一種漏電綜合保護器的製作方法

2023-06-07 02:05:21 1

專利名稱：一種漏電綜合保護器的製作方法
技術領域：
本發明的技術方案涉及一種具有通訊功能的、對偏離正常電工作情況的不希望有的變化直接起反應的自動斷開緊急保護電路裝置，具體地說是一種具有通訊功能的智能漏電綜合保護器及其運行方法。
背景技術：
剩餘電流保護裝置 是低壓電網中的一種重要設備，在防止漏電火災和保護人身觸電方面起著重要的作用。目前，低壓電網中普遍安裝了剩餘電流保護裝置，但是，現有的剩餘電流保護裝置存在如下問題(1)僅能提供基本的保護(如漏電斷路器專利CN101562328A)，為防止配電變壓器因過流、短路或過壓損壞，在安裝剩餘電流保護裝置的同時還要安裝熔斷器等其他保護電器，這樣就造成了配電箱體積增大、成本提高。現有的剩餘電流保護裝置普遍不具備通訊功能，基本是單機運行，無法為電力部門提供電網的運行狀況特別是剩餘電流情況的數據；同時，電力部門對其進行管理也較為繁瑣，需要派專人定期巡視。因此目前電網的剩餘電流保護裝置無法滿足電力部門對低壓電網進行監控的需求，也不能適應未來智能電網發展的要求。為了克服以上問題，許多人提出了解決方案CN1373490A提出一種結構新穎的多功能一體化智能綜合漏電保護器，採用電磁鐵吸合、釋放來控制主開關跳閘、合閘，該結構比斷路器電動合閘的結構簡單，動作不受大氣汙染、鹹濕的海風、酸霧等的腐蝕，帶負載條件下電氣、機械壽命可達100000次以上，與電流互感器、信號處理電路一起組裝在一盒體中，使保護器可以容易地實現過流、短路、漏電保護功能，但該漏電保護器不具備電壓保護功能，也不具備通訊功能，不能很好地解決現有剩餘電流保護裝置中存在的問題。 CN10196^88A提出了一種採用GSM無線通訊技術和電力線載波通訊技術的既可有線收發， 又可無線收發的專用多功能漏電斷路器的通訊適配器，用於傳遞漏電斷路器設定參數相關信息和操控指令，自動完成跳閘後的分閘再扣和重合閘動作，使電網及時投運。該通訊適配器雖具有通訊功能，但必須與漏電保護器配合使用才能實現保護功能，此外該通訊適配器僅能實現漏電保護器與控制設備之間的雙向通訊，而不具備組建漏電保護監控網絡的功能，因此其應用具有一定的局限性。總之，已有的技術都沒有很好地解決剩餘電流保護裝置中存在的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有通訊功能的智能漏電綜合保護器該漏電綜合保護器結構緊湊、功能集成度高，既能對過流、短路、漏電、電壓異常(過壓或欠壓)故障提供保護，又具有基於有線通訊、無線通訊和國家公眾行動網路的多種通訊方式，能夠靈活地組建漏電保護監控網絡，克服了目前漏電保護器功能單一，不能實現網絡化監控的缺點，很好地解決了目前剩餘電流保護裝置中存在的問題，並具有延時動作與自動重合閘功能。解決上述技術問題的技術方案是
—種漏電綜合保護器，包括零序電流互感器、A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器、C相負荷電流互感器、分壓器、信號調理電路、單片機、開關裝置、通訊模塊和電源； 其中，零序電流互感器、A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器、C相負荷電流互感器和分壓器的輸出與信號調理電路連接，信號調理電路的輸出與單片機相連；開關裝置與單片機連接；通訊模塊與單片機連接；電源的輸入與電網連接，電源的輸出與信號調理電路、單片機和通訊模塊連接。所述的開關裝置為空氣斷路器或繼電器。所述的信號調理電路由漏電電流信號調理電路、電壓信號調理電路和負荷電流信號調理電路三部分功能電路組成，其中，漏電電流信號調理電路由運算放大器、電阻器、電容器、二極體構成，用於處理零序電流互感器輸入的漏電電流信號，漏電電流信號調理電路的輸入與零序電流互感器的輸出連接，漏電電流信號調理電路的輸出與單片機連接；電壓信號調理電路由三個結構完全相同的部分組成，它們均由運算放大器、電阻器、電容器和二極體構成，用於處理由分壓器輸入的三相電壓信號，電壓信號調理電路的輸入與分壓器的輸出連接，電壓信號調理電路的輸出與單片機連接；負荷電流信號調理電路由三個結構完全相同的部分組成，它們均由運算放大器、電阻器、電容器和二極體構成，用於處理由負荷電流互感器輸入的三相負荷電流信號，負荷電流信號調理電路的輸入分別與A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器、C相負荷電流互感器的輸出連接，負荷電流信號調理電路的輸出與單片機連接；所述的通訊模塊由無線通訊電路、有線通訊電路和基於國家公眾移動通訊網絡的通訊電路三部分功能電路組成，其中，無線通訊電路為基於無線通訊集成電路的模塊電路； 有線通訊電路為基於現場總線技術的模塊電路；基於國家公眾移動通訊網絡的通訊電路為利用國家公眾移動通訊網絡的數據傳輸模塊；所述的國家公眾移動通訊網絡為GSM國家公眾移動通訊網絡、CDMA/CDMA2000國家公眾移動通訊網絡、WCDMA國家公眾移動通訊網絡或TDSCDMA國家公眾移動通訊網絡；所述的漏電綜合保護器還可以包括如下的輔助組成部分漏電模擬發生器、鍵盤 /顯示電路、實時時鐘電路、外部存儲器和頻率檢測電路；這些輔助組成部分均與電源和單片機連接。