專利名稱：具有過電流后備保護的斷路器控制器及其保護方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及具有過電流后備保護的斷路器控制器及其控制方法，屬電氣領域。
背景技術(shù)：
在配電系統(tǒng)中，由于配電線路安裝不符合標準、或電器設備使用操作不規(guī)范、以及線路 老化后維護不及時等原因，會導致線路絕緣性能降低或出現(xiàn)金屬性短路，從而發(fā)生過電流故 障。在過電流故障中尤以短路故障危害最大，會導致系統(tǒng)崩潰、設備燒毀、引起大面積停電， 給人們?nèi)粘Ｉ顜聿槐?，給社會造成巨大損失。
斷路器是配電系統(tǒng)中的主要保護電器，過電流保護是斷路器的基本保護功能，斷路器采 用電子式控制器可有效地實現(xiàn)過電流保護功能，過電流保護類型可分為過載長延時保護、短 路短延時保護、短路瞬動保護三種。目前業(yè)內(nèi)電子式控制器通用的過電流保護解決方案如圖 l所示，它包括三相電流采集單元、電流信號調(diào)理單元、MCU處理單元和故障跳間執(zhí)行單元。 其中三相電流采集單元通過電流互感器實現(xiàn)電流信號采集并輸入到電流信號調(diào)理單元。電 流信號調(diào)理單元實現(xiàn)電流信號放大、比例調(diào)整、濾波等功能，然后輸入到MCU處理單元。MCU 處理單元實現(xiàn)三相電流信號A/D轉(zhuǎn)換、電流值計算、電流整定值識別、過電流故障類型判別、 過電流故障閾值判別、故障保護曲線選擇、脫扣延時運算、熱記憶等功能，若斷路器主回路 出現(xiàn)過流故障則發(fā)出故障跳闡指令給故障跳閘執(zhí)行單元，故障跳間執(zhí)行單元使斷路器分斷完 成故障保護。
電子式控制器是實現(xiàn)斷路器所有保護功能的指揮中心，通常電子式控制器的核心器件是 MCU (單片機)。斷路器在運行過程中，由于環(huán)境應力負荷超過允許條件或自身設計存在問題 等原因，MCU存在失效的概率，MCU失效機理很多如物理性損壞、焊接引腳斷裂、靜電擊穿、 雷擊、氧化與硫化、強電磁場干擾等，失效現(xiàn)象主要有兩種程序跑飛和MCU死機，這兩種情 況都會造成控制器失效，如果此時斷路器主回路發(fā)生過電流故障(過載或短路)，斷路器控制 器保護就會失效，斷路器出現(xiàn)拒動的現(xiàn)象。因為斷路器在整條回路中阻值最大，此時斷路器 內(nèi)部金屬最先熔化，產(chǎn)生大量的熾熱的高溫電弧和高壓氣體，斷路器就會爆炸，其后果十分 嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有過電流后備保護的斷路器電子式控制器及其控制方法，當 主MCU失效時且斷路器主回路出現(xiàn)過電流故障后，過電流后備保護仍然能夠使斷路器脫扣跳 閘排除線路故障，從而提高斷路器的可靠性，保障配電系統(tǒng)的安全運行。
為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-
一種具有過電流后備保護的斷路器控制器，包括三相電流采集單元，用于采集三相電 流信號并輸入到電流信號調(diào)理單元；電流信號調(diào)理單元，用于對三相電流信號進行放大、比例調(diào)整、濾波等，然后輸入到主MCU處理單元；主MCU處理單元，用于對三相電流信號進行 處理，其輸出送到故障跳閘執(zhí)行單元；故障跳閘執(zhí)行單元，用于分斷斷路器完成故障保護； 其特征在于還包括后備保護單元，該后備保護單元的輸入接所述電流信號調(diào)理單元的輸出和 所述主MCU處理單元的1/0端口；該后備保護單元的輸出接至所述故障跳閘執(zhí)行單元。
進一步地，所述后備保護單元為后備MCU處理單元，該后備MCU處理單元的監(jiān)測輸入端 檢測所述主MCU處理單元輸出的失效判別信號。
進一步地，所述后備保護單元由比較器電路、看門狗電路和邏輯與電路構(gòu)成。其中比
較器電路的兩個輸入分別連接過電流動作閾值和電流信號調(diào)理電路的輸出，其輸出連接邏輯
與電路的一個輸入端；看門狗電路的輸入接主MCU的1/0端口，主MCU通過I/0引腳輸出失 效判別信號(失效判別信號定義為脈沖信號)給看門狗電路，看門狗電路的輸出連接邏輯與 電路的另一個輸入端；邏輯與電路的輸出連接故障跳閘執(zhí)行單元。 一種斷路器控制器的過電流后備保護方法，包括以下步驟
1) 斷路器開始運行；
2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測斷路器主回路電流信號；
3) 后備MCU處理單元監(jiān)測主MCU處理單元的運行狀態(tài)；
