智能開關綜合保護裝置的製作方法
2023-05-27 12:05:41 2
專利名稱：智能開關綜合保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智能高低壓開關綜合保護裝置，尤其涉及一種在礦井中使用的智能高低壓開關綜合保護裝置。
背景技術：
現有的大多數礦井高低壓開關都採用模擬電子電路進行控制，由於模擬電子電路本身存在的缺點，不能對監控器進行自我檢測，功能少，精度低，一致性差和無通訊功能。少數較高實時控制速度的高壓饋電開關數碼綜合保護監控器方案，雖然採用數位技術進行控制，但其存在如下缺點1、採用RS485通訊方式，通訊速率低，輪巡周期長，可靠性差；2、採用數字邏輯電路對零序電壓和零序電流進行相位比較，存在保護死區；3、外部採集的交流信號都被換成直流信號，然後將直流信號傳送到多路電子開關選擇輸入單路A/D轉換電路採樣成數位訊號，再由單片機根據轉換得到的數位訊號進行判斷，這樣在電網出現瞬間嚴重短路故障時開關反應時間不夠迅速，應付不了重大災害事故；4、採用多個模擬開關晶片配合單路輸入A/D轉換晶片實現多路模擬信號的切換輸入，連線複雜，一致性不好；5、程序升級需要打開裝置外殼並更換晶片。
發明內容
本實用新型是為避免上述現有技術所存在的問題，提供一種通信可靠、保護快速準確、程序升級方便的智能開關綜合保護裝置。
本實用新型解決技術問題所採用的技術方案是本實用新型的結構特點是採用以微控制器P89C51RD2為核心的控制電路，電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓經相應互感器輸出到信號處理電路，所述信號處理電路採用運算放大器LM324兩路輸出，一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓經處理後的模擬信號，以所述模擬信號送入多路A/D轉換電路TLC1543，經A/D轉換後的數位訊號送入微控制器；另一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓中經處理後的方波信號，所述方波信號送入CPLD晶片，CPLD晶片中經相位分析後的輸出信號送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定參數和故障記錄的存儲器晶片AT24C512，並且，微控制器通過CAN總線接口與外部設備進行通信。
本實用新型的結構特點也在於設置多個按鍵與所述CPLD晶片相連接，在所述CPLD晶片中的一路輸出端直接連接繼電器電路。
設置CAN總線控制晶片SJA1000，所述CAN總線控制晶片SJA1000通過光電耦合晶片6N137連接到CAN總線驅動晶片PCA82C250。
設置瞬間嚴重短路故障速斷保護電路，由比較器LM339及其外圍電路構成，在所述信號處理電路中放大後的三相電流採樣信號有一路直接輸入比較器LM339，以所述比較器的輸出端信號通過三極體驅動繼電器，以所述繼電器驅動外部拉閘執行機構。
本實用新型是以微控制器內置的監控程序對信號進行分析，實時數據在顯示屏中顯示，當線路發生過載、過流、斷相、和漏電故障時，微控制器驅動繼電器進行保護操作並將故障信息保存至存儲器。
與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現在1、本實用新型中外部採集的零序電壓和零序電流信號不僅被傳輸到A/D轉換器進行有效值採樣，而且兩者被放大並整形後送入CPLD進行實時相位分析，分析結果並不直接驅動保護電路，而是由微控制器讀取後和預整定的漏電參數進行比較，最終判斷是否在本分支線路發生漏電故障，因此能夠適應所有補償條件，不存在保護死區，其保護功能快速而準確；2、本實用新型與外部通訊採用CAN現場控制總線方式，CAN總線是具有最大傳輸速率1兆位/秒的多主機結構總線，CAN不像傳統的網絡那樣只能點到點地傳送報文。CAN總線上的節點將數據在網絡中廣播，任何對報文有興趣的節點都能夠接收這個數據，而且知道這個信息是從哪裡發出。CAN協議提供了五種錯誤檢測和修正的方法，如果報文被破壞它能夠檢測出來而且網絡中的所有節點會忽略這個報文，該報文會一直被傳送到被準確接收為止，因此CAN總線在電噪聲很大的環境中仍能夠準確地傳輸數據。