CN105262062A - 一种电力开关柜保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力开关柜保护系统，包括控制器、保护电流信号输入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块、无线通讯模块、模拟量输出模块和可编程控制输出模块。本发明电力开关柜保护系统提供一种多功能的电力开关柜保护系统，简化了开关柜智能保护测控装置的生产和现场通讯网络的建设，大幅度降低开关柜在生产、测试、安装、调试和维护等环节的工作量；克服了当前开关柜生产过程中因智能测控设备种类和数量繁多，测试、安装、调试、维护工作量大这一问题；尤其是当前电力设备竞争越来越激烈，优化开关柜的设计、制造、测试、安装、调试和维护成本，提高系统的可靠性，是提高设备制造企业竞争力的一条捷径。

Description

一种电力开关柜保护系统

技术领域

本发明涉及一种保护系统，具体是一种电力开关柜保护系统。

背景技术

在当今电力系统自动化水平发展日新月异的时代，应用于电力系统的自动化装置、系统越来越多，功能越来越复杂；例如：微机继电保护装置、智能操控仪、智能测控仪表、温湿度自动控制器、触头测温系统等；这对于供电系统及其设备的安全性、可靠性提供了强大的支持。但是，大量的这些设备同时应用于一台电力开关柜造成了诸多问题：首先，多种装置都需要采集相同的信号，比如，微机继电保护装置、智能操控仪和智能测控仪表，它们都要采集三相电压和电流信号、状态信号，通过它们各自侧重的算法为开关柜提供不同的测量、监视和保护功能，造成开关的设计、生产、检测和维护的工作量成倍增加；其次，由于这些智能设备都提供了通讯接口，以便集中监控，为这些设备的通讯，通常是要为每一类设备铺设一个或多个通讯网，这使得现场施工工作量巨大，通讯系统可靠性降低，维护难大幅提升；再次，智能设备通常要安装在开关柜的仪表门上，而开关的外形尺寸是确定的，仪表门的尺寸也相当有限；越来越多的智能设备的出显，使得它们开关柜上的安装过程演变成了拼图挑战；对开关柜智能设备的集成化，成为主流需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力开关柜保护系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电力开关柜保护系统，包括控制器、保护电流信号输入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块、无线通讯模块、模拟量输出模块和可编程控制输出模块，所述控制器分别连接保护电流信号输入模块、测量电流信号出入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块、温湿度传感器、无线通信模块、模拟量输出模块、可编程控制输出模块、报警信号输出模块、电磁闭锁信号输出模块和继电器报警模块，继电器保护模块还连接保护电流信号输入模块，所述模拟量输出模块还连接可编程控制输出模块；

所述继电器保护模块包括微处理器、译码器、开关量、驱动电路、光耦隔离电路和电压功率放大电路，所述微处理器分别连接控制器、译码器、开关量和数模转换电路，开关量还分别连接译码器和保护装置，译码器还依次连接驱动电路、光耦隔离电路和数模转换电路，数模转换电路还分别连接低通滤波电路1和低通滤波电路2，低通滤波电路1还连接电压功率放大电路，所述低通滤波电路2还连接电流功率放大电路，所述电压功率放大电路和电流功率放大电路间连接有开关电源电路，电压功率放大电路和电流功率放大电路还分别连接保护装置；

所述低通滤波电路1包括串联谐振带阻滤波模块、放大模块、高通模块和低通模块，串联谐振带阻滤波模块包括电感L3、电感L6、电容C3和电容C10，放大模块包括电阻R3、电阻R4、三极管VD和电容C11，高通模块包括电容C1、电感L1和变容二极管D1，低通模块包括电容C2、电感L2和变容二极管D2；

所述电容C1分别连接电感L1、接地电感L4和电容C2，电感L1另一端分别连接电容C5和电容C6，电容C5另一端分别连接电容C6另一端、电阻R1和接地变容二极管D1负极，电阻R1另一端分别连接接地电容C11、接地电容C12、电阻R2和调谐电压，电阻R2另一端分别连接电容C7、电容C8和接地变容二极管D2负极，电容C7另一端分别连接电容C8另一端和电感L2，电感L2另一端分别连接电容C2另一端，接地电感L5和电容C3，电容C3另一端分别连接电容C10、电感L6和电感L3，电感L3另一端连接接地电容C9，所述电容C10另一端分别连接电感L6另一端和电容C4，电容C4另一端连接电容C11，电容C11另一端分别连接电阻R3和三极管VD基极，三极管VD集电极分别连接电阻R4和电容C12，电阻R4另一端连接电源U2正极，电源U2负极分别连接电源U1负极和三极管VD发射极并接地，所述电容C12另一端连接输出端，所述电容C1另一端连接输入端。

