阅读说明：本技术 一种单稳态双母线合分闸驱动系统 (Monostable double-bus switching-on/off driving system ) 是由 陈彦武 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种单稳态双母线合分闸驱动系统,包括充电模块、储能单元、驱动回路以及励磁线圈,储能单元包括分闸储能电容和合闸储能电容,充电模块的输出端与合闸储能电容连接以及分闸储能电容连接。本系统使用单充电模块,将单母线设计为双母线,设置合闸储能电容HC和分闸储能电容FC,合分闸充电母线共源的同时其放电回路隔离,合分闸拥有独立的电源系统,在保持系统的充电电源功率以及输出电压不变的情况下,通过反向励磁电压提高了系统的合闸、分闸电压,加速分闸动作,有效提升了系统分闸的性能指标,并且,合、分闸电路充电回路共源的同时,其放电回路互不影响,合、分闸参数不受频繁操作等外界因素影响。(The invention discloses a monostable double-bus switching-on/switching-off driving system which comprises a charging module, an energy storage unit, a driving loop and an excitation coil, wherein the energy storage unit comprises a switching-off energy storage capacitor and a switching-on energy storage capacitor, and the output end of the charging module is connected with the switching-on energy storage capacitor and the switching-off energy storage capacitor. The system uses a single charging module, the single bus is designed into a double bus, a closing energy storage capacitor HC and an opening energy storage capacitor FC are arranged, the closing and opening charging buses share common sources, and meanwhile, the discharging loop is isolated, the closing and opening have independent power supply systems, under the condition that the charging power supply power and the output voltage of the system are not changed, the closing and opening voltage of the system is improved through reverse excitation voltage, the opening action is accelerated, the performance index of the system opening is effectively improved, in addition, the closing and opening circuits charge the common sources of the circuit, the discharging loops are not influenced by each other, and the closing and opening parameters are not influenced by external factors such as frequent operation.)

一种单稳态双母线合分闸驱动系统

技术领域

本发明涉及单稳态合分闸驱动系统，尤其涉及一种单稳态双母线合分闸驱动系统。

背景技术

双稳态机构具有独立的合闸分闸控制回路，在同样条件下，双稳态永磁机构合闸电流峰值较小，对于控制电路部分而言，电流越小，意味着控制越简单越可靠，控制电路损坏的几率也越小，但双稳态永磁机构的刚分速度低于开关全行程的平均速度，且无法实现手动分闸，即使采用手动机构使其脱离开关处于合闸的稳态位置后，也不能以要求的分闸速度运动到分闸位置，其分闸过程与人力差异有相关性；单稳态永磁机构与双稳态永磁机构相比，控制结构简单，其分闸动作通过机构内部的分闸弹簧完成，因此，其分闸过程的刚分速度和其开关全行程的平均分闸速度基本一致，优于双稳态永磁机构，与断路器的分闸反力特性曲线能较好匹配，且可通过手动紧急分闸，通过人力使其脱离合闸位置后，分闸弹簧提供足够的分闸速度，使其可靠分闸。

现有的单稳态合分闸驱动主电路由充电电源、储能电容、驱动回路G1-G4以及合分闸励磁线圈等部分组成，如图1所示，系统收到合闸命令信号时，T3、T2导通，电流经由由母线、储能电容C经过T3、励磁线圈、T2构成回路，产生合闸电磁力，机构完成合闸动作；系统收到分闸命令信号时，T1、T4导通，电流由母线储能C经过T1、励磁线圈、T4构成回路，产生分闸电磁力，机构完成分闸动作，

现有的单稳态合分闸驱动主电路采用合分闸公用储能电容，受系统集成等众多因素影响，控制系统的储能电源一般不会采用小体积小功率的充电模块，蓄满储能电容一般需要5至15秒的时间，若系统遇到紧急合分闸和故障重合闸等情况，机构需要频繁启动操作，受最佳充电时间限制，每次操作的储能电容电压高低不等，影响机构合分闸动作时间的一致性，导致其合、分闸数据分散性大。目前的最快的永磁开关合闸时间大于25ms(毫秒)，分闸时间大于15ms；随着智能电网配电技术发展，为了快速实现系统故障识别和系统故障隔离的技术要求，需要开关分闸时间小于10ms，现有的驱动方式难以可靠的实现快速分闸控制。

发明内容

为克服现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种合分闸参数稳定、双母线设计的单稳态合分闸驱动系统。

本发明通过以下技术措施实现的，包括充电模块、储能单元、驱动回路以及励磁线圈，储能单元包括分闸储能电容和合闸储能电容，所述充电模块的输出端经合闸控制母线与所述合闸储能电容连接，所述充电模块的输出端经分闸控制母线与所述分闸储能电容连接，所述分闸储能电容用于为分闸动作中的所述励磁线圈供能，所述合闸储能电容用于为合闸动作中的所述励磁线圈供能。

