您好,欢迎来到筏尚旅游网。
搜索
您的当前位置:首页模拟断路器设计

模拟断路器设计

来源:筏尚旅游网
DOI:10.3969/j.issn.1001・3824.201 1.05.024 模拟断路器设计 谢辉庆,李学全,康忠诚 (重庆忠县供电有限责任公司智能应用组,重庆404300) 摘 要:继电保护广泛应用于电力、交通、通信等行业,为了更好地进行继电保护工作,设计了一套模拟断路器,以 模拟断路器代替真实的高压断路器,接受继电保护装置发来的跳合闸命令,也可以用模拟断路器代替继电保护装 置发出跳合闸命令给高压断路器,对高压断路器进行跳合闸测试。 关键词:模拟断路器;高压断路器;继电保护;高电平;低电平 拟断路器代替继电保护装置发出跳合闸命令,传递 I, 引 罱 从事继电保护工作,进行继电保护装置及高压 断路器调试,经常遇到以下问题:1)重复整组试验, 高压断路器反复跳合闸试验动作,缩短高压断路器 给高压断路器,对高压断路器进行跳合闸测试;3) 模拟断路器操作电压适应范围宽,交直流220 V和 交直流110 V均可自由选择,工作环境适应能力强; 4)模拟断路器电路简捷,电器元件易寻购,性价 比高。 寿命,给高压断路器机械结构带来不利的影响;2) 年度预试定检,继电保护调试人员和高压断路器检 修人员同时争用高压断路器,检修高压断路器的工 作人员和继电保护装置调试人员只能轮流检修作 业,一般是先让检修高压断路器的工作人员将高压 断路器检修好后,继电保护装置调试人员再调试继 电保护装置,结果延长了电力线路停电时间,工作 效率很低;3)因高压断路器处于通电运行状态,不 允许停电,继电保护装置检查排障时,不可能直接 1模拟断路器设计原理 图1是本文设计的模拟断路器原理图。模拟断 路器由工作电源回路、逻辑控制回路、就地跳合闸 回路、模式转换回路、远动信号接收回路等5部分组 成。电源回路主要由电源变压器BVQ、电源滤波电 感L1、整流桥BR2、滤波电容cl,c2,c3,c4,稳压集 成IC1和IC2等元器件组成。逻辑控制回路主要由 数字或门集成IC3、与非门集成IC4和IC5、驱动光 耦OP3和OP4、逻辑互锁继电器DLI,DL2等元器件 组成。就地合闸回路主要由合闸按钮HA、跳闸指 示灯LD、整流桥BR1、跳闸状态采集二极管D1.D4, DL1一CK,DL2一CB,合闸线圈HC1,HC2,万能转换开 将带电运行高压断路器跳闸。基于上述3个原因, 迫切希望有一种便携仪器代替高压断路器。在此 设计1个模拟断路器,以模拟断路器代替真实的高 压断路器,接受继电保护装置发来的跳合闸命令, 也可以用模拟断路器代替继电保护装置发出跳合 闸命令给高压断路器,对高压断路器进行跳合闸 测试。 关触点u,L2,R1等元器件组成。就地跳闸回路主 要由合闸按钮TA、合闸指示灯HD、整流桥BR3、合 闸状态采集二极管D8-DI1,DL1-CB,DL2-CK,跳闸 本文介绍的模拟断路器设计主要有以下几大 功能和特点:1)以模拟断路器代替实际的高压断路 线圈TQ1,TQ2,万能转换开关触点L3,T4和R2等 元器件组成。远动信号接收回路主要由BR4,BtL5, 器,接受继电保护装置发来的跳合闸命令;2)以模 收稿日期:2011-09-02 DL3和DIM-等元器件组成。 87— 图1模拟断路器原理图 2模拟断路器设计 2.1电路工作电源设计 2.1.1工作电压设计 电源。IC2和IC3选择LM7805和LM7824,2种集 成本身是具有较好稳压能力的串联型稳压集成,但 要求输入输出电压差必须大于2 V以上。 —Vo5 v=28.8—5=23.5 V>2 V Vo24 v=28.8—24=4.8 V>2 V 模拟断路器内部电路工作电源分为+24 V和+ 5 V 2种,考虑到模拟断路器需长期稳定工作,对电 一选择LM7805和LM7824能达到设计要求。 