測保歸并通用型微機保護裝置制造方法
【專利摘要】一種測保歸并通用型微機保護裝置，包括用于采集電流信號的電流互感器、將電流信號進行調(diào)理放大并輸出第一采樣信號的調(diào)理放大電路、將電流信號進行調(diào)理并輸出第二采樣信號的信號調(diào)理電路、以及分別采集第一采樣信號和第二采樣信號并根據(jù)第一采樣信號獲取對應的電流值以及在第二采樣信號超過保護閾值時控制執(zhí)行相應的保護動作以對輸電線路進行過流保護的中央處理器。電流互感器的輸出端分別連接至信號調(diào)理電路和調(diào)理放大電路，調(diào)理放大電路和信號調(diào)理電路分別連接至中央處理器。由于電流信號首先被進行放大處理得到第一采樣信號，與未進行放大處理的第二采樣信號相比，相當于間接縮小CT運算變比，可避免因被測電流值過小導致的精度缺失問題。
【專利說明】測保歸并通用型微機保護裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力系統(tǒng)微機保護【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種在不改變已有的電流采集CT數(shù)量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)集過流保護和電流精確測量功能于一體的測保歸并通用型微機保護裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]微機保護裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其功能是當輸電線路出現(xiàn)短路、過流、電壓異常等情況時，能及時的切除故障，保證電力系統(tǒng)的正常運行及用電設(shè)備的安全。
[0003]在對電流的保護方面，常規(guī)的微機保護裝置一般具備三段過流保護功能即可，但是隨著時代的發(fā)展，微機保護裝置也在向著多功能化的方向發(fā)展，除具備保護功能外還需具備電流實時測量功能。
[0004]電力領(lǐng)域中，微機保護裝置一般選用過載能力強的保護CT作為裝置的電流傳感器就足以滿足保護精度。因其保護范圍寬，致使其分辨精度低，若直接用于測量，則不能很好的滿足測量精度的需求。針對這一存在問題，一般的解決辦法是額外增加變比相對較小的CT，請參考圖1，微機保護裝置包括:保護CT、測量CT、PT、中央處理器2’、人機交互模塊31’、通訊模塊32’、開關(guān)量采集模塊33’以及繼電器輸出模塊34’，其中，中央處理器2’具體包括AD采集電路21’和主控電路22’。AD采集電路21’將保護CT、測量CT、PT、采樣的信號分別進行內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換，供主控電路22’進行采集運算進而控制人機交互模塊31’和繼電器輸出模塊34’的工作等。
[0005]圖中保護CT即為滿足保護精度的變比較大的電流互感器，測量CT是滿足測量精度的變比較小的電流互感器，保護CT是現(xiàn)有技術(shù)中參與過流保護功能的元件，測量CT是新增加的參與電流測量功能的元件，可見，此舉雖能滿足測量的精度要求，但CT價格比較昂貴，且較之一般的芯片、電阻、電容、二極管之類的元器件，體積要大很多，因此，增加CT的方法無疑增加了硬件成本，增大了產(chǎn)品體積。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述沒有電流測量功能、或者雖具有電流測量功能但是加了硬件成本和產(chǎn)品體積的缺陷，提供一種在不改變已有的電流采集CT數(shù)量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)集過流保護和電流精確測量功能于一體的測保歸并通用型微機保護裝置。
[0008]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種測保歸并通用型微機保護裝置，用于輸電線路的測控，包括用于采集電流信號的電流互感器、用于將所述電流信號進行調(diào)理放大并輸出第一采樣信號的調(diào)理放大電路、用于將所述電流信號進行調(diào)理并輸出第二采樣信號的信號調(diào)理電路、以及用于分別采集所述第一采樣信號和第二采樣信號并根據(jù)所述第一采樣信號獲取對應的電流值以及在所述第二采樣信號超過保護閾值時控制執(zhí)行相應的保護動作以對所述輸電線路進行過流保護的中央處理器，所述電流互感器的輸出端分別連接至所述信號調(diào)理電路和調(diào)理放大電路，所述調(diào)理放大電路和信號調(diào)理電路分別連接至所述中央處理器。
