CN103984267A - 便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，控制电路包括单片机电路、JTAG接口电路、电源电路、微控制器U1、液晶显示屏、ISP接口电路和触摸屏驱动电路；微控制器U1与控制键盘的多个按键相连接，微控制器U1还连接有外部晶振电路和复位电路；微控制器U1还与ISP接口芯片J2相连接；JTAG接口电路、电源电路、触摸屏驱动电路均与单片机电路相连接；液晶显示屏、ISP接口电路均与微控制器U1相连接。本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，具有解决现有技术中对职工进行定值整定培训需要建立专门的培训室的问题、可非常方便地对职工进行继电保护定值整定培训、成本低、节约人力物力资源等优点。

Description

便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路

技术领域

本发明涉及一种便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，继电保护器在变电站中的应用也越来越广泛，它不仅保护着设备本身的安全，而且还保障了生产的正常进行。因此，做好继电保护的整定对于保障设备安全和生产的正常进行是十分重要的。

继电保护装置(包括安全自动装置)是保障电力设备安全和电力系统稳定的最基本、最重要和最有效的手段。继电保护装置的正确动作无数次地挽救和保障了电力系统的安全稳定运行。然而，这也是一柄双刃剑，继电保护装置一旦发生不正确动作，往往会成为诱发电网事故的起因和扩大电网事故的祸首。国内外历次重大系统瓦解和大面积停电事故中基本上都能找到继电保护不正确动作的阴影。继电保护的“三误”事故是继电保护不正确动作的主要原因，其包括误整定、误碰、误接线。

而特殊天气会影响变电站继电保护定值的适应性，同时实际工作中还存在继电保护误整定的情况。继电保护整定计算是电力系统生产运行中一项重要的工作。随着电网规模的不断扩大，电网结构日趋复杂，电力系统整定计算的工作量和复杂程度越来越大。为防止在现场定值整定过程中误整定情况的发生，提高继电保护装置定值整定一次成功率，需要定值整定人员进行大量的定值整定训练。

因此，电力系统中需要经常对员工进行继电保护定值整定的培训，在培训时需要完整仿真现场定值整定过程。目前，进行继电保护装置定值整定培训时，只能在特定的培训室中进行，才能实现现场的定值整定过程的仿真。而这种继电保护培训室，由于需要耗费大量资金才能成立培训室，因此目前仅仅在省公司级的专门培训机构才配置。每次只能少数部分员工才有获得培训的机会。绝大部分员工是没有进行继电保护的定值整定培训机会的。但是，在电力系统中，作为电网安全稳定运行生命线的继电保护装置定值的准确度是极为重要的。因此，迫切需要一种低成本的便携式的装置，来对职工进行继电保护的定值整定培训。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，以解决现有技术中对职工进行定值整定培训需要建立专门的培训室的问题、便于对职工进行继电保护定值整定培训。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，其结构特点是，所述控制电路包括单片机电路、JTAG接口电路、电源电路、微控制器U1、液晶显示屏(5)、ISP(In-SystemProgramming，在线可编程)接口电路和触摸屏驱动电路；所述微控制器U1与所述控制键盘的多个按键(11)相连接，所述微控制器U1还连接有外部晶振电路和复位电路；所述微控制器U1还与ISP接口芯片J2相连接；

所述JTAG接口电路、电源电路、触摸屏驱动电路均与所述单片机电路相连接；

所述液晶显示屏(5)、ISP接口电路均与微控制器U1相连接。

本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的结构特点也在于：

所述单片机电路包括单片机LM3S615、复位芯片CAT811R、复位按键S10、电阻R5、电容C5～C11、晶振Y2；所述复位芯片CAT811R的VCC端接外接电源，所述复位按键S10的一端与所述复位芯片CAT811R的MR端相连接，所述复位按键S10的另一端接地；所述复位芯片CAT811R的RST端与所述单片机LM3S615的RST端相连接；所述电阻R5的一端与所述复位芯片CAT811R的RST端相连接，所述所述电阻R5的另一端接地；

所述电容C5～C11的两端均与所述单片机LM3S615相连接；所述晶振Y2的两端也均与所述单片机LM3S615相连接，所述电容C10的一端和电容C11的一端分别连接在晶振Y2的两端上，所述电容C10的另一端和电容C11的另一端接地。

