CN101950954A

CN101950954A - 低压微机保护装置

Info

Publication number: CN101950954A
Application number: CN201010501565XA
Authority: CN
Inventors: 曹淑资; 李效农; 张炜; 王亦林; 周冠军
Original assignee: SHANGHAI EVER POWER AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI EVER POWER AUTOMATION CO Ltd
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-10-11
Also published as: CN101950954B

Abstract

一种电力系统继电保护技术领域的低压微机保护装置，包括：电流互感器、电压互感器、继电器输出电路、开关量输入电路、电压滤波处理电路、电流滤波处理电路、继电器输出光电隔离电路、开关量输入光电隔离电路、中央处理器、串口控制光电隔离电路、指示灯光电隔离电路、模拟输出光电隔离电路、双串口控制回路和模拟输出电路。本发明集保护、测量、电度计量及4-20mA模拟输出于一体并且支持MODBUS通信规约。

Description

低压微机保护装置

技术领域

本发明涉及的是一种电力系统继电保护技术领域的装置，具体是一种低压微机保护装置。

背景技术

近几年来，随着计算机行业的迅速发展，微机技术已经渗透到电力系统的继电保护的各个研究领域，如微机保护新原理的提出以及微机保护装置的研制等本发明内容。针对传统继电保护的缺陷和新的要求，国内外各种智能化，机电一体化的测控，监视等微机型继电保护装置不断涌现。目前市场较领先SIEMENS的7SJ6X、ABB的RER54X系列。它们都集成了多种功能，而且可由用户配置保护逻辑和一次系统图。如REF54X基于电流电压的保护功能包括三相电流电压、零序电流电压、功率等；可以对断路器、隔离刀闸、接地刀闸进行控制；对电流和电压输入回路、断路器电损耗、跳闸回路监视；提供S以和LON两个串行通信规约；可以通过继电器编程工具将开关量输入输出，LON输入输出连接到标准功能模块上。但这类产品保护功能的可靠性和测量精度还不太高，及利用的是中间编程其运算速度受到一定的影响，并且保护功能还不全，速动性还较差，还不能满足我国现代电力系统继电保护的要求。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号02131716.X，记载了一种“智能综合数字继电器”，该技术是一种电力系统继电保护装置，由线形隔离电路、继电器输出电路、数字信号处理器、主微处理器、人机界面显示模块、以太网控制器组成的对电力系统的电流、电压测量，并能检测开关柜湿度、触头温度，支持以太网和IEC870-103规约，全部采用汉字化界面的继电保护装置。

但是该技术，无法的灵活性比较底，无法灵活的扩展标准的模拟输出信号，在日益发展的电力自动化过程中无法给电力系统提供标准模拟量的接口，而且表头采用了固定的专用表头，如果在电力系统中增加相应的表头功能，其改动是比较大的。面对快速发展的电力系统自动化行业，已经无法满足某些电力自动化要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种低压微机保护装置，具有保护、测量、电度计量，功能齐全，能迅速、准确的完成各种继电器保护，保护功能强、测量精度高、速动性快、可靠性高；还能检测分合闸线圈电流电压、多路开关量的采入等；并支持MODBUS通信规约，可扩展性强，可以与多种显示仪表相连接，也可以根据工程需要扩展标准模拟量输出，能替代传统的低压开关柜继电器。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：电流互感器、电压互感器、继电器输出电路、开关量输入电路、电压滤波处理电路、电流滤波处理电路、继电器输出光电隔离电路、开关量输入光电隔离电路、中央处理器、串口控制光电隔离电路、指示灯光电隔离电路、模拟输出光电隔离电路、双串口控制回路和模拟输出电路，其中：电压互感器和电流互感器分别各自连接电压滤波处理电路和电流滤波处理电路并分别传输电压电流模拟量信息到中央处理器的A/D转换端，继电器输出电路依次串联继电器输出光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换，开关量输入电路依次串联开关量输入光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换，双串口控制回路依次串联串口控制光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换，指示灯电路依次串联指示灯光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换，模拟量输出电路依次串联模拟输出光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换。

