專利名稱：24kV真空斷路器中電流保護控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機繼電保護領(lǐng)域，尤其涉及24kV線路過流、短路三段式電流 保護以及躲過線路涌流的電流保護控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的高速發(fā)展，城市負荷密度越來越大，12kV配網(wǎng) 己出現(xiàn)許多不適應(yīng)性，而24kV配網(wǎng)具有投資低、節(jié)約線損、供電能力強等特點， 其社會效益和經(jīng)濟效益都是非常明顯的。為此，我國目前正投以巨資對24kV電 網(wǎng)進行建設(shè)，其中已經(jīng)對江蘇省地區(qū)部分進行了 24kV配網(wǎng)線路的全面建設(shè)。配 電系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定、可靠地運行，不但直接關(guān)系到企業(yè)用電的通暢，而且涉 及到電力系統(tǒng)能否正常的運行，因此，當配電網(wǎng)絡(luò)中某條線路處于非正常運行狀 態(tài)時，線路斷路器應(yīng)該能及時、可靠地將它切除，以防故障的進一步發(fā)生和擴大。 另外，當線路中存在變壓器空載合閘時，會在線路上出現(xiàn)一個瞬時性涌流。由于 其不是故障性的，線路斷路器不需動作，但是其幅值很大，會造成線路一次合閘 不成功或上級線路斷路器誤跳的情況。因此，在實際運行中，需要線路斷路器既 能切斷處于過流、短路狀態(tài)的線路，又可以對線路的過流、短路狀態(tài)和線路上瞬 時出現(xiàn)的涌流進行區(qū)分。
目前，線路斷路器用電流保護控制裝置較少，且現(xiàn)有的裝置對于線路過流、 短路的判斷采取了基于電流的峰值作為整定值的判斷方法，對于躲過線路涌流采 取了線路斷路器突然合閘時加入一定的延時時間來實現(xiàn)。這樣判斷線路的過流、 短路狀態(tài)存在一定的缺陷，并且上級線路斷路器在下級線路突然合閘時有可能會 因為涌流而誤跳。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種適合于24 kV真空斷路器 中電流保護控制裝置，具體技術(shù)方案如下
一種24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，包括電源模塊、單片機、A、 C 相電流互感器、電量信號采集模塊、撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、繼電器輸出模塊和 脫扣線圈驅(qū)動模塊；所述電源模塊的輸出連接單片機的電源輸入端；A、 C相電 流互感器的輸出分別連接電量信號采集模塊的輸入端，信號采集模塊的輸出端經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后連接單片機的采集信號輸入端；撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊的輸出端連接 單片機的輸入端；單片機的輸出端連接繼電器輸出模塊的輸入端，繼電器輸出模 塊的輸出端連接脫扣線圈驅(qū)動模塊的控制端，脫扣線圈驅(qū)動模塊的電源端連接到 A、 C互感器的輸出端；脫扣線圈驅(qū)動模塊的輸出端連接外部脫扣線圈。
所述電量信號采集模塊包括兩個電流互感器CT1、 CT2，它們的輸入端分別 連接A、 C相電流互感器的輸出端，兩個電流互感器的輸出信號分別經(jīng)可調(diào)電阻、 組容濾波電路調(diào)理后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳入單片機的采集信號輸入端。所述A、 C相 電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣后并聯(lián)接到一起連接微型電流 互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連經(jīng)電源模塊的輸入端。所述撥 碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊是10路撥碼開關(guān)。
所述脫扣線圈驅(qū)動模塊包括升壓電路、儲能電容和整流橋，升壓電路與儲能
電容串聯(lián)，為儲能電容充電；儲能電容和整流橋并聯(lián)接在一起連接控制裝置外部 的脫扣線圈，控制脫扣線圈脫扣。
所述單片機是美國Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列單片機 C8051F206，它的管腳9、 IO連接相應(yīng)的晶振電路，頻率是16MHz;單片機的復 位輸入端還連接復位電路，單片機的輸出端還連接LED組成的顯示模塊。