作为一种优选方式，还包括第一二极管和第二二极管，所述充电模块分别与所述第一二极管和所述第二二极管的正极连接，所述第一二极管的负极与所述合闸储能电容连接，所述第二二极管的负极与所述分闸储能电容连接。

作为一种优选方式，还包括合闸驱动单元和分闸驱动单元。

作为一种优选方式，所述驱动回路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三二极管和第四二极管。

作为一种优选方式，所述第一二极管的负极分别与所述合闸储能电容的正极以及所述第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的发射极以及第四三极管的集电极分别与所述第二稳压二极管的正极以及励磁线圈的第一接线端连接，所述第三三极管的基极以及第二稳压二极管的负极与所述合闸驱动单元连接，所述第四三极管的发射极与第四二极管的正极以及合闸储能电容的负极共同接地，所述第四三极管的基极以及所述第四二极管的负极与所述分闸驱动单元连接；所述第二二极管的负极分别与所述分闸储能电容的正极以及所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极以及第二三极管的集电极分别与所述第一稳压二极管的正极以及励磁线圈的第二接线端连接，所述第一三极管的基极以及第一稳压二极管的负极与所述分闸驱动单元连接，所述第二三极管的发射极与第三二极管的正极以及分闸储能电容的负极共同接地，所述第二三极管的基极以及所述第三二极管的负极与所述合闸驱动单元连接。

作为一种优选方式，所述第一三极管、所述第二三极管、所述第三三极管以及所述第四三极管均为带续流二极管的NPN三极管。

本发明提供的一种单稳态双母线合分闸驱动系统，使用单充电模块，将单母线设计为双母线，设置合闸储能电容HC和分闸储能电容FC，合分闸充电母线共源的同时其放电回路隔离，合分闸拥有独立的电源系统，在保持系统的充电电源功率以及输出电压不变的情况下，通过反向励磁电压提高了系统的合闸、分闸电压，加速分闸动作，有效提升了系统分闸的性能指标，并且，合、分闸电路充电回路共源的同时，其放电回路互不影响，合、分闸参数不受频繁操作等外界因素影响。

附图说明

图1为现有的单稳态合分闸驱动主电路图；

图2为本发明实施例的电路图；

图3为本发明实施例的工作状态电压波形图。

图中标记序号及名称：1、充电模块 2、合闸驱动单元 3、分闸驱动单元 4、励磁线圈 41、第一接线端 42、第二接线端 5、分闸控制母线 6、合闸控制母线 HC、合闸储能电容FC、分闸储能电容 D5、第一二极管 D6、第二二极管 D2、第三二极管 D4、第四二极管 D1、第一稳压二极管 D3、第二稳压二极管 T1、第一三极管 T2、第二三极管 T3、第三三极管 T4、第四三极管

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

一种单稳态双母线合分闸驱动系统，参考图1至图3，包括充电模块1、储能电容、驱动回路以及励磁线圈4，储能电容包括分闸储能电容FC和合闸储能电容HC，充电模块1的输出端经合闸控制母线6与合闸储能电容HC连接，同时，充电模块1的输出端经分闸控制母线8与分闸储能电容FC连接。

其中，还包括第一二极管D5、第二二极管D6、合闸驱动单元2和分闸驱动单元3，合闸驱动单元2以及分闸驱动单元3分别用于向驱动回路输入合闸信号和分闸命令，充电模块1分别与第一二极管D5和第二二极管D6的正极连接，第一二极管D5的负极与合闸储能电容HC连接，第二二极管D6的负极与分闸储能电容FC连接，使合闸回路、分闸回路相隔离，工作互不影响。

具体的，本驱动回路与现有驱动回路的基本原理相同，本驱动回路包括第一三极管T1、第二三极管T2、第三三极管T3、第四三极管T4、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D3、第三二极管D2和第四二极管D4第一二极管D5的负极分别与合闸储能电容HC的正极以及第三三极管T3的集电极连接，第三三极管T3的发射极以及第四三极管T4的集电极分别与第二稳压二极管D3的正极以及励磁线圈4的第一接线端41连接，第三三极管T3的基极以及第二稳压二极管D3的负极与合闸驱动单元2连接，第四三极管T4的发射极与第四二极管D4的正极以及合闸储能电容HC的负极共同接地，第四三极管T4的基极以及第四二极管D4的负极与分闸驱动单元3连接；第二二极管D6的负极分别与分闸储能电容FC的正极以及第一三极管T1的集电极连接，第一三极管T1的发射极以及第二三极管T2的集电极分别与第一稳压二极管D1的正极以及励磁线圈4的第二接线端42连接，第一三极管T1的基极以及第一稳压二极管D1的负极与分闸驱动单元3连接，第二三极管T2的发射极与第三二极管D2的正极以及分闸储能电容FC的负极共同接地，第二三极管T2的基极以及第三二极管D2的负极与合闸驱动单元2连接，第一三级管T1、第二三极管T2、第三三极管T3、第四三极管T4均为带续流二极管的NPN三极管。

