一種電力電容器保護裝置的製作方法
2023-09-17 22:02:05 5
專利名稱：一種電力電容器保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統保護技術的技術領域，尤其涉及一種電力電容器保護裝置。
背景技術：
近年來，隨著社會經濟的不斷發展，對電能質量也提出了更高的要求，大量的並聯電容器組應用於IOkV和35kV配電系統中，補償系統無功功率，以提高電網電壓和功率因數。而且隨著電網容量的不斷增加，並聯電容器總裝容量及單組容量亦越來越大。電力電容器組正常運行時，電力系統中的各種諧波都可能使電容電流增大，溫度升高；而更為嚴重的是電力電容器作為是一種操作頻繁的電氣設備，需要按電網系統電壓和無功功率的變化進行頻繁投切，由於電容器電壓與電流間相位差的影響，在電容器組投切瞬間可能產生幅值很大的衝擊湧流和很高的過電壓，這些對電容器組安全運行和使用壽命都將造成嚴重影響。現有的電力電容器保護裝置只能對電力電容器組提供簡單的電壓、電流保護，以及諧波保護，並不具備抑制電力電容器的合閘湧流的控制功能，無法從根本上解決電容器投入過程中的湧流問題。
實用新型內容本實用新型提供了一種能夠抑制電力電容器的合閘湧流的電力電容器保護裝置。一種電力電容器保護裝置，包括數據採集模塊、中央處理模塊、開關量輸入電路、 開關量輸出電路、通信模塊和人機接口模塊；所述中央處理模塊連接所述開關量輸入電路、 所述開關量輸出電路、所述數據採集模塊、所述通信模塊和所述人機接口模塊。本發明設計了一種硬體電路簡單、響應速度快、高集成度、可靠性高、擴展性好、廣泛適應於不同實際工程需要、人機界面友好的具有自適應合閘角控制功能的電力電容器保護裝置。有效地解決了一般電力電容器保護裝置的可靠性較低、響應速度慢、電路複雜、抗幹擾性低、擴展性差等一系列問題。
圖1是本實用新型電力電容器保護裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型電力電容器保護裝置的中央處理模塊一種優選實施方式結構示意圖；圖3是本發明電力電容器保護裝置一種優選實施方式的結構示意圖；圖4是本發明電力電容器保護裝置的外圍擴展控制器與中央處理晶片的連接示意圖；圖5是本發明電力電容器保護裝置的開關量輸入電路一種實施方式的電路結構示意圖；[0012]圖6是本發明電力電容器保護裝置的開關量輸出電路一種實施方式的電路結構示意圖；圖7是本發明電力電容器保護裝置的數據採集模塊一種實施方式的結構示意圖；圖8是二階RC有源低通濾波電路的示意圖；圖9是本發明電力電容器保護裝置的通信模塊一種實施方式的結構示意圖；圖10是本發明電力電容器保護裝置的嵌入式乙太網模塊的連接示意圖；圖11是本發明電力電容器保護裝置的CAN通信模塊的連接示意圖；圖12是本發明電力電容器保護裝置的人機界面模塊的連接示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做更具體的描述。請參閱圖1，圖1是本實用新型電力電容器保護裝置的結構示意圖。所述電力電容器保護裝置包括數據採集模塊11、中央處理模塊12、開關量輸入電路13、開關量輸出電路14、通信模塊15和人機接口模塊16 ；所述中央處理模塊12連接所述數據採集模塊11、所述開關量輸入電路13、所述開關量輸出電路14、所述通信模塊15和所述人機接口模塊16。本發明有效地解決了一般電力電容器保護裝置的可靠性較低、響應速度慢、電路複雜、抗幹擾性低、擴展性差等一系列問題；本發明硬體電路簡潔、可靠，PCB布線緊湊、體積小、功耗低、抗幹擾能力強，易於擴展，廣泛適用於不同工程實際。在本實施方式中，所述中央處理模塊12包括中央處理晶片121，以及連接所述中央處理晶片121的地址解碼晶片122、總線緩衝器123、30MHz外部晶振124、電源管理晶片 125、日曆時鐘晶片126、外部數據存儲器127，外部程序存儲器128。如圖2所示。