所述時鐘模塊是由I2C總線接口實時時鐘芯片DS1307和+ 3V的紐扣電池組 成，選用32. 768kHz晶振。具體接線方式按照DS1307使用說明書要求接線。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下
采用高性能單片機，可以直接應(yīng)用于只裝設(shè)A、 C兩相電流互感器的24kV 線路斷路器，作為切斷過流、短路線路，躲過涌流的電流保護控制裝置。它的電 源直接取自線路電流互感器，不需要額外的電壓互感器等設(shè)備。
在電量信號檢測方面，它包含電磁干擾抑制電路，具有很高的可靠性；并且 免整定，對電流互感器二次側(cè)電流識別范圍在3A—50A之間。
在保護時間配合方面，其過流延時時間有16檔可選、速斷電流倍數(shù)4檔可 選、速斷延時時間4檔可選、合閘延時時間4檔可選，可以充分滿足實際運行的 需要。
在對線路斷路器的分閘控制方面，它的脫扣線圈驅(qū)動電路采用的是充電電容 和線路電流同時提供電流的方式；由于有了充電電容，線路上電流互感器的功率 要求不大，5VA即可，這樣電流互感器的尺寸可以做的較小一些，精度也會提高， 使其更容易安裝和使用。
在線路過流、短路與涌流的識別方面，其采用通過計算電流有效值啟動故障 判別程序，基于差動電流波形特征的勵磁涌流識別新方法來識別線路過流、短路 狀態(tài)和涌流。即在裝置突然上電時加入延時，避開本級線路突然合閘時出現(xiàn)的 涌流；在穩(wěn)定運行后如果計算出電流有效值超過整定值，利用差動電流波形特征 的勵磁涌流識別新方法來識別線路過流、短路或是涌流，以避開下級線路出現(xiàn)的 涌流，并對本級線路實施保護。
由于使用了時鐘模塊，該時鐘芯片可獨立于CPU工作，計時準確，月累計誤 差一般小于10s。對故障的報警和記錄都需要對時間的精確記錄，以方便故障查 詢。
繼電器輸出模塊，采用了光藕器件隔離，穩(wěn)定性大大提高，繼電器的開斷是 通過光藕器件的開斷所決定的。


圖l為本發(fā)明裝置電路原理圖2為本發(fā)明裝置正視圖3為本發(fā)明裝置電源電路原理圖4為本發(fā)明裝置復位電路原理圖5為本發(fā)明裝置中A、 C兩相電流采集測量原理圖6為本發(fā)明裝置中開關(guān)量輸入撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入、單片機模塊原理圖； 圖7為本發(fā)明裝置繼電器輸出模塊、LED顯示原理圖； 圖8為本發(fā)明裝置中脫扣線圈驅(qū)動電路原理圖； 圖9時鐘電路原理圖2中A是10路撥碼開關(guān)、B是A相可調(diào)電阻、C是C相可調(diào)電阻、D是LED燈、1 5是外部連線具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
一種24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，包括電源模塊、單片機、A、 C 相電流互感器、電量信號采集模塊、撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、繼電器輸出模塊和 脫扣線圈驅(qū)動模塊；所述電源模塊的輸出連接單片機的電源輸入端；A、 C相電 流互感器的輸出分別連接電量信號采集模塊的輸入端，信號采集模塊的輸出端經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后連接單片機的采集信號輸入端；撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊的輸出端連接 單片機的輸入端；單片機的輸出端連接繼電器輸出模塊的輸入端，繼電器輸出模 塊的輸出端連接脫扣線圈驅(qū)動模塊的控制端，脫扣線圈驅(qū)動模塊的電源端連接到 A、 C互感器的輸出端；脫扣線圈驅(qū)動模塊的輸出端連接外部脫扣線圈。
所述電量信號采集模塊包括兩個電流互感器CT1、 CT2,它們的輸入端分別 連接A、 C相電流互感器的輸出端，兩個電流互感器的輸出信號分別經(jīng)可調(diào)電阻、 組容濾波電路調(diào)理后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳入單片機的采集信號輸入端。所述A、 C相 電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣后并聯(lián)接到一起連接微型電流 互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連經(jīng)電源模塊的輸入端。所述撥 碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊是10路撥碼開關(guān)。
