新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置及檢測方法與流程

2023-04-25 21:16:06

本發明具體涉及一種新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置及檢測方法。

背景技術：

繼電保護裝置是當電力系統中的電力元件(如發電機、線路等)或電力系統本身發生了故障危及電力系統安全運行時，能夠向運行值班人員及時發出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備。

繼電保護裝置對電力系統的安全可靠穩定運行有著十分重要的作用，繼電保護裝置故障所造成的電網故障所佔的比例較高。繼電保護用開關電源是繼電保護裝置的主要模塊，它是繼電保護正常工作的基礎，繼電保護裝置要求其電源插件的安全性、可靠性很高，防止由於電源插件故障引起的拒動或者誤動。國家電網規定：「配置足夠的保護備品、備件，縮短繼電保護缺陷處理時間，微機保護裝置的開關電源模件宜在運行6年後予以更換」。以上可以看出繼電保護裝置是否發生故障與電源插件性能的好壞有著很大的關聯。

目前，運行超過6年的繼電保護電源插件佔比較大，尚無能夠適應於廠站保護現場的繼電保護電源插件自動檢測裝置。為了避免繼電保護裝置電源插件突然故障對電力系統安全穩定運行造成影響，需要對電源插件的性能進行檢測，進而評估其健康狀況，對電源性能不滿足要求的插件採取相應的措施。

技術實現要素：

本發明的目的之一在於提供一種能夠實現繼電保護電源插件的健康狀態進行自動檢測的新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置。

本發明的目的之二在於提供一種所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置的檢測方法。

本發明提供的這種新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置，包括電源電路，驅動電路、電阻陣列測試電路、採樣電路和控制器；電源電路為所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置及電源插件供電；控制器通過驅動電路連接電阻陣列測試電路和電源電路；驅動電路用於接收控制器的命令，驅動電阻陣列測試電路工作，同時也驅動電源電路給被測繼電保護電源插件供電；電阻陣列測試電路通過驅動電路與控制器連接，用於接收控制器發送的控制命令對所述繼電保護電源插件輸出電源進行測試；採樣電路連接在電阻陣列測試電路和控制器之間，用於採樣電源電路輸出到被測電源插件的電源信號，同時採樣被測電源插件的輸出參數，並將採樣信號傳入控制器；控制器用於根據採樣電路上傳的數據判斷電源插件的健康狀態。

所述的新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置還包括通訊電路和液晶觸控螢幕；控制器通過通訊電路連接液晶觸控螢幕，並將所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置的工作參數通過通訊電路發送給屏進行顯示，同時液晶顯示屏也用於接收外部對所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置發出的控制命令並通過通訊電路傳輸給控制器。

所述的新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置還包括散熱模塊；所述散熱模塊與控制器連接，用於接收控制器的命令並對所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置進行散熱。

所述的新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置還包括報警模塊；所述報警模塊與控制器連接，用於在所述新型繼電保護電源插件的健康狀態自動檢測裝置工作異常時報警。

所述的新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置還包括保護電路；控制器通過保護電路連接報警模塊和散熱模塊；保護電路用於接收控制器發出的控制信號，在所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置工作異常時啟動散熱模塊和報警模塊，同時斷開電源電路對所述被測電源插件提供的電源信號，從而保護所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置。

所述的採樣電路包括溫度採樣電路、電壓互感器、電流互感器及電壓電流信號處理電路；電壓互感器並聯在電阻陣列測試電路的輸入端和電源電路中電源插件供電迴路的輸出端，用於採樣電源插件的輸入電壓信號和輸出電壓信號；電流互感器串聯在電阻陣列測試電路的輸出端，用於採樣電源插件的輸出電流信號；溫度採樣電路用於採集所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置的工作溫度信息並將採樣信號傳入控制器；電壓電流信號處理電路是將電壓互感器和電流互感器採樣的電壓電流信號轉換為控制器的電平範圍後再輸入控制器。

所述電阻陣列測試電路包括依次串接的啟動測試電路、驅動電路、開關管和電阻陣列；控制器通過控制啟動測試電路、驅動電路和開關管控制電阻陣列接入電源插件輸出端的阻值，從而改變電源插件的輸出負載的大小；驅動電路用於驅動開關管的開啟和關斷；啟動測試電路用於在啟動測試前保證驅動電路控制開關管的狀態為斷開狀態。

