CN103022986A - 数字式线路保护测控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字式线路保护测控装置，包括有一组电压互感器采样回路、两组电流互感器采样回路，一组电压互感器采样回路和两组电流互感器采样回路分别接入一个AD采样电路，三个AD采样电路的信号输出端接入DSP，DSP连接有输入逻辑控制电路、输出逻辑控制电路，输入逻辑控制电路的信号输入端接有直流开入回路、交流开入回路，输出逻辑控制电路的信号输出端接有动作出口回路、告警出口回路，DSP通过通讯总线连接有单片机，单片机与以太网处理电路连接，DSP还外接有LCD液晶显示界面、声音报警输出、键盘及其接口。本发明采用双CPU运行模式，保证独立进行逻辑处理，互不干扰，并实现TCP/UDP百兆以太网通讯，同时支持交流开入和直流开入两种采样方式。
Description
技术领域：
本发明涉及微机保护装置领域，特别涉及一种用于输馈电线路、母线保护的数字式微机保护测控装置。
背景技术：
电力系统中电厂大部分在动力资源所在地，如水力发电厂在水力资源点，即集中在江河流域水位落差大的地方，火力发电厂大都集中在煤炭、石油和其他能源的产地，而大电力负荷中心则多集中在工业区和大城市，因而发电厂和负荷中心往往相距很远，就出现电能输送的问题，需要用输电线路进行电能的输送。输电线路在运行过程中，较为常见的故障有断线、倒杆、绝缘击穿、闪络、异物搭落在导线上等，一旦输电线路出现短路故障，电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍，短路时电压会骤降，严重影响电气设备的正常运行，严重的线路短路会影响电力系统运行的稳定性，使并列运行的发电机组失去同步，造成系统瓦解，造成区域性大停电，对供电系统产生极大的危害。
发明内容：
针对输电线路可能出现的短路故障，以及实时监控线路的运行情况，本发明提供了一种数字式线路保护测控装置。
本发明采用的技术方案是：
一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：包括有一组电压互感器采样回路、两组电流互感器采样回路，一组电压互感器采样回路和两组电流互感器采样回路分别接入一个AD采样电路，三个AD采样电路的信号输出端接入DSP，DSP连接有输入逻辑控制电路、输出逻辑控制电路，输入逻辑控制电路的信号输入端接有直流开入回路、交流开入回路，输出逻辑控制电路的信号输出端接有动作出口回路、告警出口回路，DSP通过通讯总线连接有单片机，单片机与以太网处理电路连接，DSP还外接有LCD液晶显示界面、声音报警输出、键盘及其接口；一组PT的二次电压接入到所述电压互感器采样回路，一组保护CT和一组测量CT的二次电流接入到所述电流互感器采样回路，电压互感器采样回路、电流互感器采样回路分别将电压和电流信号转换成小信号电流，经AD采样电路调整为数字信号接入到DSP，DSP进行FFT快速运算，实时计算电压、保护电流和测量电流的有效值，并在1/4周波内计算出电流突变量；断路器位置、手车工作试验位置、接地刀位置等开入信号接入到直流开入回路或交流开入回路，并经输入逻辑控制电路进行降压、去除交流量后，转变为稳定的直流5V电压小信号，接入到DSP，DSP实时检测开入采样值；DSP通过计算获得的电流、电压值进行保护逻辑判断，实现三段式相间过流、相间合闸加速、相间充电、过电压、低电压、重合闸等保护功能，并通过动作出口回路开放跳闸出口，同时在LCD液晶显示界面上显示故障信息和电流、电压测量值，并通过告警出口回路驱动蜂鸣器，发出报警声音；DSP利用通讯中断服务程序，检测通讯数据收发，与单片机进行实时数据交互，单片机通过以太网处理电路，实现TCP/UDP报文的接收与发送。
所述的一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：采用插件式结构，由液晶面板、主CPU/总线控制板、电流电压采样板、输入输出控制板、以太网通讯板共5块电路板构成；液晶面板包括LCD液晶显示界面、键盘及其接口以及声音报警输出；主CPU/总线控制板包括DSP芯片、AD采样电路、输入输出逻辑控制电路以及底层驱动电路；电流电压采样板包含1组电压互感器采样回路和2组电流互感器采样回路以及1个装置电源模块；输入输出控制板包括动作出口回路、告警出口回路、交流开入电路、直流开入电路和继电器操作回路；以太网通讯板主要包括单片机芯片和以太网处理电路。
