CN103259242A

CN103259242A - 自供电合闸瞬间快速保护装置

Info

Publication number: CN103259242A
Application number: CN2013102124644A
Authority: CN
Inventors: 谢海涛; 卢东亮
Original assignee: ZHUHAI RADIANCE ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: ZHUHAI RADIANCE ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: CN103259242B

Abstract

本发明公开并提供了一种自供电合闸瞬间快速保护装置，它在普通的自供电微机保护装置基础上增加了电流互感器(CT)、电源电路、电池、升压电路、储能电容、合闸线圈，所述电流互感器(CT)提供的电流由所述电源电路整流为直流电经所述升压电路后向所述储能电容充电为所述合闸线圈提供电源，所述继电器的常开触头串联在所述合闸线圈供电回路中，所述电池作为后备电源在所述电流互感器(CT)得电时充电而失电时并不消耗电能。所以本发明能做到无需辅助电源、无需单独供电、保护精度高和定值设置方便、能在合闸瞬间起到快速保护作用，可广泛应用于工作环境恶劣、偏远地区、外部无法提供直流或交流稳压电源的变电站。

Description

自供电合闸瞬间快速保护装置

技术领域

本发明涉及一种自供电合闸瞬间快速保护装置。

背景技术

随着自供电微机保护装置的大量现场实际应用，根据开关柜操作机构电压不同, 自供电微机保护装置具体又细分为220V、48V、24V等不同类别，装置内部电流电压转换及驱动操作机构方式也都不同。配套220V操作机构的自供电微机保护装置是由储能电容释放脉冲电压，而配套48V、24V操作机构的自供电微机保护装置是由装置内部后备电池实现驱动。

用户现场发现应用于220V操作机构的自供电微机保护装置存在着合闸瞬间故障出口时间较长（装置内部储能电容充电约3S左右）的问题，不能满足电力系统速断的技术要求。虽然应用于48V、24V操作机构的自供电微机保护装置是由装置内部后备电池直接出口，不存在合闸瞬间故障出口时间较长问题；但用户在订货时必须注明应用的操作机构电压为220V还是48V或者是24V，非常不便于现场应用且无法使用于220V操作机构，目前国内外对此问题也没有根本性的解决方案。

为彻底消除220V操作机构存在合闸瞬间故障出口时间过长的隐患，必须研发出能适应220V、48V、24V不同电压操作机构的自供电微机保护装置技术。最终由储能电容储能时间通过自供电微机保护装置外围电路的改进，将保护装置合闸瞬间故障出口时间缩短至80MS以内，比较好解决了该问题，使得改进后自供电微机保护装置可全部适用于220V、48V、24V等不同电压等级的操作机构，应用范围更加广泛。

针对一些工作环境恶劣、偏远地区、外部无法提供直流或交流稳压电源的变电站，珠海瑞捷电气有限公司研发出了与之相配套的体积小、功能全、从电流互感器上获得能量的自供电微机保护装置。由于无需辅助电源，他们非常适合安装在自配中转变电站，地区变电站和配电站；因无需单独供电、保护精度高和定值设置方便而备受用户认可；同时，原有应用于220V操作机构的自供电微机保护装置出口时间较长（约3S左右），主要原因为：虽然自供电微机保护装置在检测到故障并迅速出口时间很短，但由于带动操作机构的装置内部储能电容充至250V需时很长，所以导致装置合闸瞬间故障时不能起到及时保护作用，此缺陷需要及时解决和克服。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足, 提供一种无需辅助电源、无需单独供电、保护精度高和定值设置方便、能在合闸瞬间快速保护装置。

本发明所采用的技术方案是：本发明它包括低通滤波和调理电路、RS485通讯模块、液晶显示器、键盘、实时时钟电路、继电器、多个光电隔离器件、CPU，所述低通滤波和调理电路与所述CPU中的A/D模数转换电路连接，所述RS485通讯模块通过一个光电隔离器件连接所述CPU中的串行口，所述液晶显示器、键盘、实时时钟电路分别连接所述CPU中的I/O输入输出接口，所述继电器通过另一个光电隔离器件连接所述CPU中的I/O输入输出接口，所述自供电合闸瞬间保护装置它还包括电流互感器、电源电路、电池、升压电路、储能电容、合闸线圈，所述电流互感器提供的电流由所述电源电路整流为直流电经所述升压电路后向所述储能电容充电为所述合闸线圈提供电源，所述继电器的常开触头串联在所述合闸线圈供电回路中，所述电池作为后备电源在所述电流互感器失电时不消耗电能。