作為本發明的中央處理模塊的一個實施例，所述中央處理晶片121可採用 TMS320F28334 處理晶片；所述地址解碼晶片122可採用SN74LVC138晶片，所述地址解碼晶片SN74LVC138 的 A、B、C 引腳接 TMS320M8334 的 XAlO XA12，、玩2B接 TMS320M8334 的 XA14、 XZCS0AND 引腳；所述總線緩衝器123可採用SN74LVC16245晶片，所述總線緩衝器SN74LVC16245 的 IAl 1A8、2A1 2A8 分別接 TMS320F28334 的 EXD15 EXDO 引腳，IBl 1B8、2B1 2B8 分別接TMS320擬8334的XD15 XDO引腳，邁、^同時接到TMS320擬8334的XZCS0AND1 引腳，1DIR、2DIR同時接到TMS320F28334的； /示引腳；所述30MHz外部晶振1 可採用KDS V30. 000晶片，所述30MHz外部晶振KDS V30. 000 的引腳 OUT 接到 TMS320M8334 的 X1/XCLKIN 引腳；所述電源管理晶片125可採用NKE0503S晶片，所述電源管理晶片NKE0503S的引腳Vin接+5V，+V引腳產生3. 3V電壓；所述日曆時鐘晶片1 可採用XU86A晶片，所述日曆時鐘晶片XU86A的引腳 SCL、SDL 接所述處理晶片 TMS320F28334 的 GPI0B6/T3PWM-T3CMP、GPI0B7/T4PWM-T4CMP ；所述外部數據存儲器127可採用IS61LV51216晶片，所述外部數據存儲器 IS61LV51216 的引腳 AO A18 接 TMS320M8334 的 XAO XA18 引腳，DQO DQ15 接 TMS320F28334 的 XDO XD15， OE、CE、WE CE#、0E#、WE# 分另Ij 接 TMS320F28334 的Χ4ΖΟ 、XRD、IE引腳，RY/BY#、RESETS 分別接 TMS320F28334 的 GPIOA5/C3TRIP、■引腳；所述外部程序存儲器1 可採用AiC9LV800BT晶片，所述外部程序存儲器 AM29LV800BT 的弓I 據口 AO A2、A3 A8、A9、A10、All A15、A16、A17、A18、分另Ij 接至Ij TMS320F28334 的 XA8 XA9、XA7 XA2、XA0 XA18、XAll、XAl、XA12 XA16、ΧΑΟ、XA17、 XA18 引腳，引腳 1/00 1/015 接到 TMS320F28334 的 XD15 XD0。請參閱圖3，圖3是本發明電力電容器保護裝置一種優選實施方式的結構示意圖。作為本發明的一種優選實施方式，所述電力電容器保護裝置進一步包括外圍擴展控制器17，所述中央處理模塊12通過所述外圍擴展控制器17連接所述開關量輸入電路 13和所述開關量輸出電路14。本裝置在採用性能優異的TMS320F28334作為中央處理晶片的同時，還藉助迅猛發展的可編程控制器技術，在硬體設計中採用了 CPLD(CompleX Programmable Logic Device，複雜可編程邏輯器件)作為所述外圍擴展控制器17。高集成度的CPLD晶片可以產生邏輯控制，協調TMS320F28334與開入、開出量採集模塊之間的工作邏輯時序，使電路大大簡化、可靠，減小PCB的面積。所述外圍擴展控制器17可採用Altera公司的MAX II系列EPM570T144CPLD，採用全新的體系結構，該系列CPLD具有最低單位I/O成本和功耗等優點，特別適用於實現高速、 複雜的組合邏輯。合理分配DI、DO模塊，即輸入輸出點在PCB板中的位置，並將所述外圍擴展控制器EPM570放置在DI、D0模塊附近，儘量縮短DI、D0電路平行走線的長度。所述外圍擴展控制器EPM570的引腳72、71、70、68作為地址線AO A3與TMS320擬8334的引腳XAO XA3 相連，引腳48 53、55、57作為數據線DO D7與TMS320F28334的引腳XDO XD7相連； 引腳 61I0/DEV CLI n、45、69 與 TMS320F28334 的引腳I、XDR^ ；WE.