CN103066552B - 一种断路器防误合闸控制方法及实现该方法的电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过检测负载线路是否存在短路故障而决定是否允许断路器合闸及执行合闸的操作和装置，是一种无须施加危险电压，能探知负载线路情形，防止断路器在负载线路短路状态下错误地合闸，从根本上杜绝超大电流冲击事故出现的控制方法和电路。装置包括电源供给电路、时序控制电路、检测及故障取样电路、断路器驱动电路，由检测及故障取样电路对负载线路进行检测：若负载线路正常，则允许断路器驱动电路合闸；而一旦检测到短路故障，进行锁定，不允许断路器驱动电路合闸。装置和方法具有在负载线路正常后能自动解锁以便反复使用的优点，且在检测时具有杜绝将市电直接或部分加入负载线路而产生隐患的安全作用。

Description

一种断路器防误合闸控制方法及实现该方法的电路

技术领域

本发明属于一种断路器合闸控制的方法和电路，涉及一种通过检测负载线路是否存在短路故障而决定是否允许断路器合闸以及执行合闸的操作和装置。更具体地，是一种无须施加危险电压，仍能探知负载线路的情形，进而防止断路器在负载线路短路故障状态下错误地进行合闸，从根本上杜绝超大电流冲击事故出现的控制方法和电路。

断路器在线路短路故障状态下错误地进行合闸，称之为“误合闸”。

防止断路器误合闸的措施，称之为“防误合闸”。

背景技术

现有技术中，断路器合闸控制的电子装置已有很多，功能也越来越齐全，但是，电路也越来越复杂。如何采用简单的步骤以及低成本的结构实现完善的控制，已成为本行业技术人员追求的目标。

现有装置中，有采用通过串接电阻器向负载线路输入市电对负载线路进行检测的。这本身便存在一种危险：这些装置在断路器分断状态下，没有使负载彻底脱离电网，部分市电电压被施加到负载线路上，因而存在人身触电和负载线路中设备带电的重大安全隐患问题。

另外，现有装置中，也有采用直接测量负载线路直流电阻值的。由于实际的用电线路往往有很多电感性和电容性的负载，直流电阻值并不能反映负载线路的真实阻抗，因而这种方法会产生很大的误差。

发明内容

本发明所创造的方法和电路，是在供电线路中处于分断状态的断路器合闸之前，首先对负载线路进行检测；在检测期间若发现负载线路是正常的，则允许断路器合闸；而在检测期间一旦检测到短路故障，马上进行锁定，不允许断路器合闸，即具有对负载线路故障进行监测的作用。

本断路器防误合闸控制方法及电路，在试图对原先曾经检测到存在短路故障的负载线路再次进行合闸的开始时刻，将重新对负载线路进行检测；若发现负载线路回复正常，则能对原先的锁定状态进行解锁。

本方法及电路在检测前首先确认断路器是处于分断状态，且确保合闸前让检测部分退出，从而能够保证外界电源不会对检测部分产生影响及损害。

因此，发明的目的是要提供一种防止断路器在负载线路存在短路故障或严重超负载的情形下合闸的、在负载线路正常后能够自动解锁以便反复使用的断路器防误合闸控制方法和电路。

发明进一步的目的是，在上述的基础上提供一种能够保证外界电源不会对检测部分产生影响的对负载线路的检测方法，从而从根本上杜绝由于在检测时将市电直接或部分加入负载线路而产生的安全隐患。

发明更进一步的目的是，在上述的基础上提供一种采用与市电频率相同的测试信号的检测方法，从而使检测结果接近负载线路的实际状态。

本发明的方法是这样实现的：

一种断路器防误合闸控制方法，其步骤是：

（1）由一个工频电压峰值恒定电路产生一个频率与市电电网频率相同、电压峰值不受供电电压波动影响的恒定的测试信号；

（2）由一个复位许可电路判别断路器是处于分断状态还是接通状态，且只有在断路器处于分断状态下才允许复位电路动作；

（3）在复位电路被许可动作的情况下，当手动按通复位按钮时，由一个时序电路同时发出第一时序信号T1和第二时序信号T2，其中，第二时序信号长度t2＞第一时序信号长度t1；