4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5);否則轉(zhuǎn)步驟
6);
5) 后備MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā) 生則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運行結(jié)束；
6) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生
則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運行結(jié)束。 另一種斷路器控制器的過電流后備保護方法，包括以下步驟
1) 斷路器開始運行；
2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測斷路器主回路電流信號；
3) 后備MCU處理單元和主MCU處理單元互相監(jiān)測對方的運行狀態(tài)；
4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5)，否則轉(zhuǎn)步驟
6);
5) 后備MCU處理單元發(fā)出主MCU處理單元失效報警，供用戶判斷是否斷電檢修設備 若用戶斷電檢修設備，則斷路器運行結(jié)束；
若用戶未斷電檢修設備，則后備MCU處理單元進一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流 若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);
若發(fā)生過電流，則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單 元執(zhí)行故障跳閘和故障報警，斷路器運行結(jié)束；
6) 主MCU處理單元判斷后備MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟7)，否則轉(zhuǎn)步驟
8);
57) 主MCU處理單元發(fā)出后備MCU處理單元失效報警，供用戶判斷是否斷電檢修設備 若用戶斷電檢修設備，則斷路器運行結(jié)束；
若用戶未斷電檢修設備，則主MCU處理單元進一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流 若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);
若發(fā)生過電流，則由主MCL)處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單元 執(zhí)行故障跳閘和故障報警，斷路器運行結(jié)束；
8) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生 則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘和故障 報警，斷路器運行結(jié)束。
本發(fā)明的優(yōu)點在于具備過電流后備保護的電子式控制器提高了斷路器故障保護的概率，
從而實現(xiàn)配電線路和電源設備的可靠保護，大大提高了配電系統(tǒng)運行的安全性。


圖1為目前業(yè)內(nèi)電子式控制器通用的過電流保護解決方案框圖2為本發(fā)明采用后備MCU實現(xiàn)過電流后備保護的整體解決方案框圖3為本發(fā)明采用的另一種過電流后備保護電路框圖； 圖4為本發(fā)明具備擴展功能的過電流后備保護的整體解決方案框圖； 圖5為本發(fā)明過電流后備保護執(zhí)行流程圖； 圖6為本發(fā)明過電流后備保護擴展功能執(zhí)行流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
為了提高斷路器的可靠性，我們提出了在電子式控制器中增加過電流后備保護的解決方
案，即增加獨立的后備MCU，用其來監(jiān)控主MCU (由于增加了后備MCU,所以把原來MCU定義 為主MCU，以示區(qū)別)，如果斷路器主回路發(fā)生過電流故障，后備MCU檢測到主MCU失效后立 即啟動保護功能，這樣便可以避免因主MCU失效而導致事故發(fā)生。我們把用于檢測主MCU的 后備MCU以及配置電路的過電流保護作用稱為過電流后備保護。
具有過電流后備保護的電子式控制器整體解決方案框圖如圖2所示，其中加粗框圖為過 電流后備保護的實現(xiàn)方案。
該過電流后備保護的核心內(nèi)容是主MCU+后備MCU的設計方案，后備MCU實時監(jiān)測主MCU， 當主MCU失效時如果斷路器主回路出現(xiàn)過電流故障，則后備MCU立即啟動故障跳閘保護功能。