[0009]本實用新型所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其中，所述調(diào)理放大電路包括第一運算放大器、第一偏置電阻、分壓電阻、反饋電阻、第二偏置電阻；所述第一運算放大器的同相輸入端經(jīng)所述第一偏置電阻連接至所述電流互感器的輸出端，所述第一運算放大器的同相輸入端還經(jīng)所述第二偏置電阻連接至標準電壓源，所述第一運算放大器的反相輸入端經(jīng)所述分壓電阻接地，所述第一運算放大器的反相輸入端還經(jīng)所述反饋電阻連接至所述第一運算放大器的輸出端。
[0010]本實用新型所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其中，所述調(diào)理放大電路還包括第一匹配電阻、第一保護二極管、第二保護二極管、第一濾波電容；所述第一匹配電阻的一端連接至所述第一運算放大器的輸出端，所述第一匹配電阻的另一端分別連接至所述第一保護二極管的陽極和第二保護二極管的陰極，所述第一保護二極管的陰極連接至標準電壓源，第二保護二極管的陽極接地，第一濾波電容與所述第二保護二極管并聯(lián)，所述第二保護二極管的陰極連接至所述中央處理器。
[0011]本實用新型所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其中，所述中央處理器包括AD采集電路和主控電路，所述中央處理器采用型號為TMS320F28335的DSP控制器，所述調(diào)理放大電路連接至所述DSP控制器的一個AD采集端口，所述信號調(diào)理電路連接至所述DSP控制器的另一個AD采集端口。
[0012]本實用新型所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其中，所述信號調(diào)理電路包括第三偏置電阻、第四偏置電阻、第三保護二極管、第四保護二極管、第二濾波電容；所述第三偏置電阻的一端連接至所述電流互感器的輸出端，所述第三偏置電阻的另一端分別連接至所述第三保護二極管的陽極和第四保護二極管的陰極，所述第三保護二極管的陰極連接至標準電壓源，第四保護二極管的陽極接地，第四偏置電阻與所述第三保護二極管并聯(lián)，第二濾波電容與所述第四保護二極管并聯(lián)。
[0013]本實用新型所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其中，所述信號調(diào)理電路還包括第二運算放大器；所述第四保護二極管的陰極連接至所述第二運算放大器的同相輸入端，所述第二運算放大器的反相輸入端連接至所述第二運算放大器的輸出端，所述第二運算放大器的輸出端連接至所述中央處理器。
[0014]本實用新型所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其中，還包括連接至所述中央處理器的人機交互模塊，所述人機交互模塊包括液晶顯示器、鍵盤和信號指示燈。
[0015]本實用新型所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其中，還包括連接至所述中央處理器的、用于與上位機通信的通訊模塊，所述通訊模塊包括RS232通訊模塊接口、RS485通訊模塊接口或GPRS模塊接口。
[0016]本實用新型所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其中，還包括連接至所述中央處理器的開關(guān)量采集模塊以及繼電器輸出模塊。
[0017]實施本實用新型的測保歸并通用型微機保護裝置，具有以下有益效果:本實用新型中，新增調(diào)理放大電路對電流信號進行放大處理，由于電流信號首先被進行放大處理得到第一采樣信號，所以中央處理器對第一采樣信號的處理與未進行放大處理的第二采樣信號相比，增強了對小信號的分辨能力，此外電流互感器CT是將大電流轉(zhuǎn)換為小電流的器件，具有固定的變比，由于增設(shè)的調(diào)理放大電路I的放大作用，相當于間接縮小CT運算變比，可避免大量程測量中因被測電流值過小導致的精度缺失問題。