CN104615060B - 一种用于直采直跳的开关量采集电路及其采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于直采直跳的开关量采集电路及其采集方法，采集电路包括依次连接的功率消耗及电阻分压、RC延时、阈值比较和继电器驱动电路，功率消耗及电阻分压电路的开关量动作功率>5W，使信号电压转化为0‑5V；RC延时电路根据一阶电路的时间常数计算确定电阻和电容参数，使开关量信号采集的动作时间为20‑30ms；阈值比较电路包括电压比较芯片、与电压比较芯片连接的至少两条分压电路以及运放电路；动作电压为额定电压的55％‑70％，动作功率>5W。本发明采用RC电路进行延时控制，延时时间通过确定电阻、电容的参数而准确确定，通过比较来调节动作电压，在较精确的范围内进行调节，能很好的满足行业技术要求。

Description

一种用于直采直跳的开关量采集电路及其采集方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护的技术领域，特别地，涉及一种用于直采直跳的开关量采集电路及其采集方法。

背景技术

根据电力行业技术规范和电网技术反错条例规定，直采直跳的开关量采集电路继电器的启动功率应大于5W，动作电压在额定直流电源电压的55％～70％范围内，额定直流电源电压下动作时间为20ms～35ms，应具有抗220V工频电压干扰的能力。

传统的开关量采集电路延时控制和动作电压离散性难以满足要求。因为传统的直采直跳电路的开关量采集的延时效果，是直接利用继电器的动作延时而实现的。而继电器本身动作延时的离散性较大，有时为了增长延时，需要采用多级继电器延时串联，延时时间难于控制，且电路复杂性增加，成本增加。传统的直采直跳动作电压直接由继电器的动作电压决定，而继电器动作电压本身的离散性就大，需要对继电器进行筛选，才能满足要求。

参见图9，为现有2a类型继电器的动作时间的官方数据实验图，可从图上看到，动作时间最大值为9.0ms，平均动作时间为7.7ms。而在单个2a类型的继电器实际测试中，延时时间等参数远比该官方参数恶劣，离散性更大。传统直采直跳采用继电器串联的方式，启动电压为串联的各个继电器中启动电压最大的数值，离散性较好。但是延时时间的离散性更大，且不能连续调节，只能根据继电器个数，跳跃性进行延时，使用非常不方便。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于直采直跳的开关量采集电路及其采集方法，以解决延时时间难精确控制的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于直采直跳的开关量采集电路，包括依次连接的功率消耗及电阻分压电路、RC延时电路、阈值比较和继电器驱动电路，

所述功率消耗及电阻分压电路包括功率消耗电阻和分压电阻，所述功率消耗电阻和分压电阻为多个电阻串并联组成的组合电阻；功率消耗及电阻分压电路的开关量动作功率>5W，使经电阻分压后的开入信号电压转化为0-5V的电压信号；

所述RC延时电路根据一阶电路的时间常数计算确定电阻参数和电容参数，使开关量信号采集的动作时间为20-30ms；

所述阈值比较电路包括电压比较芯片、与所述电压比较芯片连接的至少两条分压电路以及运放电路；动作电压为额定电压的55％-70％，动作功率>5W。

优选地，所述运放电路的输出信号经三极管放大后，驱动24V电压型出口跳闸继电器。

优选地，所述电压比较芯片连接RC延时电路的输出和参考电平。

优选地，功率消耗电阻和分压电阻为串联。

利用上述用于直采直跳的开关量采集电路完成的一种用于直采直跳的开关量采集方法，包括步骤：

A、功率消耗模块在接收到N路外部开关量的电压输入后，功率消耗模块的开关量动作功率>5W，输出0-5V的电压信号；

B、延时输出模块接收到电压信号后，进行延时输出至比较电路模块，使开关量信号采集的动作时间为20-30ms；

C、所述比较电路模块动作电压为额定电压的55％-70％，动作功率>5W，经过比较输出后，通过驱动模块驱动N路继电器进行动作，完成直采直跳。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用RC电路进行延时控制，时间可以通过确定电阻、电容的参数而准确确定，可以比较准确的计算出来；通过比较器进行比较来调节动作电压，在很精确的范围内进行调节，能很好的满足行业技术要求。