本發明還提供了一種所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：

S1.檢測裝置上電並自檢；

S2.裝置上電自檢通過後，初始化控制器；

S3.液晶觸控螢幕選擇檢測模式，通過通訊電路將檢測模式反饋給控制器；

S4.控制器根據檢測模式控制測試電路選擇電阻陣列測試電路的接入方式；

S5.控制器控制驅動電路驅動測試電路開關管，改變電源插件輸出負載的大小；

S6.採樣電路實時採集電源插件的輸入電壓和輸出電壓電流信號，並上傳控制器；

S7.控制器對電源插件的電壓電流進行分析，判斷電源插件的健康狀態，並將電壓電流信號和健康狀態結果上傳至液晶觸控螢幕。

本發明提供的這種新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置和檢測方法，通過對電源插件性能有影響的電壓電流信號的採集及處理，從而能夠實現對電源插件性能參數進行檢測，包括對直流電源的自啟動性能、紋波係數及帶負載能力等方面的測試；而且電路結構簡單，體積小巧，方便繼電保護裝置維護人員隨身攜帶；接線簡單，能夠對電源插件性能進行自動檢測，減少繁瑣的操作，提高維護人員在現場的效率。

附圖說明

圖1為本發明的檢測裝置的電路結構框圖。

圖2為本發明的檢測裝置的電源電路示意圖。

圖3為本發明的檢測裝置的採樣電路、電阻陣列測試電路和控制器連接示意圖。

圖4為本發明的檢測裝置的測試電路中的開關管和電阻陣列的電路連接示意圖。

圖5為本發明的檢測裝置的啟動測試電路的電路原理圖。

圖6為本發明的檢測方法的方法流程圖。

具體實施方式

如圖1所示為本發明的檢測裝置的電路結構框圖：本發明提供的這種新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置，包括電源電路，驅動電路、電阻陣列測試電路、採樣電路、控制器、通訊電路、液晶觸控螢幕、散熱模塊、報警模塊和保護電路；電源電路為所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置及電源插件供電；電阻陣列測試電路通過驅動電路與控制器連接，用於接收控制器發送的控制命令對所述繼電保護電源插件輸出電源進行測試；控制器通過驅動電路連接電阻陣列測試電路和電源電路；驅動電路用於接收控制器的命令，驅動電阻陣列測試電路工作，同時也驅動電源電路給被測繼電保護電源插件供電；採樣電路連接在電阻陣列測試電路和控制器之間，用於採樣被測電源插件的輸入與輸出參數，並將採樣信號傳入控制器；控制器用於根據採樣電路上傳的數據判斷電源插件的健康狀態；控制器通過通訊電路連接液晶觸控螢幕，並將所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置的工作參數通過通訊電路發送給屏進行顯示，同時液晶顯示屏也用於接收外部對所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置發出的控制命令並通過通訊電路傳輸給控制器；所述散熱模塊通過保護電路與控制器連接，用於接收控制器的命令並對所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置進行散熱；所述報警模塊通過保護電路與控制器連接，用於在所述新型繼電保護電源插件的健康狀態自動檢測裝置工作異常時報警；保護電路用於接收控制器發出的控制信號，在所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置工作異常時啟動散熱模塊和報警模塊，從而保護所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置。

如圖2所示為本發明的檢測裝置的電源電路示意圖：220V交流電源進入所述檢測裝置後分為兩路，一路通過單相橋式全控整流電路進行整流後通過電容濾波後為繼電保護電源插件供電；另一路則通過開關電源轉換後輸出標準的直流電能，通過電容濾波後為電路晶片及繼電器供電。