所述的一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：采样双CPU运行模式，主CPU采用32位DSP芯片，子CPU采用16位单片机，子CPU与主CPU通过CAN总线连接，实现装置的以太网通讯，支持TCP/UDP网络模式，支持串口协议报文承载在TCP/UDP传输层之上，与电力通讯监控单元进行以太网远程通讯，上传保护动作、报警、异常和电流电压测量值等信息。
本发明的有益效果在于：
1、装置结构简单，集成度高，通过外置12位AD芯片采集电流电压数据，采样精度高，线性范围广，响应速度快，环境适应能力强且性价比高。
2、采用双CPU运行模式，各司其责，保证独立进行逻辑处理，互不干扰，简单高效，并实现TCP/UDP百兆以太网通讯。
3、同时支持交流开入和直流开入两种采样方式，支持交流和直流两种操作回路，应用更加广泛。
附图说明：
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明的总体结构示意图。
附图标号说明：
310—主CPU/总线控制板；311—液晶面板；312—电流电压采样板；313—输入输出控制板；314—以太网通讯板；
610—DSP芯片；611—键盘及其接口；612—声音报警输出；613—输出逻辑控制电路；614—报警出口回路；615—动作出口回路；616—直流开入回路；617—交流开入回路；618—电压互感器回路；619—电流互感器回路；620—单片机芯片；621—AD采样电路；622—通用电源模块；623—LCD液晶显示界面；624—以太网控制电路；625—输入逻辑控制电路。
具体实施方式：
参阅图1所示，一种数字式线路保护测控装置，包括有一组电压互感器采样回路618、两组电流互感器采样回路619，一组电压互感器采样回路618和两组电流互感器采样回路619分别接入一个AD采样电路，三个AD采样电路621的信号输出端接入DSP 610，DSP 610连接有输入逻辑控制电路625、输出逻辑控制电路613，输入逻辑控制电路625的信号输入端接有直流开入回路616、交流开入回路617，输出逻辑控制电路613的信号输出端接有动作出口回路615、告警出口回路614，DSP 610通过通讯总线连接有单片机620，单片机620与以太网处理电路624连接，DSP 610还外接有LCD液晶显示界面623、声音报警输出612、键盘及其接口611；一组PT的二次电压接入到电压互感器采样回路618，两组CT的二次电流接入到电流互感器的采样回路619，618和619采样回路将电压信号转换成小信号电流，经AD采样电路621调整为数字信号并接入到DSP 610，DSP 610在一个周波内采集32个数据点，进行FFT运算，利用全波傅氏算法，滤去高次谐波，提取基波分量，实时计算出电流电压有效值以及电流突变量。断路器位置、手车工作试验位置、接地刀位置等开入信号接入到直流开入回路616或交流开入回路617，并经输入逻辑控制电路625，进行降压、去除交流量后，转变为稳定的直流5V电压小信号，接入到DSP 610，DSP 610利用1ms定时器中断，实时检测开入采样值。DSP610通过计算获得的电流、电压值进行保护逻辑判断，实现三段式相间过流、相间合闸加速、相间充电、过电压、低电压、重合闸等保护功能，并通过动作出口回路615开放跳闸出口，同时在LCD液晶显示界面623上显示故障信息和电流、电压测量值，并通过报警出口回路614驱动蜂鸣器，发出报警声音。DSP 610利用通讯中断服务程序，检测通讯数据收发，与单片机620进行实时数据交互，单片机620通过以太网处理电路624，实现TCP/UDP报文的接收与发送。
本发明的核心DSP 610为32位处理芯片，具有丰富的IO资源，拥有5个定时器中断，3个通讯中断，具有强大的逻辑处理能力，运算速度快，功耗低，由5V电压驱动，具备开门狗处理逻辑，能及时在故障时自复位，保障系统运行安全。外围AD采样电路采用12位的模数转换芯片，每周波采样32点，保证采样数据有很高的精度。键盘及其接口电路611用于人机操作，共8个按键，具有良好的可操作性，DSP610接收按键输入信号，执行参数设定、定值整定、报告查询、事故查询、采样查询等操作；LCD液晶显示界面623采样12864点阵屏，全中文显示，驱动电压3.3V，功耗低，可直观显示装置参数信息、电流电压实时值、告警信息、动作信息、工作状态等，直观易懂。DC/AC 220V电源模块622可将85-265V的工频电压直接转换成隔离的直流电源，为整个系统提供工作电源。直(交)流开入控制电路622不但支持直流接入采样，还支持交流接入采样，使得该装置的应用范围更加广阔。
