CN105281284A - 一种工频过电流判断方法及保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工频过电流判断方法及其装置，本发明依据过电流判断方法，利用时间启动模块、时间截止模块分别和时间查询方式、时间比较方式的时间数据应用模块构成两种过电流判断应用的公式、时间及数据方法相同、但数据的使用方法不同的、结构迥异新颖的新型过电流保护装置，能根据对被测正弦电流采样获取的时间t快速进行判断、从而得知过电流的大小并实施多时段的精确的时间延迟控制，特别是当一个被测的过电流超过整定值的10倍以上时其判断及保护信号输出的时间仅需不到1ms，可有效的消除电流保护死区，在供电线路短、级数多、电流保护级差拉不开、保护选择性难以保证的场合有效使用，其应用灵活、调整简单、保护可靠，多延迟、精度高。

Description

一种工频过电流判断方法及保护装置

技术领域

本发明涉及应用于继电保护的一种工频过电流判断方法及保护装置。

背景技术

快速、准确地获取被保护电力电气设备中的超过额定值或整定值的电流数值，并对其进行准确的判断以便及时采取相应措施防止故障发生、在故障发生后及时制止故障的扩大，是电流继电保护装置的首要任务，是满足保护装置的选择性、速动性、灵敏性和可靠性这四个基本要求的先决条件。

为了获取被保护电力电气设备中的这种超限的电流幅值并判断其是否为短时过载电流或是故障电流、故障是否已经或即将发生，此前的方法和设备大多是使用电流互感器的二次电流去驱动一个继电器或是采用对电流互感器二次电流经整流后与预先设定的电流整定值比对的办法，或是对二次电流经过转换形成的电压信号进行一个周波内的多点采样、应用傅氏算法获取其有效值再与电流整定值进行比较以确认故障是否发生(参考专利号ZL200810024070.5，发明名称24KV真空断路器中电流保护控制方法和专利号ZL101494374B，发明名称真空断路器中电流保护控制方法)，或是将电流互感器二次电流经转换形成的电压波形与多个基准电压进行比较并进行四个要素的逻辑和以及逻辑乘运算来确定其故障是否发生(参考授权公告号CN102401869B发明名称用于快速确定电力系统中的故障的装置和方法)，或利用对一个交流电量，在相角增量为Δα的两个端点上的两次采样数据和该Δα值进行反正切运算得到该电量相对于测量时刻的初相角α和预测到的幅度A_m(参考审定号CN1013307B发明名称交流电量瞬间测量方法及其装置)，进而可以依此来判断其幅度的A_m是否为故障电流；或基于波形形状识别、将采自电力系统普遍使用的电流互感器的信号，使用波形偏斜度和波形陡峭度度量电流半周波的波形形状并映射到模式识别空间来实现故障判断，作为供电线路的暂态保护，(参考授权公告号CN101872963B发明名称基于波形形状识别的供电线暂态保护方法及其装置)，等等。现有的这些技术对故障电流判断的方法复杂、判断准确度低，无法实现故障电流的多时段的时间精确控制，且无法覆盖负载电流的低过载区域，存在保护的“死区”，无法满足当今电力保护市场的广泛需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种判断方法简单、保护范围广、控制时间准确且时段多的工频过电流判断方法及其保护应用装置。

本发明采用的技术方案是：

一种工频过电流判断方法，其包括一个过电流判断公式、通过该公式计算得到数据、以及对这些数据的应用方法，其包括以下步骤：

(1)由正弦电流的数学表达式推导得到一个工频过电流判断公式：

式中，I_m是被测正弦电流波形的幅值，I_zd是电流整定值，t是被测正弦电流波形过零后到达电流整定值的时间值，其单位为us，f是电力系统的额定频率；依据该公式，只要知道电力系统频率并获得时间t值、即可得知的比值，即被测正弦电流波形幅值对电流整定值的倍数，从而判断出被测电流的大小；

(2)额定频率的正弦电流波形在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的时间为Hus，其中H取正整数，f是电力系统的额定频率，把t由1us开始、按每次递增1us,一直到Hus为止，把t按照由小到大的顺序分别一一代入过电流判断公式中的t计算得到H个比值即被测正弦电流波形幅值对电流整定值的倍数；

