24kV真空斷路器中電流保護控制裝置的製作方法
2024-01-25 06:11:15 1
專利名稱：24kV真空斷路器中電流保護控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於微機繼電保護領域，尤其涉及24kV線路過流、短路三段式電流 保護以及躲過線路湧流的電流保護控制裝置。
背景技術：
隨著社會經濟和科學技術的高速發展，城市負荷密度越來越大，12kV配網 己出現許多不適應性，而24kV配網具有投資低、節約線損、供電能力強等特點， 其社會效益和經濟效益都是非常明顯的。為此，我國目前正投以巨資對24kV電 網進行建設，其中已經對江蘇省地區部分進行了 24kV配網線路的全面建設。配 電系統能否安全、穩定、可靠地運行，不但直接關係到企業用電的通暢，而且涉 及到電力系統能否正常的運行，因此，當配電網絡中某條線路處於非正常運行狀 態時，線路斷路器應該能及時、可靠地將它切除，以防故障的進一步發生和擴大。 另外，當線路中存在變壓器空載合閘時，會在線路上出現一個瞬時性湧流。由於 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 能切斷處於過流、短路狀態的線路，又可以對線路的過流、短路狀態和線路上瞬 時出現的湧流進行區分。
目前，線路斷路器用電流保護控制裝置較少，且現有的裝置對於線路過流、 短路的判斷採取了基於電流的峰值作為整定值的判斷方法，對於躲過線路湧流採 取了線路斷路器突然合閘時加入一定的延時時間來實現。這樣判斷線路的過流、 短路狀態存在一定的缺陷，並且上級線路斷路器在下級線路突然合閘時有可能會 因為湧流而誤跳。
發明內容
為了解決技術中存在的上述問題，本發明提供一種適合於24 kV真空斷路器 中電流保護控制裝置，具體技術方案如下
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、電量信號採集模塊、撥碼開關狀態輸入模塊、繼電器輸出模塊和 脫扣線圈驅動模塊；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採集模塊的輸入端，信號採集模塊的輸出端經 A/D轉換後連接單片機的採集信號輸入端；撥碼開關狀態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動模塊的控制端，脫扣線圈驅動模塊的電源端連接到 A、 C互感器的輸出端；脫扣線圈驅動模塊的輸出端連接外部脫扣線圈。
所述電量信號採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可調電阻、 組容濾波電路調理後再經A/D轉換傳入單片機的採集信號輸入端。所述A、 C相 電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣後並聯接到一起連接微型電流 互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連經電源模塊的輸入端。所述撥 碼開關狀態輸入模塊是10路撥碼開關。
所述脫扣線圈驅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，為儲能電容充電；儲能電容和整流橋並聯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總線接口實時時鐘晶片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。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下
採用高性能單片機，可以直接應用於只裝設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，躲過湧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備。
在電量信號檢測方面，它包含電磁幹擾抑制電路，具有很高的可靠性；並且 免整定，對電流互感器二次側電流識別範圍在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，它的脫扣線圈驅動電路採用的是充電電容 和線路電流同時提供電流的方式；由於有了充電電容，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、短路與湧流的識別方面，其採用通過計算電流有效值啟動故障 判別程序，基於差動電流波形特徵的勵磁湧流識別新方法來識別線路過流、短路 狀態和湧流。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的 湧流；在穩定運行後如果計算出電流有效值超過整定值，利用差動電流波形特徵 的勵磁湧流識別新方法來識別線路過流、短路或是湧流，以避開下級線路出現的 湧流，並對本級線路實施保護。
由於使用了時鐘模塊，該時鐘晶片可獨立於CPU工作，計時準確，月累計誤 差一般小於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，採用了光藕器件隔離，穩定性大大提高，繼電器的開斷是 通過光藕器件的開斷所決定的。
圖l為本發明裝置電路原理圖2為本發明裝置正視圖3為本發明裝置電源電路原理圖4為本發明裝置復位電路原理圖5為本發明裝置中A、 C兩相電流採集測量原理圖6為本發明裝置中開關量輸入撥碼開關狀態輸入、單片機模塊原理圖； 圖7為本發明裝置繼電器輸出模塊、LED顯示原理圖； 圖8為本發明裝置中脫扣線圈驅動電路原理圖； 圖9時鐘電路原理圖2中A是10路撥碼開關、B是A相可調電阻、C是C相可調電阻、D是LED燈、1 5是外部連線具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步說明。
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、電量信號採集模塊、撥碼開關狀態輸入模塊、繼電器輸出模塊和 脫扣線圈驅動模塊；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採集模塊的輸入端，信號採集模塊的輸出端經 A/D轉換後連接單片機的採集信號輸入端；撥碼開關狀態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動模塊的控制端，脫扣線圈驅動模塊的電源端連接到 A、 C互感器的輸出端；脫扣線圈驅動模塊的輸出端連接外部脫扣線圈。
所述電量信號採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可調電阻、 組容濾波電路調理後再經A/D轉換傳入單片機的採集信號輸入端。所述A、 C相 電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣後並聯接到一起連接微型電流 互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連經電源模塊的輸入端。所述撥 碼開關狀態輸入模塊是10路撥碼開關。