所述升压电路包括第一电阻、第二电阻、......第十四电阻、第一电容、第二电容、......第八电容、三极管、第一场效应管、第二场效应管、光电元件、升压芯片、电感、输出接口，所述电感的一端连接所述第一场效应管的源极、所述第五电阻的一端、所述第一电容的一端、电源正极，所述第一场效应管的漏极连接所述升压芯片的第七脚并通过所述第二电容接电路共地，所述第五电阻的另一端连接所述第一场效应管的栅极和所述光电元件的电输出端，所述第一电容的另一端接电路共地，所述升压芯片的第八脚连接所述第四电阻的一端和所述三极管的集电极，所述第四电阻的另一端连接所述升压芯片的第四脚并通过所述第四电容接电路共地，所述升压芯片的第二脚连接所述第五电容的一端、第三电阻的一端、第二电阻的一端，所述第五电容的另一端和第三电阻的另一端连接所述升压芯片的第一脚，所述第二电阻的另一端连接所述三极管的发射极并通过所述第十三电阻接电路共地，所述三极管的集电极还连接所述第六电容的一端、第七电容的一端，所述第六电容的另一端连接电路共地，所述第七电容的另一端连接所述三极管的发射极，所述升压芯片的第六脚连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接所述第二场效应管的栅极并通过所述第七电阻连接电路共地，所述升压芯片的第六脚连接所述第七电容的一端、所述第八电阻的一端，所述第七电容的另一端接电路共地，所述第八电阻的另一端连接所述第二场效应管的漏极并通过所述第九电阻连接电路共地，所述第二场效应管的源极连接所述电感的另一端和所述二极管的正极，所述二极管负正极连接所述第三电容的一端、所述第十电阻的一端、所述输出接口的第一脚，所述第三电容的另一端和所述输出接口的第二脚连接电路共地，所述第十电阻的另一端依次串联所述第十一电阻、第十四电阻、第十二电阻，所述第十二电阻另一端连接电路共地，所述第十一电阻与第十四电阻的串联接点连接所述三极管的基极。

本发明的有益效果是：由于本发明它包括低通滤波和调理电路、RS485通讯模块、液晶显示器、键盘、实时时钟电路、继电器、多个光电隔离器件、CPU，所述低通滤波和调理电路与所述CPU中的A/D模数转换电路连接，所述RS485通讯模块通过一个光电隔离器件连接所述CPU中的串行口，所述液晶显示器、键盘、实时时钟电路分别连接所述CPU中的I/O输入输出接口，所述继电器通过另一个光电隔离器件连接所述CPU中的I/O输入输出接口，所述自供电合闸瞬间保护装置它还包括电流互感器、电源电路、电池、升压电路、储能电容、合闸线圈，所述电流互感器提供的电流由所述电源电路整流为直流电经所述升压电路后向所述储能电容充电为所述合闸线圈提供电源，所述继电器的常开触头串联在所述合闸线圈供电回路中，所述电池作为后备电源在所述电流互感器失电时不消耗电能，所以本发明是一种无需辅助电源、无需单独供电、保护精度高和定值设置方便、能在合闸瞬间快速保护装置。

附图说明

图1是本发明电路结构方框示意图；

图2是本发明升未压电路原理示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种自供电合闸瞬间快速保护装置，它包括低通滤波和调理电路、RS485通讯模块、液晶显示器、键盘、实时时钟电路、继电器、多个光电隔离器件、CPU，所述低通滤波和调理电路与所述CPU中的A/D模数转换电路连接，所述RS485通讯模块通过一个光电隔离器件连接所述CPU中的串行口，所述液晶显示器、键盘、实时时钟电路分别连接所述CPU中的I/O输入输出接口，所述继电器通过另一个光电隔离器件连接所述CPU中的I/O输入输出接口，其特征在于：所述自供电合闸瞬间保护装置它还包括电流互感器CT、电源电路、电池、升压电路、储能电容、合闸线圈，所述电流互感器CT提供的电流由所述电源电路整流为直流电经所述升压电路后向所述储能电容充电为所述合闸线圈提供电源，所述继电器的常开触头串联在所述合闸线圈供电回路中，所述电池作为后备电源在所述电流互感器CT失电时不消耗电能。