所述JTAG(Joint Test Action Group；联合测试工作组)接口电路包括JTAG芯片和由8个阻值为10K的两两并联的电阻构成的电阻组RP1；所述电阻组RP1与所述JTAG芯片相连接。

所述电源电路包括电源接口电路和稳压电路；所述电源接口电路包括电源插接头J1、电容C3、发光二极管D2和电阻R2；所述电容C3的两端分别连接在所述电源插接头J1的两个连接端子上；所述电阻R2的一端与所述电容C3的一端(+5V端)相连接，所述电阻R2的另一端通过所述发光二极管D2与所述电容C3的另一端(GND端)相连接；

所述稳压电路包括可输出+3.3V电压的稳压芯片SPX1117M3-3.3、电解电容C12、电解电容C13和稳压二极管D3；所述稳压二极管D3的正极与+5V电源相连接，所述稳压二极管D3的负极与所述电解电容C12的正极相连接后连接在稳压芯片SPX1117M3-3.3的Vin端上；所述电解电容C13的正极与稳压芯片SPX1117M3-3.3的Vout端相连接，所述电解电容C12和C13的负极均连接在稳压芯片SPX1117M3-3.3的GND端上并接地。

所述微控制器U1为ATMEGA16L；所述控制键盘的多个按键包括按键S1～S9；所述按键S1～S9均与所述微控制器U1相连接；

所述外部晶振电路包括电容C1、电容C2和晶振Y1；所述晶振Y1的两端均与所述微控制器U1相连接；所述电容C1的一端和电容C2的一端分别连接在晶振Y2的两端上，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端接地；

所述复位电路包括复位按键S0、电容C4、电阻R1和二极管D1；所述复位按键S0和电容C4相并联后的一端接地，所述复位按键S0和电容C4相并联后的另一端与所述微控制器U1的RESET端相连接；所述电阻R1和二极管D1相并联后的一端连接+5V电源，所述电阻R1和二极管D1相并联后的另一端与所述微控制器U1的RESET端相连接。

所述触摸屏驱动电路包括触摸屏控制芯片ADS7846、电容C14、电容C15、电阻R6；所述电容C14、电容C15、电阻R6均与所述触摸屏控制芯片ADS7846相连接，所述触摸屏与所述触摸屏控制芯片ADS7846相连接并由触摸屏控制芯片ADS7846驱动控制。

所述液晶显示屏包括液晶显示模块LCD1602，所述液晶显示模块LCD1602上连接有电阻R3和电阻R4。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

设置本发明的控制电路的便携式继电保护定值整定培训装置，可以完整仿真现场定值整定过程，仅耗费少量资金就可以完成对员工的重复性培训。设计小巧，便携性佳。通过不同模块的安装可以进行不同型号的继电保护装置定值整定培训，适应性强。

1)提高现场人员定值整定一次成功率；在便携式继电保护定值整定培训考核装置研制完成投入使用后，现场人员通过装置的培训、考核后，再次进行定值整定工作，能够大幅提高定值整定一次成功率。

2)为现场人员培训工作节省大量资源；若使用现场装置进行定值整定培训工作，需要通知调度安排停电计划，需要消耗大量的人财物资源；若建立实物实验室进行仿真培训工作，需要购置专门型号保护装置，也需要消耗大量的人财物资源。通过装置的使用，现场人员可以在装置上进行仿真模拟定值整定工作，同时也可进行考核工作，为公司节省大量的人财物资源。

3)缩短停电时间；在经过装置培训、考核通过后的专业人员进行定值整定工作，工作效率大幅提升，工作时间大幅缩短，即可使工作时间缩短，进而缩短停电时间。

4)提高社会影响力；通过缩短停电时间，可以为社会提供更有质量保障的电力能源，减少用户的停电次数和停电时间。充分体现供电部门核心社会责任——履行科学发展和安全供电的责任，保障更安全、更经济、更清洁、可持续的能源供应；为建设坚强智能电网提供有力支撑；更大限度的提高供电部门的社会影响力、提升供电部门的正面形象。