所述脫扣線圈驅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，為儲能電容充電；儲能電容和整流橋並聯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總線接口實時時鐘晶片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、穩壓電路、瞬態 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後並聯接到一起，經過控制器內部另一微型電流互感器、 全波整流電路、穩壓電路，使得交流電壓變為波動不大的12V直流電壓，即可為 繼電器供電。集成穩壓晶片7805內部含有啟動電路、串聯穩壓電路、保護電路， 把+12V直流電壓變為穩定的+5V電壓，為運放等器件供電，穩壓二極體Zl將電 路的過電壓限制在一定水平，保護繼電器線圈和後級7805等器件；電容C2可以 抑制因負載變化而產生的噪聲，起著一個低頻騷擾濾波器的作用。再把+5V直流 電壓變為穩定的+3.3V電壓，為控制器內部單片機供電，輸出接10uF電容來保 證輸出的穩定性，如圖4所示，這裡採用的電壓檢測晶片是飛利浦公司的 MAX708RD。 MAX708RD是一款用於+3. 3V電源系統的電壓監測晶片，復位門檻電壓 為+2.63V，具有雙路電源監控、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，晶片C8051F206可靠復位。
顯示模塊是由LED顯示燈組成，作為整定值設定的標誌，即在用戶在控制器 輸入端施加5A電流時，調節可調電阻，當LED顯示器由不亮變為均勻閃爍時， 整定值設定完畢。LED顯示燈並接在繼電器線圈兩端。
如圖5， 6所示，電量信號採集模塊分為A、 C兩相採集，每一相由一隻電
流互感器、 一路可調電阻、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，撥碼開關狀態輸入模塊採用IO路撥碼開關，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、驅動三極體和保護 電路組成，單片機輸出引腳P1.7與三極體的控制極連接，繼電器兩端反相併聯 快速二極體IN4148。
如圖8所示，脫扣線圈驅動模塊由升壓電路、儲能電容、整流橋組成，作為 輸出埠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。
裝置採用單片機C8051F206作為控制晶片，利用片內A/D轉換器採集A、 C 兩相電流，由單片機進行處理。
裝置的內部結構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。虛線框內為裝置的內部結構，連接方式為 導線連接。
裝置的正視圖如圖2所示。通過對可調電阻B、 C的調節，可以將整定值調 整為5A。調節方法如下將裝置與A相電流互感器連接好，並將互感器輸出電 流調整為5A，然後逆著圖中箭頭方向調節可調電阻B。當LED燈D由不亮變為 均勻閃爍，A相整定值即已調整為5A。 C相整定值調整方法同A相的調整方法。
在結構上，裝置採用插件式結構，獨立封閉單元機箱，密封性好，抗幹擾、 堅固可靠，抗振動能力強。
權利要求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、電量信號採集模塊和脫扣線圈驅動模塊；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採集模塊的輸入端；信號採集模塊的輸出端經A/D轉換後連接單片機的採集信號輸入端；脫扣線圈驅動模塊的電源端連接到A、C相電流互感器的輸出端；脫扣線圈驅動模塊的輸出端連接外部脫扣線圈，其特徵是還包括撥碼開關狀態輸入模塊、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動模塊的控制端。
2、 根據權利要求1所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特徵是所述 電量信號採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的輸出信號分別經可調電阻、 組容濾波電路調理後再經A/D轉換傳入單片機的採集信號輸入端。
3、 根據權利要求2所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特徵是所述 A、 C相電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣後並聯接到一起連接 微型電流互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連接經電源模塊的輸入 端。
4、 根據權利要求3所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特徵是所述 脫扣線圈驅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， 為儲能電容充電；儲能電容和整流橋並聯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、 根據權利要求1或4所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特徵是 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、 根據權利要求1所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特徵是所述 撥碼狀態開關輸入模塊是10路撥碼開關。
7、 根據權利要求1所述的24kV真空斷路器中電流保護控制裝置，其特徵是所述 時鐘模塊是由I2C總線接口實時時鐘晶片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、電量信號採集模塊、撥碼開關狀態輸入模塊、繼電器輸出模塊和脫扣線圈驅動模塊。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採集模塊的輸入端，信號採集模塊的輸出端經A/D轉換後連接單片機的採集信號輸入端；撥碼開關狀態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動模塊的控制端，脫扣線圈驅動模塊的電源端連接到A、C互感器的輸出端；脫扣線圈驅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。
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 優先權日2008年4月24日
發明者莘 林, 博 王, 閆鴻魁 申請人:南京因泰萊配電自動化設備有限公司