所述的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器實現保護功能的運行方法包括以下步驟1)零序電流互感器感測電網中的漏電電流，A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器和C相負荷電流互感器感測線路中的負荷電流，分壓器感測線路電壓，它們的輸出與信號調理電路連接，經過信號調理電路變換、放大後輸入到單片機進行模數轉換；單片機對採樣值進行分析和判斷(a)當漏電電流達到或超過漏電動作電流閾值時，單片機延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置動作，開關裝置切斷故障電路，使故障漏電得到保護；(b)當線路中的負荷電流達到或超過過流保護動作閾值時，單片機延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置動作，開關裝置切斷故障電路，使過載電流得到保護；(c)當線路電壓高於過壓保護動作閾值或低於欠壓保護動作閾值時，單片機延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置動作，開關裝置切斷故障電路，使電壓異常得到保護；當智能漏電綜合保護器脫扣後，轉到步驟2)，否則轉到步驟3)；2)若自動重合閘功能被開啟，則智能漏電綜合保護器在40s 60s內自動重合閘 1次，並轉到步驟1)；若1次重合閘後，線路故障仍舊存在，則再次脫扣後開關裝置將被閉鎖；3)若停電保護功能被開啟，當線路停電時，單片機發出脫扣命令，使開關裝置動作以切斷電路，待電壓恢復正常後自動重合閘以恢復供電；否則轉到步驟1)。所述的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器實現通訊功能的運行方法包括以下步驟1)在線路未發生故障的條件下，單片機周期性地檢測發送標誌位和接收標誌位的狀態當發送標誌位置1時，轉到步驟2)；當接收標誌位置1時，轉到步驟4)；否則繼續等待；2)單片機載入通訊的目標地址和發送的數據內容，並根據連接狀態選擇通訊方式，成功後轉到步驟3)，否則報告用戶通訊線路存在故障；3)將通訊數據發送到目標地址，發送完畢後轉到步驟1)；4)單片機確定進行數據接收的通訊方式，成功後轉到步驟5)，否則轉到步驟1)；5)接收通訊數據包，並判斷其通訊地址是否為本機地址如果是，則接受通訊數據包並轉到步驟6)；否則，丟棄接收到的通訊數據包並轉到步驟1)；6)對接受的數據包進行處理，處理完畢後轉到步驟1)；所述的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器實現輔助作用的運行方法是1)在單片機未運行保護及通訊功能的條件下，單片機運行顯示更新及鍵盤掃描程序單片機定時將漏電電流、負荷電流、線路電壓以及漏電保護、過流保護和電壓異常保護的額定動作值、動作時間、引起動作的原因和故障值送到顯示電路，以更新顯示內容；當數據更新完畢後，單片機運行鍵盤掃描程序，檢測是否有按鍵按下，當有按鍵按下時，單片機執行按鍵處理程序，以完成設置及查詢功能；顯示更新和鍵盤掃描程序執行完畢後，單片機退回到保護程序中；2)在單片機未運行保護及通訊功能的條件下，單片機運行實時時間更新程序，定時讀取實時時鐘電路所提供的實時時間，用於故障記錄和運行歷史記錄；實時時間更新完畢後，單片機退回到保護程序中；3)在單片機未運行保護及通訊功能的條件下，單片機運行存儲程序，每隔一定時間，就將線路運行時的漏電電流、負荷電流、線路電壓存儲到外部存儲器中，存儲完畢後，單片機退回到保護程序中；在線路發生故障時，單片機亦運行存儲程序，將故障信息存儲到外部存儲器中，待存儲完畢後，單片機退回到保護程序中；4)在頻率檢測電路直接從電網上獲取交流信號並經過零比較電路整形成方波信號輸入單片機，在單片機運行保護程序前，首先運行頻率檢測程序，對輸入的方波信號進行檢測，並對一個周期的信號進行計時，檢測出一個周期的時間，以實現電網頻率的自動跟蹤；5)漏電模擬發生電路模擬產生故障漏電，當按下漏電試驗按鈕時，漏電模擬發生電路產生一個模擬故障漏電電流，單片機檢測到該時，發出漏電脫扣命令，用於檢查本發明的保護器工作是否正常。本發明的有益效果，與現有技術相比，具有以下優點本發明的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器能夠實現過流、短路、漏電、電壓異常(過壓或欠壓)保護，具有延時動作與自動重合閘功能，並具有通訊功能，多臺智能漏電綜合保護器能夠通過各自的通訊模塊以靈活的方式組成漏電保護監控網絡，實現低壓電網漏電保護遠程監控，同時，作為控制中心的智能漏電綜合保護器還能夠利用國家公眾移動通訊網絡(GSM、CDMA/CDMA2000、WCDMA、TDSCDMA)與用戶手機或上位機通訊，用戶也可以通過手機或上位機查看或修改網絡中智能漏電綜合保護器節點的參數設置，並能通過手機或上位機實現遠程分合閘操作。因此，採用本發明的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器具有完備的保護功能，並能夠進行網絡通訊，使工作人員能夠隨時隨地對電網的運行情況進行監控。而現有的漏電保護器功能較為單一，並且普遍不具備通訊功能，使用戶的使用受到限制，無法滿足電力部門對低壓電網進行監控的需求，也不能適應電網發展的要求。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是實施例1中的漏電綜合保護器各組成部分之間的連接框圖。