[发明专利]具有过电流后备保护的断路器控制器及其保护方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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 1所示，它包括三相电流采集单元、电流信号调理单元、MCU处理单元和故障跳闸执行单元。 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闸指令给故障跳闸执行单元，故障跳闸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。

发明内容

本发明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，本发明采用如下技术方案：

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，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 在于还包括由比较器电路、看门狗电路和逻辑与电路构成的后备保护单元，其中：所述比较 器电路的两个输入分别连接过电流动作阈值和所述电流信号调理单元的输出，所述比较器电 路的输出连接逻辑与电路的一个输入端；所述看门狗电路的输入连接所述主MCU处理单元输出 的失效判别信号，所述看门狗电路的输出连接逻辑与电路的另一个输入端；所述逻辑与电路 的输出连接所述故障跳闸执行单元。

进一步地，所述失效判别信号被定义为：信号类型为脉冲方式，信号通道至少一路，输 出端口为通用I/O，监测类型采用实时监测，检测方式为触发方式；所述后备保护单元判别所 述主MCU处理单元失效的依据是：所述主MCU处理单元输出的失效判别信号的消失或异常。

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：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)；