所述脫扣線圈驅(qū)動模塊包括升壓電路、儲能電容和整流橋，升壓電路與儲能 電容串聯(lián)，為儲能電容充電；儲能電容和整流橋并聯(lián)接在一起連接控制裝置外部 的脫扣線圈，控制脫扣線圈脫扣。
所述單片機是美國Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列單片機 C8051F206，它的管腳9、 10連接相應(yīng)的晶振電路，頻率是16MHz;單片機的復 位輸入端還連接復位電路，單片機的輸出端還連接LED組成的顯示模塊。
所述時鐘模塊是由I2C總線接口實時時鐘芯片DS1307和+ 3V的紐扣電池組 成，選用32. 768kHz晶振。具體接線方式按照DS1307使用說明書要求接線。
如圖3、 4所示，電源模塊由電流互感器、全波整流電路、穩(wěn)壓電路、瞬態(tài) 過壓抑制電路、共模和差模抑制電路組成。線路A、 C兩相電流互感器輸出電流 在微型電流互感器取樣后并聯(lián)接到一起，經(jīng)過控制器內(nèi)部另一微型電流互感器、 全波整流電路、穩(wěn)壓電路，使得交流電壓變?yōu)椴▌硬淮蟮?2V直流電壓，即可為 繼電器供電。集成穩(wěn)壓芯片7805內(nèi)部含有啟動電路、串聯(lián)穩(wěn)壓電路、保護電路， 把+12V直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的+5V電壓，為運放等器件供電，穩(wěn)壓二極管Zl將電 路的過電壓限制在一定水平，保護繼電器線圈和后級7805等器件；電容C2可以 抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲，起著一個低頻騷擾濾波器的作用。再把+5V直流 電壓變?yōu)榉€(wěn)定的+3.3V電壓，為控制器內(nèi)部單片機供電，輸出接10uF電容來保 證輸出的穩(wěn)定性，如圖4所示，這里采用的電壓檢測芯片是飛利浦公司的 MAX708RD。 MAX708RD是一款用于+3. 3V電源系統(tǒng)的電壓監(jiān)測芯片，復位門檻電壓 為+2.63V，具有雙路電源監(jiān)控、電源失效告警和復位功能和手動復位功能。當復 位按鈕SW1閉合、系統(tǒng)剛上電或MAX708RD的電源電壓降到+2.63V—下時，低有 效復位輸出引腳變低，芯片C8051F206可靠復位。
顯示模塊是由LED顯示燈組成，作為整定值設(shè)定的標志，即在用戶在控制器 輸入端施加5A電流時，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，當LED顯示器由不亮變?yōu)榫鶆蜷W爍時， 整定值設(shè)定完畢。LED顯示燈并接在繼電器線圈兩端。
如圖5， 6所示，電量信號采集模塊分為A、 C兩相采集，每一相由一只電
流互感器、 一路可調(diào)電阻、阻容濾波電路，運放組成，分別接入單片機的P0.2、 P0.3引腳。
如圖6所示，撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊采用IO路撥碼開關(guān)，分別連接單片機 的P2.0、 P2.1、 P2.2、 P2.3、 P2.4、 P2.5、 Pl.O、 Pl.l、 P1.2、 P1.3弓l腳。
如圖7所示，繼電器輸出模塊由繼電器、光耦TLP521、驅(qū)動三極管和保護 電路組成，單片機輸出引腳P1.7與三極管的控制極連接，繼電器兩端反相并聯(lián) 快速二極管IN4148。
如圖8所示，脫扣線圈驅(qū)動模塊由升壓電路、儲能電容、整流橋組成，作為 輸出端口連接控制裝置外部的脫扣線圈。
時鐘模塊的接線如圖9所示。
裝置采用單片機C8051F206作為控制芯片，利用片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器采集A、 C 兩相電流，由單片機進行處理。
裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部連接方式如圖l所示。裝置有5根外部引出線，其中 3根連接A、 C相電流互感器，電流互感器的公共端連接機殼，接入大地；另外 2根連接脫扣線圈，控制斷路器分閘。虛線框內(nèi)為裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，連接方式為 導線連接。
裝置的正視圖如圖2所示。通過對可調(diào)電阻B、 C的調(diào)節(jié)，可以將整定值調(diào) 整為5A。調(diào)節(jié)方法如下將裝置與A相電流互感器連接好，并將互感器輸出電 流調(diào)整為5A，然后逆著圖中箭頭方向調(diào)節(jié)可調(diào)電阻B。當LED燈D由不亮變?yōu)?均勻閃爍，A相整定值即已調(diào)整為5A。 C相整定值調(diào)整方法同A相的調(diào)整方法。