圖2是實施例2中的漏電綜合保護器各組成部分之間的連接框圖。圖3是本發明組成監控網絡的連接示意圖。 圖4是本發明的實施例2的電路連接圖，其中如為——除通訊模塊外的電路組成部分，4b為——通訊模塊電路。圖5是本發明實現保護與通訊功能的程序框圖，其中如為——漏電綜合保護器實現保護功能的程序框圖、圖恥為——漏電綜合保護器實現通訊發送功能的程序框圖、圖5c 為——漏電綜合保護器實現通訊接收功能的程序框圖。圖中，1—零序電流互感器；2——A相負載電流互感器；3——B相負載電流互感器；4——C相負載電流互感器；5——分壓器；6——信號調理電路；7——單片機；8—— 開關裝置；9——通訊模塊；10——電源；11——漏電模擬發生器；12——鍵盤/顯示電路； 13——實時時鐘電路；14——外部存儲器；15——頻率檢測電路；16——漏電綜合保護器。
具體實施例方式實施例1圖1表明，本發明的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器包括零序電流互感器 (1)、A相負荷電流互感器O)、B相負荷電流互感器(3)、C相負荷電流互感器0)、分壓器 (5)、信號調理電路(6)、單片機(7)、開關裝置(8)、通訊模塊(9)和電源(10)。其連接關係是零序電流互感器(1)感測電網中的漏電電流，A相負荷電流互感器O)、B相負荷電流互感器(3)和C相負荷電流互感器(4)感測線路中的負荷電流，分壓器( 感測線路電壓；零序電流互感器(1)、A相負荷電流互感器O)、B相負荷電流互感器 (3)、C相負荷電流互感器(4)和分壓器(5)的輸出與信號調理電路(6)連接，信號調理電路(6)的輸出與單片機(7)相連，單片機(7)負責信號的分析與處理；開關裝置(8)與單片機(7)連接，在單片機(7)的控制下完成脫扣動作以切斷故障電路；通訊模塊(9)與單片機 (7)連接，在單片機(7)的控制下完成通訊功能；電源(10)為信號調理電路(6)、單片機(7) 和通訊模塊(9)供電。如圖如和圖4b所示，實施例中零序電流互感器RCT(I)、A相負荷電流互感器 O)、B相負荷電流互感器(3)、C相負荷電流互感器0)、分壓器(5)分別與信號調理電路 (6)連接，信號調理電路(6)的輸出連接到單片機(7)，為單片機(7)提供漏電電流、負荷電流和線路電壓信號；通訊模塊(9)與單片機(7)連接，在單片機(7)的控制下完成通訊功能；按鍵/顯示電路(1 與單片機(7)連接並受單片機(7)的控制，顯示電路(1 循環顯示漏電電流、負荷電流和線路電壓，並顯示漏電保護、過流保護和電壓異常保護的額定動作值、動作時間及引起動作的原因與故障值，鍵盤(12)用於選擇額定動作值、動作時間以及查詢歷史記錄；實時時鐘電路(13)與單片機(7)連接並受單片機(7)的控制，為智能漏電綜合保護器提供實時時間；外部存儲器(14)與單片機(7)連接並受單片機(7)的控制，用於存儲線路運行時的漏電電流、負荷電流、線路電壓及故障信息；頻率檢測電路(15)與單片機(7)連接，將電網頻率信號輸入單片機(7)；漏電模擬發生電路(11)模擬產生故障漏電；電源(10)為單片機(7)、信號調理電路(6)、通訊模塊(9)、按鍵/顯示電路(12)、實時時鐘電路(13)、外部存儲器(14)和頻率檢測電路(15)供電。如圖如所示，實施例中零序電流互感器(1)為1J85坡莫合金製造的漏電互感器，其內徑為40mm ；A相負荷電流互感器0)、B相負荷電流互感器(3)和C相負荷電流互感器⑷為矽鋼片製造的電磁式電流互感器，額定電流為100A ；分壓器(5)由電阻器串聯構成；信號調理電路(6)由運算放大器、電阻器、電容器和二極體組成，分為三個功能電路 運算放大器U6A及與之相連的電阻器、電容器和二極體組成漏電電流信號調理電路；運算放大器U3A、U4A、U4B及與它們相連的電阻器、電容器和二極體組成電壓信號調理電路；運算放大器U3B、U4C、U4D及與它們相連的電阻器、電容器和二極體組成負荷電流信號調理電路；信號調理電路(6)中運算放大器的型號為MCP6004;電源(10)由工頻變壓器、二極體 1N4007.220微法電解電容器和集成電路LM7805構成；單片機(7)為AI~mega32單片微處理器；開關裝置⑶是額定電流100A的空氣斷路器，也可以為繼電器。漏電電流信號調理電路、電壓信號調理電路和負荷電流信號調理電路這三部分功能電路均為本領域公知電路， 其組成及連接關係為本領域普通技術人員公知。漏電信號調理電路由運算放大器、電阻器、 電容器和二極體構成，用於處理零序電流互感器輸入的漏電電流信號；電壓信號調理電路由三個結構完全相同的部分組成，它們均由運算放大器、電阻器、電容器和二極體構成，用於處理由分壓器輸入的三相電壓信號；負荷電流信號調理電路由三個結構完全相同的部分組成，它們均由運算放大器、電阻器、電容器和二極體構成，用於處理由負荷電流互感器輸入的三相負荷電流信號。如圖4b所示，實施例中通訊模塊(9)由集成電路、SIM卡插槽、電阻器、電容器、電感線圈、二極體、三極體、晶體振蕩器和射頻天線組成，分為三個功能電路集成電路 U15nRFM01、電阻器、電容器、晶體振蕩器、電感線圈和射頻天線RF ANT構成通訊模塊(9) 的無線通訊電路；集成電路U7MAX485、光電耦合器TO、U9、U10 (PS2501)、電阻器和三極體構成通訊模塊(9)的有線通訊電路；集成模塊U14SIM300C、SIM卡插槽U16、電阻器、電容器、 三極體和二極體構成通訊模塊(9)的基於國家公眾移動通訊網絡的通訊電路，實施例中，採用GSM國家公眾移動通訊網絡。