本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，具有解决现有技术中对职工进行定值整定培训需要建立专门的培训室的问题、可非常方便地对职工进行继电保护定值整定培训、成本低、节约人力物力资源等优点。

附图说明

图1为设置本发明的控制电路的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的结构示意图。

图2为设置本发明的控制电路的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的上壳体的前面板的一个实施例。

图3为设置本发明的控制电路的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的上壳体的前面板的一个实施例。

图4为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的单片机电路的电路图。

图5为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的电源电路的JTAG接口电路的电路图。

图6为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的电源接口电路的电路图。

图7为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的稳压电路的电路图。

图8为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的微控制器U1的电路图。

图9为现有技术的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的外部晶振电路的电路图。

图10为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的复位电路的电路图。

图11为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的ISP接口电路的电路图。

图12为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的触摸屏驱动电路的电路图。

图13为本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路的液晶显示模块LCD1602的电路图。

附图1-3中，1壳体，2上壳体，3下壳体，4蓄电池，5液晶显示屏，6控制键盘，7ISP下载接口，8触摸屏，9JTAG下载口，10充电接口，11按键。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1～13，便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，包括单片机电路、JTAG接口电路、电源电路、微控制器U1、液晶显示屏(5)、ISP接口电路(如图11所示，)和触摸屏驱动电路；所述微控制器U1与所述控制键盘的多个按键11相连接，所述微控制器U1还连接有外部晶振电路和复位电路；所述微控制器U1还与ISP接口芯片J2(如图11所示，)相连接；

所述JTAG接口电路、电源电路、触摸屏驱动电路均与所述单片机电路相连接；

所述液晶显示屏5、ISP接口电路均与微控制器U1相连接。

便携式继电保护定值整定仿真培训装置包括壳体1，所述壳体1之内设置本发明的控制电路和用于为便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路供电的蓄电池4；所述壳体1包括上壳体2和下壳体3，如图1-3所示；在所述上壳体2的前面板上设置有液晶显示屏5、控制键盘6和ISP(In-System Programming，在线可编程)下载接口7；所述下壳体3的前面板上设置有触摸屏8、JTAG(Joint Test Action Group；联合测试工作组)下载口9和充电接口10。

如图4所示，所述单片机电路包括单片机LM3S615、复位芯片CAT811R、复位按键S10、电阻R5、电容C5～C11、晶振Y2；所述复位芯片CAT811R的VCC端接外接电源，所述复位按键S10的一端与所述复位芯片CAT811R的MR端相连接，所述复位按键S10的另一端接地；所述复位芯片CAT811R的RST端与所述单片机LM3S615的RST端相连接；所述电阻R5的一端与所述复位芯片CAT811R的RST端相连接，所述所述电阻R5的另一端接地；

所述电容C5～C11的两端均与所述单片机LM3S615相连接；所述晶振Y2的两端也均与所述单片机LM3S615相连接，所述电容C10的一端和电容C11的一端分别连接在晶振Y2的两端上，所述电容C10的另一端和电容C11的另一端接地。

如图5所示，所述JTAG接口电路包括JTAG芯片和由8个阻值为10K的两两并联的电阻构成的电阻组RP1；所述电阻组RP1与所述JTAG芯片相连接。

所述电源电路包括电源接口电路和稳压电路；如图6所示，所述电源接口电路包括电源插接头J1、电容C3、发光二极管D2和电阻R2；所述电容C3的两端分别连接在所述电源插接头J1的两个连接端子上；所述电阻R2的一端与所述电容C3的一端(+5V端)相连接，所述电阻R2的另一端通过所述发光二极管D2与所述电容C3的另一端(GND端)相连接；

如图7所示，所述稳压电路包括可输出+3.3V电压的稳压芯片SPX1117M3-3.3、电解电容C12、电解电容C13和稳压二极管D3；所述稳压二极管D3的正极与+5V电源相连接，所述稳压二极管D3的负极与所述电解电容C12的正极相连接后连接在稳压芯片SPX1117M3-3.3的Vin端上；所述电解电容C13的正极与稳压芯片SPX1117M3-3.3的Vout端相连接，所述电解电容C12和C13的负极均连接在稳压芯片SPX1117M3-3.3的GND端上并接地。

