專利名稱：多功能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓供電保護裝置，具體為一種能監(jiān)測高壓線路電流、電壓，針對高壓 供電過程中出現(xiàn)的故障進行控制和告警的多功能控制器。
背景技術(shù)：
目前，高壓計量箱是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，其運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)的可靠性 有重大影響，高壓計量箱發(fā)生故障，直接的危害是被高壓箱所保護的線路、設(shè)備受損，電量 損失，間接的危害則是造成用戶大面積停電。為確保供電的可靠性，電力部門往往采取定 期試驗和檢修的辦法來保證系統(tǒng)正常運行。定期檢修增加了電力設(shè)備的運行費用和停電時 間，甚至于增加了設(shè)備的故障率，并且在檢修的間隔還是有故障的發(fā)生。常用的多功能控制 器存在以下缺點；一、缺乏運行狀況的在線監(jiān)測；2、同類產(chǎn)品的參數(shù)設(shè)置不夠精確，一些大 型用電設(shè)備啟動條件復(fù)雜，啟動電流變化大且難以估算，設(shè)備存在成本高、體積大、控制精 度差，不能針對具體負荷精確設(shè)置和故障率高、可靠性差等缺陷；3、智能化、數(shù)字化水平不 高，目前國內(nèi)同類型產(chǎn)品的電流保護還停留在傳統(tǒng)的繼電器保護和簡單的模擬電子電路控 制，檢測和控制精度低，調(diào)整設(shè)置方式落后或根本無法調(diào)整，不能針對具體的用電設(shè)備靈活 設(shè)置。因此迫切需要高壓計量箱具備智能化、數(shù)字化、檢測精度高、能夠方便靈活且設(shè)置精 確的電壓、電流保護；4、過壓過流保護功能不夠全面，目前國內(nèi)的同類產(chǎn)品還沒有能夠滿足 用戶要求的，實現(xiàn)全面的過壓過流保護、并在故障跳閘以后、能夠根據(jù)監(jiān)測到的線路情況自 動恢復(fù)并發(fā)出報警信號的同類型的智能化產(chǎn)品。因此，迫切需要對高壓箱運行狀況(包括運行時的電壓、電流和合閘狀態(tài))進行實 時的在線監(jiān)測，并在系統(tǒng)發(fā)生故障時迅速切斷負載，防止線路和用戶設(shè)備受損，提高系統(tǒng)運 行的安全可靠性及自動化程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種多功能控制器，以解決上述背景技術(shù)中的 缺點。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)多功能控制器采用了計算機技術(shù)、高壓線路電流電壓取樣技術(shù)、模擬/數(shù)字信號 轉(zhuǎn)換技術(shù)，由高壓電流、電壓取樣電路、智能控制單元和主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器構(gòu) 成，所述的主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器一端與控制電源相連，另一端與高壓真空開關(guān)控 制線圈或其它受控設(shè)備相連，智能控制單元則由AD(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電路、顯 示、驅(qū)動及鍵盤輸入電路、單片機及數(shù)據(jù)存儲電路、磁保持繼電器驅(qū)動電路和告警等電路構(gòu) 成；高壓電流、電壓取樣電路信號輸出接至單片機的AD轉(zhuǎn)換端口，智能控制單元根據(jù)高壓 電流、電壓取樣電路信號，按照預(yù)置的設(shè)定值控制主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器動作。在本發(fā)明中，所述可以對高壓負荷電流的以下指標(biāo)進行實時在線監(jiān)控①實時在線監(jiān)控各相電流，當(dāng)任一相負荷電流達到或超過預(yù)先設(shè)置的電流點即執(zhí)行過流延時跳閘，保護系統(tǒng)內(nèi)線路和設(shè)備因過流造成的損壞和損失；②速斷電流控制，達到或超過此項設(shè)置的電流點即執(zhí)行速斷延時跳閘，可以有效 防止線路和設(shè)備短路故障造成的損失；③合閘(涌流)延時時間控制，在合閘過程中過電流被忽略，但如果達到設(shè)置的速 斷電流點則立即執(zhí)行速斷延時跳閘(防止線路和設(shè)備短路故障)，通過此項延時設(shè)置可以 針對不同的用戶有效靈活的躲過設(shè)備啟動時的涌流影響，保證順利合閘。