（4）依据第二时序信号T2产生的同时，由一个禁闸电路禁止断路器驱动电路合闸动作；

（5）依据第一时序信号T1产生的同时，由一个检测执行电路使一个取样电路接入负载线路；

（6）取样电路接入负载线路后，由一个检测电路在第一时序信号T1的时间内对取样电路的输出信号进行处理，并向锁解电路输出其结果：当线路正常时，输出解锁信号；而一旦发现线路存在短路故障，则立即输出锁定信号；

（7）依据第二时序信号T2产生的同时，由一个脉冲电路产生一个脉冲信号；

（8）锁解电路依据从检测电路输入的解锁信号，在上述脉冲信号的作用下形成允许合闸的控制信号，或依据从检测电路输入的锁定信号形成不允许合闸的控制信号；

（9）依据第一时序信号T1结束的同时，检测执行电路使取样电路脱离负载线路；

（10）依据第二时序信号T2结束的同时，禁闸电路不再禁止断路器驱动电路动作；

（11）在第二时序信号T2结束后，合闸驱动电路依据锁解电路的允许合闸控制信号，对断路器的电动操作机构进行合闸动作的控制。

这样，在检测期间，当负载线路正常时，检测电路将输出代表线路正常的信号，并据此向锁解电路提供解锁信号，于是，锁解电路便输出一个允许合闸的信号，合闸驱动电路可在随后驱动电动操作机构使断路器合闸。

同时，在检测期间，任一时刻一旦发现负载线路存在短路故障，检测电路将输出代表线路故障的信号，并据此向锁解电路提供一个锁定信号，锁解电路便输出一个不再改变的不允许合闸的信号，断路器驱动电路便不能使断路器合闸。因此，锁解电路具有对故障取样电路输出的信号进行监测的作用，并具有锁定故障的功能。

再者，脉冲信号在第二时序T2产生的瞬间产生，并依据检测电路输出的信号而起作用。当线路正常时，解锁信号使脉冲信号作用于锁解电路使其解除锁定状态。因此，在检测开始时，即具有对故障排除后的负载线路进行重新识别的功能。

还有，由于禁闸电路在整个第二时序信号T2期间均禁止断路器驱动电路合闸动作，且第二时序信号长度t2＞第一时序信号长度t1；而在第一时序信号T1产生时取样电路接入负载线路，T1结束时取样电路脱离负载线路，也就是取样电路在负载线路完全脱离市电的情况下才会接入，而且在取样电路接入负载线路期间断路器不能进行合闸动作，因此，能够保证取样电路不会受到市电电源的影响。

理想的是，上述方法步骤（6）中，系由一个工频电压峰值恒定电路通过一个取样电阻向一个四端网络的输入端提供一个与电网隔离的、电压很低且峰值恒定、波形接近方波的工频测试电压；四端网络的输出端与负载线路连接，由此四端网络输入端的特性阻抗与四端网络输出端的反射阻抗形成了一个并联阻抗Z0，该阻抗与取样电阻串连，而四端网络的另一个输入端连接于工频电压峰值恒定电路上构成回路，由并联阻抗Z0与取样电阻的连接点引出取样信号，作为取样电路的输出信号，从而获得代表负载线路正常或短路故障的信号。

由此获得的方法，检测时无须将市电直接或部分加入负载线路，从而能够从根本上杜绝在负载线路中施加危险电压而可能引发的安全隐患。

本发明的电路是这样实现的:

一种断路器防误合闸控制电路，其特点是，包括：

一个工频电压峰值恒定电路，产生一个频率与市电电网频率相同、电压峰值不受供电电压波动影响的恒定的测试信号；

一个复位许可电路，依据断路器是处于分断或是接通状态，判别许可或禁止复位电路动作；

一个复位电路，包括一个用于操作的复位按钮；

一个时序电路，在复位操作的同时产生第一时序信号T1和第二时序信号T2，其中，第二时序信号长度t2＞第一时序信号长度t1；

一个检测执行电路，依据第一时序信号T1产生或结束，使取样电路接入或脱离负载线路；

所述取样电路，依据检测执行电路使其接入负载线路期间，产生一个与负载线路阻抗紧密相关的取样信号Ut；

一个检测电路，对取样电路输出的取样信号Ut进行判别处理并向一个锁解电路输出其结果P：当负载线路正常时，输出解锁信号，当一旦发现负载线路存在短路故障，即输出锁定信号；