圖1表明，零序電流互感器(1)、A相負荷電流互感器O)、B相負荷電流互感器 (3)、C相負荷電流互感器(4)和分壓器( 的輸出信號經過信號調理電路(6)調理、放大後輸入到單片機(7)進行模數轉換，單片機(7)對採集的電參量進行分析和判斷，完成漏電、 過載、電壓異常保護，其工作過程和運行方法是(a)當漏電電流達到或超過漏電動作電流閾值時，單片機(7)延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使故障漏電得到保護。(b)當線路中的負荷電流達到或超過過流保護動作閾值時，單片機(7)延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使過載電流得到保護。(c)當線路電壓高於過壓保護動作閾值或低於欠壓保護動作閾值時，單片機(7) 延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使電壓異常得到保護。圖1表明，每臺智能漏電綜合保護器均具有通訊模塊(9)，通訊模塊(9)在單片機 (7)的控制下實現通訊功能，其工作過程和運行方法是多臺智能漏電綜合保護器通過各自的通訊模塊(9)相互連接組成漏電保護監控網絡，這種連接方式可以是有線方式，也可以是無線方式，還可以是有線方式和無線方式的組合；每臺漏電綜合保護器都是網絡節點， 並且任何一個網絡節點都能夠作為網絡的控制中心，但同一時間內控制中心是唯一的；控制中心控制整個網絡的運行，負責收集各個網絡節點所保護線路的實時運行數據及故障信息，同時也控制網絡節點的工作狀態，控制中心還能夠利用國家公眾移動通訊網絡與用戶手機或上位機通訊，告知用戶網絡節點的運行狀態，用戶也可以通過手機或上位機查看或修改網絡中任意節點的參數設置，並能通過手機或上位機對其進行遠程分合間操作。實施例2圖2表明，添加有輔助電路的本發明的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器，包括零序電流互感器(1)、A相負荷電流互感器( 、B相負荷電流互感器C3)、C相負荷電流互感器(4)、分壓器( 、信號調理電路(6)、單片機(7)、開關裝置(8)、通訊模塊(9)和電源 (10)、漏電模擬發生器(11)、鍵盤/顯示電路(12)、實時時鐘電路(13)、外部存儲器(14)和頻率檢測電路(15)。其連接關係是零序電流互感器(1)感測電網中的漏電電流，A相負荷電流互感器O)、B相負荷電流互感器(3)和C相負荷電流互感器(4)感測線路中的負荷電流，分壓器( 感測線路電壓；零序電流互感器(1)、A相負荷電流互感器O)、B相負荷電流互感器 (3)、C相負荷電流互感器(4)和分壓器(5)的輸出與信號調理電路(6)連接，信號調理電路(6)的輸出與單片機(7)相連，單片機(7)負責信號的分析與處理；開關裝置(8)與單片機(7)連接，在單片機(7)的控制下完成脫扣動作以切斷故障電路；通訊模塊(9)與單片機(7)連接，在單片機(7)的控制下完成通訊功能；漏電模擬電路與單片機連接，用於檢查本發明的保護器工作是否正常；鍵盤/顯示電路(12)與單片機(7)連接，在單片機(7)的控制下完成對線路實時電參量及保護器設置參數的循環顯示，並通過鍵盤(12)將用戶的個性化設置傳遞給單片機(7)；實時時鐘(13)與單片機連接，為單片機(7)提供實時時鐘信號；外部存儲器(14)與單片機(7)連接，用於定時存儲線路運行時的漏電電流、負荷電流、線路電壓及故障信息；頻率檢測電路(15)直接從電網上獲取交流信號並經過零比較電路整形成方波信號輸入單片機(7)；電源(10)為信號調理電路(6)、單片機(7)、通訊模塊 (9)、漏電模擬發生器(11)、鍵盤/顯示電路(12)、實時時鐘電路(13)、外部存儲器(14)和頻率檢測電路(15)供電。添加有輔助功能擴展實施例中漏電綜合保護器的基本功能，有助於用戶更方便地使用本裝置。零序電流互感器⑴、A相負荷電流互感器(2)、B相負荷電流互感器(3)、C相負荷電流互感器(4)和分壓器(5)的輸出信號經過調理電路(6)調理、放大後輸入到單片機 (7)進行模數轉換，單片機(7)對這些電參量進行分析和判斷，完成漏電、過載、電壓異常保護，其工作過程和運行方法是(a)當漏電電流達到或超過漏電動作電流閾值時，單片機(7)延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使故障漏電得到保護。(b)當線路中的負荷電流達到或超過過流保護動作閾值時，單片機(7)延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使過載電流得到保護。(c)當線路電壓高於過壓保護動作閾值或低於欠壓保護動作閾值時，單片機(7) 延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使電壓異常得到保護。智能漏電綜合保護器因漏電、過流或電壓異常脫扣後，當自動重合閘功能被開啟， 則在40s 60s內自動重合閘一次，若重合閘後故障仍舊存在則再次脫扣並使開關裝置(8) 閉鎖。此外，若停電保護功能被開啟，當線路停電時，單片機(7)將發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作以切斷電路，待電壓恢復正常後將自動重合閘以恢復供電。