本申请直采直跳电路所测量得到的动作时间最大值为25.9ms，平均动作时间为24.3-24.8ms之间，相比现有的直采直跳电路的动作时间的难以准确预计，动作时间的波动差值更小。

继电器单个启动电压大小，是不能人为控制，只能由继电器本身特性确定；而本申请串联后的的启动电压，可以非常精确的控制，且精度比较高。

本发明适用于直采直跳的开关量采集电路，主要用于电力系统领域继电保护装置非电量或其他跳闸回路的开关量采集和出口跳闸。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的电路总结构示意图；

图2是本发明优选实施例的功率消耗及电阻分压电路结构示意图；

图3是本发明优选实施例的RC延时电路结构示意图；

图4是本发明优选实施例的阈值比较电路结构示意图；

图5是本发明优选实施例的继电器驱动电路结构示意图；

图6是本发明优选实施例的DC电路结构示意图；

图7是本发明优选实施例的电路连接框图；

图8是现有传统延时电路的连接框图；

图9是现有继电器的动作时间的官方数据实验图；

图10是现有继电器的启动电压的官方数据实验图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本申请提供了一种用于直采直跳的开关量采集电路，包括依次连接的功率消耗及电阻分压电路、RC延时电路、阈值比较电路、继电器驱动电路。

参见图2，所述功率消耗及电阻分压电路的回路的输入阻抗使得开关量满足动作功率>5W的要求，当继电器开出动作，开入功耗能保证必须大于5W，否则继电器不允许开出动作；分压输出后的分压输出电压，能保证必须小于5V，以保护后续电路能正确工作。功率主要消耗在输入电阻上，经电阻分压后的开入信号电压转化为0-5V的电压信号。同时，测量回路的电流和端口电压，计算输入的功率，即为开关量回路的动作功率，满足动作功率>5W。

具体地，可以在确定基准电压的前提下，使得当开关量输入施加的额定电压小于65％时，继电器J1可靠不动作；当开关量输入施加额定电压大于70％时，继电器J1可靠动作；测试时，施加额定电压的65％，此时测量回路的电流和端口电压，计算输入功率，满足动作功率>5W。此设计的电路，动作电压>65％，所以实际的动作功率肯定大于5W，满足动作功率>5W的要求。

所述功率消耗及电阻分压电路包括两个部分的电阻：功率消耗电阻(R2)、分压电阻(R1)，R1、R2可以分别由多个电阻串并联组成的组合电阻，前提是保证组合电阻的阻值和功耗要求能达到预定的要求，阻值比为预定的要求。具体的阻值比例，根据开关量输入电压等级的不同而不同。

参见图3，RC延时电路根据一阶电路的时间常数计算确定R、C参数，使得开关量信号采集可以满足动作时间20-30ms的要求。测试时可以通过示波器测量电压上升到继电器动作电压时所需的延时时间，也可以通过开入接点起表、继电器的动作接点停表的方式测量非电量动作的延时，满足动作时间20-30ms的要求。

具体地，可以根据设计好的基准电压，一阶电路的时间常数以25ms为延时基准，计算确定R1、C1的参数(需要适当考虑继电器动作的延时时间)。测试时可以通过示波器测量电压上升到基准电压时所需的延时时间，也可以通过开入接点起表、继电器的动作接点停表的方式测量非电量输入动作的延时(此方法比示波器测电压的方法，测出来的延时要多一个继电器动作延时)。

参见图4，阈值比较电路包括电压比较芯片、与电压比较芯片连接的至少两条分压电路以及运放电路，需满足动作电压和动作功率的双重要求。测试时测量运放正、负输入端的电压，负端为动作门槛电压，正端为开关量输入电压经电阻分压后的动作电压，使得动作电压满足55％-70％的要求，并且计算出动作功率也满足>5W的要求，即可判断设定的动作门槛符合要求。

阀值比较电路中的U61电压比较芯片是核心器件；基准电压由R11、R12分压电路组成；输入电压由R1、R2分压电路组成。当R1上的分压大于R11上的分压时，U61输出高电平，经过驱动电路，使继电器动作；反之，则继电器不动作。通过调整电阻参数，可以实现当输入电压为额定65％时，继电器能可靠不动作；当输入电压为额定70％时，继电器可靠动作，满足动作要求。在设计时需要考虑当输入电压为额定120％时，R1上的分压满足U61输入电压的范围。