(3)按照大短路电流幅值是整定值的高倍数、小短路电流幅值是整定值的次高倍数、大过载电流幅值是整定值的较高倍数、小过载电流幅值是整定值的较低倍数、微过载电流幅值是整定值的极低倍数的档次，把H个不同的倍数数据根据具体的保护需要依照其数值由大到小的次序进行归类划分成N个倍数区间，N个区间的倍数都大于1，用十进制数由小到大、即由1、2……N依次按过电流的高倍数到低倍数的顺序对划分成的区间编号，划分的区间为4个以上，区间内的倍数范围是可变的，但是每个区间都有一个倍数上限值和一个倍数下限值，倍数上限值对应一个时间起点值，倍数下限值对应一个时间终止值，表示该区间的过电流从倍数上限值向倍数下限值变化时其与时间值之间的一一对应的关系，即每个区间由一个时间起点值和一个时间终止值界定该区间的时间范围和对应的倍数范围，时间起点值较小在前，时间终止值较大在后，各区间之间的时间值是顺序连接的，上一个区间的时间终止值的下一个us就是下一个区间的时间起点值，将被测正弦电流波形的幅值小于电流整定值，其波形和整定值没有交点，倍数小于1，其对应的时间值大于Hus的倍数区间编为第N+1个区间，称为“零值区间”；

(4)用一个N位的二进制数代码即显示代码表示N个区间以及零值区间的时间和其对应的倍数范围；设定显示代码起始状态为全1，设定显示代码右边第一位为最高位，从最高位开始向左边的最低位方向、依次把1变为0，那么到该显示代码状态全为0时就有N+1个状态表示，用显示代码的第一种全1状态表示区间1的时间和倍数范围，用显示代码的第二种即右起第一位为0而其他位全为1的状态表示区间2的时间和倍数范围，依顺序地，用显示代码的第N种即左起第一位、即最低位为1而其他位全为0的状态表示第N个区间的时间和倍数范围；用显示代码的第N+1种、即全为0的状态来表示第N+1区间即零值区间的时间和倍数范围；把显示代码及时间数据存到可编程只读存储器中；

(5)采用时间查询方式或时间比较方式存取并使用显示代码和时间数据；当采用时间查询方式时把正弦电流波形在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的时间Hus中的每一个us都以一个二进制数表示、按由小到大的顺序依次一一对应作为存储器的存储地址存入所属区间的显示代码；当采用时间比较方式时，把各区间的时间终止值、显示代码、受控设备延迟动作的预定时间延迟脉冲个数分别存入存储器内各自的存储区；

所述步骤(5)中在时间查询方式中存入显示代码的方法是，把用二进制数表示的从1us起到Hus为止的H个时间值一一对应作为存储器的地址，在与存储器地址对应的存储单元中存入相应的显示代码，也就是说，按照划分成的N个区间，依次地从区间1起到区间N，把各区间的时间起点值起到时间终止值为止、包含起点值和终止值在内的以二进制数表示的时间值作为存储器的存储地址，在这个地址范围内对应的所有存储单元中存入与该区间相应的同一个显示代码，另外把存储器的第零个地址作为第N+1区间或称为零值区间的地址，在第零个地址中存入第N+1种、即全为0的显示代码；在时间查询方式中采用8K×8位可编程只读存储器，它通过8条数据输入输出口线来实现N+1个显示代码的存入及读出，设定口线从高位I/O₇起依顺序向低位I/O₀排列，把表示时间和倍数范围的N位显示代码的右起第一位作为高位与口线I/O₇对齐以保持数据存入、读出时顺序一致，当存入的显示代码的位数少于8位时，可在N位显示代码的低位方向填入0以补齐一个字节；当存入的显示代码位数大于8位时，则扩展一个存储器，两个存储器的地址线并联，确定两个存储器中的共16条I/O口线从高字节的I/O₇起向低字节I/O₀的排列顺序方向，存入的N位显示代码的右起第一位也作为高位与16条I/O口线中的高位I/O₇对齐以保持数据存入、读出时顺序一致，当存入的显示代码位数少于16位时，可在低字节中的低位方向填入0以补齐低字节的8位；