該過電流后備保護實現(xiàn)方案中包括三相電流采集單元、電流信號調(diào)理單元、主MCU處 理單元、故障跳閘執(zhí)行單元、后備MCU處理單元。其中
三相電流采集單元主要由電流互感器構(gòu)成，它把斷路器主回路的三相電流轉(zhuǎn)換為電流小 信號，并具備電氣隔離作用。它通過電流互感器實現(xiàn)電流信號采集并輸入到電流信號調(diào)理單 元。
電流信號調(diào)理單元主要由運算放大器、容阻器件構(gòu)成，用于對三相電流信號實現(xiàn)電流信號放大、比例調(diào)整、濾波等功能，然后輸入到主MCU處理單元和后備MCU處理單元。
主MCU處理單元的輸入和后備MCU處理單元的輸入與電流信號調(diào)理單元的輸出連接，為 了提高信號質(zhì)量，在后備MCU處理單元的輸入和電流信號調(diào)理單元的輸出之間增加了電流跟 隨器電路，以實現(xiàn)隔離信號并降低干擾。
主MCU處理單元主要由主MCU、 A/D轉(zhuǎn)換電路、復位電路、存儲器、時鐘器件等構(gòu)成，實 現(xiàn)電流信號的A/D轉(zhuǎn)換、電流值計算、故障判別、電流整定值識別、過電流故障類型判別、 過電流故障閾值判別、故障保護曲線選擇、脫扣延時運算、熱記憶、數(shù)據(jù)存儲、故障日期時 間記錄等功能。主MCU的輸出送到故障跳閘執(zhí)行單元。如果斷路器主回路出現(xiàn)過電流，主MCU 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元。
故障跳閘執(zhí)行單元由脫扣執(zhí)行電路、磁通變換器、脫扣跳閘機構(gòu)等構(gòu)成，接收到故障跳 閘指令后，由脫扣執(zhí)行電路驅(qū)動磁通變換器來推動脫扣跳閘機構(gòu)完成斷路器跳閘分斷，切斷 配電線路主回路完成故障保護。
后備MCU處理單元主要由后備MCU、主MCU監(jiān)測接口電路、電流保護信息數(shù)據(jù)傳輸電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、復位電路、存儲器、時鐘器件等構(gòu)成，實現(xiàn)三相電流信號A/D轉(zhuǎn)換、電流值 計算、電流整定值識別、過電流故障類型判別、過電流故障閾值判別等功能。主MCU監(jiān)測接 口電路由邏輯門電路實現(xiàn)，電流保護信息數(shù)據(jù)傳輸電路由I2C總線實現(xiàn)。后備MCU處理單元 的輸出送到故障跳閘執(zhí)行單元。檢測到主MCU失效后，如果斷路器主回路出現(xiàn)過電流，后備 MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元。
主MCU在正常運行狀態(tài)下，通過I/O 口輸出失效判別信號給主MCU監(jiān)測接口電路，主MCU 監(jiān)測接口電路完成電平轉(zhuǎn)換和邏輯運算后輸入給后備MCU，后備MCU實時監(jiān)測該信號，并判 定主MCU的運行狀態(tài)是否正常。主MCU失效判別信號定義為脈沖方式、信號通道為兩路(定 時器中斷輸出脈沖1.6kHz，主程序輸出脈沖50Hz)、通用I/0輸出、實時監(jiān)測、觸發(fā)方式檢 測、有線電路傳輸媒質(zhì)。主MCU失效判據(jù)為失效判別信號中的一路消失或全部消失。
在斷路器控制器運行期間，后備MCU和主MCU共同監(jiān)測斷路器主回路電流狀況，同時后 備MCU始終監(jiān)測主MCU的運行狀態(tài)。當主MCU失效后，如果斷路器主回路出現(xiàn)過電流故障， 則由后備MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元，進行故障跳閘保護，使斷路器分斷， 切斷配電線路主回路。
主MCU的失效判別信號可以根據(jù)具體軟硬件環(huán)境而定義，其信號類型一般為脈沖方式， 信號通道至少一路，輸出端口一般為通用1/0，監(jiān)測類型一般采用實時監(jiān)測而在故障保護實時 性要求不高的情況下也可采用定時監(jiān)測方式，檢測方式一般為觸發(fā)方式，傳輸媒質(zhì)為有線線 路但不限采用其他媒質(zhì)。后備MCU對主MCU失效的判別依據(jù)是失效判別信號的消失或異常。
除了上述用后備MCU處理單元作為后備保護單元外，本發(fā)明還可采用硬件檢測單元作為 后備保護單元，硬件檢測單元由比較器電路、看門狗電路和邏輯與電路等構(gòu)成。比較器監(jiān)測 主回路電流，比較器根據(jù)斷路器規(guī)格不同而設置相應的動作閾值，過電流超過動作閾值則比 較器輸出高電平，輸入到邏輯與電路；看門狗電路監(jiān)測主MCU通過I/O引腳輸出的失效判別