在本發(fā)明中，所述可以實時監(jiān)測三相高壓當(dāng)前電壓，當(dāng)其中某一相、兩相或三相全 部電壓過高超過預(yù)置的設(shè)定值時顯示報警信號并實現(xiàn)高壓真空主開關(guān)延時分閘。在本發(fā)明中，所述可以實現(xiàn)自動合閘和報警功能。①自由設(shè)置自動合閘延時時間，過流保護分閘后自動告警，系統(tǒng)顯示此時間的倒 計時，計時結(jié)束后自動合閘。②系統(tǒng)可設(shè)置自動合閘次數(shù)，自動合閘后如仍然過流跳閘則進入下次延時自動合 閘，直至完成預(yù)先設(shè)置的合間次數(shù)后如仍然過流跳間，系統(tǒng)將終止自動合間保持分間狀態(tài) 并發(fā)出報警信號等待處理。③系統(tǒng)可設(shè)置斷電延時附加時間，即每斷電一次自動合閘延時增加的時間。例如 設(shè)置為自動合閘延時時間1分鐘，自動合閘次數(shù)3次，斷電延時附加時間為3分鐘，此時如 過流狀態(tài)一直未解除，則過流跳閘后第一次延時1分鐘后自動合閘，繼續(xù)過流延時跳閘后 第二次延時4分鐘后自動合閘，直到第三次延時7分鐘后自動合閘。在本發(fā)明中，所述具有停電前狀態(tài)記憶功能，系統(tǒng)上電5秒鐘后即會自動保存分 合閘狀態(tài)，如遇停電，在再次來電時會自動恢復(fù)停電前的分合閘狀態(tài)。在本發(fā)明中，所有的參數(shù)均以兩位數(shù)字化形式預(yù)置設(shè)定值，按Set鍵進入設(shè)置狀 態(tài)，設(shè)置時LED顯示a——開頭，后兩位數(shù)表示要設(shè)置的數(shù)。(a表示正在設(shè)置的參數(shù)名稱)。 在設(shè)置狀態(tài)下。按“ + ”鍵數(shù)據(jù)增1，按“_”鍵數(shù)據(jù)減1，所改變的位為實際顯示的最后一位。有益效果本發(fā)明有以下優(yōu)點⑴保護功能齊全，能夠滿足供電部門對供電系統(tǒng)電壓、電流 的全面保護要求；(2)智能化、數(shù)字化，能夠精確設(shè)置參數(shù)并在無人值守環(huán)境下工作；(3)通 過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將取樣的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行監(jiān)測，大大提高了檢測精度；(4)轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號的監(jiān)測使抗干擾能力和可靠性大大提高；(5)成本低、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易操 作易安裝。


圖1是本發(fā)明電流取樣電路圖；圖2是本發(fā)明電壓取樣電路圖；圖3是本發(fā)明單片機及數(shù)據(jù)存儲電路圖；圖4是本發(fā)明顯示、驅(qū)動及鍵盤電路圖；圖5是本發(fā)明磁保持繼電器控制電路。圖6是本發(fā)明告警和分合閘指示燈電路。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進一步闡述本實用新型。多功能微電腦控制器主要包括以下幾個單元電路電流、電壓取樣電路；AD (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換電路；基準(zhǔn)電路；顯示、驅(qū)動及鍵盤電路；單片機及數(shù)據(jù)存儲電路；磁保持繼電器驅(qū)動電路和告警電路等。多功能控制器首先要解決的是電流取樣的問題，當(dāng)高壓線路電流從0變化到最大 值時，多功能控制器的電流取樣電路從高壓電流互感器二次線圈外接的0.1歐姆取樣電阻 兩端可以取得O 0. 5VAC有效值電壓，對應(yīng)的峰值電壓為0 0. 707V。要將這樣小的交流 正弦波電壓變換成AD轉(zhuǎn)換需要的正向直流脈動電壓是一個技術(shù)難題，硅二極管的正向壓 降為0. 