如图8所示，所述微控制器U1为ATMEGA16L；所述控制键盘的多个按键包括按键S1～S9；所述按键S1～S9均与所述微控制器U1相连接；

如图9所示，所述外部晶振电路包括电容C1、电容C2和晶振Y1；所述晶振Y1的两端均与所述微控制器U1相连接；所述电容C1的一端和电容C2的一端分别连接在晶振Y2的两端上，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端接地；

如图10所示，所述复位电路包括复位按键S0、电容C4、电阻R1和二极管D1；所述复位按键S0和电容C4相并联后的一端接地，所述复位按键S0和电容C4相并联后的另一端与所述微控制器U1的RESET端相连接；所述电阻R1和二极管D1相并联后的一端连接+5V电源，所述电阻R1和二极管D1相并联后的另一端与所述微控制器U1的RESET端相连接。

如图12所示，所述触摸屏驱动电路包括触摸屏控制芯片ADS7846、电容C14、电容C15、电阻R6；所述电容C14、电容C15、电阻R6均与所述触摸屏控制芯片ADS7846相连接，所述触摸屏与所述触摸屏控制芯片ADS7846相连接并由触摸屏控制芯片ADS7846驱动控制。

如图13所示，所述液晶显示屏包括液晶显示模块LCD1602，所述液晶显示模块LCD1602上连接有电阻R3和电阻R4。

参见图1，本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训考核装置整体分为上下两部分，上部分为继电保护定值整定仿真模块，下部分为继电保护定值考核模块。

上部分根据不同继电保护型号设计为不同样式。这种设计方式可以模拟现场实际保护装置按键布局，使装置使用人员能够在培训中熟悉保护装置的按键布局，更好的达到培训的效果。图2为上壳体的前面板的一个实施例，左侧为液晶显示屏，右侧为控制按键，按键为圆形，左侧、中间和右侧分别设置2个、5个和2个按键，合计9个按键。图3中上壳体的前面板的又一个实施例，，左侧为液晶显示屏，右侧按键区按键为方形按键，呈九宫格排列。9个按键分别实现继电保护装置上“上”、“下”、“左”、“右”、“加”、“减”、“确认”、“取消”、“区号”按钮功能。液晶显示屏为液晶显示模块LCD1602，尺寸为16*4。继电保护定值整定仿真操作部分电路，采用ATMEGA16L单片机进行控制，使用16*4的1602型LCD显示屏进行显示。

在继电保护定值仿真模块下方有一个接口，以实现与下壳体的继电保护定值考核模块相连接的功能，各个不同型号的模块接口阵脚定义、接口型号均相同。

下半部分继电保护定值考核模块进行继电保护定值生成、对比，定值整定历史成绩分析等功能。该模块为通用设计，不同继电保护定值仿真模块均可以与该模块连接实现继电保护定值整定仿真考核功能。顶部为接口金属针。通过接口与上半部分继电保护仿真模块进行数据交互。触摸显示屏，实现定值整定仿真培训考核系统中定值生成与考评。继电保护定值生成和考核部分装置采用LM3S615型号ARM架构，继电保护定值整定仿真操作部分与继电保护定值生成部分进行数据交换通过LM3S615的U1Rx与U1Tx连接ATMEGA16L的串口，进行交换整定定值数据。

图6和7的电源电路，从外部接入5V电源，为内部电路提供5V和3.3V两种电压。

本发明的便携式继电保护定值整定仿真培训装置，包括壳体，所述壳体之内设置有控制电路和用于为便携式继电保护定值整定仿真培训装置供电的蓄电池；所述壳体包括上壳体和下壳体。上下壳体一起构成一个便携式箱体结构，便于携带。同时带有电源接口，壳体内部设置有蓄电池，在无法外接电源的情况下，也能使用，从而可使得继电保护定值整定仿真的培训工作非常方便快捷，提高了培训效率，降低了培训的成本，提高现场定值整定一次成功率。