所述升压电路包括第一电阻R1、第二电阻R2.、......第十四电阻R14、第一电容C1、第二电容C2、......第八电容C8、二极管D1、三极管Q1、第一场效应管M1、第二场效应管M2、光电元件U1、升压芯片U2、电感L、输出接口JP1，所述电感L的一端连接所述第一场效应管M1的源极、所述第五电阻R5的一端、所述第一电容C1的一端、电源正极，所述第一场效应管M1的漏极连接所述升压芯片U2的第七脚并通过所述第二电容C2接电路共地，所述第五电阻R5的另一端连接所述第一场效应管M1的栅极和所述光电元件U1的电输出端，所述第一电容C1的另一端接电路共地，所述升压芯片U2的第八脚连接所述第四电阻R4的一端和所述三极管Q1的集电极，所述第四电阻R4的另一端连接所述升压芯片U2的第四脚并通过所述第四电容C4接电路共地，所述升压芯片U2的第二脚连接所述第五电容C5的一端、第三电阻R3的一端、第二电阻R2的一端，所述第五电容C5的另一端和第三电阻R3的另一端连接所述升压芯片U2的第一脚，所述第二电阻R2的另一端连接所述三极管Q1的发射极并通过所述第十三电阻R13接电路共地，所述三极管Q1的集电极还连接所述第六电容C6的一端、第七电容C7的一端，所述第六电容C6的另一端连接电路共地，所述第七电容C7的另一端连接所述三极管Q1的发射极，所述升压芯片U2的第六脚连接所述第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端连接所述第二场效应管M2的栅极并通过所述第七电阻R7连接电路共地，所述升压芯片U2的第六脚连接所述第七电容C7的一端、所述第八电阻R8的一端，所述第七电容C7的另一端接电路共地，所述第八电阻R8的另一端连接所述第二场效应管M2的漏极并通过所述第九电阻R9连接电路共地，所述第二场效应管M2的源极连接所述电感L的另一端和所述二极管D1的正极，所述二极管D1负正极连接所述第三电容C3的一端、所述第十电阻R10的一端、所述输出接口JP1的第一脚，所述第三电容C3的另一端和所述输出接口JP1的第二脚连接电路共地，所述第十电阻R10的另一端依次串联所述第十一电阻R11、第十四电阻R14、第十二电阻R12，所述第十二电阻R12另一端连接电路共地，所述第十一电阻R11与第十四电阻R1）的串联接点连接所述三极管Q1的基极。

本实施例中，当自供电微机保护装置检测到外部CT有电流时，装置内部升压电路启动，装置自备电池通过大功率升压电路瞬间给储能电容充电，直至电容两端电压升至250V。如果合闸瞬间发生故障时，装置内部升压电路瞬间给储能电容充电至250V，自供电微机保护装置保护动作（约80MS左右），由储能电容释放脉冲电压带动操作机构分闸。未改进前，自供电微机保护装置出口并带动操作机构分闸时间为3S（储能电容充电时间）左右。

如合闸瞬间没有发生故障，储能电容两端电压升至250V后，电流转换电压模块维持功率若达到0.5W，此时升压电路自动切换为CT取电来维持，而电池则处于充电状态。

当一次回路没有投入，自供电微机保护装置检测到CT不消耗电能时，装置内部升压电路关闭，装置自备电池与升压电路断开，不消耗电池能量。

本实施例中升压电路原理：初始状态下，电池电压经过L、D1对C3进行充电，C3的电压若等于电池电压，当CT端为高电平时，场效应管M1导通，U2升压芯片开始工作，产生一固定频率的PWM信号去控制场效应管M2开关。PWM信号高电平时，场效应管M2导通，输入电压流过电感L，二极管D1防止电容C3对地放电。由于输入是直流电，所以电感L上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感量大小有关。随着电感L电流增加，电感L里储存了一些能量。PWM信号低电平时，场效应管M2截止，由于电感L的电流保持特性，流经电感L的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的场效应管M2已断开，于是电感L只能通过新电路放电，即电感L开始给电容C3充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。经过多个开关周期后，电容C3的电压达到250V，经分压电阻R10、R11、R14、R12分压反馈到U2升压芯片，经过U2升压芯片比较后，调节PWM的占空比，令输出稳定在250V。