一个禁闸电路，依据第二时序信号T2期间，禁止合闸驱动电路合闸动作；

一个脉冲电路，依据第二时序信号T2产生的同时，产生一个脉冲信号；

所述锁解电路，依据检测电路输出的解锁信号，在脉冲电路的脉冲信号的作用下，解除原先或许存在的锁定状态并形成允许合闸的控制信号，或依据检测电路输出的锁定信号形成不允许合闸的控制信号并予以锁定；

所述合闸驱动电路，依据从锁解电路输入的允许合闸的控制信号、以及依据第二时序信号T2的结束，对断路器的电动操作机构进行合闸动作的控制。

通过上述电路的协调配合，可实现本发明的方法。

上述取样电路中，包括四端网络和取样电阻。四端网络的输出端与输入端在结构上是高度耐压绝缘的。四端网络的输出端在检测期间连接负载线路，此时其综合阻抗与负载线路的阻抗密切相关。根据四端网络原理，四端网络输出端向输入端的反射阻抗与四端网络输入端的特性阻抗形成了并联阻抗Z0，且工频电压峰值恒定电路向取样电阻和四端网络的输入端注入恒定的测试信号，于是在并联阻抗Z0上就产生了与负载线路阻抗紧密关联的电压取样信号。

由于检测期间接入负载线路的取样电路与电网完全隔离，因此，能够做到对用户绝对安全，解决了以往检测中即使断路器分断但负载线路仍带有危险电压而存在的安全隐患问题。

同时，检测时的测试信号来自工频恒压源，其频率与线路负载的实际工作频率一致，从而提高了检测结果的近似度和可信性。

本发明的方法和电路，其步骤简单有效，且控制完善，相应电路的结构也较为简单。

图面说明

图1是本发明“断路器防误合闸控制方法实现电路”方框图；

图2是电源供给电路原理图（包括整流稳压电路、工频电压峰值恒定电路）及各接点的电平波形图；

图3是时序控制电路原理图（包括复位许可电路、复位电路、时序电路）及各接点的电平波形图；

图4是检测及故障取样电路原理图（包括检测执行电路、取样电路、检测电路）及负载正常状态下与负载短路状态下各接点的电平波形图；

图5是断路器驱动电路原理图（包括禁闸电路、脉冲电路、锁解电路、合闸驱动电路）及正常状态下的合闸驱动、负载短路故障下的锁定和故障排除后复位时的各接点的电平波形图；

图6是断路器防误合闸控制方法实现装置的完整电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详述：

1、电源供给电路

电源供给电路包括整流稳压电路、工频电压峰值恒定电路。参照图2。

（1.1）整流稳压电路

由电源变压器B1的一个带中心抽头的低压次级绕组BR1、二极管D1、D2、D3、D4、三端正电压稳压器W1、三端负电压稳压器W2、电容C1、C2、C3、C4组成，向整个装置提供对称的正Vc、负Vs工作电源。此电路是常规的串联稳压电路，工作过程说明省略。

（1.2）工频电压峰值恒定电路的工作过程：

工频电压峰值恒定电路由电源变压器B1的另一个低压次级绕组BR2、电阻R1、稳压二极管WD1、WD2组成。

（1.2.a）电源变压器B1的一个低压次级绕组BR2输出一个几伏的工频电压Y，经电阻R1限流，由相向对接的稳压二极管WD1、WD2双向削波后，形成一个被限幅的、接近方波的工频低电压，此电压将作为本方法的测试信号L。由于选用的稳压二极管WD1、WD2的稳压值仅为工频电压Y的峰值的几分之一，因此即使供电电压在较大范围波动，测试信号L的波形和峰值仍能基本恒定，这样便保证了对负载线路检测的稳定性和一致性。

（1.2.b）电源变压器B1具有高的绝缘强度，因此测试信号L对电网具有良好的隔离度。

、时序控制电路

时序控制电路包括复位许可电路、复位电路、时序电路。参照图3，由CMOS施密特反相器U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F（本实例采用CD40106）和图3所示周边元件组成。

（2.1）复位许可电路的工作过程：

复位许可电路由光耦合器G1、二极管D5、电阻R2、R3、R4、电容C5、C6、按钮K组成。

（2.1.a）断路器处于合闸状态时，断路器的输出端即负载线路两端Lo、No有市电电压，经C5降压、D5半波导通、R2限流、C6滤波后，光耦合器G1输入端得到正向激励使输出端导通，于是B点即反相器U1A的输入端被箝定于工作电源的正电压Vc，即使复位开关K按通，B点的高电平也不会改变。此时，处于不允许复位状态，复位开关不能起任何作用。