相連；引腳 95 98,101 108作為110/220V的DI分別與2級光耦連接；引腳73 78、24 21、18作為 24/48V的DI分別與單級光耦連接；引腳140和139、132和131、134和133、138和137、124 和 123,127 和 125,130 和 129,118 和 117,120 和 119,122 和 121,132 和 131,109 和 110、 111和112、113禾口 114作為DOl D013分別與光耦連接；引腳14禾口 13、16和15、6禾口 5、8 和7、12和11、4和3作為DO' 1 DO' 6分別與光耦連接。如圖4所示。在本實施方式中，所述開關量輸入電路13設置12路高壓輸入和12路低壓輸入， 每一路高壓輸入包括串聯的兩級光電隔離器，每一路低壓輸入包括一級光電隔離器。如圖 5所示。所述開關量輸入電路13配備12路高壓輸入(110V/220V)和12路低壓輸入 (12V/24V)適用於不同電壓等級的開入量。所述高壓(110V/220V)開關量的輸入採取2級光電隔離，實現了將帶有電磁幹擾的外部接線迴路和微機的電路部分的強弱電隔離。並且， 所述每路開關量的輸入迴路中反向串接有穩壓二極體，所述穩壓二極體被反向擊穿後，其兩端電壓維持在一個固定的電壓附近，例如1N4761A穩壓管的穩壓值為75V。從而控制了輸入電阻兩端的電壓，大大減少了其功耗。以往必須用大功率直插式電阻作為輸入電阻，現在可以用小功率貼片電阻代替，既減少了電路板的面積，又增強了系統的EMC(Electrc) Magnetic Compatibility，電磁兼容性)能力。而且，根據應用場合的不同，只需通過更換不同穩壓值的穩壓二極體即可，無需對電路進行修改。所述開關量輸出電路14通過光電隔離器連接所述外圍擴展控制器17。在本實施方式中，所述開關量輸出電路14設置19路開出接口，每一路開出接口通過一個光電隔離器連接所述外圍擴展控制器17。如圖6所示。所述開關量輸出電路14具有19路開出量。所述開關量輸出電路由複雜可編程邏輯器件CPLD (Complex Programmable Logic Device)實現的外圍擴展控制器17控制。即所述外圍擴展控制器17發出信號，經光電隔離驅動繼電器動作。所述外圍擴展控制器17 的出口命令採用兩位I/O 口(ΡΒ0和PBl)來表徵，當兩個I/O 口輸出均為高電平或低電平， 光耦可靠不導通；正常工作時，PBO輸出低電平，PBl輸出高電平，光耦也可靠不導通；只有當有信號開出時，PBO輸出高電平，PBl輸出低電平，光耦才可靠導通。所述外圍擴展控制器17的開出驅動採用了光電隔離器接口，一方面增強了驅動能力，另一方面可以使兩部分的電流相互獨立，這樣可以避免輸出部分電源變化時對 DSP (Digital Signal Processing，字信號處理)電源的影響，從而減少系統所受的幹擾，提高系統的可靠性。進一步地，可在硬體中加入了反饋測試迴路，便於所述中央處理模塊12 檢測出所述開關量輸出電路14的不正常狀態，確保信號的準確輸出。在本實施方式中，所述數據採集模塊11包括有源低通濾波電路111和模數轉換器 112，所述有源低通濾波電路111連接所述模數轉換器112，所述模數轉換器112連接所述中央處理模塊12。如圖7所示。在信號採樣的過程中，模擬信號首先經過所述有源低通濾波電路111的二階RC有源低通濾波。如圖8所示。此電路為電壓控制電壓源電路，其中運放為同相輸入，輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當於一個電壓源。其優點是電路性能穩定、增益容易調節。該濾波器的傳遞函數如下
A(s) = YM =_Avf-(MR1R2C1C2)_
