專利名稱：適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統二次設備，特別適合35kv以下線路保護、變壓器保護、 電容器保護、電動機保護、通用測控裝置的適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流 變換插件。
背景技術：
隨著國民經濟的快速發(fā)展，作為先行兵的電力工業(yè)得到迅猛發(fā)展，并且仍將有著 巨大的發(fā)展?jié)摿?。但是與之相不一致的是電力系統繼電保護行業(yè)發(fā)展緩慢，現有技術仍有 大量的8位/16位機產品在運行，存在不能滿足電力系統的發(fā)展帶來的越來越高的功能完 善、高精度等要求，隨著工業(yè)以太網在國外的成熟，已開始在國內電力變電站自動化系統等 推廣工業(yè)以太網的使用，并且32位單片機軟硬件系統、DSP系統、16位A/D變換等已漸成 熟，開發(fā)新一代繼電保護系統已迫在眉睫。在電力工業(yè)快速發(fā)展的近十多年年，積累了大量的電力一次、二次設備制造及成 套企業(yè)，尤其是二次設備制造企業(yè)，主要是進行繼電保護成套設備的研發(fā)、生產及銷售，數 量達數千家，這些企業(yè)大多面臨產品落后、急需升級換代的緊迫問題，但是隨著32位機平 臺、C/C+ +軟件應用、工業(yè)以太網、多任務操作系統等新技術的應用，很多企業(yè)面臨存在設 備、技術老化、人才短缺、資金緊張等缺陷，急需專業(yè)化設計的產品平臺，以滿足這些企業(yè)進 行產品工程化、模塊化設計和選型的需求。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種結構簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、精度高、通用性 強、成本低，可有效滿足重負荷電站的短路水平要求，可靠消除IOOk以上高次諧波的適用 于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件。為了克服現有技術的不足，本實用新型的技術方案是這樣解決的適用于微機保 護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件的特殊之處在于該變換插件包括6路交流電流 變換器和4路電壓變換器分別與運算放大器連接，所述運算放大器與多路選擇開關電路連 接，所述多路選擇開關電路與弱電輸入/輸出接線端子連接，所述弱電輸入/輸出接線端子 分別逆向與運算放大器、多路選擇開關電路連接。所述交流電流變換器連接6路通用交流電流變換器和6個鐵磁濾波器。所述電壓變換器連接4路通用電壓變換器和4個鐵磁濾波器。所述運算放大器為TL074I型號運算放大器。所述運算放大器輸出的10路信號與兩片8選1的多路選擇開關電路輸入端連接。所述弱電輸入/輸出接線端子與CPU插件的硬件測頻電路連接。所述交流電流變換器包括128 A/1. 765V.6. 4 A/1. 765V.25. 6 A/1. 765VU. 28 A/1.765V 4 種規(guī)格，所述電壓變換器包括 128 V/l. 765V、73. 9 V/l. 765V、281. 6V/1. 765V、 281. 6V/20V 4 種規(guī)格。[0012]所述多路轉換開關電路為⑶405IBM型8選1譯碼芯片。所述交流電流變換器連接6個穩(wěn)壓二極管，所述電壓變換器連接4個穩(wěn)壓二極管。本實用新型為BK-Z3000成套繼電保護測控裝置的重要組成部分，在裝置中命名 為AC1，其它還包括CPU插件、I/O插件、彩色/單色液晶插件等，該系列中各型裝置可選配 廣4塊本交流插件(ACl)，組成了配置靈活、性價比高、精度高的交流模擬量轉換系統。本實用新型與現有技術相比，具有結構簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、精度高、通 用性強、成本低，可有效滿足重負荷電站的短路水平要求的特點，本實用新型率先采用大測 量范圍電流變換器(如128 A/1.765V規(guī)格)，范圍達0.2 128A，同時可抗最大100A的衰 減暫態(tài)直流分量，線性傳輸而不出現飽和等嚴重的波形畸變，可有效滿足重負荷電站的短 路水平要求。