每臺智能漏電綜合保護器均具有通訊模塊(9)，通訊模塊(9)在單片機(7)的控制下實現通訊功能，其工作過程和運行方法是多臺智能漏電綜合保護器通過各自的通訊模塊(9)相互連接組成漏電保護監控網絡，這種連接方式可以是有線方式，也可以是無線方式，還可以是有線方式和無線方式的組合；每臺漏電綜合保護器都是網絡節點，並且任何一個網絡節點都能夠作為網絡的控制中心，控制整個網絡的運行，但同一時間內控制中心是唯一的；控制中心負責收集各個網絡節點所保護線路的實時運行數據及故障信息，同時也控制網絡節點的工作狀態，控制中心還能夠利用國家公眾移動通訊網絡與用戶手機或上位機通訊，用戶可以通過短消息或上位機查看或修改網絡中任意一個節點的參數設置，並能通過短消息或上位機對其進行遠程分合閘操作。本發明的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器的輔助組成部分實現輔助作用的運行方法是單片機(7)將漏電電流、負荷電流和線路電壓送到顯示電路(12)，顯示電路 (12)循環顯示漏電電流、負荷電流和線路電壓，並顯示漏電保護、過流保護以及電壓異常保護額定動作值、動作時間及引起動作的原因和故障值。鍵盤(12)用於選擇額定動作值、動作時間以及查詢歷史記錄。實時時鐘電路(13)為智能漏電綜合保護器提供實時時間，用於故障記錄和運行歷史記錄，使用戶能夠更詳細地了解線路的運行狀態。外部存儲器(14)用於定時存儲線路運行時的漏電電流、負荷電流以及線路電壓以及故障信息，方便用戶查詢。 頻率檢測電路(1 直接從電網上獲取交流信號並經過零比較電路整形成方波信號輸入單片機(7)，單片機(7)對輸入信號進行檢測，並對一個周期的信號進行計時，檢測出一個周期的時間，實現電網頻率的自動跟蹤。漏電模擬發生電路(11)模擬產生故障漏電，當單片機(7)檢測到模擬故障漏電時，發出漏電脫扣命令，用於檢查本發明的保護器工作是否正常。電源(10)同時為這些電路供電。圖3表明，多臺本發明的具有通訊功能的智能漏電綜合保護器及用戶手機和上位機能夠組成漏電保護監控網絡。圖3給出的示意圖由五臺漏電綜合保護器、一部用戶手機和一臺上位機組成，實際應用中聯網設備的個數還能夠根據需要增加。圖3中，每臺漏電綜合保護器都是網絡節點，其中節點1為控制中心，節點間的通訊方式可以是有線的方式，也可以是無線的方式，單片機將自動選擇合適的通訊方式。控制中心控制整個網絡的運行，但同一時間內控制中心是唯一的；控制中心負責收集各個網絡節點所保護線路的實時運行數據及故障信息，同時也控制網絡節點的工作狀態，控制中心還能夠利用國家公眾移動通訊網絡與用戶手機或上位機通訊，用戶可以通過手機或上位機查看或修改網絡中任意一個節點的參數設置，並能通過手機或上位機對其進行遠程分合間操作。如圖如所示，零序電流互感器RCT(I)穿過電力線路的A、B、C相線與中性線N，包括由兩個線圈分別構成的兩個副邊，其中一個副邊連接到信號調理電路(6)，另一個副邊與按鈕Sl和電阻Rl構成漏電模擬發生電路(11)。如圖如所示，A相負荷電流互感器O) CTl、B相負荷電流互感器(3)CT2和C相負荷電流互感器G)CT3分別穿過電力線路的A、B、C相線，它們的輸出與信號調理電路(6)相連接。如圖如所示，分壓器(5)由1 2、1 4、1 5、1 7、1 8和1 9構成，分壓器(5)的輸入端連接到A、B、C三相電壓，輸出端與信號調理電路(6)連接。如圖如所示，信號調理電路(6)中(a)漏電電流信號調理。R26、C15與零序電流互感器RCT(I)的輸出連接，將漏電電流信號變換為電壓信號；運算放大器TOA、C14、R23、 R24.R30和R32構成漏電信號放大電路，放大後的信號經R35輸入單片機(7)。(b)負荷電流信號調理。負荷電流信號調理電路由三個結構相同的電路構成A相負荷電流互感器(2) CTl的輸出信號接信號調理電路(6)的R40，將A相負荷電流信號變換為電壓信號，經由運算放大器U3B、R34、R37、D12和D13構成的放大電路放大後輸入到D14、R39、R41和C16構成的整流電路，信號被整流成直流後經R38輸入到單片機(7)。B相負荷電流互感器(3)CT2 的輸出信號接信號調理電路(6)的R46，將B相負荷電流信號變換為電壓信號，經由運算放大器U4C、R42、R43、D15和D16構成的放大電路放大後輸入到D17、R45、R48和C20構成的整流電路，信號被整流成直流後經R44輸入到單片機(7)。C相負荷電流互感器(3)CT3的輸出信號接信號調理電路(6)的R52，將C相負荷電流信號變換為電壓信號，經由運算放大器U4D、R49、R50、D18和D19構成的放大電路放大後輸入到D20、R5UR53和以6構成的整流電路，信號被整流成直流後經R47輸入到單片機(7)。(c)線路電壓信號調理。線路電壓信號調理電路由三個結構相同的電路構成分壓器(5)的R2、R4感測A相電壓，它的輸出信號連接到D5、ClO和R6構成的整流電路，整流後的直流信號經運算放大器U3A構成的電壓跟隨器後通過R3輸入單片機(7)。分壓器(5)的R5、R7感測B相電壓，它的輸出信號連接到D6、C12和R12構成的整流電路，整流後的直流信號經運算放大器U4A構成的電壓跟隨器後通過Rll輸入單片機(7)。分壓器(5)的R8、R9感測C相電壓，它的輸出信號連接到D7、C13和R17構成的整流電路，整流後的直流信號經運算放大器U4B構成的電壓跟隨器後通過R16輸入單片機(7)。如圖如所示，開關裝置⑶通過R18、Ql和繼電器Kl受單片機(7)的控制，在漏電電流、負荷電流或線路電壓達到或超過動作閾值時單片機(7)延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置⑶動作，開關裝置⑶切斷故障電路。