V1(S) S2 +S[R2C2 +R1C2 + R1C1 (1 - A^)]/R1R2C1C2 +VR1R2C1C2 (3-D前置裝置中低通濾波器的帶寬比保護裝置的寬，可根據(3-1)中的傳遞函數選擇符合所要求的截止頻率和濾波效果的高精度、低溫漂的電阻和電容。Rl = 2.7ΚΩ，R2 = 47K Ω，R4 = 0 Ω，R3 = 47K Ω，Cl = 0. IuF, C2 = 0. OluF0所述模數轉換器112可選用Analog公司的16bit逐次逼近(SAR)型高集成度模數轉換器AD7656，並設計了低通有源濾波電路。AD7656器件在一片晶片中集成了一個2. 5V 內部基準電壓源、6路獨立的採樣保持通道、6路獨立的A/D轉換通道和基準緩衝器，僅有 140mff的功耗，還包含一個低噪聲、寬帶採樣保持器(T/H)，能夠處理輸入頻率高達8MHz的信號。作為一種優選實施方式，本發明的所述數據採集模塊11共設置16路A/D轉換通道，因此可採用3片AD7656 ；3片AD7656的引腳DBO DB15均分別與TMS320F283;34的引腳XDO XD15連接；C0NVSTA C0NVSTB短接後均與TMS320F28334的引腳51GPI0F8連接；引腳RESET均與TMS320F28334的引腳54GPI0F11連接；引腳Vl V6分別作為AINl AIN16與分別與光耦連接；引腳雲萬分別與SN74LV138C的引腳FO ~ F2連接；引腳BUSY分別與 TMS320擬8334 的引腳 49GPI0F9、52GPI010、60GPI0F0 連接。作為本發明的一個優選實施方式，所述通信模塊15包括嵌入式乙太網模塊151、 RS-485通信模塊152、CAN通信模塊153和GPS模塊154。所述嵌入式乙太網模塊151、所述RS-485通信模塊152、所述CAN通信模塊153和所述GPS模塊154分別連接至所述中央處理模塊12。如圖9所示。所述嵌入式乙太網模塊151設置有通過電磁耦合變壓器連接外部網絡接口的乙太網控制器。所述嵌入式乙太網模塊151可採用SMSC公司推出的第三代快速乙太網控制晶片LAN91C111。LAN91C111是為嵌入式應用系統設計的非PCI接口控制器，在LAN91C111 晶片上集成了 CSMA/⑶協議的媒體訪問控制層MAC和物理層PHY，符合IEEE802. 3/802. 3u_ 100Base-TX/10Base-T 規範。由於所述LAN91C111支持通用標準時序，在讀寫訪問時序上可與TMS320F28334兼容，因此RD-和TO-引腳可直接受控於TMS302F28332的讀寫控制信號。當LAN91C111接收到數據，會產生中斷請求，送進TMS302F28332引腳，觸發外部中斷，進行中斷響應處理數據。對所述乙太網控制器晶片LAN91C111的操作，主要是通過對其內部寄存器的操作來完成的。復位時LAN91C111的基地址預設為0x300，對應外部A15 A4引腳為 000000110000，LAN91C111的引腳A15 A10、A7 A4接地，A9 A8加上拉電阻接3. 3V 高電平，LAN91C111的引腳Al A3與TMS302F28334的引腳XA7 XA9連接；引腳AEN與 SN74LVC138的引腳朽連接；引腳DO D15與TMS302F28334的引腳XDO XD15連接。如圖10所示。所述RS-485通信模塊152可採用MAX3430作為收發晶片。所述中央處理晶片 TMS320F28334的UART信號經隔離晶片ADUM1402後與所述RS-485通信模塊的MAX;3430晶片連接。本裝置提供兩個RS-485接口和一個同步脈衝IPPS接口。其中，裝置外部的RS-485 接口用於接收全球標準時間(UTC) ；IPPS脈衝保證所述數據採集模塊的採樣脈衝信號在每個整秒被同步1次。這樣可為每個採樣值加上精確的時間標籤，以此實現全網統一，有利於系統穩定性分析和繼保裝置動作特性分析，並提高故障測距的精度。另外，本裝置在必要時可以加裝一塊CPU插件板，專門負責人機界面及一些開關量信息的採集，所述中央處理模塊和所述外圍擴展控制器通過在裝置內部的另一個RS-485 通信口交換信息。