而且，這種方法直接利用過流保護功能中已經(jīng)存在的電流互感器獲取電流信號，解決了現(xiàn)有技術(shù)中增加硬件成本或者產(chǎn)品體積的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中微機保護裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2是本實用新型測保歸并通用型微機保護裝置的較佳實施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖3是圖2的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0022]為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0023]參考圖2，是本實用新型測保歸并通用型微機保護裝置的較佳實施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]測保歸并通用型微機保護裝置用于輸電線路測控，本實用新型的測保歸并通用型微機保護裝置包括:電壓互感器PT、信號調(diào)理電路2’、電流互感器CT、調(diào)理放大電路1、信號調(diào)理電路2、中央處理器2、人機交互模塊31、通訊模塊32、開關(guān)量采集模塊33以及繼電器輸出模塊34。
[0025]電流互感器CT用于采集電流信號；調(diào)理放大電路I用于將所述電流信號進行調(diào)理放大并輸出第一采樣信號；信號調(diào)理電路2用于將所述電流信號進行調(diào)理并輸出第二采樣信號；中央處理器2用于分別采集所述第一采樣信號和第二采樣信號，并根據(jù)所述第一采樣信號獲取對應的電流值以及在所述第二采樣信號超過保護閾值時控制執(zhí)行相應的保護動作以對所述輸電線路進行過流保護。
[0026]其中，所述電流互感器CT的輸出端分別連接至所述信號調(diào)理電路2和調(diào)理放大電路1，電壓互感器PT輸出端連接至信號調(diào)理電路2’，所述調(diào)理放大電路1、信號調(diào)理電路2、信號調(diào)理電路2’、人機交互模塊31、通訊模塊32、開關(guān)量采集模塊33、繼電器輸出模塊34分別連接至所述中央處理器2。
[0027]人機交互模塊31包括液晶顯示器、鍵盤和信號指示燈。通訊模塊32包括RS232通訊模塊接口、RS485通訊模塊接口或GPRS模塊接口，可基于MODBUS通訊規(guī)約與上位機通信。中央處理器2包括AD采集電路21和主控電路22，這兩者可均嵌于一片DSP控制器中，DSP控制器將上述第一采樣信號以及第二采樣信號進行內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換，供其進行采集運算，根據(jù)第一采樣信號計算用于判斷跳閘的電流值，并在過流時控制繼電器輸出模塊34動作從而對線路進行保護，而第二采樣信號提供電流測量值，直接于操作界面上顯示。還可根據(jù)開關(guān)量采集模塊33的輸入狀態(tài)判斷輸電線路的運行狀態(tài)，在符合預設(shè)的保護邏輯時控制繼電器輸出模塊34動作以對線路進行保護。信號調(diào)理電路2’用于對電壓互感器PT輸出的信號進行調(diào)理后輸出至中央處理器2進行后續(xù)處理，信號調(diào)理電路2’屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。
[0028]本實用新型中，新增調(diào)理放大電路I對電流信號進行放大處理，由于電流信號首先被進行放大處理得到第一采樣信號，所以中央處理器2對第一采樣信號的處理與未進行放大處理的第二采樣信號相比，相當于間接縮小CT運算變比，可避免大量程測量中因被測電流值過小導致的精度缺失問題。而且，這種方法直接利用過流保護功能中已經(jīng)存在的電流互感器獲取電流信號，解決了現(xiàn)有技術(shù)中增加硬件成本或者產(chǎn)品體積的問題。
[0029]下面結(jié)合圖3詳細闡述本實用新型的工作原理。
[0030]圖示僅列出其中A相的電路圖，其他相別的相類似，圖中電流互感器CT與A相接線連接。
[0031]本實施例中，中央處理器2采用型號為TMS320F28335的DSP控制器U3，DSP控制器U3內(nèi)部集成了 AD采集電路21和主控電路22，DSP控制器U3提供了多通道模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換能力，其具有多個AD采集端口，本實施例中，ADCINA0端口接收上述第二采樣信號，用于實現(xiàn)過流保護，ADCINA4端口接收上述第一采樣信號，用于實現(xiàn)電流測量。
[0032]所述調(diào)理放大電路I包括:第一運算放大器U1、第一偏置電阻R1、分壓電阻R2、反饋電阻R3、第二偏置電阻R4、第一匹配電阻R5、第一保護二極管D1、第二保護二極管D2、第一濾波電容Cl。
[0033]所述信號調(diào)理電路2包括:第三偏置電阻R6、第四偏置電阻R7、第三保護二極管D3、第四保護二極管D4、第二濾波電容C2、第二運算放大器U2。