如圖3所示為本發明的檢測裝置的採樣電路、電阻陣列測試電路和控制器連接示意圖：電阻陣列測試電路包括依次串接的啟動測試電路、驅動電路、開關管和電阻陣列，採樣電路在圖中僅包括電流互感器和電壓互感器；控制器發出控制驅動信號，通過啟動測試電路後分別再通過驅動電路1～驅動電路4驅動電阻陣列1～電阻陣列4，從而改變電源插件的輸出負載大小。圖中電源插件輸出的電源則包括+5V和+5V地、+15V和+15V地、-15V和-15V地以及+24V及+24V地。繼電器輔助節點可以控制電源插件上述四路輸出電源是否接入負載。在具體實施時，可以根據不同廠家不同類型的電源插件的輸出電壓及功率大小選擇不同的電阻陣列組合、電壓互感器、電流互感器和繼電器的參數；電壓互感器並聯在電阻陣列測試電路的輸出端，用於採樣電源插件的輸出電壓信號；電流互感器串聯在電阻陣列測試電路的輸出端，用於採樣電源插件的輸出電流信號；電壓電流信號處理電路是將電壓互感器和電流互感器採樣的電壓和電流信號轉換為控制器的電平範圍後再輸入控制器。

如圖4所示為本發明的檢測裝置的測試電路中的開關管和電阻陣列的電路連接示意圖：開關管V1～V4分別與相應的電阻串接後，然後再並接在一起，從而組成圖3中的電阻陣列；每一個開關管均通過控制器單獨控制開啟或關斷，從而實現電阻陣列的任意組合，從而達到改變電阻陣列的輸出阻值的目的。

圖中為電阻陣列電路的具體實現形式，由4個不同阻值的電阻及4個MOSFET組成。電阻阻值的大小為R、2R、4R和8R。定義函數Si如下：VTi導通時Si為1，VTi關斷時Si為0(i＝1、2、3、4)。這樣VT1-VT4有16種導通關斷組合，分別為(0000)、(0001)、(0010)、(0011)、(0100)、(0101)、(0110)、(0111)、(0000)、(0001)、(0010)、(0011)、(0100)、(0101)、(0110)和(0111)。這樣可得測試電路輸出電流I為：

上式中，U為測試電路輸出電壓。通過控制MOSFET的通斷可以控制測試電路的輸出電流，進而控制測試電路輸出功率P，從而得到不同負載下的電壓電流參數。

假設電源插件某一路額定輸出電壓為UN，額定功率為PN。當負載變化時，輸出電壓U基本保持不變，等於UN。當VT1-VT4全導通時，測試電路輸出功率P＝15U2/(8R)，假定此時輸出功率等於PN，這樣電阻矩陣中R＝15UN2/(8PN)。然而市場上可能並不存在阻值剛好和R相等電阻，實際使用的電阻可以略小於電阻R。

當電源插件某一路額定輸出功率較大時，當VT1導通時電阻R消耗的功率較大，可以採用多個電阻並聯的形式，通過n個阻值為nR的電阻並聯得到電阻R，這樣在每個電阻消耗的功率將大幅降低。

如圖5所示為本發明的檢測裝置的啟動測試電路的電路原理圖：為了防止電源插件在未開始測試前即帶負載，設計如圖所示的啟動測試電路。當測試開始時，無論控制模塊的IO1-IO4口輸出電平是高電平還是低電平，驅動電路輸入端全為低電平，保證電阻陣列不會接入測試電路。其中，晶片74HC245能夠提高IO口驅動能力，晶片74LS00為非門，晶片74LS08為與門。驅動電路為驅動圖4中開關管的專用驅動電路。

所述的散熱裝置在具體實施時可以採用散熱風扇；報警模塊則可以採用聲光報警器。

如圖6所示為本發明的檢測方法的方法流程圖：本發明提供的所述新型繼電保護電源插件的健康狀態檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：

S1.檢測裝置上電並自檢；

S2.裝置上電自檢通過後，初始化控制器；

S3.液晶觸控螢幕選擇檢測模式，通過通訊電路將檢測模式反饋給控制器；

S4.控制器根據檢測模式控制測試電路選擇測試電路的接入方式；

S5.控制器控制驅動電路驅動測試電路的開關管，改變電源插件輸出負載的大小；

S6.採樣電路實時採集電源插件的輸入電壓和輸出電壓電流信號，並上送控制器；

S7.控制器對電源插件的電壓電流進行分析，判斷電源插件的健康狀態，並將電壓電流信號和健康狀態結果上傳至液晶觸控螢幕。