7信號(失效信號定義為脈沖信號)，主MCU失效后看門狗電路輸出高電平，輸入到邏輯與電 路。過電流和主MCU失效這兩個條件同時成立時，邏輯與電路才能輸出過電流故障跳閘指令 給故障跳閘執(zhí)行單元，使斷路器分斷跳閘。
如圖3所示，硬件檢測單元由比較器電路、看門狗電路和邏輯與電路構(gòu)成，其中比較
器電路的兩個輸入分別連接過電流動作閾值和電流信號調(diào)理電路的輸出，其輸出端連接到邏
輯與電路的一個輸入端；看門狗電路輸入接口主MCU的1/0端口，其輸出連接邏輯與電路的 另一個輸入端；邏輯與電路輸出連接故障跳閘執(zhí)行單元。其工作原理是
在主回路無過電流情況下，MCU運行狀態(tài)正常時看門狗電路接收固定頻率的脈沖信號， 其輸出為低電平；比較器輸入電流信號不超過動作閾值，其輸出也為低電平。所以邏輯與電 路不輸出故障跳閘指令，斷路器仍然運行。
在主回路無過電流情況下，MCU運行狀態(tài)異常時看門狗電路接收不到固定頻率的脈沖信 號，其輸出為高電平；比較器輸入電流信號不超過動作閾值，其輸出仍然為低電平。由于這 兩個啟動條件為與關(guān)系，所以邏輯與電路仍然不輸出故障跳閘指令，斷路器仍然運行。
在主回路有過電流情況下，MCU運行狀態(tài)正常時看門狗電路接收固定頻率的脈沖信號， 其輸出為低電平；比較器輸入電流信號超過動作閾值，其輸出為高電平。由于這兩個啟動條 件為與關(guān)系，所以邏輯與電路仍然不輸出故障跳閘指令。主MCU發(fā)出故障跳閘指令使斷路器跳 閘斷開。
在主回路有過電流情況下，MCU運行狀態(tài)異常時看門狗電路接收不到固定頻率的脈沖 信號，其輸出為高電平；比較器輸入電流信號超過動作閾值，其輸出也為高電平。由于這兩 個啟動條件為與關(guān)系，所以比較器啟動輸出故障跳閘指令，使斷路器跳閘斷開。
在圖2的具有過電流后備保護的斷路器控制器電路中，本發(fā)明使用的一種斷路器控制器 的過電流后備保護方法，包括以下步驟(如圖5所示)
1) 斷路器開始運行。
2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測斷路器主回路電流信號。
3) 后備MCU處理單元監(jiān)測主MCU處理單元的運行狀態(tài)。
4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5);否則轉(zhuǎn)步驟6)。
5) 后備MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)
生則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運行結(jié)束。
6) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生
則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運行結(jié)束。
其中
(一)當斷路器主回路無過電流時，主MCU處于正常工作狀態(tài)。如圖5中的斷路器控制器 狀態(tài)l，后備MCU和主MCU同時完成主回路電流信號的采集、計算、故障判別等工作，判定 斷路器主回路無過電流故障時，同時后備MCU檢測到主MCU處于正常狀態(tài)后，后備MCU和主
8MCU均無過電流故障保護動作，而是直接進入下一個監(jiān)測周期(主MCU監(jiān)測和過電流監(jiān)測)。
(二) 當斷路器主回路有過電流時，主MCU處于正常工作狀態(tài)。如圖5中的斷路器控制器 狀態(tài)2，后備MCU和主MCU同時完成主回路電流信號的采集、計算、故障判別等工作，判定 主回路有過電流故障時，同時后備MCU檢測到主MCU處于正常狀態(tài)后，后備MCU無動作，完 全由主MCU執(zhí)行電流值計算、電流整定值識別、過電流故障類型判別、過電流故障閾值判別、 故障保護曲線選擇、脫扣延時運算、熱記憶等功能，發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元， 使斷路器跳閘，切斷主回路，完成故障保護。斷路器運行結(jié)束。
(三) 當斷路器主回路無過電流時，主MCU處于失效狀態(tài)。如圖5中的斷路器控制器狀態(tài) 3，后備MCU完成主回路電流信號的采集、計算、故障判別等工作，判定主回路無過電流故障 時，同時后備MCU檢測到主MCU失效后，后備MCU無故障保護動作即不發(fā)出故障跳閘指令給 故障跳閘執(zhí)行單元，而是直接進入下一個監(jiān)測周期(主MCU監(jiān)測和過電流監(jiān)測)。