其中一個RS-485通信模塊的MAX3430的引腳冠、DE短接與隔離晶片 ADUM1402的引腳Voa相連，R0、DI與ADUM1402的引腳VicU Vob相連；ADUM1402的引腳 Via、Vib、Vod 與中央處理晶片 TMS320F28334 的引腳 97GPI0A0/PWM1、95GPI0G4/SCITXDB、 96GPI0G5/SCIRXDB相連；另一個MAX3430的引腳冠、DE短接與TMS320擬8334的引腳 62GPI0F1/SIPS0MIA 相連，R0、DI 與 TMS320擬8334 的引腳 152GPI0F5/SCIRXDA、151GPI0F4/ SCIT)(DA 相連。所述CAN通信模塊153的CAN通訊接口採用TMS320F28334內嵌有增強型eCAN控制器，經高性能隔離器件ADUM1201，連接到SN65HVD230晶片。所述CAN通信模塊153由所述中央處理晶片TMS320F28334內嵌的增強型eCAN控制器實現控制。所述eCAN控制器完全兼容CAN2. OB協議，具有32個最大容量為8位元組的CAN郵箱，具有可編程的局部接收屏蔽、位傳輸速率、中斷方案和總線喚醒事件；支持數據幀和遠程幀兩種格式，能自動應答遠程請求，可進行自測試；有強大的錯誤診斷功能，當出現錯誤或仲裁失敗時，可自動重發數據。數據傳輸靈活、可靠，數據量大、功能更完善。選用 CAN通信作為另一種通信方式，它與嵌入式乙太網相結合，使本裝置可以更好的應用於不同的現場環境。為了使在CAN總線上的各節點能正常通信，各節點的位傳輸率必須一致，而且通信的接收方必須和傳送方同步，CAN通信的位傳輸率為
權利要求1.一種電力電容器保護裝置，其特徵在於，包括數據採集模塊、中央處理模塊、開關量輸入電路、開關量輸出電路、通信模塊和人機接口模塊；所述中央處理模塊連接所述開關量輸入電路、所述開關量輸出電路、所述數據採集模塊、所述通信模塊和所述人機接口模塊。
2.如權利要求1所述的電力電容器保護裝置，其特徵在於，所述電力電容器保護裝置進一步包括外圍擴展控制器，所述中央處理模塊通過所述外圍擴展控制器連接所述開關量輸入電路和所述開關量輸出電路。
3.如權利要求1所述的電力電容器保護裝置，其特徵在於，所述中央處理模塊包括中央處理晶片，以及連接所述中央處理晶片的地址解碼晶片、總線緩衝器、30MHz外部晶振、電源管理晶片、日曆時鐘晶片、外部數據存儲器和外部程序存儲器。
4.如權利要求1所述的電力電容器保護裝置，其特徵在於，所述開關量輸入電路包括高壓輸入和低壓輸入，每一所述高壓輸入包括串聯的兩級光電隔離器，每一所述低壓輸入包括一級光電隔離器。
5.如權利要求1所述的電力電容器保護裝置，其特徵在於，所述開關量輸出電路通過光電隔離器連接所述外圍擴展控制器。
6.如權利要求1所述的電力電容器保護裝置，其特徵在於，所述數據採集模塊包括有源低通濾波電路和模數轉換器，所述有源低通濾波電路連接所述模數轉換器，所述模數轉換器連接所述中央處理模塊。
7.如權利要求1所述的電力電容器保護裝置，其特徵在於，所述通信模塊包括嵌入式乙太網模塊、RS-485通信模塊、CAN通信模塊和GPS模塊。
8.如權利要求1所述的電力電容器保護裝置，其特徵在於，所述人機界面模塊採用內帶控制驅動器的點陣LCD。
專利摘要本實用新型提供一種硬體電路簡單、響應速度快、高集成度、可靠性高、擴展性好、廣泛適應於不同實際工程需要、人機界面友好，並具有自適應合閘角控制功能的電力電容器保護裝置。所述電力電容器保護裝置包括數據採集模塊、中央處理模塊、開關量輸入電路、開關量輸出電路、通信模塊和人機接口模塊；所述中央處理模塊連接所述開關量輸入電路、所述開關量輸出電路、所述數據採集模塊、所述通信模塊和所述人機接口模塊。有效地解決了一般電力電容器保護裝置的可靠性較低、響應速度慢、電路複雜、抗幹擾性低、擴展性差等一系列問題。
文檔編號H02H7/16GK202333774SQ20112052652
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者任欣元, 何盛全, 區偉潮, 姬黎波, 張乾良, 張依群, 張永良, 徐子利, 李林發 申請人:廣東威恆電力技術開發有限公司, 廣東電網公司佛山供電局