CN101145681B - 矿用多功能智能综合继电器保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用多功能智能综合继电器保护装置，包括单片机、电流互感器、电压互感器、零序电流互感器、光电隔离器、错序和缺相故障检测保护电路、信号调理电路、键盘、时钟芯片、存储器、通信电路、继电器，所述电流互感器、电压互感器、零序电流互感器的输出接光电隔离器的输入端，光电隔离器的输出端接信号调理电路，单片机分别与信号调理电路、键盘、显示器、实时时钟、存储器、通信电路、光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端接继电器的输入端，继电器的输出端接被控电路。本发明结构简单、可靠性高，可对矿山用电实现实时远程监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿用多功能智能综合继电器保护装置。
背景技术
随着现代技术的发展，多功能综合保护装置已成为地下电网保护系统的发展趋势。目前煤矿常使用的电气保护装置存在查找故障困难、使用不方便以及不适应煤矿恶劣环境等缺陷，导致事故时有发生，造成经济损失严重。针对这些问题设计了一种用于矿井电网的智能综合保护装置。该装置通过对零序电流的检测来监视接地、漏电故障，通过对各相电流、电压的检测来监视短路、过载、过压、欠压等故障，利用一个简单的相序检测电路防止相序出错及断相故障；由单片机控制继电器进行反时限延时断电保护；结合通讯技术对电网的安全进行实时监控。该装置可对矿井电网进行实时监测和保护，可以有效的防止电网故障所引发的用电设备烧毁等恶性故障；其用软件编写的完善的故障识别程序解决了矿井下查找故障困难的难题，对现代通讯技术的应用，有利于维修人员通过对故障信息的查询迅速排除故障；基于模块化的编程方法，增强了程序的可移植性，对于以后功能的扩展提供了便利。
发明内容
为解决现有电气保护装置所存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、可靠性高、可实现远程监控的矿用多功能智能综合继电器保护装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：单片机、电流互感器、电压互感器、零序电流互感器、光电隔离器、错序和缺相故障检测保护电路、信号调理电路、键盘、时钟芯片、存储器、通信电路、继电器，其特征在于：电流互感器、电压互感器、零序电流互感器的输出接光电隔离器的输入端，光电隔离器的输出端接信号调理电路，单片机分别与信号调理电路、键盘、显示器、实时时钟、存储器、通信电路、光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端接输出继电器的输入端，输出继电器的输出端接被控电路，错序和缺相故障检测保护电路由集成电路CD4013、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、二极管D1、D2、D3、D4、D5、电容C1、C2、三极管T1、T2、继电器J组成。
本继电保护装置的优点：1)速度快，精度高：智能综合保护装置以一个单片8位高性能微控制器P87C591为主控芯片，速度快，可靠性高；同时，保护装置采用性能优越的电流互感器、电压互感器作为电流信号、电压信号的信号处理模块，使保护装置的测量精度大大提高；2)功能多，性能可靠：装置集测量、显示、保护、控制、通讯等功能于一体；3)体积小，功耗少：本装置采用集成电路，体积小，结构简单；4)可扩展性比较强：基于模块的软件设计，便于整个软件的维护和功能的扩充。5)人机接口人性化，便于故障查询：本装置可动态实时显示电网电压和负载电流，即时显示故障动作原因、动作时间，可长期记录和查询历史故障原因和时间；6)远程通讯功能：本装置可与地面中心站联网形成井下供电监控系统，实现对供电状态的动态实时监控。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明中键盘、液晶显示与单片机的接口电路。
图3为本发明中时钟芯片DS1302外部接口电路。
图4为本发明中MAX485外部接线图。
图5为本发明中错序和缺相故障的检测和保护原理图。
图6为本发明中矿用多功能智能综合继电器保护装置主程序流程图。
图7为本发明中采样中断程序流程图。
图8为本发明中串行通信中断子程序流程图。
具体实施方式
参见图1，图1为本发明的结构图。本发明包括单片机、电流互感器、电压互感器、零序电流互感器、光电隔离器、错序和缺相故障检测保护电路、信号调理电路、键盘、时钟芯片、存储器、通信电路、继电器，实时测量相电流、线电压的电流互感器、电压互感器、零序电流互感器的输出接光电隔离器的输入端，光电隔离器的输出端接信号调理电路，单片机分别与信号调理电路、键盘、显示器、实时时钟、存储器、通信电路、光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端接继电器的输入端，继电器的输出端接被控电路。