虽然本发明已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本发明的范围只局限于上述的结构，只要被本发明权利要求所覆盖的结构均在保护范围之内。本技术领域的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本发明之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，其特征是，所述控制电路包括单片机电路、JTAG接口电路、电源电路、微控制器U1、液晶显示屏(5)、ISP(In-SystemProgramming，在线可编程)接口电路和触摸屏驱动电路；所述微控制器U1与所述控制键盘的多个按键(11)相连接，所述微控制器U1还连接有外部晶振电路和复位电路；所述微控制器U1还与ISP接口芯片J2相连接；

所述JTAG(Joint Test Action Group；联合测试工作组)接口电路、电源电路、触摸屏驱动电路均与所述单片机电路相连接；

所述液晶显示屏(5)、ISP接口电路均与微控制器U1相连接。

2.根据权利要求1所述的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，其特征是，(如图4所示，)所述单片机电路包括单片机LM3S615、复位芯片CAT811R、复位按键S10、电阻R5、电容C5～C11、晶振Y2；所述复位芯片CAT811R的VCC端接外接电源，所述复位按键S10的一端与所述复位芯片CAT811R的MR端相连接，所述复位按键S10的另一端接地；所述复位芯片CAT811R的RST端与所述单片机LM3S615的RST端相连接；所述电阻R5的一端与所述复位芯片CAT811R的RST端相连接，所述所述电阻R5的另一端接地；

所述电容C5～C11的两端均与所述单片机LM3S615相连接；所述晶振Y2的两端也均与所述单片机LM3S615相连接，所述电容C10的一端和电容C11的一端分别连接在晶振Y2的两端上，所述电容C10的另一端和电容C11的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，其特征是，所述JTAG接口电路包括JTAG芯片和由8个阻值为10K的两两并联的电阻构成的电阻组RP1；所述电阻组RP1与所述JTAG芯片相连接。

4.根据权利要求1所述的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，其特征是，所述电源电路包括电源接口电路和稳压电路；所述电源接口电路包括电源插接头J1、电容C3、发光二极管D2和电阻R2；所述电容C3的两端分别连接在所述电源插接头J1的两个连接端子上；所述电阻R2的一端与所述电容C3的一端(+5V端)相连接，所述电阻R2的另一端通过所述发光二极管D2与所述电容C3的另一端(GND端)相连接；

所述稳压电路包括可输出+3.3V电压的稳压芯片SPX1117M3-3.3、电解电容C12、电解电容C13和稳压二极管D3；所述稳压二极管D3的正极与+5V电源相连接，所述稳压二极管D3的负极与所述电解电容C12的正极相连接后连接在稳压芯片SPX1117M3-3.3的Vin端上；所述电解电容C13的正极与稳压芯片SPX1117M3-3.3的Vout端相连接，所述电解电容C12和C13的负极均连接在稳压芯片SPX1117M3-3.3的GND端上并接地。

5.根据权利要求1所述的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，其特征是，所述微控制器U1为ATMEGA16L；所述控制键盘的多个按键包括按键S1～S9；所述按键S1～S9均与所述微控制器U1相连接；

所述外部晶振电路包括电容C1、电容C2和晶振Y1；所述晶振Y1的两端均与所述微控制器U1相连接；所述电容C1的一端和电容C2的一端分别连接在晶振Y2的两端上，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端接地；

所述复位电路包括复位按键S0、电容C4、电阻R1和二极管D1；所述复位按键S0和电容C4相并联后的一端接地，所述复位按键S0和电容C4相并联后的另一端与所述微控制器U1的RESET端相连接；所述电阻R1和二极管D1相并联后的一端连接+5V电源，所述电阻R1和二极管D1相并联后的另一端与所述微控制器U1的RESET端相连接。

6.根据权利要求1所述的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，其特征是，所述触摸屏驱动电路包括触摸屏控制芯片ADS7846、电容C14、电容C15、电阻R6；所述电容C14、电容C15、电阻R6均与所述触摸屏控制芯片ADS7846相连接，所述触摸屏与所述触摸屏控制芯片ADS7846相连接并由触摸屏控制芯片ADS7846驱动控制。

7.根据权利要求1所述的便携式继电保护定值整定仿真培训装置的控制电路，其特征是，(如图13所示，)所述液晶显示屏包括液晶显示模块LCD1602，所述液晶显示模块LCD1602上连接有电阻R3和电阻R4。