2.1.2滤波电容选择 源纹波要求较高,模拟断路器选择使用环型高磁耦 合电源变压器,将交流220 V单相电源降压成交流 24 V,变压器BYQ的抽头置为24 V档(同时还预留 了48 V档,若模拟断路器工作外部电源电压为交流 1l0 V环境,则抽头置为48 V档即可),交流24 V 滤波电容C2,按:尺 C:>(3—5) 1原则配置。 整个模拟断路器等效负载 = 电压通过L1高频阻波电感,滤除电源高频纹波,经 BR2整流桥整流,C2稳流滤波,c3高频退耦,整流 后得到的直流电压 =184.32 Q,T为工频电网电压周期,我国是50 Hz, 故T= 5O=0.02 S。 所以,c2—163—271 uf,结合市场电解电容型号 规格,综合考虑耐压,c2可以选择470 uf/50 V型号。 1.2Vi=1.2 X 24:28.8 V ,分2路输入到串联型稳压电源集成输入脚, 滤波电容c1,c4,主要用于消除3次以上的高 次谐波对电路的干扰,同理按c2推算方法计算得 l路输入到IC1的①脚,IC1的③脚输出稳定的直流+ 5 V电压 v,供IC3,IC4,IC5,OP1,OP2,OP3和 OP4等电路电源,另1路输入到IC2的①脚,IC2的 ③脚输出+24 V稳定直流电压 出:C1—42—69 uf,结合市场电解电容型号规格,综 合考虑耐压,c1可以选择100 uf/50 V型号。c4 844~1 407 uf,结合市场电解电容型号规格,综合考 ,供DL1,DL2 88——DIGITAL COMMI,JNICATION/201 1 1 0 虑耐压,C4可以选择1 500 uf/10 V型号。 2.1.3整流桥的选择 因全波整流电路,整流桥BR2承受最大反峰 电压 VRM=√2 =1.414×24=33.936 V 结合市场整流全桥规格,综合考虑电流及耐 压,BR2可以选择2 KBP06M。 2.2逻辑控制回路设计 2.2.1 模拟继电保护装置原理 模拟断路器模拟继电保护装置,主要是模拟继 电保护装置发出跳合闸命令,此种工作模式下, HC1,HC2,TQ1,TQ2本应退出模拟断路器电路联 接,由模拟断路器跳合闸引出试验夹接至高压断路 器跳合闸线圈,为了原理分析方便,将HC1,HC2, TQ1,TQ2视为高压断路器的跳合闸线圈,主要分析 以下4种工作状态。 1)上电自检后状态。 当模拟断路器上电后,在DL1和DL2还未动作 之前,DL1和DL2均未得电工作,DL1和DL2的常 开触点DL1.CK、DL2一CK均断开,DL1和DL2常闭 触点DL1一CB、DL2一CB均闭合,二极管D1一D4导通, D1.D4选用的是硅管IN4007,每只IN4007都有0.7 V直流导通电压,D1一D4产生总共0.7×4=2.8 V 直流压降VD1-D4,VD1-D4加到OP1输入端,OP1 输出端导通,IC3的②脚为低电平,IC3的①脚因下 拉电阻R1为低电平,IC3的③为低电平,IC4的① 脚为低电平;同时,D8.D11因并联的DLI-CB、DL2一 CB还处于闭合状态,D8一DI 1不会产生直流压降V D8一D11,OP2输入端截止,OP2输出端截止,IC3的 ⑤脚为高电平,IC3的⑥脚为低电平,IC3的④脚为 高电平,IC5的②为高电平;IC4的①脚低电平反馈 到IC5的①脚为高电平,IC5的②脚也为高电平,故 IC5的③脚为低电平,IC5④脚为高电平,OP4导通、 Q2导通,DL1动作;IC5的②脚为高电平反馈到IC4 的②为低电平,IC4的①也为低电平,故IC4的③脚 为高电平,IC4的④脚为低电平,OP3截止,Ql截 止,DL2不动作。 DL1动作,DL2不动作,导致DL1一CK闭合,DL2一 CB闭合,DL1一CB断开,DL2一CK断开,进一步导致LD 绿灯亮,HD红灯灭。 经上面分析得知,模拟断路器上电自检后能稳 定处于跳闸状态。 2)上电自检后按跳闸按钮后的状态。 