[0034]電流互感器CT的輸出端經(jīng)所述第一偏置電阻Rl連接至所述第一運算放大器Ul的同相輸入端，所述第一運算放大器Ul的同相輸入端還經(jīng)所述第二偏置電阻R4連接至標準電壓源+2.048V，所述第一運算放大器Ul的反相輸入端經(jīng)所述分壓電阻R2接地，所述第一運算放大器Ul的反相輸入端還經(jīng)所述反饋電阻R3連接至所述第一運算放大器Ul的輸出端。所述第一匹配電阻R5的一端連接至所述第一運算放大器Ul的輸出端，所述第一匹配電阻R5的另一端分別連接至所述第一保護二極管Dl的陽極和第二保護二極管D2的陰極，所述第一保護二極管Dl的陰極連接至標準電壓源+2.048V，第二保護二極管D2的陽極接地，第一濾波電容Cl與所述第二保護二極管D2并聯(lián)，所述第二保護二極管D2的陰極連接至DSP控制器U3的ADCINA4端口。
[0035]電流互感器CT的輸出端還經(jīng)所述第三偏置電阻R6連接至所述第三保護二極管D3的陽極和第四保護二極管D4的陰極，所述第三保護二極管D3的陰極連接至標準電壓源+2.048V，第四保護二極管D4的陽極接地，第四偏置電阻R7與所述第三保護二極管D3并聯(lián)，第二濾波電容C2與所述第四保護二極管D4并聯(lián)，所述第四保護二極管D4的陰極連接至所述第二運算放大器U2的同相輸入端，所述第二運算放大器U2的反相輸入端連接至所述第二運算放大器U2的輸出端，所述第二運算放大器U2的輸出端連接至DSP控制器U3的ADCINA0 端口。
[0036]需要明確的是，本實用新型中所涉及到的所有的元器件的型號及其引腳連接只是一個范例，也可以用類似功能的元器件或引腳代替，此處并不做限制。
[0037]信號調(diào)理電路2是現(xiàn)有技術(shù)中為過流保護而設(shè)的，能滿足CT額定值20?30倍的過載保護范圍。電流互感器CT輸出的電流信號經(jīng)第三偏置電阻R6、第四偏置電阻R7和標準電壓源+2.048V進行正向偏置，以保證后級能采集到完整的波形信號，經(jīng)過偏置、濾波后的電流信號即為上述的第二采樣信號，再利用第二運算放大器U2構(gòu)成的電壓跟隨器把第二采樣信號一比一送至DSP控制器U3的一個AD采集端口:ADCINAO端口，再供CUP進行采集運算。
[0038]所述調(diào)理放大電路I是本實用新型中專為電流的測量而設(shè)的，其測量范圍一般為CT額定值的1.2倍，對來源于同一電流互感器CT的同一電流信號，首先利用第二偏置電阻R4和標準電壓源+2.048V進行正向偏置，再經(jīng)后級第一運算放大器Ul進行放大，再經(jīng)第一匹配電阻R5和第一濾波電容Cl構(gòu)成的濾波電路進行濾波，經(jīng)過偏置、放大、濾波后電流信號即為上述的第一采樣信號，把第一采樣信號送至DSP控制器U3的另一個AD采集端口:ADCINA4端口，再供CPU進行采集運算。
[0039]電流互感器CT是將大電流轉(zhuǎn)換為小電流的裝置，具有固定的變比，由于增設(shè)的調(diào)理放大電路I的放大作用，對電流互感器CT輸出的電流信號進行放大，相當于間接縮小CT運算變比，此舉可避免大量程測量中因被測值過小而導致精度缺失問題。
[0040]對來源于CT的電流信號，使用兩路AD (ADCINA0端口和ADCINA4端口 )分別對其進行采集，第二采樣信號的數(shù)據(jù)運算受保護快速性的影響，用運算量較小的算法計算出當前的電流值，然后根據(jù)整定值大小判斷是否進行跳閘動作，經(jīng)試驗保護動作誤差可控制在±3%以內(nèi)。而第一采樣信號存在超額定值而使保護二極管泄放的情況，當ADCINA4端口連續(xù)檢測到的多個采樣點為保護二極管的泄放值，則認為超量程了。若無超量程情況，則可根據(jù)第一采樣信號計算電流值。因電流的測量數(shù)據(jù)不要求快速響應，可將多次采集的第一采樣信號的數(shù)據(jù)運用中值平均法處理，可大大增加數(shù)據(jù)的辨析能力，提高了測量的精度，經(jīng)測試測量精度可控制在±0.5%以內(nèi)，滿足工程應用中測量精度的要求。