（2.1.b）断路器处于分断状态时，Lo、No没有电压，光耦合器G1输入端没有激励、输出端截止，B点通过R4被拉高至Vc。此时，处于允许复位状态。B点电平将取决于复位开关K是否被按通：

允许复位、K未通时：Rk＝∞，Vc＝+5V，Vs＝-5V，则VB＝+5V；

允许复位、K按通时：Rk＝0， Vc＝+5V，Vs＝-5V，则VB＝-4V。

（2.2）复位电路的工作过程：

复位电路由反相器U1A、U1B、电阻R5、R6组成。

（2.2.a）在不允许复位、或允许复位而复位开关K未被按通的状态下，反相器U1A的输入端即B点电平为接近Vc的高电平（以下简称“高”），此时反相器U1A的输出端即C点电平为接近Vs的低电平（以下简称“低”），于是反相器U1B的输入端也为低，由此U1B的输出端即D点电平为高，通过R5进一步维持B点的高电平。

（2.2.b）当允许复位且复位开关K被按接通时，B点电平如前所述降至负电平，于是反相器U1A输出端即C点电平跳变为高，通过电阻R6使反相器U1B的输入端也为高，由此U1B的输出端即D点电平变为低至接近Vs。此时，即使放开复位开关K使之断开，B点电平仍能维持在负电平：

（2.3）时序电路的工作过程：

时序电路由反相器U1C、U1D、U1E、U1F、二极管D6、D7、D8、电阻R7、R9、电容C7、C8组成。在C点获得第一时序信号T1，T1在其长度t1时间内是高电平有效的。在J点获得第二时序信号T2，T2在其长度t2时间内是低电平有效的。

、R10是CMOS比较器U1C、U1E的输入电阻，仅起保护作用。

（2.3.a）如前所述，在不允许复位、或允许复位而复位开关K未被按通的状态下，B点是高、C点是低。此时二极管D6正向导通，E点电平被拉低、U1C的输出端F点是高，因而二极管D7是反向截止的。同时，U1D的输出端G点是高，U1E的输入端H点也是高，U1E的输出端I点是低，U1F的输出端J点是高。此时，第一时序信号和第二时序信号均未产生。

（2.3.b）如前所述，当允许复位且复位开关K被按接通后，因B点变成并维持在低电平，故反相器U1A输出端即C点电平跳变为高并维持，此时二极管D6反向截止，U1A输出端的高电压通过电阻R7向电容C7充电，于是E点电压随之逐渐升高；经过一定时间后，E点电压升至超过0电平并继续上升。由此在C点即获得了第一时序信号T1。

（2.3.c）如前所述，C点电平跳变为高并维持的同时，比较器U1D的输出端G点变低，二极管D8正向导通，使电容C8彻底放电、H点变低，U1E的输出端I点变高，U1F的输入端也变高，于是U1F的输出端J点变低。由此在J点即获得了第二时序信号T2。

（2.3.d）当E点电压继续上升达到施密特反相器U1C的正向转折阀值时，U1C的输出端F点跳变为低；此时二极管D7正向导通，使U1B的输入端电平被迅速拉低，于是U1B的输出端即D点电平跳变为高，由此B点电平不再维持于低而变高。这样，U1A的输出端即C点回落至低。至此，第一时序信号T1结束。电阻R7和电容C7构成了一个积分电路，它的时间常数决定了这个过程的时间，也就是决定了第一时序信号T1的长度t1。

（2.3.e）当C点回落至低的同时，二极管D6导通，使C7迅速放电，把E点电平拉低，于是F点电平变高，复位电路回复到（2.2.a）的状态。

（2.3.f）当C点回落至低、第一时序信号T1结束的同时，比较器U1D输出端G点变高，此时二极管D8截止，G点的高电压通过电阻R9向电容C8充电，于是H点电压随之逐渐升高；与R7、C7相似，电阻R9和电容C8也构成了一个积分电路。经过一定时间后，H点电压升至超过0电平并继续上升。此时I点仍然为高、J点也仍然为低。也就是说，第二时序信号T2仍然在延续。

（2.3.g）当H点电压继续上升达到施密特反相器U1E的正向转折阀值时，U1E的输出端I点跳变为低、U1F的输出端J点跳变为高。至此，第二时序信号T2结束。显然，这样的电路结构，确保了第二时序信号T2的长度t2比第一时序信号T1的长度t1更长，所延长的时间取决于电阻R9和电容C8组成的积分电路的时间常数。