作为本发明进一步的方案：所述微处理器型号为TMS320F206。

作为本发明进一步的方案：所述译码器型号为ispLSI1016。

作为本发明进一步的方案：所述驱动电路采用芯片74HC244。

作为本发明进一步的方案：所述数模转换电路采用高性能数模转换芯片AD669。

作为本发明进一步的方案：所述光耦隔离电路采用TLP521-4光电耦合器。

作为本发明再进一步的方案：所述数模转换电路采用7路D/A转换，其中4路转换通过低通滤波电路1连接电压功率放大电路，3路转换通过低通滤波电路2连接电流功率放大电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明电力开关柜保护系统提供一种多功能的电力开关柜保护系统，简化了开关柜智能保护测控装置的生产和现场通讯网络的建设，大幅度降低开关柜在生产、测试、安装、调试和维护等环节的工作量；克服了当前开关柜生产过程中因智能测控设备种类和数量繁多，测试、安装、调试、维护工作量大这一问题；尤其是当前电力设备竞争越来越激烈，优化开关柜的设计、制造、测试、安装、调试和维护成本，提高系统的可靠性，是提高设备制造企业竞争力的一条捷径。

附图说明

图1为电力开关柜保护系统的电路结构框图；

图2为电力开关柜保护系统中继电器保护模块的电路原理框图；

图3为电力开关柜保护系统中低通滤波电路1的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种电力开关柜保护系统，包括控制器、保护电流信号输入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块、无线通讯模块、模拟量输出模块和可编程控制输出模块，所述控制器分别连接保护电流信号输入模块、测量电流信号出入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块、温湿度传感器、无线通信模块、模拟量输出模块、可编程控制输出模块、报警信号输出模块、电磁闭锁信号输出模块和继电器报警模块，继电器保护模块还连接保护电流信号输入模块，所述模拟量输出模块还连接可编程控制输出模块；

所述继电器保护模块包括微处理器、译码器、开关量、驱动电路、光耦隔离电路和电压功率放大电路，所述微处理器分别连接控制器、译码器、开关量和数模转换电路，开关量还分别连接译码器和保护装置，译码器还依次连接驱动电路、光耦隔离电路和数模转换电路，数模转换电路还分别连接低通滤波电路1和低通滤波电路2，低通滤波电路1还连接电压功率放大电路，所述低通滤波电路2还连接电流功率放大电路，所述电压功率放大电路和电流功率放大电路间连接有开关电源电路，电压功率放大电路和电流功率放大电路还分别连接保护装置；

所述低通滤波电路1包括串联谐振带阻滤波模块、放大模块、高通模块和低通模块，串联谐振带阻滤波模块包括电感L3、电感L6、电容C3和电容C10，放大模块包括电阻R3、电阻R4、三极管VD和电容C11，高通模块包括电容C1、电感L1和变容二极管D1，低通模块包括电容C2、电感L2和变容二极管D2；

所述电容C1分别连接电感L1、接地电感L4和电容C2，电感L1另一端分别连接电容C5和电容C6，电容C5另一端分别连接电容C6另一端、电阻R1和接地变容二极管D1负极，电阻R1另一端分别连接接地电容C11、接地电容C12、电阻R2和调谐电压，电阻R2另一端分别连接电容C7、电容C8和接地变容二极管D2负极，电容C7另一端分别连接电容C8另一端和电感L2，电感L2另一端分别连接电容C2另一端，接地电感L5和电容C3，电容C3另一端分别连接电容C10、电感L6和电感L3，电感L3另一端连接接地电容C9，所述电容C10另一端分别连接电感L6另一端和电容C4，电容C4另一端连接电容C11，电容C11另一端分别连接电阻R3和三极管VD基极，三极管VD集电极分别连接电阻R4和电容C12，电阻R4另一端连接电源U2正极，电源U2负极分别连接电源U1负极和三极管VD发射极并接地，所述电容C12另一端连接输出端，所述电容C1另一端连接输入端。

微处理器型号为TMS320F206。

译码器型号为ispLSI1016。

驱动电路采用芯片74HC244。

数模转换电路采用高性能数模转换芯片AD669。

光耦隔离电路采用TLP521-4光电耦合器。

数模转换电路采用7路D/A转换，其中4路转换通过低通滤波电路1连接电压功率放大电路，3路转换通过低通滤波电路2连接电流功率放大电路。

本发明的工作原理是：请参阅图1，保护电流信号输入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块实时监测供电设备中的电压互感器、专用保护电流互感器、以及状态传感器输出的信号，根据保护逻辑来识别供电系统故障并能够在瞬间切断故障点，从而实现对开关柜的电路保护。

保护电流信号输入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块中的电压互感器、专用测量电流互感器输出的信号进行采样，测量和计算出：频率、电压和电流有效值，有功功率、无功功率、相角、功率因数、各次谐波含量、有功电度量、无功电度量等信息。

模拟量输出模块能够以大幅面动态一次模拟图的形式反映开关柜内各断路器和刀闸的合分状态，实时进行人体操作安全性监测，完成操作方式切换、以及就地分合闸，温湿度传感器是指通过实时监测在开关柜内安装的温度传感器和湿度传感器的输出信号，在必要时启动电磁闭锁信号输出模块，从而驱动外部的加热器、排风扇，从而实现开关柜内自动温湿度调节。