当模拟断路器上电稳定在跳闸状态后,再次按 下就地跳闸按钮,IC3的⑤脚仍保持高电平状态, IC3的⑥脚虽被就地跳闸按钮强置为高电平状态, 但仍不能改变IC3的④脚高电平状态,IC3的①② 脚无强置信号改变其状态,故仍保持低电平状态, 结果DL1保持得电动作,DL2仍不动作,导致DL1一 CK持闭合,DI2一CB保持闭合,DL1.CB保持断开, DL2一CK保持断开,LD绿灯保持亮,HD红灯保持 灭。跳闸按钮按下后,高压断路器跳闸线圈得到了 跳闸电压,真实跳闸,与模拟断路器跳合指示红绿 灯位置相对应,克服了模拟断路器上电自检后,红 绿灯指示与实际连接的高压断路器跳合位置有可 能存在不相符合的现象。 经上面分析得知,模拟断路器上电自检后再按 跳闸按钮后能稳定保持在跳闸状态,并且红绿灯指 示位置正确。 3)上电自检后按就地合闸按钮后的状态。 当模拟断路器上电后按就地合闸按钮,IC3的 ①脚被强置为高电平,同时通过IC4的⑩脚将IC3 的⑤脚强置为低电平,IC3的③脚为高电平,IC4的 ①脚为高电平;IC3的⑥脚因下拉电阻R5为低电 平,又因IC4的⑩脚将IC3的⑤脚强置为低电平, IC3的④脚为低电平,IC5的②脚为低电平;IC4的 ①脚高电平反馈到IC5的①脚为低电平,IC5的② 脚为高电平,故IC5的③脚为高电平,IC5④脚为低 电平,OP4截止、Q2截止,DL1失电返回;IC5的② 脚为低电平反馈到IC4的②脚为高电平,IC4的① 脚也为高电平,故IC4的③脚为低电平,IC4的④脚 为高电平,OP3导通,Q1导通,DL2动作;DL1失电 返回,DL2得电动作,导致DL1一CK断开,DL2.CB断 开,DL1一CB闭合,DL2一CK闭合,进一步导致LD绿 灯灭,HD红灯亮,HC1和HC2得电动作,高压断路 器合闸。 高压断路器合闸后,V D8一D11=2.8 V加到 OP2,导致OP2导通,IC3的⑤脚保持低电平,IC3的 ⑥脚仍因下拉电阻R5保持低电平。因VD1—134变为 0 V,导致OP1截止,IC3的⑥脚通过IC5的⑩脚将 一89— IC3的②脚强置为高电平,之后,因就地合闸按钮释 放,导致IC3的①脚再次被下拉电阻Rl下拉为低电 平,故IC3的④脚合闸后保持低电平,1C3的③脚合闸 后保持高电平,高压断路器自保持在合闸状态。 经上面分析得知,模拟断路器上电自检后按就 地合闸按钮后能稳定在合闸状态。 4)合闸后按就地跳闸按钮后的状态。 当模拟断路器处于合闸状态,按就地跳闸按 钮,IC3的⑥脚被强置为高电平,IC5的⑩脚将IC3 的②脚强置为低电平,IC3的④脚为高电平,IC5的 ②脚为高电平;IC3的①脚因下拉电阻Rl为低电 平,同时IC5的⑩脚将IC3的②脚强置为低电平, IC3的③脚为低电平,1C4的①脚为低电平;IC4的 ①脚低电平反馈到IC5的①脚为高电平,IC5的② 脚也为高电平,故IC5的③脚为低电平,IC5④脚为 高电平,OP4导通、Q2导通,DL1得电动作;IC5的 ②脚为高电平反馈到IC4的②为低电平,IC4的① 脚也为低电平,故IC4的③脚为高电平,1C4的④脚 为低电平,OP3截止,Ql截止,DIJ2截止;DL1得电 动作,DL2失电返回,导致DL1一CK闭合,DL2一CB闭 合,DL1一CB断开,DL2一CK断开,进一步导致LD绿 灯亮,HD红灯灭,HC1和HC2失电返回,TQ1,TQa 得电动作,高压断路器跳闸。 高压断路器跳闸后,V D8一Dl1=0 V加到OP2, 导致OP2截止,IC3的①脚通过IC4的⑩将IC3的 ⑤脚强置为高电平,IC3的⑥脚因就地跳闸按钮释 放,再次被F拉电阻R5下拉为低电平、因VD1一D4 =2.8 V,导致OP1导通,IC3的②脚为低电平,c3 的①脚仍被下拉电阻Rl下拉保持为低电平,故IC3 的④脚跳闸后保持高电平,IC3的③脚跳闸后保持 低电平,高压断路器自保持在跳闸状态。 经上面分析得知,模拟断路器合闸后按就地跳 闸按钮后能稳定在跳闸状态。 2.2.2模拟为高压断路器原理 模拟断路器模拟为高压断路器,主要是模拟高压 断路器执行继电保护装置发出跳合闸命令,减少高压 断路器频繁动作的不利影响,配合继电保护人员排查 继电保护装置故障。