至此，整个时序控制电路回复到原始的状态。

、检测及故障取样电路

检测及故障取样电路包括检测执行电路、取样电路、检测电路。参照图4，由比较器U2、U3、U4（本实例采用集电极开路输出的低失调电压集成比较器，如LM139/239/339系列，下同）和图4所示周边元件组成。

（3.1）检测执行电路的工作过程：

检测执行电路由比较器U4和继电器J1组成，且继电器J1的两个动触点连接在四端网络B2的输出端上，对应的两个静触点连接在负载线路两端。比较器U4的同相输入端接0电平。

（3.1.a）第一时序信号T1接入比较器U4的反相输入端，即C点。该点在第一时序信号T1到来前或结束后是负电平，因此U4的输出端在这些时间是截止的，此时K点电平是高，从而继电器J1没有激励，触点断开，取样电路的电压互感器B2与负载线路是脱离的。

（3.1.b）当第一时序信号T1到来期间，即t1时间内，比较器U4的反相输入端即C点的电平为高，于是比较器U4的输出端对Vs导通，此时K点电平低至接近Vs，继电器J1得到Vc和Vs的激励，两组触点接通，使取样电路的电压互感器B2与负载线路连接。

（3.2）取样电路的工作过程：

取样电路由作为四端网络的低磁漏高导磁率铁芯双绕组电压互感器B2（以下简称“四端网络B2”）与取样电阻R11组成。四端网络B2输出端向输入端的反射阻抗与四端网络B2输入端的特性阻抗形成了并联阻抗Z0（以下简称“阻抗Z0”）。

（3.2.a）工频电压峰值恒定电路通过取样电阻R11向四端网络B2的输入端注入接近方波的峰值恒定的测试信号L。由于阻抗Z0的存在，从四端网络B2与取样电阻R11的连接点便可取得取样信号Ut；又由于阻抗Z0是电感性的，因而Ut在上升沿和下降沿分别形成了尖峰，而且，其周期是20ms。Ut的波形见图4。

（3.2.b）在第一时序信号T1到来前或结束后，由于继电器J1的触点是断开的、四端网络B2的输出端开路，阻抗Z0最大，因此取样信号Ut的峰值最大。

（3.2.c）在第一时序信号T1到来期间，继电器J1的触点是接通的，四端网络B2的输出端与负载线路连接，阻抗Z0将变小；线路负载越重，阻抗Z0就越小。取样信号Ut的峰值随着阻抗Z0的变化而呈现同步的变化；若负载线路短路，则阻抗Z0将最小，此时，取样信号Ut的峰值也最小。取样信号Ut波形的变化见图4。

（3.3）检测电路的工作过程：

检测电路由比较器U2、U3以及电阻R12、R13、R14、R15以及电容C9组成。该电路对取样信号Ut进行处理，并在比较器U3的输出端P点形成解锁信号或锁定信号。

（3.3.a）电阻R12、R13为比较器U2的同相输入端提供一个置偏电压Vt。由于四端网络B2的输入端是一个线圈，其直流电阻可以忽略不计，因此：

Vt＝Vc·R12/(R13＋R12)

这个置偏电压Vt，将成为本检测电路判别负载线路是否存在短路故障或严重超负荷的阈值。通过调整电阻R12、R13的大小，可以选定这个阈值的高低，从而确定本检测电路的灵敏度；Vt的值越小，则允许线路的负载越重。

（3.3.b）取样信号Ut通过电阻R12进入比较器U2的同相输入端，即M点。由于置偏电压Vt的存在，Ut被整体抬高了Vt量值的电平。M点的波形见图4。

（3.3.c）比较器U2的反相输入端接公共零；比较器U2的输出端即N点接有电阻R14到Vc、电容C9到公共零，组成了一个积分电路。适当选取电阻R14和电容C9的数值使其这个积分电路的时间常数为工频20ms周期的足够倍数。当M点是正电平时，U2的输出端截止，Vc通过电阻R14向电容C9充电，N点电压逐渐升高；当M点是负电平时，U2的输出端导通，电容C9迅速放电使N点电平接近Vs。