其中，D3、D4和Cll構成的電源電路為脫扣裝置供電，以保證即使是在線路停電的條件下裝置仍能夠完成脫扣動作。如圖如所示，零序電流互感器RCT(I)的另一個副邊與按鈕Sl和電阻Rl構成漏電模擬發生電路(11)，當按下Sl時，零序電流互感器RCT(I)將產生一個模擬的漏電信號， 單片機(7)檢測到此信號後，將發出漏電保護指令，即單片機(7)輸出高電平，通過R18、Q1 驅動繼電器K1，使開關裝置(8)動作，用於檢查保護器漏電保護性能是否正常。如圖如所示，本發明中的單片機Ull(7)接受信號調理電路(6)放大後的信號和頻率檢測電路(15)的信號，控制按鍵/顯示電路(12)、實時時鐘電路(13)、外部存儲器 (14)和開關裝置(8)。單片機Ull (7)對採樣值進行分析和判斷，其過程和方法是(a)當漏電電流達到或超過漏電動作電流閾值時，單片機(7)延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使故障漏電得到保護。(b)當線路中的負荷電流達到或超過過流保護動作閾值時，單片機(7)延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使過載電流得到保護。(c)當線路電壓高於過壓保護動作閾值或低於欠壓保護動作閾值時，單片機(7) 延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置(8)動作，開關裝置(8)切斷故障電路，使電壓異常得到保護。如圖4a 所示，按鍵 / 顯示電路(12)由 U2、C5、C6、C7、C8、C9、DSl DS25、S2 S7、S11、S12、R13、R14、R15、R19、R27構成，與單片機(7)連接並受單片機(7)控制。顯示電路(12)循環顯示漏電電流、負荷電流和線路電壓，並顯示漏電保護、過流保護以及電壓異常保護額定動作值、動作時間及引起動作的原因和故障值。鍵盤(12)用於選擇額定動作值、動作時間以及查詢歷史記錄。如圖如所示，實時時鐘電路(13)由U12、C18、C19、Y1、BT1和C17構成，與單片機 (7)連接並受單片機(7)控制。實時時鐘電路(13)為智能漏電綜合保護器提供實時時間， 用於故障記錄和運行歷史記錄，使用戶更詳細地了解線路的運行狀態。如圖如所示，外部存儲器U13(14)與單片機(7)連接並受單片機(7)控制。外部存儲器用於定時存儲線路運行時的漏電電流、負荷電流以及線路電壓以及故障信息，方便用戶查詢。如圖如所示，頻率檢測電路(15)由R29、D10、DlU U8A構成，電網頻率信號被整形成方波後經R31輸入到單片機(7)，單片機Ull(7)採用內部定時器對電源信號進行計時測量，當電網頻率變化時，單片機(7)的定時器值也就改變，實現對電網頻率的自動跟蹤， 使得單片機(7)在進行信號採集時周期內採集的數據恆定，降低了數據處理的誤差，提高了測量精度。如圖如所示，電源電路(10)由變壓器Tl、二極體D1、D2、集成穩壓器Ul和C1、C2、 C3、C4構成，Tl輸出的電壓經二極體D1、D2整流後輸出到Ul進行穩壓，C1、C2、C3、C4對電源進行濾波。電源電路(10)為單片機和其他電路供電。如圖4b所示，通訊模塊(9)由集成電路1(U15)、集成電路2(U7)、光電耦合器(U5、 U9、U10)、集成模塊(U14)、SIM 卡插槽(U16)、R20、R21、R22、R25、R28、R33、R36、R54 R62、 C27 C36、L2、L3、Y3、天線 RF ANT、D21、Q2 和 Q3 組成。其中集成電路 1 (U15)、R54、C27、 C30、C31、C33、C34、C35、Y3和天線RF ANT構成通訊模塊(9)的無線通訊電路；集成電路 2(U7)、光電耦合器(U5、U9、U10)、R20、R21、R22、R25、R33、R36、I^8 和 Q2 構成通訊模塊(9) 的有線通訊電路；集成模塊(U 14)、SIM卡插槽(U16)、R55 R62、C28、C29、C36、Q3和D21 構成通訊模塊(9)的基於國家公眾移動通訊網絡的通訊電路。通訊模塊(9)通過連接座Pl 與單片機(7)連接，在單片機(7)的控制下實現通訊功能多臺智能漏電綜合保護器通過各自的通訊模塊(9)相互連接組成漏電保護監控網絡，這種連接方式可以是通過通訊模塊 (9)的連接座P2以有線方式進行的連接，也可以是通過通訊模塊(9)的無線通訊電路以無線方式進行的連接。每臺漏電綜合保護器都是網絡節點，並且任何一個網絡節點都能夠作為網絡的控制中心，控制整個網絡的運行，但同一時間內控制中心是唯一的；控制中心負責收集各個網絡節點所保護線路的實時運行數據及故障信息，同時也控制網絡節點的工作狀態，控制中心通過基於國家公眾移動通訊網(GSM、CDMA/CDMA2000、WCDMA、TDSCDMA)的通訊電路與用戶手機或上位機建立通訊，告知用戶網絡節點的運行狀態，用戶也可以通過手機或上位機查看或修改網絡中任意節點的參數設置，並能通過手機或上位機對其進行遠程分合閘操作。