(四) 當斷路器主回路出現(xiàn)過電流時，主MCU處于失效狀態(tài)。如圖5中的斷路器控制器狀 態(tài)4，后備MCU完成主回路電流信號的采集、計算、故障判別等工作，判定主回路有過電流 故障時，同時后備MCU檢測到主MCU失效后，后備MCU立即發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí) 行單元，使斷路器跳閘，切斷主回路，完成故障保護。斷路器運行結(jié)束。
具有過電流后備保護的電子式控制器在運行中，重復執(zhí)行上述四個狀態(tài)的工作，其中后 備MCU狀態(tài)4和后備MCU狀態(tài)3因斷路器跳閘而需要用戶人為干預。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，具 備過電流后備保護的斷路器增加了故障脫扣跳閘保護的概率，從而實現(xiàn)線路和電源設備的可 靠保護，大大提高了配電系統(tǒng)運行的安全性。
除了上述核心保護功能外，從過電流后備保護實現(xiàn)方案中還可以派生出其他功能，如后 備MCU自動跟蹤電流保護信息、主MCU失效報警、后備MCU和主MCU相互監(jiān)測等。如圖4所 示，加粗虛線框為擴展功能。
過電流后備保護為了實現(xiàn)擴展功能，可以增加后備MCU失效監(jiān)測電路實現(xiàn)主MCU和后備 MCU的相互監(jiān)測；增加報警器件可以實現(xiàn)主MCU失效報警、后備MCU失效報警、過電流故障 報警；主MCU和后備MCU之間增加通信接口可以實現(xiàn)后備MCU自動跟蹤主MCU電流保護信息 并實時更新。
具備附加功能的保護功能執(zhí)行流程圖如圖6所示，加粗虛線功能框為擴展功能部分。此 種斷路器控制器的過電流后備保護方法包括以下步驟(如圖6所示)
1) 斷路器開始運行。
2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測斷路器主回路電流信號。
3) 后備MCU處理單元和主MCU處理單元互相監(jiān)測對方的運行狀態(tài)，并判斷用戶是否更新 過電流動作閾值若未更新，則不作處理；若更新，則主MCU處理單元把過電流動作閾值傳 送給后備MCU處理單元，后備MCU處理單元進行更新保存。
4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5)，否則轉(zhuǎn)步驟6)。5) 后備MCU處理單元發(fā)出主MCU處理單元失效報警，供用戶判斷是否斷電檢修設備 若用戶斷電檢修設備，則斷路器運行結(jié)束；
若用戶未斷電檢修設備，則后備MCU處理單元進一歩判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流
若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);
若發(fā)生過電流，則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單 元執(zhí)行故障跳閘和故障報警，斷路器運行結(jié)束。
6) 主MCU處理單元判斷后備MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟7)，否則轉(zhuǎn)步驟8)。
7) 主MCU處理單元發(fā)出后備MCU處理單元失效報警，供用戶判斷是否斷電檢修設備 若用戶斷電檢修設備，則斷路器運行結(jié)束；
若用戶未斷電檢修設備，則主MCU處理單元進一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流 若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);
若發(fā)生過電流，則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單元 執(zhí)行故障跳閘和故障報警，斷路器運行結(jié)束。
8) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生
則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘和故障
報警，斷路器運行結(jié)束。 其中
(一) 后備MCU和主MCU運行狀態(tài)均正常期間
斷路器主回路此時無過電流。后備MCU和主MCU均無故障保護動作，斷路器控制器持續(xù) 運行，并進入下一個監(jiān)測周期(MCU相互監(jiān)測和過電流監(jiān)測)，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)1。