（3.3.d）如果线路负载是正常的，或四端网络B2的输出端未被接入负载线路而开路，被整体抬高了Vt电平的Ut的负向峰值将能够抵消Vt而越过0电平在M点形成了一串负脉冲，它使比较器U2的输出端按20ms的周期导通，把每个脉冲之间由于U2的周期性截止而周期性通过R14充电的电容C9 又周期性地迅速放电，于是N点的波形尽管有锯齿形的波动，但其电平始终处于负电平。

（3.3.e）如果负载线路短路，则在第一时序信号T1到来期间，取样信号Ut的峰值变得最小。适当选取电阻R12、R13的大小而设定Vt，刚好使被整体抬高了Vt电平的取样信号Ut在负载线路短路情况下的负向峰值不能超越Vt这个阈值而始终处于正电平，因此比较器U2的输出端始终截止，电容C9被持续充电，于是N点的电平便很快升至正电平。

（3.3.f）比较器U3的同相输入端接公共零、反相输入端接N点。当N点的电平处于负电平，也就是线路负载正常或四端网络B2的输出端未被接入负载线路时，比较器U3的输出端截止，P点通过R15被上拉至接近Vc的高电平。当N点的电平处于正电平，也就是线路负载是短路或严重超负荷时，比较器U3的输出端导通，P点被下拉至接近Vs的低电平。

如上所述，在第一时序信号T1期间，当负载线路正常时，从P点引出往断路器驱动电路的信号成为高电平的解锁信号；当负载线路存在短路故障或严重超负荷时，这个信号成为低电平的锁定信号。

、断路器驱动电路

断路器驱动电路包括禁闸电路、脉冲电路、锁解电路、合闸驱动电路。参照图5，由比较器U5、U6、U7和图5所示周边元件组成。

（4.1）禁闸电路的工作过程

禁闸电路由二极管D13、电阻R21组成。

（4.1.a）二极管D13的负极接至时序控制电路的第二时序信号T2的输出点J。在T2产生之前和结束之后，J点处于高电平，二极管D13截止，电阻R21上拉使合闸驱动电路的输入端V点处于高电平。

（4.1.b）由于第二时序信号T2是负电平有效，所以在T2存续期间，二极管D13正向导通，使V点电压被箝位至接近Vs；于是合闸驱动电路的耦合电容C11两端均是稳定的低电平，合闸驱动电路在整个第二时序信号的t2时间内都不能得到激励，因而合闸动作被禁止。

（4.2）脉冲电路的工作过程

脉冲电路由比较器U6、二极管D14、电阻R19、R20、电容C10组成。比较器U6的同相输入端接0电位。

（4.2.a）在平时，比较器U6的反相输入端即S点由电阻R19上拉至高电平，因此U6的输出端导通而处于低电平。

（4.2.b）电容C10与电阻R19组成一个微分电路，且电容C10接至时序控制电路的第二时序信号T2的输出点J。在T2到来的瞬间，电容C10的一端得到一个负向跳变电压，于是在电容C10与电阻R19连接的S点形成一个负向微分脉冲并施加于比较器U6的反相输入端，因而比较器U6的输出端截止，由于电阻R20的上拉作用，便产生了一个正向脉冲U。脉冲U的宽度取决于电阻R19和电容C10组成的微分电路的时间常数。

（4.2.c）在第二时序信号T2结束时，S点会产生一个正向跳变电压；由于电容C10的放电，这个电压的峰值会超过Vc近一倍，可能使比较器U6造成损坏。为此，设置了并联于电阻R19的二极管D14，把这个正向跳变电压箝位在Vc，起着对比较器U6的保护作用。

（4.3）锁解电路的工作过程

锁解电路由比较器U5、二极管D9、D10、D11、D12、发光二极管L1、电阻R16、R17、R18组成。比较器U5的负相输入端接0电位。

（4.3.a）二极管D9的负极接至检测电路的P点。如前所述，当负载线路正常时，P点的信号是高电平的解锁信号，因而二极管D9截止，比较器U5的同相输入端即Q点由电阻R16、R17上拉至高电平，于是U5的输出端截止，T点被电阻R18、发光二极管L1上拉至高电平。此时，二极管D10也是截止的。

（4.3.b）当负载线路存在短路故障或严重超负荷时，在第一时序信号T1期间，P点的信号成为低电平的锁定信号，此时二极管D9导通而使R点为低电平，通过电阻R17使Q点在来自脉冲电路的正向脉冲U过后也为低电平，于是U5的输出端导通，T点电平低至接近Vs；此时，二极管D10导通，使R点箝位在低电平。同时，T点的低电平使二极管D11正向导通，于是合闸驱动电路的输入端V点也被箝位在低电平。