7V，在這樣低的電壓下根本導(dǎo)通不了，所以不可能使用傳統(tǒng)的整流電路。圖1所示多功能控制器的電流取樣電路，U12B、U12C為接成跟隨器形式的運算放 大器，其輸入阻抗非常高，可以解決對取樣電阻的影響。利用肖特基二極管SD103A正向壓 降特別小(S0.2V)的特點對正弦波取樣電壓的負半周限幅后再輸入到3M運算放大器， 由于運算放大器在反向電壓低于0. 2V時沒有響應(yīng)，這樣在3M輸出端就得到了理想的正向 脈動直流波形，這個脈動直流電壓與取樣電阻取得的正弦波交流電壓保持了固定的比例關(guān) 系，從而滿足了 AD轉(zhuǎn)換電路的要求，用簡單電路很好的解決了電流取樣的難題。圖2所示是多功能控制器的電壓取樣電路，高壓電壓互感器二次輸出的交流電壓 經(jīng)D13整流二極管整流后，由一系列貼片電阻組成的分壓電路，在R38上得到與高壓交流電 壓成固定比例的正向脈動直流取樣電壓，再經(jīng)運算放大器U6C輸出到AD轉(zhuǎn)換電路，完成電 壓取樣。圖3所示是單片機、單片機外圍及存儲器電路。為提高抗干擾能力和可靠性，主芯 片采用MICROCHIP的16C73，16C73是OTP芯片，抗干擾能力極強，程序不易丟失。存貯芯片 也采用MICROCHIP的MLC01B，IK位容量。1 字節(jié)。實際使用了觀個字節(jié)X2。校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)在EEPROM中保留有三份，一般情況下只會更新前兩份，第三份只有在 廠家校準(zhǔn)時才會被寫入。如有意外原因?qū)е滦?zhǔn)數(shù)據(jù)與設(shè)置數(shù)據(jù)丟失，可通過開機時按住 “_”鍵，強制恢復(fù)出廠的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。但用戶設(shè)置數(shù)據(jù)需要重新設(shè)置。保留此功能方便現(xiàn)場解 決問題(現(xiàn)場不方便重新校準(zhǔn))。預(yù)置的設(shè)定值數(shù)據(jù)也保存在MLCOl中，24LC01的存貯區(qū)分為兩個區(qū)A區(qū)與B區(qū)， A區(qū)與B區(qū)內(nèi)容是一樣的。但當(dāng)出問題時(程序會多次檢測MLC01B，如檢測失敗或無法讀 出校準(zhǔn)及設(shè)置數(shù)據(jù)，為避免事故，輸出會斷開并報警)內(nèi)容就會不一致，程序會自動選擇最 新的來裝載。當(dāng)設(shè)置改變后(如延時時間修改等參數(shù)改變)，無操作5秒程序會自動保存當(dāng)前數(shù) 據(jù)，以免在設(shè)置時不停地寫EEPROM而減少使用壽命?；鶞?zhǔn)采用TI的REF3033，3. 3V電壓基準(zhǔn)，為16C73的A/D提供基準(zhǔn)電壓，復(fù)位電路采用MC34164-5復(fù)位芯片，保障數(shù)據(jù)的安全和穩(wěn)定。圖4所示是顯示、驅(qū)動和鍵盤電路，74HC164是帶異步清零的8位串行輸入/并行 輸出移位寄存器，單片機顯示輸出端口的8位串行數(shù)據(jù)經(jīng)過該芯片之后輸出8位并行的數(shù) 據(jù)，驅(qū)動4位七段LED數(shù)碼管進行輪顯。74HC165是8位移位寄存器(并行輸入，互補串行輸出)，組成擴展的4位B⑶碼 鍵盤電路，完成按鍵與單片機連接。ULN2003是集成達林頓管IC，內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，采用 集電極開路輸出，輸出電流大，可直接驅(qū)動繼電器、低壓燈泡等負載，這里用來驅(qū)動多功能 控制器的指示燈和LED數(shù)碼管。圖5是主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器的控制電路，磁保持繼電器是近幾年發(fā)展起 來的一種新型繼電器，也是一種自動開關(guān)，和其他電磁繼電器一樣，對電路起著自動接通和 切斷作用，所不同的是，磁保持繼電器的常閉或常開狀態(tài)完全是依賴永久磁鋼的作用，其開 關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是靠一定寬度的脈沖電信號觸發(fā)而完成的，具有功耗小、性能穩(wěn)定、體積小、 承載能力大，比一般電磁繼電器性能優(yōu)越的特點，控制觸點轉(zhuǎn)換時，需要在線圈兩端輸入一 定寬度的正向或反向直流脈沖就可以實現(xiàn)磁保持繼電器的接通或切斷。