参见图5和图6，继电器驱动电路实现功率放大功能，运放比较的输出信号经三极管放大后驱动24V电压型出口跳闸继电器。DC-DC变换器起到电源变换的作用，一块插件上可以设计多路非电量采集回路，共享DC-DC变换器输出的电源。

参见图7，本申请还提供了一种用于直采直跳的开关量采集方法，功率消耗模块在接收到N路外部开关量的电压输入后，通过延时输出模块进行延时输出至比较电路模块，比较电路模块经过比较输出后，通过驱动模块驱动N路继电器进行动作，完成直采直跳。

参见图8，现有传统技术中的功率消耗模块在接收到外部开关量的电压输入后，第一个继电器进行动作实现延时T1输出，而后触发多个继电器连续动作，实现延时Tn输出，直至继电器进行动作，完成直采直跳。

以额定电源220V、动作延时25ms设计具体电路结构板卡A、B、C(结构同图1)，然后分别测试其跳闸动作电压和延时。跳闸动作电压测试方法：先加0V，继电器不动作，然后以1V的极差增加电压，直到继电器动作，记录此时的电压值。同时求出启动电压的百分比。动作延时测试方法：直接加220V电压，在220V电压加时起表，由继电器动作出口停表，测得的时间差。

采用本设计原理，在非电量3和非电量4两种环境下分别测试4次动作延时的测试数据如下表所示：

表1动作延时测试数据

从上表中看出，本申请直采直跳电路所测量得到的动作时间最大值为25.9ms，最小值为24.1ms，平均动作时间为24.3-24.8ms之间，相比现有的直采直跳电路动作时间的难以准确预计，本申请电路动作时间的波动差值更小。

表2启动电压测试数据

从上表中看出，本申请直采直跳电路所测量得到的启动电压最大值为147V，最小值为142V，相比现有的直采直跳电路启动电压的难以准确预计，本申请电路启动电压可以精确控制。

说明：板与板之间的差异，由公共部分电路造成，都在误差允许范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于直采直跳的开关量采集电路，其特征在于，包括依次连接的功率消耗及电阻分压电路、RC延时电路、阈值比较和继电器驱动电路，

所述功率消耗及电阻分压电路包括功率消耗电阻和分压电阻，所述功率消耗电阻和分压电阻为多个电阻串并联组成的组合电阻；功率消耗及电阻分压电路的开关量动作功率>5W，使经电阻分压后的开入信号电压转化为0-5V的电压信号；

所述RC延时电路根据一阶电路的时间常数计算确定电阻参数和电容参数，使开关量信号采集的动作时间为20-30ms；

所述阈值比较电路包括电压比较芯片、与所述电压比较芯片连接的至少两条分压电路以及运放电路；动作电压为额定电压的55％-70％，动作功率>5W。

2.根据权利要求1所述的一种用于直采直跳的开关量采集电路，其特征在于，所述运放电路的输出信号经三极管放大后，驱动24V电压型出口跳闸继电器。

3.根据权利要求1所述的一种用于直采直跳的开关量采集电路，其特征在于，所述电压比较芯片连接RC延时电路的输出和参考电平。

4.根据权利要求1所述的一种用于直采直跳的开关量采集电路，其特征在于，功率消耗电阻和分压电阻为串联。

5.利用权利要求1-4任一项所述的用于直采直跳的开关量采集电路完成的一种用于直采直跳的开关量采集方法，其特征在于，包括步骤：

A、功率消耗模块在接收到N路外部开关量的电压输入后，功率消耗模块的开关量动作功率>5W，输出0-5V的电压信号；

B、延时输出模块接收到电压信号后，进行延时输出至阈值比较电路，使开关量信号采集的动作时间为20-30ms；

C、所述阈值比较电路动作电压为额定电压的55％-70％，动作功率>5W，经过阈值比较输出后，通过驱动模块驱动N路继电器进行动作，完成直采直跳。