[发明专利]向断路器控制单元智能供电的控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于配电线路中的断路器的电力控制的控制装置，特别是用于为从电流互感器获取电源的智能型断路器的控制器提供低功耗和快速启动电源的控制装置及其控制方法。

背景技术

随着国民经济飞速发展，用户对电力的需求也快速增长，对电网稳定性与可靠性要求越来越高。智能型开关电器，是实现智能化低压配电系统终端的重要器件，满足了智能电网配电系统的发展需求，可广泛应用于重要的办公建筑、百货大楼、住宅等对用电安全性、可靠性要求较高的场所和隔离用电设备。智能型断路器是智能化低压配电系统中的一种终端开关电器，其特点是采用了以微处理器或单片机为核心的智能脱扣器。随着智能电网配电系统的选择性保护、信息化管理等需求的快速发展，智能型断路器的保护控制功能越来越多，在众多的保护控制功能中，包括基本保护功能和辅助功能两大部分。基本保护功能需要在断路器一旦进入工作状态后就必须始终具备的最基本的必要保护功能，这些功能如过载、短路等脱扣保护功能、监测诊断功能等。辅助功能允许在断路器进入工作状态后不一定始终具备，甚至有些功能还可以默认空缺，这些功能如通信或定时显示电路中各电器参数等信息化功能等。随着多样化保护控制功能的增多，对于为断路器控制器(各信号和保护控制电路的统称)提供电源的控制装置的要求越来越高。首先是要求提供电源的回路装置具有低功耗，以满足智能型开关电器节能的要求；其次是要求缩短提供电源的控制装置的启动时间，启动时间是指断路器实现保护控制功能所需电源的建立时间，使控制器尽早开始工作，并且在主回路电流很低的条件下即可启动断路器的保护控制功能；第三是要求提供电源的控制装置具有高可靠性，断路器一旦进入工作状态就必须保证始终对断路器的控制器的低功耗供电。智能型开关电器的控制器是实现智能电网配电系统全选择性保护、信息化等需求的基础，控制器的可靠性在很大程度上决定了智能型开关电器的可靠性，而断路器控制器的可靠性依赖于为其提供电源的控制装置的可靠性。

通常的断路器控制器只有过载、短路保护功能，而随着断路器的智能化需求的快速发展，要求断路器在保留原有的基本保护功能的基础上，更多地扩展新功能，即辅助功能，这些辅助功能主要包括高级安全保护功能和智能化管理功能。其中高级安全保护功能如：信息处理单元的失效(MCU死机和程序跑飞)安全保护、信号采集器(6a，6b，6c)的失效(二次绕组输出端开路)及信号调理电路的失效安全保护、电磁脱扣器和执行驱动单元的失效安全保护等。其中智能化管理功能如：辅助通讯功能、辅助控制功能、提示警报功能等。这些通过电子电路来实现的辅助功能都需要电源提供电能，所以辅助功能越多则需要电源的功率越大。现有的断路器控制器用的电源通常采用自生电源，即从电流互感器获取电源，以满足断路器的控制器需长时间供电的要求，自生电源的工作原理是众所周知的，由于它是通过安装在断路器输入侧的电流互感器从主回路汲取电力，所以当流过断路器主电路的电流较小时，自生电源所汲取的电力很少，不能保证控制器的正常工作，不能满足快速启动的要求。

为了解决这一问题，传统的断路器的解决办法之一是依靠自生电源供电，并结合采用低功耗的低性能微处理器作为控制器的微处理器的方案，以满足快速上电的要求，但由于微处理器功耗低、性能低，这种已有方案无法适应智能电网对断路器控制器的多功能、多任务要求。另一种解决办法是采用比过去具备更多的功能以及更强的处理能力的微处理器，以满足智能电网的需求，但采用多功能微处理器的控制器的功耗也更高，因此自生电源有可能出现因功耗不匹配而造成控制器无法正常工作的现象，甚至导致作为电器保护和控制设备的智能断路器失去保护功能。还有一种解决办法的典型代表如公开号为CN201185350Y的中国实用新型专利，采用蓄电池作为供电电源，电流互感器从主电路汲取的电力先充入蓄电池，再由蓄电池和电流互感器共同构成的回路控制装置向断路器的控制器供电，当流过断路器的电流较大时由电流互感器供电，当流过断路器的电流较小时由蓄电池供电。但蓄电池的容量和体积较大，不符合产品的小型化设计要求。公开号为CN101562354A的发明专利也采用了电池供电的方法，为减小电能消耗及延长电池寿命，对于键区和其他非必要的功能单元，仅当有按键触发时才对键区及其他功能单元供电。但上述办法都存在功耗高的问题，蓄电池或电池的使用寿命有限，所以会提高断路器的使用成本，并且对环境可能造成污染。

发明内容