同時輸出了高穩(wěn)定性工頻及13次以內各次諧波，為16位高精度的A/D變換 提供了可靠的保證；低成本多路開關⑶4051BM與合適的運算放大器TL074I的結合大大降 低了總體成本；創(chuàng)造性地將多路開關切換電路移至交流變換插件上，區(qū)別于以往在CPU主 板上的設計思路，大大減少了插件間連線數量，并且具有擴展靈活等優(yōu)點，同時在模擬量關 鍵部分采用鐵磁濾波器件，基本消除了 IOOk以上高次諧波，提高了采樣精度。通過本發(fā)明 方案的實施，以及配套的CPU插件等其他插件組合，實現了高性能、高精度、低成本的繼電 保護產品，廣泛用于火力發(fā)電廠變電站、水力發(fā)電廠變電站，電力系統各類變電站使用。

圖1為本實用新型模塊連接示意框圖；圖2為圖1的電流變換結構示意原理圖；圖3為圖1的電壓變換結構示意原理圖；圖4為圖1的驅動運放及測頻通道結構示意原理圖；圖5為圖1的多路開關切換結構示意原理圖；圖6為圖1的弱電輸入/輸出及電源濾波結構示意原理圖。
具體實施方式
附圖為本實用新型的實施例。
以下結合附圖對發(fā)明內容作進一步說明參照圖1所示，適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件，該變換 插件包括6路交流電流變換器2和4路電壓變換器3與運算放大器4連接，所述運算放大 器4與多路選擇開關電路5連接，所述多路選擇開關電路5與弱電輸入/輸出接線端子6連 接，所述弱電輸入/輸出接線端子6分別逆向與運算放大器4、多路選擇開關電路5連接。所述交流電流變換器2連接6路通用交流電流變換器和6個鐵磁濾波器。所述電壓變換器3連接4路通用電壓變換器和4個鐵磁濾波器。所述運算放大器4為TL074I型號運算放大器。所述運算放大器4輸出的10路信號與兩片8選1的多路選擇開關電路輸入端連接。所述弱電輸入/輸出接線端子6與CPU插件的硬件測頻電路連接。[0030]所述交流電流變換器2 包括 128 A/1. 765V.6. 4 A/1. 765V.25. 6 A/1. 765V、 1. 28 A/1. 765V 4 種規(guī)格，所述電壓變換器 3 包括 128 V/l. 765V、73. 9 V/l. 765V、 281. 6V/1. 765V、281. 6V/20V 4 種規(guī)格。所述多路轉換開關電路為⑶405IBM型8選1譯碼芯片。所述交流電流變換器2連接6個穩(wěn)壓二極管，所述電壓變換器3連接4個穩(wěn)壓二極管。該交流變換插件ACl采用雙面板布線技術雙面大面積覆信號地、屏蔽地層，兩面 部分小型元器件表貼焊裝，預留10路模擬量變換器位置，其中6路為交流電流變換器，4路 為交流電壓變換器。電流、電壓信號根據自身特點采用不同的輸出接線端子，電壓采用可分 離插拔的轉接端子，可方便的自行插拔，使插件電壓部分與輸入信號分離。電流采用大接觸 面螺絲緊固端子，不支持插拔，確保電流回路不開路，具有簡單可靠的特點，與同一裝置內 部其他插件的輸入輸出連接采用標準的32p的歐品連接器進行。圖2所示為電流變換部分原理圖，接線端子J2用于將外部電流輸入連接到內部電 流變換器上，設12跟接線端子，可連接2. 5mm導線并滿足安全要求，該輸入端采用引線套 環(huán)加螺絲緊固方式連接，滿足不斷線的要求。TAfTA6為6路電流變換器的通用代號，CT1、 CTl ‘為第一路原邊電流輸入輸出端，通過軟導線連接到接線端子J2的對應端上，副邊信 號輸出為按I2=N*I1輸出的小電流信號，Il為原邊流過電流，N為變比，該信號先經過串行 鐵磁濾波材料Al，然后在采樣電阻Rl上產生電壓信號，不同電流互感器可匹配不同電阻， 使得電壓信號范圍在士2. 5V之間，電流變換器TAl的4端口接十2. 5V電平，使得6端口信 號相對于OV電平AGND范圍變?yōu)? 5V單邊信號，再經電阻R7/R8、電容C7/C18的二階濾 波，輸出信號ΑΝ0，理想范圍0 5V，考慮實際輸入信號可能超范圍，設計保護電路WY1，為 肖特基類穩(wěn)壓二極管保護電平6. 8V，這樣ANO信號電平就可靠存在于一 0. 5 6. 8V之間， 不致損害后續(xù)器件。電流變換器TA2 TA6原理及參數同電流變換器TA1。