[0041]上面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測保歸并通用型微機保護裝置，用于輸電線路的測控，其特征在于，包括用于采集電流信號的電流互感器(CT)、用于將所述電流信號進行調(diào)理放大并輸出第一采樣信號的調(diào)理放大電路(1)、用于將所述電流信號進行調(diào)理并輸出第二采樣信號的信號調(diào)理電路(2)、以及用于分別采集所述第一采樣信號和第二采樣信號并根據(jù)所述第一采樣信號獲取對應的電流值以及在所述第二采樣信號超過保護閾值時控制執(zhí)行相應的保護動作以對所述輸電線路進行過流保護的中央處理器(2)， 所述電流互感器(CT)的輸出端分別連接至所述信號調(diào)理電路(2)和調(diào)理放大電路(1)，所述調(diào)理放大電路(1)和信號調(diào)理電路(2)分別連接至所述中央處理器(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其特征在于，所述調(diào)理放大電路(1)包括第一運算放大器(U1)、第一偏置電阻(R1)、分壓電阻(R2)、反饋電阻(R3)、第二偏置電阻(R4)； 所述第一運算放大器(U1)的同相輸入端經(jīng)所述第一偏置電阻(R1)連接至所述電流互感器(CT)的輸出端，所述第一運算放大器(U1)的同相輸入端還經(jīng)所述第二偏置電阻(R4)連接至標準電壓源，所述第一運算放大器(U1)的反相輸入端經(jīng)所述分壓電阻(R2)接地，所述第一運算放大器(U1)的反相輸入端還經(jīng)所述反饋電阻(R3)連接至所述第一運算放大器(U1)的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其特征在于，所述調(diào)理放大電路(1)還包括第一匹配電阻(R5)、第一保護二極管(D1)、第二保護二極管(D2)、第一濾波電容(C1)； 所述第一匹配電阻(R5)的一端連接至所述第一運算放大器(U1)的輸出端，所述第一匹配電阻(R5)的另一端分別連接至所述第一保護二極管(D1)的陽極和第二保護二極管(D2)的陰極，所述第一保護二極管(D1)的陰極連接至標準電壓源，第二保護二極管(D2)的陽極接地，第一濾波電容(C1)與所述第二保護二極管(D2)并聯(lián)，所述第二保護二極管(D2)的陰極連接至所述中央處理器(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其特征在于，所述中央處理器(2)包括AD采集電路(21)和主控電路(22)，所述中央處理器(2)采用型號為TMS320F28335的DSP控制器(U3)，所述調(diào)理放大電路(1)連接至所述DSP控制器(U3)的一個AD采集端口，所述信號調(diào)理電路(2)連接至所述DSP控制器(U3)的另一個AD采集端□ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其特征在于，所述信號調(diào)理電路(2)包括第三偏置電阻(R6)、第四偏置電阻(R7)、第三保護二極管(D3)、第四保護二極管(D4)、第二濾波電容(C2)； 所述第三偏置電阻(R6)的一端連接至所述電流互感器(CT)的輸出端，所述第三偏置電阻(R6)的另一端分別連接至所述第三保護二極管(D3)的陽極和第四保護二極管(D4)的陰極，所述第三保護二極管(D3)的陰極連接至標準電壓源，第四保護二極管(D4)的陽極接地，第四偏置電阻(R7)與所述第三保護二極管(D3)并聯(lián)，第二濾波電容(C2)與所述第四保護二極管(D4)并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其特征在于，所述信號調(diào)理電路(2)還包括第二運算放大器(U2); 所述第四保護二極管(D4)的陰極連接至所述第二運算放大器(U2)的同相輸入端，所述第二運算放大器(U2)的反相輸入端連接至所述第二運算放大器(U2)的輸出端，所述第二運算放大器(U2)的輸出端連接至所述中央處理器(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其特征在于，還包括連接至所述中央處理器(2)的人機交互模塊(31)，所述人機交互模塊(31)包括液晶顯示器、鍵盤和信號指示燈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其特征在于，還包括連接至所述中央處理器(2)的、用于與上位機通信的通訊模塊(32)，所述通訊模塊(32)包括RS232通訊模塊接口、RS485通訊模塊接口或GPRS模塊接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測保歸并通用型微機保護裝置，其特征在于，還包括連接至所述中央處理器(2)的開關(guān)量采集模塊(33)以及繼電器輸出模塊(34)。
【文檔編號】H02H7/26GK204167884SQ201420677742
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】廖達能, 張珍源, 張育才, 王江, 王惠春, 鮑憲明 申請人:深圳市中科數(shù)碼技術(shù)有限公司