斷路器主回路此時有過電流。主MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元和發(fā)出故障 報警指令給故障報警執(zhí)行單元，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)2。
(二) 后備MCU運行狀態(tài)正常，檢測到主MCU失效時
斷路器控制器進行主MCU失效報警，報警信號持續(xù)執(zhí)行直到用戶斷電檢修或斷路器因過 電流故障跳閘，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)5。
如果用戶發(fā)現(xiàn)主MCU失效報警信號后及時進行斷電檢修，則斷路器控制器的狀態(tài)如圖6 中的斷路器控制器狀態(tài)8。
(三) 后備MCU運行狀態(tài)正常，主MCU失效期間
斷路器主回路無過電流。后備MCU無故障保護動作即不發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí) 行單元，斷路器持續(xù)運行，并進入下一個監(jiān)測周期(主MCU監(jiān)測和過電流監(jiān)測)，如圖6中的 斷路器狀態(tài)3。
斷路器主回路有過電流。后備MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元和發(fā)出故障報 警指令給故障報警執(zhí)行單元，使斷路器跳閘，切斷主回路，完成故障保護，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)4。
(四) 主MCU運行狀態(tài)正常，檢測到后備MCU失效時
斷路器控制器進行后備MCU失效報警，報警信號持續(xù)執(zhí)行直到用戶斷電檢修或斷路器因 過電流故障跳閘，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)6。
如果用戶發(fā)現(xiàn)后備MCU失效報警信號后及時進行斷電檢修，則斷路器的狀態(tài)如圖6中的 斷路器控制器狀態(tài)8。
(五) 在主MCU運行狀態(tài)正常，后備MCU失效期間
斷路器主回路無過電流。主MCU無故障保護動作，斷路器控制器持續(xù)運行，并進入下一 個監(jiān)測周期(后備MCU監(jiān)測和過電流監(jiān)測)，如圖6中的斷路器控制器狀態(tài)7。
斷路器主回路有過電流。主MCU發(fā)出故障跳閘指令給故障跳閘執(zhí)行單元和發(fā)出故障報警 指令給故障報警執(zhí)行單元，使斷路器跳閘，切斷主回路，完成故障保護，如圖6中的斷路器 控制器狀態(tài)2。
權(quán)利要求
1.一種具有過電流后備保護的斷路器控制器，包括三相電流采集單元，用于采集三相電流信號并輸入到電流信號調(diào)理單元；電流信號調(diào)理單元，用于對三相電流信號進行放大、比例調(diào)整、濾波等，然后輸入到主MCU處理單元；主MCU處理單元，用于對三相電流信號進行處理，其輸出送到故障跳閘執(zhí)行單元；故障跳閘執(zhí)行單元，用于分斷斷路器完成故障保護；其特征在于還包括后備保護單元，其中該后備保護單元的輸入接所述電流信號調(diào)理單元的輸出和所述主MCU處理單元的I/O端口該后備保護單元的輸出接至所述故障跳閘執(zhí)行單元。
2. 如權(quán)利要求l所述的具有過電流后備保護的斷路器控制器，其特征在于所述后備保護單元為后備MCU處理單元，該后備MCU處理單元的監(jiān)測輸入端檢測所述主MCU 處理單元輸出的失效判別信號。
3. 如權(quán)利要求2所述的具有過電流后備保護的斷路器控制器，其特征在于 所述主MCU處理單元的監(jiān)測輸入端檢測所述后備MCU處理單元輸出的失效判別信號。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的具有過電流后備保護的斷路器控制器，其特征在于 所述主MCU處理單元和后備MCU處理單元之間經(jīng)I/0端口違接。
5. 如權(quán)利要求4所述的具有過電流后備保護的斷路器控制器，其特征在于 所述連接主MCU處理單元和后備MCU處理單元兩者的I/0端口之間的傳輸媒介為有線線路。
6. 如權(quán)利要求l所述的具有過電流后備保護的斷路器控制器，其特征在于所述后備保護單元由比較器電路、看門狗電路和邏輯與電路構(gòu)成，其中所述比較器電路的兩個輸入分別連接過電流動作閾值和所述電流信號調(diào)理單元的輸出，所述比較器電路的輸出連接邏輯與電路的一個輸入端；所述看門狗電路的輸入連接所述主MCU處理單元輸出的失效判別信號，所述看門狗電路的輸出連接邏輯與電路的另一個輸入端；所述邏輯與電路的輸出連接所述故障跳閘執(zhí)行單元。