Claims

1.一种自供电合闸瞬间快速保护装置，它包括低通滤波和调理电路、RS485通讯模块、液晶显示器、键盘、实时时钟电路、继电器、多个光电隔离器件、CPU，所述低通滤波和调理电路与所述CPU中的A/D模数转换电路连接，所述RS485通讯模块通过一个光电隔离器件连接所述CPU中的串行口，所述液晶显示器、键盘、实时时钟电路分别连接所述CPU中的I/O输入输出接口，所述继电器通过另一个光电隔离器件连接所述CPU中的I/O输入输出接口，其特征在于：所述自供电合闸瞬间保护装置它还包括电流互感器(CT)、电源电路、电池、升压电路、储能电容、合闸线圈，所述电流互感器(CT)提供的电流由所述电源电路整流为直流电经所述升压电路后向所述储能电容充电为所述合闸线圈提供电源，所述继电器的常开触头串联在所述合闸线圈供电回路中，所述电池作为后备电源在所述电流互感器(CT)失电时不消耗电能。

2.根据权利要求1所述的自供电合闸瞬间快速保护装置，其特征在于：所述升压电路包括第一电阻、第二电阻、......第十四电阻（R1、R2......R14）、第一电容、第二电容、......第八电容（C1、C2......C8）、二极管（D1）、三极管（Q1）、第一场效应管（M1）、第二场效应管（M2）、光电元件（U1）、升压芯片（U2）、电感（L）、输出接口（JP1），所述电感（L）的一端连接所述第一场效应管（M1）的源极、所述第五电阻（R5）的一端、所述第一电容（C1）的一端、电源正极，所述第一场效应管（M1）的漏极连接所述升压芯片（U2）的第七脚并通过所述第二电容（C2）接电路共地，所述第五电阻（R5）的另一端连接所述第一场效应管（M1）的栅极和所述光电元件（U1）的电输出端，所述第一电容（C1）的另一端接电路共地，所述升压芯片（U2）的第八脚连接所述第四电阻（R4）的一端和所述三极管（Q1）的集电极，所述第四电阻（R4）的另一端连接所述升压芯片（U2）的第四脚并通过所述第四电容（C4）接电路共地，所述升压芯片（U2）的第二脚连接所述第五电容（C5）的一端、第三电阻（R3）的一端、第二电阻（R2）的一端，所述第五电容（C5）的另一端和第三电阻（R3）的另一端连接所述升压芯片（U2）的第一脚，所述第二电阻（R2）的另一端连接所述三极管（Q1）的发射极并通过所述第十三电阻（R13）接电路共地，所述三极管（Q1）的集电极还连接所述第六电容（C6）的一端、第七电容（C7）的一端，所述第六电容（C6）的另一端连接电路共地，所述第七电容（C7）的另一端连接所述三极管（Q1）的发射极，所述升压芯片（U2）的第六脚连接所述第六电阻（R6）的一端，所述第六电阻（R6）的另一端连接所述第二场效应管（M2）的栅极并通过所述第七电阻（R7）连接电路共地，所述升压芯片（U2）的第六脚连接所述第七电容（C7）的一端、所述第八电阻（R8）的一端，所述第七电容（C7）的另一端接电路共地，所述第八电阻（R8）的另一端连接所述第二场效应管（M2）的漏极并通过所述第九电阻（R9）连接电路共地，所述第二场效应管（M2）的源极连接所述电感（L）的另一端和所述二极管（D1）的正极，所述二极管（D1）负正极连接所述第三电容（C3）的一端、所述第十电阻（R10）的一端、所述输出接口（JP1）的第一脚，所述第三电容（C3）的另一端和所述输出接口（JP1）的第二脚连接电路共地，所述第十电阻（R10）的另一端依次串联所述第十一电阻（R11）、第十四电阻（R14）、第十二电阻（R12），所述第十二电阻（R12）另一端连接电路共地，所述第十一电阻（R11）与第十四电阻（R14）的串联接点连接所述三极管（Q1）的基极。