此种工作模式下,HC1,HC2, TQ1和TQ2对应模仿高压断路器的跳合闸线圈。 模拟断路器模拟为高压断路器工作时,与模拟 断路器模拟为继电保护装置时的4种状态分析完全 ——90——DIGITAL COMMUNlCAT10N/2O1 1.1 0 相同,在此不再重复论证,只是跳合闸输入回路不 同。合闸输入由DIN—CK代替了,远方继电保护装 置传送来的合闸信号使DIN动作,从而DIN—CK闭 合,相当于按下就地合闸按钮HA;跳闸输入由DL3一 CK代替了,远方继电保护装置传来的跳闸信号使 DL3动作,从而DL3一CK动作,相当于按下就地跳闸 按钮TA。加之远方跳合闸回路输入侧有BR4, BR5,故模拟断路器能接受交流跳合闸信号远动输 入,也能接受直流跳合闸信号远动输入。 DL3和DIN选择220V直流继电器jQX一13F。 2.3执行回路设计 2.3.1 合闸指令执行回路 由跳闸指示灯LD(绿灯)、就地合闸按钮HA、 合闸按钮DIA—CK、整流桥BR1、信号采集D1一D4, DL1一CK,DL2一CB,HC1,He2,L1,L2,R1,D5等元器 件组成。 2.3.2跳闸指令执行回路 由合闸指示灯HD(红灯)、就地跳闸按钮TA、 跳闸按钮DL3一CK、整流桥BR2,信号采集D8一D1l, DL1一CB,DL2一CK,TQ1,TQ2,L3,IN,It2,D12等元器 件组成。 2.3.3跳合闸执行回路主要元器件选择 因变电站跳合闸操作电源都是直流220 V,虽 然有的箱式变电站是交流220 V,但是在高压断路 器内部都设有整流板,最后执行跳合闸的线圈还是 直流型,综合考虑下来,本文设计的模拟断路器,在 合闸回路加装了整流桥BR1,跳闸回路加装了整流 桥BR2,这样不管是交流220 V,还是直流220 V电 源都可以操作本文设计的模拟断路器,BR1和BR2 选择KBIN07。 HC1和HC2,TQ1和TQ2选择YC/YO型分合 闸线圈,YC/YO型分/合闸线圈主要用于真空高压 断路器操作机构及断路器设备进出线操作机构的 分合闸驱动。该产品具有功耗低、吸合力强、分合 闸可靠等优点。YC型为合闸型线圈,YO型为分闸 线圈,主要技术参数如下 额定电压(Ue):DC110 V 工作状态:间歇 线圈电流:<480 mA 功耗:<100 VA 工作电压:(85%~11O%)Ue 绝缘电阻:>2 000 MQ 绝缘强度:AC 2 000 V,60 S 使用寿命:>10 000次。 2.4模式转换回路设计 模拟断路器共有3种工作模式,分别为:模拟高 压断路器串联模式、模拟高压断路器并联模式和模 拟继电保护装置模式。模拟断路器3种模式主要由 LW5—15D0403/2万能转换开关转换。 2.4.1 万能转换开关工作原理 LW5.15D0403/2万能转换开关,是一种多档 位、多段式、控制多回路的主令电器,当操作手柄转 动时,带动断路器内部的凸轮转动,从而使触点按 规定顺序闭合或断开。LW5—15190403/2万能转换开 关内部单层结构原理如图2所示。 I 1 图2万能转换开关单层结构示意图 2.4.2 LW5—15D0403/2万能转换开关转换操作 原理 LW5.15I)0403/2万能转换开关操作原理图如 图3所示。 图3 LW5-151)0403/2万能转换开关转换操作图 操作对照表如表1所示 表1 LW5-151)0403/2万能转换开关操作对照表 当工作在模拟高压断路器串联模式时,转换开 关把手打向右边,R1,R2,R3触点闭合,L1,L2,L3, T4触点断开,2只110 V合闸线圈HC1,HC2串联 模拟成1只220 V合闸线圈,2只110 V跳闸线圈 TQ1,TQ2串联模拟成1只220 V跳闸线圈。 当工作在模拟高压断路器并联模式时,转换开 关把手打向左边,R1,R2断开,L1,l2,LJ3,L4触点 闭合,2只110 V合闸线圈HC1,HC2并联模拟成1 只l 10V合闸线圈,2只110 V跳闸线圈TQ1,TQ2 并联模拟成1只110 V跳闸线圈。 