（4.3.c）在上述的状态下，发光二极管L1通过电阻R18限流而发光，从而发出负载线路存在短路故障或严重超负荷的报警提示。

（4.3.d）第一时序信号T1结束后、低电平的锁定信号消除，P点回复至高电平，但由于二极管D9回复截止，R点的低电平将仍然不变。于是，U5的同相输入端Q点、输出端T点、合闸驱动电路的输入端V点都仍然处于低电平。

（4.3.e）即便第二时序信号T2也结束，J点变为高电平，禁闸电路的二极管D13此时反向截止，但由于T点的低电平使二极管D11正向导通，因此V点仍然处于低电平。也就是说，一旦P点出现低电平的锁定信号，锁解电路便进入一个稳定的锁定状态。只要没有另外的因素改变比较器U5的同相输入端即Q点的低电平，这个状态就会一直维持下去，其结果就是合闸驱动电路的输入端V点被锁定在低电平。

（4.3.f）对负载线路的短路或严重超负荷的故障经过检修后，可操作复位按钮进行新的一轮合闸尝试。如前（4.2）脉冲电路的工作过程所述，在复位按钮按下时，也就是在第二时序信号T2产生的瞬间，脉冲电路形成一个正向脉冲U，通过二极管D12施加到比较器U5的同相输入端即Q点，此时，比较器U5的输出端在脉冲U期间截止，T点在此期间变为高电平，于是二极管D10也在脉冲U期间截止。

（4.3.g）如果负载线路经过检修后短路或严重超负荷的故障仍未排除，则在第一时序信号T1期间，P点仍然会得到一个低电平的锁定信号，于是锁解电路将重复上述（4.3.b）至（4.3.e）的过程，再次锁定。

（4.3.h）如果负载线路经过检修后恢复正常，那么P点的信号是高电平的解锁信号；这样，在上述（4.3.f）的过程之后，R点被电阻R16上拉至高电平，同时Q点也通过电阻R17而处于高电平，即使正向脉冲U结束后仍如此。于是，锁解电路便被解锁，回到上述（4.3.a）的状态。

（4.4）合闸驱动电路的工作过程

合闸驱动电路由比较器U7、二极管D15、电阻R22、电容C11、继电器J2组成。由于常用的断路器电动操作机构一般只需要一个短时间的功率脉冲驱动即能完成再扣、合闸等动作，因此本实例仅描述使继电器J2的触点短时接合的合闸驱动过程。具体应用时，其接点的连接及驱动功率的来源，可参照各种断路器电动操作机构的使用说明。

（4.4.a）比较器U7的同相输入端接公共零，反相输入端即W点通过电容C11接往禁闸电路和锁解电路的输出端即V点，同时通过电阻R22被下拉至接近Vs的低电平。平时，比较器U7的输出端是截止的，X点是高电平，继电器J2不动作。

（4.4.b）在第二时序信号T2期间，由于禁闸电路的作用，V点为低电平，此时电容C11两端电压都没有变化，U7的输出端仍然是截止的，继电器J2也不动作。

（4.4.c）当锁解电路被锁定，即便第二时序信号T2结束，V点持续为低电平，因此U7的输出端继续是截止的，继电器J2仍然不动作。

（4.4.d）当负载线路是正常的，也就是锁解电路没有被锁定或者已被解锁，这时T点电平为高，二极管D11截止。在第二时序信号T2结束的瞬间，J点电平跳升为高，禁闸电路的二极管D13立即截止，电阻R21向电容C11充电并拉升V点的电平。由于电容C11和电阻R22、R21组成了一个微分电路，且电阻R21选取的阻值较小而R22选取的阻值远大于R21，于是在W点形成了一个正向微分脉冲并施加于比较器U7的反相输入端，因而比较器U7的输出端导通至Vs，导通的时间取决于电阻R21、R22和电容C11组成的微分电路的时间常数。由于比较器U7输出端的导通，继电器J2得到Vc、Vs激励，相应触点动作而驱动断路器电动操作机构，使断路器合闸。

（4.4.e）在第二时序信号T2开始时，由于禁闸电路的二极管D13的导通，V点电平变负，由于电容C11的放电，W点会产生一个负向跳变电压，这个电压的峰值会低于Vs；二极管D15把这个负向跳变电压箝位在Vs，对比较器U7起着保护的作用。