圖fe表明本發明中單片機實現保護功能的操作程序(1)單片機上電後，對寄存器及變量進行初始化，初始化完成後轉第( 步；(2)根據採樣頻率和窗口周期對漏電電流、A相負荷電流、B相負荷電流、C相負荷電流和線路電壓信號進行採集；完成一個周期的採樣後，計算漏電電流、三相負荷電流和線路電壓的值，計算完畢後轉入第C3)步；(3)根據剛檢測的漏電電流的大小，判斷漏電電流值是否大於或等於漏電動作閾值，當漏電電流大於或等於漏電動作閾值時，轉入延時程序，延時設定時間後發出脫扣指令；當漏電電流小於漏電動作閾值時轉入第⑷步；(4)根據剛檢測的三相負荷電流的大小，判斷各相負荷電流值是否大於或等於過流動作閾值，當某一相或幾相負荷電流大於或等於過流動作閾值時，轉入延時程序，延時設定時間後發出脫扣指令；當三相負荷電流均小於過流動作閾值時轉入第(5)步；(5)根據剛檢測的線路電壓的大小，判斷各相電壓值是否大於或等於過壓動作閾值，當某一相或幾相電壓大於或等於過壓動作閾值時，轉入延時程序，延時設定時間後發出脫扣指令；當三相電壓均小於過壓動作閾值時轉入第(6)步；(6)根據剛檢測的線路電壓的大小，判斷各相電壓值是否小於或等於欠壓動作閾值，當某一相或幾相電壓小於或等於欠壓動作閾值時，轉入延時程序，延時設定時間後發出脫扣指令；當三相電壓均大於欠壓動作閾值時轉入第(7)步；(7)單片機等待下一周期採樣開始的觸發信號，一旦該觸發信號到來，單片機即轉入步驟O)的採樣程序進行下一周期採樣；圖恥表明本發明中單片機實現通訊發送功能的操作程序(1)在線路未發生故障的條件下，單片機周期性地檢測發送標誌位的狀態，當檢測到發送標誌位置1時轉入第(2)步；(2)單片機載入通訊的目標地址和發送的數據內容，轉入第C3)步；(3)單片機根據連接狀態自動選擇通訊方式首先判斷通訊目標地址是否為用戶手機，如果通訊目標為用戶手機則選擇基於公眾移動通訊網(GSM、CDMA/CDMA2000、WCDMA, TDSCDMA)的通訊方式並轉入第(4)步；如果通訊目標不是用戶手機，則檢測有線通訊方式是否可用，如果可用，則選擇有線通訊方式並轉入第(4)步；如果有線通訊方式不可用，再檢測無線通訊方式是否可用，如果可用，則選擇無線通訊方式並轉入第(4)步；如果無線通訊方式仍不可用，則向用戶報告通訊線路存在故障；(4)採用選擇的通訊方式將通訊數據發送給目標地址，當數據發送完畢後轉入第 ⑴步。圖5c表明本發明中單片機實現通訊接收功能的操作程序(1)在線路未發生故障的條件下，單片機周期性地檢測接收標誌位的狀態，當檢測到接收標誌位置1時轉入第(2)步；(2)單片機依次掃描各種通訊方式下是否有數據接收首先掃描基於公眾移動通訊網的通訊方式下是否有數據接收，如果有數據接收，則轉入第( 步；如果基於公眾移動通訊網的通訊方式下沒有數據接收，則掃描有線通訊方式下是否有數據接收，如果有數據接收，則轉入第(3)步；如果有線通訊方式下沒有數據接收，則掃描無線通訊方式下是否有數據接收，如果無線通訊方式下有數據接收，則轉入第( 步；如果無線通訊方式下仍沒有數據接收則轉入第(1)步；(3)接收通訊數據包，當數據包接收完畢後，判斷通訊地址是否為本機地址，如果是則轉入第(4)步；如果通訊地址不是本機地址，則丟棄接收到的通訊數據並轉入第(1)
步；(4)對接受的數據包進行處理，當處理完畢後轉入第(1)步。本發明未述及之處適用於現有技術。以上所述，僅是根據本發明技術方案提出的兩個實施例，並非對本發明作任何形式上的限制。凡未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明的權利要求範圍內。
權利要求
1.一種漏電綜合保護器，其特徵為包括零序電流互感器、A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器、C相負荷電流互感器、分壓器、信號調理電路、單片機、開關裝置、通訊模塊和電源；其中，零序電流互感器、A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器、C相負荷電流互感器和分壓器的輸出與信號調理電路連接，信號調理電路的輸出與單片機相連；開關裝置與單片機連接；通訊模塊與單片機連接；電源的輸入與電網連接，電源的輸出與信號調理電路、單片機和通訊模塊連接；所述的開關裝置為空氣斷路器或繼電器。
2.如權利要求1所述漏電綜合保護器，其特徵為所述的信號調理電路由漏電電流信號調理電路、電壓信號調理電路和負荷電流信號調理電路三部分功能電路組成，其中，漏電電流信號調理電路由運算放大器、電阻器、電容器、二極體構成，漏電電流信號調理電路的輸入與零序電流互感器的輸出連接，漏電電流信號調理電路的輸出與單片機連接；電壓信號調理電路由三個結構完全相同的部分組成，它們均由運算放大器、電阻器、電容器和二極體構成，用於處理由分壓器輸入的三相電壓信號，電壓信號調理電路的輸入與分壓器的輸出連接，電壓信號調理電路的輸出與單片機連接；負荷電流信號調理電路由三個結構完全相同的部分組成，它們均由運算放大器、電阻器、電容器和二極體構成，用於處理由負荷電流互感器輸入的三相負荷電流信號，負荷電流信號調理電路的輸入分別與A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器、C相負荷電流互感器的輸出連接，負荷電流信號調理電路的輸出與單片機連接；
3.如權利要求1所述漏電綜合保護器，其特徵為所述的通訊模塊由無線通訊電路、有線通訊電路和基於國家公眾移動通訊網絡的通訊電路三部分功能電路組成，其中，無線通訊電路為基於無線通訊集成電路的模塊電路；有線通訊電路為基於現場總線技術的模塊電路；基於國家公眾移動通訊網絡的通訊電路為利用國家公眾移動通訊網絡的數據傳輸模塊；