在結(jié)構(gòu)上，裝置采用插件式結(jié)構(gòu)，獨立封閉單元機箱，密封性好，抗干擾、 堅固可靠，抗振動能力強。
權(quán)利要求1、一種24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，包括電源模塊、單片機、A、C相電流互感器、電量信號采集模塊和脫扣線圈驅(qū)動模塊；所述電源模塊的輸出連接單片機的電源輸入端；A、C相電流互感器的輸出分別連接電量信號采集模塊的輸入端；信號采集模塊的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后連接單片機的采集信號輸入端；脫扣線圈驅(qū)動模塊的電源端連接到A、C相電流互感器的輸出端；脫扣線圈驅(qū)動模塊的輸出端連接外部脫扣線圈，其特征是還包括撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、繼電器輸出模塊和時鐘模塊；時鐘模塊的輸出端連接單片機的時鐘信號端；撥碼開關(guān)輸入模塊的輸出端連接單片機的輸入端；單片機的輸出端連接繼電器輸出模塊的輸入端，繼電器輸出模塊的輸出端連接脫扣線圈驅(qū)動模塊的控制端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特征是所述 電量信號采集模塊包括兩個電流互感器CT1、 CT2，它們的輸入端分別連接A、 C 相電流互感器的輸出端，兩個電流互感器CT1、 CT2的輸出信號分別經(jīng)可調(diào)電阻、 組容濾波電路調(diào)理后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳入單片機的采集信號輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特征是所述 A、 C相電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣后并聯(lián)接到一起連接 微型電流互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連接經(jīng)電源模塊的輸入 端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特征是所述 脫扣線圈驅(qū)動模塊包括升壓電路、儲能電容和整流橋，升壓電路與儲能電容串聯(lián)， 為儲能電容充電；儲能電容和整流橋并聯(lián)接在一起連接控制裝置外部的脫扣線 圈，控制脫扣線圈脫扣。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特征是 所述單片機是美國Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列單片機 C8051F206，它的管腳9、 IO連接相應(yīng)的晶振電路，頻率是16MHz;單片機的復 位輸入端還連接復位電路，單片機的輸出端還連接LED組成的顯示模塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特征是所述 撥碼狀態(tài)開關(guān)輸入模塊是10路撥碼開關(guān)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特征是所述 時鐘模塊是由I2C總線接口實時時鐘芯片DS1307和+ 3V的紐扣電池組成，選用 32. 768kHz晶振。
專利摘要一種24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，包括電源模塊、單片機、A、C相電流互感器、電量信號采集模塊、撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、繼電器輸出模塊和脫扣線圈驅(qū)動模塊。所述電源模塊的輸出連接單片機的電源輸入端；A、C相電流互感器的輸出分別連接電量信號采集模塊的輸入端，信號采集模塊的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后連接單片機的采集信號輸入端；撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊的輸出端連接單片機的輸入端；單片機的輸出端連接繼電器輸出模塊的輸入端，繼電器輸出模塊的輸出端連接脫扣線圈驅(qū)動模塊的控制端，脫扣線圈驅(qū)動模塊的電源端連接到A、C互感器的輸出端；脫扣線圈驅(qū)動模塊的輸出端連接外部脫扣線圈。本裝置控制精確，容易實現(xiàn)。
文檔編號H02H7/00GK201191761SQ200820034428
公開日2009年2月4日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者莘 林, 博 王, 閆鴻魁 申請人:南京因泰萊配電自動化設(shè)備有限公司