和傳統的RS485通訊方式相比，CAN總線方式能獲得更高的通訊速率和可靠性；3、本實用新型採用CAN總線方式，CAN總線協議的標識符能夠用於多主機的總線仲裁，在對饋電開關綜合保護裝置進行標識符設置時，根據饋電開關所處的層次賦予不同優先權的標識符，賦予總饋電開關保護裝置節點最低優先權標識符，而賦予下轄的分支饋電開關保護裝置較高優先權標識符。假設總饋電開關節點檢測到本負載支路發生漏電故障時，它向CAN總線發送漏電信息報文，此時若其下轄支路分饋電開關節點也檢測到漏電故障並同樣發送漏電信息報文。由於CAN總線協議本身保證較高優先權標識符的報文的優先權較高的特點，分饋電開關節點會贏得總線仲裁併拉閘保護，總饋電開關因為失去總線仲裁不動作，反之，若分饋電開關未檢測到而總饋電開關檢測到漏電故障，則總饋電開關贏得總線仲裁併拉閘保護。這樣利用CAN總線協議特點實現了選擇性漏電保護；
4、本實用新型的具體實施中，對於電網發生瞬間嚴重短路故障，採用衝擊電流直接驅動保護繼電器執行切斷負荷，而不必通過A/D轉換並送入單片機處理，大大縮短保護響應時間；5、本實用新型中直流有效值信號到數位訊號的轉換採用多路輸入A/D轉換電路，避免了單路A/D轉換電路配合多個模擬開關晶片實現的連線複雜且一致性不好的缺點；6、本實用新型保護裝置通過採用具備ISP(在線系統編程)技術的單片機，固件程序可以通過串行通訊接口寫入單片機而無需打開裝置外殼並拆下晶片，使得保護裝置的程序升級更加方便快捷。
圖1為本實用新型整體電路框圖。
圖2為本實用新型一種優選實施中的CAN總線接口電路圖。
圖3是本實用新型一種優選實施中的CPLD相位分析電路圖。
圖4是本實用新型一種優選實施中的瞬間嚴重短路故障速斷保護電路圖。
圖5是本實用新型一種優選實施中的多路輸入A/D轉換電路圖。
圖6和圖7是本實用新型一種優選實施中的ISP電路圖。
以下通過具體實施方式
對本實用新型作進一步描述具體實施方式
參見圖1，本實施例採用以微控制器P89C51RD2為核心的控制電路，電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓經相應互感器輸出到信號處理電路，所述信號處理電路採用運算放大器LM324兩路輸出，一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓經處理後的模擬信號，以所述模擬信號送入多路A/D轉換電路TLC1543，經A/D轉換後的數位訊號送入微控制器；另一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓中經處理後的方波信號，所述方波信號送入CPLD晶片，CPLD晶片中經相位分析後的輸出信號送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定參數和故障記錄的存儲器晶片AT24C512，並且，微控制器通過CAN總線接口與外部設備進行通信。
具體實施中，信號處理電路使用運算放大器晶片LM324對各採樣信號進行放大和整流，以其輸出的直流有效值信號送入多路A/D轉換晶片TLC1543進行數據轉換，信號處理電路還使用LM339晶片對零序電流和零序電流進行整形，以其輸出的方波信號送入CPLD晶片EPM7128進行相位分析。
微控制器晶片內置監控程序對信號進行分析，實時數據送到顯示屏顯示，當線路發生過載、過流、斷相、和漏電故障時，微控制器驅動繼電器進行保護操作並將故障信息保存至存儲器。
具體實施中，設置多個按鍵與CPLD相連接，在所述晶片CPLD的一路輸出端，直接連接繼電器電路；參見圖2，CAN總線控制晶片SJA1000連接到微控制器P89C51RD2的輸入/輸出埠，CAN總線控制晶片SJA1000通過光電耦合晶片6N137連接到CAN總線驅動晶片PCA82C250；微控制器發送的數據通過CAN總線接口與外部遠程上位機進行通信。能夠執行上位機的指令並利用CAN總線協議特點結合微控制器軟體設計實現了選擇性漏電保護。
參見圖3，CPLD相位分析電路由EPMP7128晶片構成。經過整形後的零序電壓和零序電流方波送入CPLD，通過在CPLD內部檢測運算得出相位差，結果可供微控制器直接讀取並判斷在本裝置的負載側是否發生漏電故障，進而決定是否進行拉閘保護。