参阅图2所示，本发明为插件式结构，由液晶面板311、主CPU/总线控制板310、电流电压采样板312、输入输出控制板313、以太网通讯板314共5块电路板构成。液晶面板311包含LCD液晶显示界面623，键盘及其接口611以及声音报警输出612，主要用于人机交互，简单直观易懂是其主要特征；主CPU/总线控制板310包含DSP芯片610、AD采样电路621、输入输出逻辑控制电路625和613以及底层驱动电路，电路板采用4层设计，抗干扰强，是整个装置的核心处理部件，负责各种逻辑判据的处理；电流电压采样板312包含1组电压互感器回路618、2组电流互感器回路619和装置电源模块622，负责1组PT电压和2组CT电流采样接入，并提供装置的工作电源；输入输出控制板313包含告警出口回路614、动作出口回路615、交直流开入控制电路616和617，结合输入输出逻辑控制电路613和625，负责位置信号的采样接入和动作出口的开关控制；以太网通讯板314包括单片机芯片620和以太网处理电路624，实现以太网TCP/UDP网络通讯功能。
本发明结构简单，集成度高，采样精度高，线性范围广、响应速度快，环境适应能力强、功耗低、操作简单，同时支持交流开入和直流开入两种采样方式，并集多种保护功能于一体，可广泛应用于35KV及以下电压的输配电系统，具有显著的经济效益和社会效益，目前已成功应用于多个项目中。
Claims (3)
1.一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：包括有一组电压互感器采样回路、两组电流互感器采样回路，一组电压互感器采样回路和两组电流互感器采样回路分别接入一个AD采样电路，三个AD采样电路的信号输出端接入DSP，DSP连接有输入逻辑控制电路、输出逻辑控制电路，输入逻辑控制电路的信号输入端接有直流开入回路、交流开入回路，输出逻辑控制电路的信号输出端接有动作出口回路、告警出口回路，DSP通过通讯总线连接有单片机，单片机与以太网处理电路连接，DSP还外接有LCD液晶显示界面、声音报警输出、键盘及其接口；一组PT的二次电压接入到所述电压互感器采样回路，一组保护CT和一组测量CT的二次电流接入到所述电流互感器采样回路，电压互感器采样回路、电流互感器采样回路分别将电压和电流信号转换成小信号电流，经AD采样电路调整为数字信号接入到DSP，DSP进行FFT快速运算，实时计算电压、保护电流和测量电流的有效值，并在1/4周波内计算出电流突变量；断路器位置、手车工作试验位置、接地刀位置等开入信号接入到直流开入回路或交流开入回路，并经输入逻辑控制电路进行降压、去除交流量后，转变为稳定的直流5V电压小信号，接入到DSP，DSP实时检测开入采样值；DSP通过计算获得的电流、电压值进行保护逻辑判断，实现三段式相间过流、相间合闸加速、相间充电、过电压、低电压、重合闸等保护功能，并通过动作出口回路开放跳闸出口，同时在LCD液晶显示界面上显示故障信息和电流、电压测量值，并通过告警出口回路驱动蜂鸣器，发出报警声音；DSP利用通讯中断服务程序，检测通讯数据收发，与单片机进行实时数据交互，单片机通过以太网处理电路，实现TCP/UDP报文的接收与发送。
2.根据权利1所述的一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：采用插件式结构，由液晶面板、主CPU/总线控制板、电流电压采样板、输入输出控制板、以太网通讯板共5块电路板构成；液晶面板包括LCD液晶显示界面、键盘及其接口以及声音报警输出；主CPU/总线控制板包括DSP芯片、AD采样电路、输入输出逻辑控制电路以及底层驱动电路；电流电压采样板包含1组电压互感器采样回路和2组电流互感器采样回路以及1个装置电源模块；输入输出控制板包括动作出口回路、告警出口回路、交流开入电路、直流开入电路和继电器操作回路；以太网通讯板主要包括单片机芯片和以太网处理电路。
3.根据权利1所述的一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：采样双CPU运行模式，主CPU采用32位DSP芯片，子CPU采用16位单片机，子CPU与主CPU通过CAN总线连接，实现装置的以太网通讯，支持TCP/UDP网络模式，支持串口协议报文承载在TCP/UDP传输层之上，与电力通讯监控单元进行以太网远程通讯，上传保护动作、报警、异常和电流电压测量值等信息。
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