图2为键盘、液晶显示与P87C591的接口电路。主控芯片我们选取的是带有A/D转换器的8位高性能的微控制器-P87C591。该芯片是从80C51微控制器家族派生而来。是一个44脚，内带CAN控制器的高性能8位微控制器，3个16位定时时计数器，片内置看门狗定时器T3，有6路模拟输人的10位ADC，A/D还可以通过置位ADC8快速配置成8位模式。液晶显示器选取点阵数为192×64，视屏尺寸为84.0×31.0的GLS19264可编程液晶显示器(以下简称LCD)，其数据线可与单片机的数据线直接相连，但因LCD的读写信号共用一根信号
，故不能直接与单片机的RD及WR连接，LCD的读写操作实质上是用E来完成的(在E高电平期间，数据被读出；在E下降沿数据被写入HD61202)。由于我们只需三个键便可实现查询和设置的功能，因而我们采用独立式键盘的接口方式。
图3为时钟芯片DS1302外部接口电路。DS1302与CPU的连接仅需要三条线，即SCLK、I/O、RST进行同步通信。Vcc2在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。Vcc2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式下Vcc1连接到备用电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
图4为MAX485外部接线图。矿用多功能智能综合继电器保护装置集显示、保护、控制、通讯等功能于一体，具有远程测控和级联保护功能。这里为实现智能综合保护装置与监控中心的通信，选取MAX485作为TTL/RS485逻辑电平转换芯片，为了抗干挠，在单片机与MAX485间采用了光电隔离器TL521进行隔离。
图5为错序和缺相故障检测和保护电路原理图。该电路主要由一片双D触发器芯片CD4013构成。三相交流电经降压、整流后变换为低压脉冲信号A1、B1、C1，信号经过电阻和稳压二极管限幅、整形后，分别作为两个D触发器的时钟信号，C1信号经微分电路变为尖脉冲作用于两触发器的复位端R。若相位顺序正确，即以A1、B1、C1的顺序出现正脉冲。A1的上升沿首先使Q1输出高电平，然后Q2在B1的上升沿作用下也变为高电平并对C2充电，C2上的电压迅速上升使三极管导通，继电器工作，最后C1的上升沿在R端产生的尖脉冲使两个D触发器复位，Q1、Q2回到低电平，电容放电，三级管继续导通，完成一次循环。若相序不对，则Q2输出保持低电平不变，三极管截止，电路断电。
图6主程序功能模块程序的流程图，主要是对各个参数初始化，并调用各个中断模块，由于存在多个中断服务程序，所以应该考虑中断优先级问题，总体原则是：越接近CPU模块中断优先级越高。
图7为采样中断功能模块程序的流程图，该中断功能模块由软件定时器1来实现，设定定时器每隔2s进行一次采样。在该中断程序中首先进行模拟量的采集，每采集一个通道，都要分别保存原始数据，当所有通道采集完后，对保存数据进行计算。采样中断程序每个采样周期调用一次故障检测模块，在该检测模块中，若任一采样值突变量连续2次超过动作值，则进入故障处理模块，当出现多种故障时，我们采用对产生后果严重的故障优先处理的原则。
图8为串行通信中断子程序模块的流程图，与监控中心数据通信采用半双工RS-485通讯方式。采用9600bps波特率进行通讯，即发送或者接收每个字节需要1ms。在开始通迅前，通信双方将各自串行口设定为相同的通信模式，并确认地址匹配，而后进行通讯。
Claims (1)
1.一种矿用多功能智能综合继电器保护装置，包括单片机、电流互感器、电压互感器、零序电流互感器、光电隔离器、错序和缺相故障检测保护电路、信号调理电路、键盘、时钟芯片、存储器、通信电路、继电器，其特征在于：电流互感器、电压互感器、零序电流互感器的输出接光电隔离器的输入端，光电隔离器的输出端接信号调理电路，单片机分别与信号调理电路、键盘、显示器、实时时钟、存储器、通信电路、光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端接输出继电器的输入端，输出继电器的输出端接被控电路，错序和缺相故障检测保护电路由集成电路CD4013、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、二极管D1、D2、D3、D4、D5、电容C1、C2、三极管T1、T2、继电器J组成。
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