请参阅图2，开关量检测各个电路信号，并将检测结果传给微处理器，微处理器对检测结果进行分析处理，当保护装置存在问题时，微处理器将问题反馈给控制器，由控制器输出报警，当保护装置没有问题时，控制器继续通过微处理器、译码器、驱动电路等电路继续给保护装置发送各种检测信号。

请参阅图3，串联谐振带阻滤波模块加高通滤波模块的带通形式是为了在右边带获得较陡的带通特性，以获得较大的带外抑制，从而提高抗干扰能力；变容三级管串联电容是为了降低调谐灵敏度，以减小电压波动对带通特性的影响；与变容三极管串联的电容用两个电容并联是为了方便调整带通的形状，以增加调试的冗余量；串联谐振带阻滤波器是为了抑制镜像频率干扰，因为VHF频段某些镜像频率点刚好落在天线低通滤波电路和带阻滤波电路的过渡带（境像频率的位置与第一中频频率的大小有关），单靠低通滤波电路抑制不足以达到要求的对镜像频率的抑制度；滤波电路增加放大模块是为了将过滤后有所衰减的信号放大，滤波电路增加一级到地的串联谐振带阻滤波模块是为了增加带通右边带的抑制度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种电力开关柜保护系统，包括控制器、保护电流信号输入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块、无线通讯模块、模拟量输出模块和可编程控制输出模块，其特征在于，所述控制器分别连接保护电流信号输入模块、测量电流信号出入模块、电压信号输入模块、数字信号输入模块、温湿度传感器、无线通信模块、模拟量输出模块、可编程控制输出模块、报警信号输出模块、电磁闭锁信号输出模块和继电器报警模块，继电器保护模块还连接保护电流信号输入模块，所述模拟量输出模块还连接可编程控制输出模块；

所述继电器保护模块包括微处理器、译码器、开关量、驱动电路、光耦隔离电路和电压功率放大电路，所述微处理器分别连接控制器、译码器、开关量和数模转换电路，开关量还分别连接译码器和保护装置，译码器还依次连接驱动电路、光耦隔离电路和数模转换电路，数模转换电路还分别连接低通滤波电路1和低通滤波电路2，低通滤波电路1还连接电压功率放大电路，所述低通滤波电路2还连接电流功率放大电路，所述电压功率放大电路和电流功率放大电路间连接有开关电源电路，电压功率放大电路和电流功率放大电路还分别连接保护装置；

所述低通滤波电路1包括串联谐振带阻滤波模块、放大模块、高通模块和低通模块，串联谐振带阻滤波模块包括电感L3、电感L6、电容C3和电容C10，放大模块包括电阻R3、电阻R4、三极管VD和电容C11，高通模块包括电容C1、电感L1和变容二极管D1，低通模块包括电容C2、电感L2和变容二极管D2；

所述电容C1分别连接电感L1、接地电感L4和电容C2，电感L1另一端分别连接电容C5和电容C6，电容C5另一端分别连接电容C6另一端、电阻R1和接地变容二极管D1负极，电阻R1另一端分别连接接地电容C11、接地电容C12、电阻R2和调谐电压，电阻R2另一端分别连接电容C7、电容C8和接地变容二极管D2负极，电容C7另一端分别连接电容C8另一端和电感L2，电感L2另一端分别连接电容C2另一端，接地电感L5和电容C3，电容C3另一端分别连接电容C10、电感L6和电感L3，电感L3另一端连接接地电容C9，所述电容C10另一端分别连接电感L6另一端和电容C4，电容C4另一端连接电容C11，电容C11另一端分别连接电阻R3和三极管VD基极，三极管VD集电极分别连接电阻R4和电容C12，电阻R4另一端连接电源U2正极，电源U2负极分别连接电源U1负极和三极管VD发射极并接地，所述电容C12另一端连接输出端，所述电容C1另一端连接输入端。

2.根据权利要求1所述的电力开关柜保护系统，其特征在于，所述微处理器型号为TMS320F206。

3.根据权利要求1所述的电力开关柜保护系统，其特征在于，所述译码器型号为ispLSI1016。

4.根据权利要求1所述的电力开关柜保护系统，其特征在于，所述驱动电路采用芯片74HC244。

5.根据权利要求1所述的电力开关柜保护系统，其特征在于，所述数模转换电路采用高性能数模转换芯片AD669。

6.根据权利要求1所述的电力开关柜保护系统，其特征在于，所述光耦隔离电路采用TLP521-4光电耦合器。

7.根据权利要求1所述的电力开关柜保护系统，其特征在于，所述数模转换电路采用7路D/A转换，其中4路转换通过低通滤波电路1连接电压功率放大电路，3路转换通过低通滤波电路2连接电流功率放大电路。