Claims (4)

1.一种断路器防误合闸控制方法，其步骤是：

（1）由一个工频电压峰值恒定电路产生一个频率与市电电网频率相同、电压峰值不受供电电压波动影响的恒定的测试信号；

（2）由一个复位许可电路判别断路器是处于分断状态还是接通状态，且只有在断路器处于分断状态下才允许复位电路动作；

（3）在复位电路被许可动作的情况下，当手动按通复位按钮时，由一个时序电路同时发出第一时序信号T1和第二时序信号T2，其中，第二时序信号长度t2＞第一时序信号长度t1；

（4）依据第二时序信号T2产生的同时，由一个禁闸电路禁止断路器驱动电路合闸动作；

（5）依据第一时序信号T1产生的同时，由一个检测执行电路使一个取样电路接入负载线路；

（6）取样电路接入负载线路后，由一个检测电路在第一时序信号T1的时间内对取样电路的输出信号进行处理，并向锁解电路输出其结果：当线路正常时，输出解锁信号；而一旦发现线路存在短路故障，则立即输出锁定信号；

（7）依据第二时序信号T2产生的同时，由一个脉冲电路产生一个脉冲信号；

（8）锁解电路依据从检测电路输入的解锁信号，在上述脉冲信号的作用下形成允许合闸的控制信号，或依据从检测电路输入的锁定信号形成不允许合闸的控制信号；

（9）依据第一时序信号T1结束的同时，检测执行电路使取样电路脱离负载线路；

（10）依据第二时序信号T2结束的同时，禁闸电路不再禁止断路器驱动电路动作；

（11）在第二时序信号T2结束后，合闸驱动电路依据锁解电路的允许合闸控制信号，对断路器的电动操作机构进行合闸动作的控制。

2.根据权利要求1的断路器防误合闸控制方法，在步骤（6）中，所述取样电路接入负载线路，系指由四端网络的输出端与负载线路连接，并由此四端网络输入端的特性阻抗与四端网络输出端的反射阻抗形成了一个并联阻抗Z0，该并联阻抗Z0与取样电阻串连，而四端网络的另一个输入端连接于工频电压峰值恒定电路，由并联阻抗Z0与取样电阻的连接点引出输出信号。

3.一种断路器防误合闸控制电路，其特征在于，包括：

一个工频电压峰值恒定电路，产生一个频率与市电电网频率相同、电压峰值不受供电电压波动影响的恒定的测试信号；

一个复位许可电路，依据断路器是处于分断或是接通状态，判别许可或禁止复位电路动作；

所述复位电路，包括一个用于复位操作的按钮；

一个时序电路，在复位操作的同时产生第一时序信号T1和第二时序信号T2，其中，第二时序信号长度t2＞第一时序信号长度t1；

一个检测执行电路，依据第一时序信号T1产生或结束，使取样电路接入或脱离负载线路；

所述取样电路，依据检测执行电路使其接入负载线路期间，产生一个与负载线路阻抗紧密相关的取样信号Ut；

一个检测电路，对取样电路输出的取样信号Ut进行判别处理并向一个锁解电路输出其结果P：当负载线路正常时，输出解锁信号，当一旦发现负载线路存在短路故障，即输出锁定信号；

一个禁闸电路，依据第二时序信号T2期间，禁止合闸驱动电路合闸动作；

一个脉冲电路，依据第二时序信号T2产生的同时，产生一个脉冲信号；

所述锁解电路，依据检测电路输出的解锁信号，在脉冲电路的脉冲信号的作用下，解除原先或许存在的锁定状态并形成允许合闸的控制信号，或依据检测电路输出的锁定信号形成不允许合闸的控制信号并予以锁定； 

所述合闸驱动电路，依据从锁解电路输入的允许合闸的控制信号、以及依据第二时序信号T2的结束，对断路器的电动操作机构进行合闸动作的控制。

4.根据权利要求3的断路器防误合闸控制电路，取样电路包含一个四端网络和一个取样电阻，由四端网络的输出端与负载线路连接，并由此四端网络输入端的特性阻抗与四端网络输出端的反射阻抗形成了一个并联阻抗Z0，该并联阻抗Z0与取样电阻串连，而四端网络的另一个输入端连接于工频电压峰值恒定电路，由并联阻抗Z0与取样电阻的连接点引出输出信号。