理論吸合脈沖寬度 為20ms ；釋放脈沖寬度為15ms，為了可靠吸合或釋放，多功能控制器程序設(shè)計時選定的是 IOOms的脈沖寬度。圖中Ql Q6完成正向或反向直流脈沖的極性轉(zhuǎn)換。圖6是告警和分合閘指示燈電路，單片機輸出端口控制的三個繼電器JDQ1、JDQ2、 JDQ3分別在告警、合閘、分閘狀態(tài)時吸合，將220V電源接通機箱外部所接的告警、合閘、分 閘指示燈和外接報警器。在高壓多功能計量箱中，作為回路主控元件通過該磁保持繼電器接通或斷開高壓 真空開關(guān)的控制電源，完成高壓真空開關(guān)合閘、分閘動作。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
1.多功能控制器采用了計算機技術(shù)、高壓線路電流電壓取樣技術(shù)、模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn) 換技術(shù)，由高壓電流、電壓取樣電路、智能控制單元和主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器構(gòu)成， 其特征在于，所述的主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器一端與控制電源相連，另一端與高壓真 空開關(guān)控制線圈或其它受控設(shè)備相連，智能控制單元則由AD (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn) 電路、顯示、驅(qū)動及鍵盤電路、單片機及數(shù)據(jù)存儲電路、磁保持繼電器驅(qū)動電路和告警等電 路構(gòu)成，高壓電流、電壓取樣電路信號輸出接至單片機的AD轉(zhuǎn)換端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能控制器，其特征在于，所述智能控制單元設(shè)有高壓線 路電流、電壓監(jiān)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能控制器，其特征在于，所述智能控制單元設(shè)有高壓線 路電流、電壓異常時主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器能夠執(zhí)行分間保護裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能控制器，其特征在于，所述智能控制單元設(shè)有高壓線 路電流、電壓異常時能夠執(zhí)行告警裝置。
全文摘要
多功能控制器采用了計算機技術(shù)、高壓線路電流電壓取樣技術(shù)、模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換技術(shù)，由高壓電流、電壓取樣電路、智能控制單元和主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器構(gòu)成，所述的主回路執(zhí)行元件磁保持繼電器一端與控制電源相連，另一端與高壓真空開關(guān)控制線圈或其它受控設(shè)備相連，智能控制單元則由AD轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電路、顯示、驅(qū)動及鍵盤電路、單片機及數(shù)據(jù)存儲電路、磁保持繼電器驅(qū)動電路和告警等電路構(gòu)成，高壓電流、電壓取樣電路信號輸出接至單片機的AD轉(zhuǎn)換端口。本發(fā)明能夠滿足供電部門對供電系統(tǒng)電壓、電流的全面保護要求，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易操作易安裝的特點。
文檔編號H02H3/07GK102044858SQ20091004409
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者周健, 張琳瓊, 李政, 王年富, 鄧紅泉, 陳海霞 申請人:郴州郴電科技有限公司