充电模块1经由第一二极管D5给合闸储能电容HC充电，同时经由第二二极管D6给分闸储能电容FC充电；放电时，合闸操作，由合闸储能电容HC为合闸操作输出能量；分闸操作，由分闸储能电容FC为分闸操作输出能量；其中，设置第一二极管D5和第二二极管D6使合、分闸放电回路互相隔离工作、互不影响，合、分闸参数不受频繁操作等因素影响。

本系统收到合闸驱动单元2的合闸信号时，第三三极管T3、第二三极管T2导通，电流由合闸控制母线6合闸储能电容HC经由经过第三三极管T3、励磁线圈、第二三极管T2构成回路，产生合闸电磁力，机构完成合闸动作。

本系统收到分闸驱动单元3的分闸信号时，第一三极管T1、第四三极管T4导通，电流由分闸控制母线5分闸储能电容FC经过第一三极管T1、励磁线圈、第四三极管T4构成回路，产生分闸电磁力，机构完成分闸。

系统上电完成预充电后，合闸储能电容HC与分闸储能电容FC的电压相同，UHc(合闸储能电容电压值)＝Ucd(充电模块充电电压值)，UFc(分闸储能电容电压值)＝Ucd，该系统收到合闸信号时，系统内T3和T2导通，电流由合闸储能电容HC经过T3、励磁线圈以及T2构成回路输出能量操作合闸，分闸储能电容FC受第二二极管D6的反向隔离，合闸时对系统不放电，分闸储能电容FC电压维持原有的充电电压Ucd。

当驱动系统的合闸信号截止时，因励磁线圈属于感性负载，电流不能突变，形成反激励磁电压，该反激励磁电压至少高出正向电压115％，参考图3，t1至t2时段为合闸做功区间，t2至t3时段为合闸截止时产生的反激励磁电压区间，高反激励磁电压经T1的续流二极管、分闸储能电容FC、T4的续流二极管回至励磁线圈放电回流，即分闸母线充电回路。由图3中数据可见，通常合闸电压是380V，经二次充电后的分闸母线电压值将达到400V以上，分闸能力较之前提升15％以上。

具体的，反激励磁电压由T1的续流二极管、分闸储能电容FC、T4的续流二极管构成回路，对分闸储能电容FC二次充电，充电电流路径：励磁线圈的反激端-T1的续流二极管-分闸储能FC-T4的续流二极管-励磁线圈正激端完成对反向励磁电压放电，原有的寄生反向励磁电压转化为分闸能量储存于分闸储能电容FC上。经二次储能后，UFc＝Ucd+Ufj(合闸操作后，励磁线圈产生的反向励磁电压)

单稳态开关合分闸机构，合闸操作时，励磁能量要克服压缩合闸压力簧和分闸储能簧做功闭合开关，需要足够的能量；分闸操作时，励磁能量只需要快速产生反磁力崩开铁芯，分闸过程由固有分闸弹簧加速完成，因此，分闸动作中系统只需提供初始作用力，分闸后续与系统输出能量无关，在选型中，分闸储能电容FC小于合闸储能电容HC；分闸储能电容FC容量小，反向励磁充电使分闸储能电容FC电压上升相比合闸储能你电容HC更高，达到充电电压的130％以上，分闸储能电容FC获得更高的电压，分闸母线电压至少高出原电压130％，其分闸能力增强，分闸速度较现有的驱动电路有效提升。

本双母线设计的单稳态合分闸驱动系统，使用单充电模块，将单母线设计为双母线，设置合闸储能电容HC和分闸储能电容FC，合分闸充电母线共源的同时其放电回路隔离，合分闸拥有独立的电源系统，在保持系统的充电电源功率以及输出电压不变的情况下，通过反向励磁电压提高了系统的合闸、分闸电压，加速分闸动作，同时利用固有的分闸弹簧加速共同实现快速分闸，本系统的分闸时间不大于7ms，有效提升了系统分闸的性能指标，并且，合、分闸电路充电回路共源的同时，其放电回路互不影响，合、分闸参数不受频繁操作等外界因素影响。

以上是对本发明一种单稳态双母线合分闸驱动系统进行的阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。