7. 如權(quán)利要求2或6所述的具有過電流后備保護的斷路器控制器，其特征在于 所述失效判別信號被定義為信號類型為脈沖方式，信號通道至少一路，輸出端口為通用1/0，監(jiān)測類型采用實時監(jiān)測，檢測方式為觸發(fā)方式。所述后備保護單元判別所述主MCU失效的依據(jù)是所述主MCU輸出的失效判別信號的消失或異常。
8. —種斷路器控制器的過電流后備保護方法，其特征在于包括以下步驟1) 斷路器開始運行；2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測斷路器主回路電流信號；3) 后備MCU處理單元監(jiān)測主MCU處理單元的運行狀態(tài)；4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5);否則轉(zhuǎn)步驟6);5) 后備MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運行結(jié)束；6) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘，斷路器運行結(jié)束。
9. 一種斷路器控制器的過電流后備保護方法，其特征在于包括以下步驟1) 斷路器開始運行；2) 主MCU處理單元和后備MCU處理單元監(jiān)測斷路器主回路電流信號；3) 后備MCU處理單元和主MCU處理單元互相監(jiān)測對方的運行狀態(tài)；4) 后備MCU處理單元判斷主MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟5)，否則轉(zhuǎn)步驟6);5) 后備MCU處理單元發(fā)出主MCU處理單元失效報警，供用戶判斷是否斷電檢修設備 若用戶斷電檢修設備，則斷路器運行結(jié)束；若用戶未斷電檢修設備，則后備MCU處理單元進一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);若發(fā)生過電流，則由后備MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘和故障報警，斷路器運行結(jié)束；6) 主MCU處理單元判斷后備MCU處理單元是否失效若失效則繼續(xù)步驟7),否則轉(zhuǎn)步驟8);7) 主MCU處理單元發(fā)出后備MCU處理單元失效報警，供用戶判斷是否斷電檢修設備 若用戶斷電檢修設備，則斷路器運行結(jié)束；若用戶未斷電檢修設備，則主MCU處理單元進一步判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流 若未發(fā)生過電流，則返回步驟2);若發(fā)生過電流，則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單元執(zhí) 行故障跳閘和故障報警，斷路器運行結(jié)束；8) 主MCU處理單元判斷斷路器主回路是否發(fā)生過電流若未發(fā)生則返回步驟2);若發(fā)生則由主MCU處理單元發(fā)出故障跳閘指令和故障報警指令，相應執(zhí)行單元執(zhí)行故障跳閘和故障報 警，斷路器運行結(jié)束。
10. 如權(quán)利要求9所述的斷路器控制器的過電流后備保護方法，其特征在于 在所述步驟3)后增加以下步驟判斷用戶是否更新過電流動作閾值若未更新，則不作處理；若更新，則主MCU處理單元把過電流動作閾值實時地傳送給后備MCU處理單元，后備MCU處理單元進行更新保存。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有過電流后備保護的斷路器控制器及其保護方法。本發(fā)明的控制器包括三相電流采集單元、電流信號調(diào)理單元、主MCU處理單元、故障跳閘執(zhí)行單元、后備保護單元，后備保護單元的輸入接電流信號調(diào)理單元的輸出和主MCU處理單元的I/O端口，后備保護單元的輸出接故障跳閘執(zhí)行單元。在本發(fā)明方法中用后備MCU來監(jiān)控主MCU，如果斷路器主回路發(fā)生過電流故障時，后備MCU檢測到主MCU失效后立即啟動故障跳閘保護功能，這樣便可以避免因主MCU失效而導致事故發(fā)生。本發(fā)明提高了斷路器故障保護的概率，從而實現(xiàn)配電線路和電源設備的可靠保護，大大提高了配電系統(tǒng)運行的安全性。
文檔編號H02H3/05GK101673926SQ200810119789
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者寅 南, 魏占勇 申請人:北京人民電器廠有限公司