当工作在继电保护装置模式时,转换开关把手 打向中间,R1,R2断开,IJ1,L2,L3,L4触点断开,2 只110 V合闸线圈HC1,HC2,2只110 V跳闸线圈 TQ1,TQ2,完全与模拟断路器断开,都不参与工作, 此时模拟断路器通过输出接头接至高压断路器,模 拟断路器模拟继电保护装置发出跳合闸命令至高 压断路器,指挥高压断路器跳合闸。 2.4.3 万能转换开关触点容量选择 LW5—15D0403/2万能转换开关每对触点容量 为15 A,远远大于本文所选的模拟断路器跳合闸线 圈YC/YO的工作电流480 mA,LW5—15D0403/2万 能转换开关能满足设计要求。 3 结束语 本文设计的模拟断路器能真实模拟高压断路 器和继电保护装置工作,是一套较好的电力继电保 护装置调试仪器,因其电路简捷,性价比很高,能得 到广大电力系统继电保护调试人员亲睐和广泛的 推广应用。 一91一 :电出版社.1998:97—126. 参考文献: [1] 清华大学电子教研组.数字电子技术基础[M].北京: 高等教育出版社,1984:57—121. [5] 刘学军.继电保护原理[M].北京:中国电力出版社, 一 [6] 高文焕,刘润生.电子线路基础[M].北京:高等教 育出版社,1997:485-506. 艇 m 1997:144.170. [2] 清华大学电子教研组.模拟电子技术基础[M].北京: 高等教育出版社,1984:428-456. [3] 季建华.智能仪表原理、设计及调试[M].上海:华东 理工大学出版社,1994:142—157. ~ 作者简介: 谢辉庆(1976一)男,重庆忠县人,助理工程师,主要研 究方向为电力系统智能化,E-mail:xhq6688@163.eom。 [4] 谈世哲,胡少宏.电路设计与制版[M].北京:人民邮 (上接第86页) …s 1Ls}-射频线 可 萝 ——————————————洲 rI射频线 Br————————S— j—————1 —————————能,达到了终端管理模块的设计目标,为WiMAX系 统基站MAC层软件设计提供了参考。 参考文献: [1] 郎为民,祈向宇,宋姗姗.WiMAX应用研究[J].数字 通信世界,2010(8):36—39. _j』 一——J L—————————_j 图3射频直连测试环境 最终在基站侧的操作维护管理系统web页面, 可看到终端已成功接人基站,如图4所示。基站完 成了对终端的入网控制管理,达到了终端管理模块 的设计目标。 [2] WiMAX Forum[EB/OL].(2010—12-21)[2011-06—20]. http } .WiMAXforum.org/home. [3] 田韬.WiMAX 16e无线网络技术与应用[M].北京: 人民邮电出版社,2009:l38—254. : …………… 一 ~ 一一………………- 图4操作维护管理系统web页面 P的WiMAX移动网络的研究[J].现 [L J4] 廖静萍.基于I代电子技术,2010(10):136—139. 作者简介: 4结束语 本文主要介绍了在802.16e协议标准中,基站 梁吉浩(1985一),男,河南台前人,硕士研究生,主要研 究方向为WiMAX协议栈;席 兵(1972一),男,江苏沛县 人,硕士生导师,主要研究方向为LTE测试技术。 侧MAC层控制面终端管理模块的软件设计。通过 了对其单元测试,以及与其它模块的集成测试,测 基金项目:新一代宽带无线移动通信网科技重大专项(201l ZX03OO1-007 3) 试结果表明实现了基站对终端的入网控制管理功 ——92——DIGITAL COMMUNICATION/201 1.1 0 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- efsc.cn 版权所有 赣ICP备2024042792号-1

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务