警驱动单元9都为现有技术，故不多述。

本实用新型结构较为简单，机身尺寸为155mm(L) x 90mm(W) x 48mm(H)，占用空间小，灵活，安装难度小，利于施工，采样速率快、精度高，不需要人为操控，自动化程度高。通过读取保存的跳闸线圈动作信息，如动作时间、电流幅值、电流方向、电流持续时间等这些信号来分析导致跳闸线圈动作的原因，如正常控制导致，直流系统接地故障导致，还是跳闸线圈本身损坏等等，本装置记录的信息可为跳闸线圈故障分析提供重要的数据依据，并能通过读取TF卡内的数据直接描绘出记录的电流的幅值和波形，进而判断断路器分合闸线圈是否合格。

设计图

断路器分合闸线圈动作电流记录仪论文和设计

断路器分合闸线圈动作电流记录仪论文和设计-魏延彬

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