Cl 一 C50為各 個信號節(jié)點濾波電容，電流變換器的屏蔽地通過線路板覆銅連線到電壓出線端子大地端子 J3-l(Earth)上。電流變換器考慮保護、測量的不同需求，有以下幾種規(guī)格1 A/1. 765V、 6.4 A/1.765V、25. 6 A/1. 765V、1. 28 A/1. 765V，該規(guī)格是指從采樣電阻輸出的電壓信號，可 見各種變換器輸出額定電壓都是1. 765V(有效值)，對應瞬時值士2. 5V，共輸出ΑΜΓΑΝ5這 6個電流信號。圖3所示為電壓變換部分原理圖，接線端子J3為一套連接器，可靈活插拔，設7個 端子，TVfTV3變換器通過PT1、PT2、PT3及公共端PTN標識連接到J3對應端子上，一般用于 采集A/B/C相電壓信號，ΡΤ4、ΡΤ4 ‘標識將另1路獨立的電壓信號TV4接到J3上，一般為零 序電壓或線路抽取電壓，Earth為該插件可靠的屏蔽地線端子，用于將插件內電流、電壓變 換器的屏蔽隔離層可靠接大地。TVfTV4根據不同需求可選不同規(guī)格，但二次線性輸出范圍 統一為0 士2. 5V。其中電壓變換器TVl的4端口接+ 2. 5V電平，使得6端口信號相對于 OV電平AGND范圍變?yōu)? 5V單邊信號，再經電阻R19/R20、電容C11/C12的二階濾波，輸出 信號AN6，理想范圍0 5V，考慮實際輸入信號可能超范圍，設計保護電路WY7，為肖特基類 穩(wěn)壓二極管保護電平6. 8V，這樣AN6信號電平就可靠存在于一 0. 5 6. 8V之間，不致損害 后續(xù)器件。電壓變換器TV2 TV4原理及參數同電壓變換器TV1。C51 — C53、C39為各個信 號節(jié)點濾波電容，電壓變換器的屏蔽地通過線路板覆銅連線到電壓出線端子大地端子J3-1(Earth)上。電壓變換器考慮線/相電壓的不同需求，有以下幾種規(guī)格1 V/1.765V、73.9 V/l. 765V、281. 6V/1. 765V、281. 6V/20V，該規(guī)格是指互感器副邊輸出的電壓信號，可見各種 變換器輸出額定電壓都是1. 765V(有效值)，對應瞬時值士2. 5V，共輸出AN6 AN9這4個電 壓信號。圖4所示為驅動運放及測頻通道部分原理圖，所選運算放大器型號為TL074I，信 號ΑΜΓΑΝ9輸入到運算放大器U4/U5/TO的正輸入端，其負輸入端與輸出短接，構成反向跟 隨器，輸出Α(ΓΑ9信號，完成原始信號的隔離和驅動。外部輸入的+2. 5VIN信號也經一路運 放驅動，輸出+2. 5V信號供各路模擬量疊加使用，Α6信號還經電阻R34輸出一路硬件測頻 率信號FRQl，另一路測頻信號FRQO可通過跳線塊JPl選擇AO或Α9輸出。C30、C41等電容 為分布各芯片電源管腳間的去耦電容，。圖5所示為多路開關切換部分原理圖，Ul、U2為兩個8選1切換開關，型號為 ⑶4051BM，滿足士9V雙極性工作電源的要求，信號Α(ΓΑ9輸入到Ul、U2的10個輸入端，另 外外部電源、CPU插件等引入的的模擬電平+5VAIN、數字電平+5VDIN、+9V、+2. 5V以及兩路 地電平AGNDl、AGND2經阻容等濾波處理后也接到U1、U2的另外6路輸入端口，可以進行相 應通道的信號測量。在外部通道選擇信號線A/B/C/SEL0、SEL1的選擇下U1、U2只能有一片 選通，ANALOG管腳輸出一路電平范圍(T5V的經鐵磁材料濾波的低阻抗電壓型公共模擬量 信號AD - OUT，該信號輸出到弱電輸入/輸出接線端子Jl。圖6所示為弱電輸入/輸出接線端子及電源濾波部分原理圖。Jl為裝置內部 各插件見信號接線端子，可選用標準的歐品端子，型號為歐品9001-15321C。從外部引入 士9VIN電源，一般為高性能開關電源模塊輸出，另外其它信號線包括+2. 5VIN基準電平、A/ B/C/SEL0/SEL1等5根譯碼地址線，還包括+ 5VAIN、+ 5VDIN等都為CPU插件輸出到本插 件，本插件輸出AD - OUT模擬量公共信號，以及FRQO、FRQl測頻模擬量給CPU插件。要求 CPU插件上A/B/C/SEL0/SEL1信號線輸出電平+5 +9V范圍，并且能承受+9V電平信號。綜上所述，工作原理描述如下電流、電壓信號引入后經變換器電磁隔離在副邊生 成小電壓信號，范圍0 士2. 5V，然后轉換為0 5V信號，經二級阻容濾波后至運放輸入 端，再經運放輸出端至多路開關輸入端，在外部CPU插件輸出的片選及地址譯碼信號線配 合下選定某一通道后完成采樣再切換到下一通道，如此循環(huán)往復，實現交流電流、電壓等模 擬量的采集。