4.如權利要求1所述漏電綜合保護器，其特徵為所述的國家公眾移動通訊網絡為GSM 國家公眾移動通訊網絡、CDMA/CDMA2000國家公眾移動通訊網絡、WCDMA國家公眾移動通訊網絡或TDSCDMA國家公眾移動通訊網絡；
5.如權利要求1所述漏電綜合保護器，其特徵為還包括如下的輔助組成部分漏電模擬發生器、鍵盤/顯示電路、實時時鐘電路、外部存儲器和頻率檢測電路；這些輔助組成部分均與電源和單片機連接。
6.如權利要求1所述漏電綜合保護器實現保護功能的運行方法，其特徵為包括以下步驟1)零序電流互感器感測電網中的漏電電流，A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器和C相負荷電流互感器感測線路中的負荷電流，分壓器感測線路電壓，它們的輸出與信號調理電路連接，經過信號調理電路變換、放大後輸入到單片機進行模數轉換；單片機對採樣值進行分析和判斷(a)當漏電電流達到或超過漏電動作電流閾值時，單片機延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置動作，開關裝置切斷故障電路，使故障漏電得到保護；(b)當線路中的負荷電流達到或超過過流保護動作閾值時，單片機延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置動作，開關裝置切斷故障電路，使過載電流得到保護；(C)當線路電壓高於過壓保護動作閾值或低於欠壓保護動作閾值時，單片機延時設定時間後發出脫扣命令，使開關裝置動作，開關裝置切斷故障電路，使電壓異常得到保護； 當智能漏電綜合保護器脫扣後，轉到步驟2)，否則轉到步驟3)；2)若自動重合閘功能被開啟，則智能漏電綜合保護器在40s 60s內自動重合閘1次， 並轉到步驟1)；若1次重合間後，線路故障仍舊存在，則再次脫扣後開關裝置將被閉鎖；3)若停電保護功能被開啟，當線路停電時，單片機發出脫扣命令，使開關裝置動作以切斷電路，待電壓恢復正常後自動重合閘以恢復供電；否則轉到步驟1)。
7.如權利要求1所述漏電綜合保護器實現通訊功能的運行方法，其特徵為包括以下步驟1)在線路未發生故障的條件下，單片機周期性地檢測發送標誌位和接收標誌位的狀態當發送標誌位置1時，轉到步驟2)；當接收標誌位置1時，轉到步驟4)；否則繼續等待；2)單片機載入通訊的目標地址和發送的數據內容，並根據連接狀態選擇通訊方式，成功後轉到步驟3)，否則報告用戶通訊線路存在故障；3)將通訊數據發送到目標地址，發送完畢後轉到步驟1)；4)單片機確定進行數據接收的通訊方式，成功後轉到步驟5)，否則轉到步驟1)；5)接收通訊數據包，並判斷其通訊地址是否為本機地址如果是，則接受通訊數據包並轉到步驟6)；否則，丟棄接收到的通訊數據包並轉到步驟1)；6)對接受的數據包進行處理，處理完畢後轉到步驟1)；
8.如權利要求5所述漏電綜合保護器實現輔助作用的運行方法，其特徵為包括以下步驟1)在單片機未運行保護及通訊功能的條件下，單片機運行顯示更新及鍵盤掃描程序 單片機定時將漏電電流、負荷電流、線路電壓以及漏電保護、過流保護和電壓異常保護的額定動作值、動作時間、引起動作的原因和故障值送到顯示電路，以更新顯示內容；當數據更新完畢後，單片機運行鍵盤掃描程序，檢測是否有按鍵按下，當有按鍵按下時，單片機執行按鍵處理程序，以完成設置及查詢功能；顯示更新和鍵盤掃描程序執行完畢後，單片機退回到保護程序中；2)在單片機未運行保護及通訊功能的條件下，單片機運行實時時間更新程序，定時讀取實時時鐘電路所提供的實時時間，用於故障記錄和運行歷史記錄；實時時間更新完畢後， 單片機退回到保護程序中；3)在單片機未運行保護及通訊功能的條件下，單片機運行存儲程序，每隔一定時間，就將線路運行時的漏電電流、負荷電流、線路電壓存儲到外部存儲器中，存儲完畢後，單片機退回到保護程序中；在線路發生故障時，單片機亦運行存儲程序，將故障信息存儲到外部存儲器中，待存儲完畢後，單片機退回到保護程序中；4)在頻率檢測電路直接從電網上獲取交流信號並經過零比較電路整形成方波信號輸入單片機，在單片機運行保護程序前，首先運行頻率檢測程序，對輸入的方波信號進行檢測，並對一個周期的信號進行計時，檢測出一個周期的時間，以實現電網頻率的自動跟蹤；5)漏電模擬發生電路模擬產生故障漏電，當按下漏電試驗按鈕時，漏電模擬發生電路產生一個模擬故障漏電電流，單片機檢測到該時，發出漏電脫扣命令，用於檢查本發明的保護器工作是否正常。
全文摘要
本發明是一種具有通訊功能的智能漏電綜合保護器。該保護器包括零序電流互感器、A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器、C相負荷電流互感器、分壓器、信號調理電路、單片機、開關裝置、通訊模塊和電源；其中，零序電流互感器、A相負荷電流互感器、B相負荷電流互感器、C相負荷電流互感器和分壓器的輸出與信號調理電路連接，信號調理電路的輸出與單片機相連；開關裝置與單片機連接；通訊模塊與單片機連接。本發明的漏電綜合保護器能夠實現過流、短路、漏電、電壓異常(過壓或欠壓)保護，具有延時動作與自動重合閘功能，多臺智能漏電綜合保護器能夠通過各自的通訊模塊以靈活的方式組成漏電保護監控網絡，實現低壓電網漏電保護遠程監控。
文檔編號H02H3/20GK102255278SQ20111018312
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者劉明生, 李奎, 武一, 牛峰, 王堯, 郭志濤, 陸儉國 申請人:河北工業大學