參見圖4，設置瞬間嚴重短路故障速斷保護電路，由比較器LM339(U4000)及其外圍電路構成，在所述信號處理電路中放大後的三相電流採樣信號除了輸入A/D轉換電路進行採樣之外，另有一路直接輸入比較器LM339，以比較器的輸出端信號通過三極體驅動繼電器，以所述繼電器驅動外部拉閘執行機構。
當任意一相發生瞬間嚴重短路故障時，短路信號進入比較器與+5V進行電壓比較，比較器輸出的低電平使Q4000導通，約+5V的電壓使Q4001導通，保護繼電器RE4000吸合驅動外部執行機構拉閘保護，使瞬間嚴重短路故障不經過A/D轉換電路送入微控制器判斷而直接速斷保護。
參見圖5，多路輸入A/D轉換電路由TLC1543及其外部電路構成。多路有效值信號被轉換為數位訊號送入微控制器P89C51RD2。
參見圖6和圖7，本實施例中，ISP電路由支持ISP功能的微控制器P89C51RD2和RS232接口晶片MAX232及其外圍電路構成。安裝了升級程序的上位PC機發送的微控制器程序升級命令和數據以及微控制器返回的編程狀態數據通過MAX232完成電平轉換，配合程序升級軟體對微控制器程序實現在線系統編程，完成程序更新。
權利要求1.智能開關綜合保護裝置，其特徵是採用以微控制器P89C51RD2為核心的控制電路，電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓經相應互感器輸出到信號處理電路，所述信號處理電路採用運算放大器LM324兩路輸出，一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓經處理後的模擬信號，以所述模擬信號送入多路A/D轉換電路TLC1543，經A/D轉換後的數位訊號送入微控制器；另一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓中經處理後的方波信號，所述方波信號送入CPLD晶片，CPLD晶片中經相位分析後的輸出信號送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定參數和故障記錄的存儲器晶片AT24C512，並且，微控制器通過CAN總線接口與外部設備進行通信。
2.根據權利要求1所述的保護裝置，其特徵是設置多個按鍵與所述CPLD晶片相連接，在所述CPLD晶片中的一路輸出端直接連接繼電器電路。
3.根據權利要求1所述的保護裝置，其特徵是設置CAN總線控制晶片SJA1000，所述CAN總線控制晶片SJA1000通過光電耦合晶片6N137連接到CAN總線驅動晶片PCA82C250。
4.根據權利要求1所述的保護裝置，其特徵是設置瞬間嚴重短路故障速斷保護電路，由比較器LM339及其外圍電路構成，在所述信號處理電路中放大後的三相電流採樣信號有一路直接輸入比較器LM339，以所述比較器的輸出端信號通過三極體驅動繼電器，以所述繼電器驅動外部拉閘執行機構。
專利摘要智能開關綜合保護裝置，其特徵是以微控制器為核心，電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓經互感器輸出到信號處理電路，信號處理電路一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓經處理後的模擬信號，再送入多路A/D轉換電路，轉換的數位訊號送入微控制器；另一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓中經處理後的方波信號，再送入CPLD晶片，CPLD晶片中經相位分析後的輸出信號送入微控制器；微控制器外接存儲器電路，並通過CAN總線接口電路與外部設備通信。本實用新型通信可靠、保護快速準確、程序升級方便。
文檔編號H02H3/04GK2912063SQ20062007591
公開日2007年6月13日 申請日期2006年7月21日 優先權日2006年7月21日
發明者陳金龍, 伍軼斌, 薛慶軍, 李勇, 袁亮, 王勇, 覃祖茂, 伍文, 賴育君 申請人:柳州市騰龍信息科技有限公司, 淮南礦業(集團)有限責任公司