權利要求1.一種適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件，其特征在于該變換 插件包括至少4路交流電流變換器(2)和至少3路電壓變換器(3)與運算放大器(4)連接， 所述運算放大器(4)與多路選擇開關電路(5)連接，所述多路選擇開關電路(5)與弱電輸入 /輸出接線端子(6)連接，所述弱電輸入/輸出接線端子(6)分別逆向與運算放大器(4)、多 路選擇開關電路(5)連接。
2.根據權利要求1所述的適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件， 其特征在于所述交流電流變換器(2 )至少連接4路通用交流電流變換器和6個鐵磁濾波器。
3.根據權利要求1所述的適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件， 其特征在于所述電壓變換器(3)至少連接3路通用電壓變換器和4個鐵磁濾波器。
4.根據權利要求1所述的適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件， 其特征在于所述運算放大器為TL074I型號運算放大器。
5.根據權利要求1所述的適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件， 其特征在于所述運算放大器輸出的10路信號與兩片8選1的多路選擇開關電路輸入端連 接。
6.根據權利要求1所述的適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件， 其特征在于所述弱電輸入/輸出接線端子(6)與CPU插件的硬件測頻電路連接。
7.根據權利要求1所述的一種適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流 變換插件，其特征在于所述交流電流變換器包括128 A/1.765V、6.4 A/1. 765V、25. 6 A/1. 765VU. 28 A/1. 765V 4 種規(guī)格，所述電壓變換器包括 128 V/l. 765V、73. 9 V/l. 765V、 281. 6V/1. 765V,281. 6V/20V 4 種規(guī)格。
8.根據權利要求1所述的一種適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插 件，其特征在于所述多路轉換開關為CD4051BM型8選1譯碼芯片。
9.根據權利要求1所述的一種適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插 件，其特征在于所述交流電流變換器(2)至少連接6個穩(wěn)壓二極管，所述電壓變換器(3)至 少連接4個穩(wěn)壓二極管。
專利摘要本實用新型公開了一種適用于微機保護裝置的帶多路開關切換的交流變換插件。該插件由6路交流電流變換器和4路電壓變換器組成，原邊大電流、電壓信號經互感器隔離變換、運算放大器驅動及經多路選擇開關電路輸出一路電平范圍0~5V范圍的公共模擬量給外部CPU插件的A/D變換，使強電信號隔離變換成小電壓信號并選擇性輸出，輸出阻抗低，再經鐵磁材料濾波，消除了100k以上高次諧波，滿足外部CPU插件通進行A/D變換的要求。插件結構簡單，抗干擾能力強，精度高，成本低，電流、電壓信號測量范圍多檔可選，可與多種CPU插件配合，有效滿足重負荷電站短路水平要求，廣泛用于火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠變電站，及電力系統各類變電站使用。
文檔編號H02N1/00GK201918917SQ20102069464
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年12月31日
發(fā)明者呂開顏, 王強, 田鳳岐 申請人:西安丙坤電氣有限公司