所述的电流互感器的变比为2000，一次侧电流最大为5A，二次侧最大电流为2.5mA，比差：＜0.2％，角差：＜30分。

所述的电压互感器为电流型电压互感器，其规格为输入最大为2mA输出最大为2mA比差：＜0.1％，角差：＜15分。

所述的继电器输出电路为24V供电，既可以保证稳定的继电器输出又能够减小所占PCB板的空间。

所述的继电器输出光电隔离电路由场效应管ULN2003AN与TLP521-4光电隔离芯片组成，既可以保证继电器能够稳定的被驱动又能保证电路的安全性和抗干扰能力。

所述的开关量输入光电隔离电路由数据总线SN74HC245与两块TLP521-4光电隔离芯片组成，将强电与弱点分开更有利于保护电路的安全性和抗干扰能力。

所述的中央处理器采用型号为TMS320LF2407的数字信号处理芯片，该中央处理器的速度达到40MHz与CY7C1021数据存储芯片与看门狗电路组合的方式，其中的CY7C1021与数字信号处理芯片采用数据总线的方式连接。

所述的串口控制光电隔离电路采用6N137高速光电隔离芯片以保证通信的抗干扰能力。

所述的双串口控制回路采用7C2S401数字芯片和6N137数字芯片与DSP连接，光隔与通信芯片连接的模式，使通信更加稳定，可以与电脑后台进行通信及与多功能智能表头相连。

本发明采用了TMS320LF2407的数字信号处理芯片的强大运算和控制功能以及大规模集成电路构成智能化测控保护元件，集保护、测量和电度计量于一体，功能齐全，能更迅速，更准确地完成各种继电保护功能，使得保护和测量精度大力提高，增强了继电器保护的可靠性和速动性，可扩展模拟量输出可以连接到DCS系统中，8路开关量输入可以灵活的定义例如断路器的位置、分合闸状态等开关量，断路动作过程中的机械震动；本发明支持双串口通信支持MODBUS规约；两个串口，支持多种智能表头。

本发明的技术优点包括：保护相应速度快。采用的TMS320LF2407芯片；可扩展性好，可以扩展标准的模拟量输出(4-20mA)；便于安装，体积小，大部分元器件均采用体积较小的；操作灵活，可以与电脑进行联机操作也可以插上智能表头进行操作；便于监控，与电脑连接后可以通过后台对其进行监控。

附图说明

图1为本发明结构图。

图2为图1中的中央处理器结构图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：电压互感器1、电流互感器2、继电器输出电路3、开关量输入电路4、电压滤波处理电路5、电流滤波处理电路6、继电器输出光电隔离电路7、开关量输入光电隔离电路8、中央处理器9、串口控制光电隔离电路10、指示灯光电隔离电路11、模拟量光电隔离12、双串口控制回路13、指示灯电路14、模拟量输出电路15(可根据现场需要进行增减)，其中：电压互感器1、电流互感器2与电压滤波处理5、电流滤波回路相连6后得到DSP能够处理的信号，继电器输出电路3、开关量输入电路4分别与继电器输出光电隔离电路7、开关量输入光电隔离电路8相连有效的增强了抗干扰能力，双串口控制回路13、指示灯电路14、模拟量输出电路15分别与串口控制光电隔离电路10、指示灯光电隔离电路11、模拟量光电隔离电路12相连，模拟量输出电路15(根据现场工程需要进行灵活的增减)，电压滤波处理电路5、电流滤波处理电路6、继电器输出光电隔离电路7、开关量输入光电隔离电路8、串口控制光电隔离电路10、模拟输出光电隔离电路11、双串口控制回路12分别与中央处理器9相连接并分别传输电压、电流、继电器输出、开关量输入、串口通信信号、模拟量控制输出信息并且这些光电隔离可以增强抗干扰能力和有效的避免因开关量输入电路损坏引起中央处理器无法正常工作，双串口控制回路12可以控制两路串口，其中一个用来与后台进行通信，另外一个可以与多功能表头相连。

如图2所示，本实施例的中央处理器9包括：看门狗电路16、数字信号处理芯片17、时钟电路18、数据存储器19。其中，看门狗电路16与数字信号处理芯片17相连并传输加密数字信号，时钟电路18与数字信号处理芯片17相连并输出工作时钟，数据存储器19通过数据总线与数字信号处理芯片17相连并传输待存储数据信息。

所述的数字信号处理芯片采用德州仪器公司的TMS320LF2407型号的16位串行数字处理芯片。

本实施例基于DSP技术的低压微机保护装置，采用高性能数字信号处理器DSP和超大规模集成电路芯片VLSI。具有先进的内核结构，高速运算能力和实时信号处理等优质特性并提供强大的运算处理能力。硬件设计精练，配备工业级元件，保障装置稳定可靠运行。其DSP负责数据采集、数据处理，它将交流采样采用优化全波FFTFast Fourier Transform快速傅立叶变换技术、谐波及其它高次分量，并完成逻辑运算、控制、通信、诊断等功能，其中通信支持双串口标准的RS-485通讯接口和CAN双网结构，IEC60870-5-103和MODBUS-RTU通讯协议，配合各种自动化组态软件，轻松组建功能强大的智能监控系统，可与SIEMENS、SCHNEIDER、GE、AB等多种品牌的PLC联网；4-20mA的标准模拟量的输出接入多种装置或系统；同时可与KINGVIEW、FIX、WinCC、Intouch等软件组网。

基本工作原理是，电压，电流信号通过电压电流互感器，经滤波电路进入DSP中自带的A/D将模拟信号转换成数字信号，DSP对数字信号进行分析，并将结果存放数据区，DSP根据不同的波形数据及用户设定作逻辑处理，及时将各种情况反映到出口继电器和通过串口反映到监控系统。断路器的分合闸线圈电流、各个开关量状态等都能通过电流互感器及位置开关传递给基于DSP技术的低压微机保护装置，基于DSP技术的低压微机保护装置由专家系统分析，提供开关柜使用情况及时提出维修计划。4-20mA标准模拟信号能够反映采集的电流或电压根据用户的设定，传送到西门子、ABB等PLC或带有采集4-20mA模块的装置或系统。

本发明可以连接多种智能表头，用户可以根据需要进行选择性的自己的表头带按键、不带按键，使得基于DSP技术的低压微机保护装置安装更为灵活和方便。主机采用分体式结构，分为DSP板和主板。所有引出端子与装置弱点系统CPU电源系统之间不存在有电的联系；DSP板上带有电池，即便是失去电源，实时时钟信号及数据保存去都不会丢失。装置电源采用技术成熟的开关电源，装置突然加电、断电均不会误动作和无信号的发送；本发明所有芯片采用贴片及回流工艺，从而确保了装置的可靠性和稳定性。

Claims

1.一种低压微机保护装置，其特征在于，包括：电流互感器、电压互感器、继电器输出电路、开关量输入电路、电压滤波处理电路、电流滤波处理电路、继电器输出光电隔离电路、开关量输入光电隔离电路、中央处理器、串口控制光电隔离电路、指示灯光电隔离电路、模拟输出光电隔离电路、双串口控制回路和模拟输出电路，其中：电压互感器和电流互感器分别各自连接电压滤波处理电路和电流滤波处理电路并分别传输电压电流模拟量信息到中央处理器的A/D转换端，继电器输出电路依次串联继电器输出光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换，开关量输入电路依次串联开关量输入光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换，双串口控制回路依次串联串口控制光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换，指示灯电路依次串联指示灯光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换，模拟量输出电路依次串联模拟输出光电隔离电路与中央处理器进行电气信号交换。

2.根据权利要求1所述的低压微机保护装置，其特征是，所述的中央处理器包括：看门狗电路、数字信号处理芯片、时钟电路和数据存储器，其中，看门狗电路与数字信号处理芯片相连并传输加密数字信号，时钟电路与数字信号处理芯片相连并输出工作时钟，数据存储器通过数据总线与数字信号处理芯片相连并传输待存储数据信息。

3.根据权利要求1所述的低压微机保护装置，其特征是，所述的电流互感器的变比为2000，一次侧电流最大为5A，二次侧最大电流为2.5mA，比差：＜0.2％，角差：＜30分。

4.根据权利要求1所述的低压微机保护装置，其特征是，所述的电压互感器为电流型电压互感器，其规格为输入最大为2mA输出最大为2mA比差：＜0.1％，角差：＜15分。

5.根据权利要求1所述的低压微机保护装置，其特征是，所述的继电器输出电路为24V供电。

6.根据权利要求1所述的低压微机保护装置，其特征是，所述的继电器输出光电隔离电路由场效应管ULN2003AN与TLP521-4光电隔离芯片组成。

7.根据权利要求1所述的低压微机保护装置，其特征是，所述的开关量输入光电隔离电路由数据总线SN74HC245与两块TLP521-4光电隔离芯片组成。

8.根据权利要求1所述的低压微机保护装置，其特征是，所述的中央处理器采用型号为TMS320LF2407的数字信号处理芯片，该中央处理器的速度达到40MHz与CY7C1021数据存储芯片与看门狗电路组合的方式，其中的CY7C1021与数字信号处理芯片采用数据总线的方式连接。

9.根据权利要求1所述的低压微机保护装置，其特征是，所述的串口控制光电隔离电路采用6N137高速光电隔离芯片以保证通信的抗干扰能力。