所述步骤(5)中在时间比较方式中采用2K或2K以上的8位可编程只读存储器，其在存储器的适当区域建立三个存储区，其存储的方法是：

第一个是用来存入N个区间的时间终止值称为比较值的存储区，该区有N个比较值的存储地址，把N个区间的时间终止值依照区间1到区间N的顺序依次存入第一个到第N个的比较值地址的存储单元中；

第二个是用来存入N+1个显示代码的存储区，该区有N+1个显示代码的存储地址，把N+1个显示代码依照区间1到区间N+1的顺序依次存入第一个到第N+1个的显示存储地址的存储单元中，当存入的显示代码的位数少于8位时，在N位显示代码的低位方向填入0以补齐一个字节；当存入显示代码位数大于8位时，则增加一个存储地址及对应的一个存储单元，存入的N位显示代码右起高八位存入高字节存储单元中，高字节地址在先，其余的存入低字节存储单元，低字节存储单元中的空余部分填入0以补齐低八位一个字节，低字节地址在后；

第三个是用来存入受控设备延迟动作的预定时间延迟脉冲个数、简称“预定个数”的存储区，该区有N个预定个数存储地址，把N个区间的预定个数n₁、n₂、n₃……n_n依照区间1到区间N的顺序依次存入第一个到第N个的预定个数存储地址的存储单元中；设定预定个数有一个原则，即：过电流倍数越大设定的预定个数越少，过电流倍数越小设定的预定个数越多，1≤n₁＜n₂＜n₃……＜n_n，其中，n为正整数，通过对预定时间延迟脉冲个数的计数转换成动作执行时间的延迟，当被测电流超过电流整定值时其第一个脉冲的延迟时间由电流波形过零的时刻起计算，该延迟时间最多不超过1/4个周波的时间，从第二个脉冲起，其延迟时间距上一个延迟脉冲出现的时间点都是1/2个周波的时间；需要更长的时间延迟时可以调用一个多重循环程序来实现；在时间比较方式中，比较值和预定个数都以16位二进制数表示，二个字节，高字节内容存储在高字节存储单元中，高字节地址在先，低字节内容存储在低字节存储单元中，低字节地址在后。

一种应用所述的一种工频过电流判断方法的过电流保护装置，其包括一个前置的电压跟随器；一个正弦电流波形过零时产生时间计数启动脉冲的时间启动模块，其输出时间启动脉冲；一个正弦电流波形到达电流整定值I_zd时产生时间截获脉冲的时间截获模块，其输出时间截获脉冲；以及一个受时间启动脉冲和时间截获脉冲控制的、用来获取被测正弦电流波形过零后到达电流整定值时的采样时间t值并把该采样时间t值同与该模块连接的存储器中已存入的内容数据进行过电流的快速判断及多时段延迟操作的时间数据应用模块；

其中，前置的电压跟随器是由一个单运放构成的；

存储器采用电擦除可编程只读存储器EEPROM；

时间启动模块包括第一、第二、第三和第四电路单元；第三电路单元是一个零点电压调整电路单元，它有两个零点电压输出端；

时间截获模块包括第五、第六、第七和第八电路单元；第七电路单元是一个绝对值相等的正、负整定电压值可同时调整的电压输出电路单元，它有一个正整定电压输出端和一个负整定电压输出端；

时间启动模块中的第一、第二电路单元和时间截获模块中的第五、第六电路单元是四个元件参数及连接方法完全一样的电路单元，都是由运算放大器构成具有开环增益的电压比较电路并后接TTL电平转换接口电路的电路单元；时间启动模块中，第三电路单元的一个零点电压输出端通过电阻和第一电路单元中的电压比较器的反相输入端相连接，另一个零点电压输出端通过电阻和第二电路单元中的电压比较器的同相输入端相连接；时间截获模块中，第七电路单元的正整定电压输出端通过电阻和第五电路单元的电压比较器的反相输入端相连接，负整定电压输出端通过电阻和第六电路单元的电压比较器的同相输入端相连接；前置电压跟随器的输出端分别通过电阻和第一电路单元中的电压比较器的同相输入端、第二电路单元中的电压比较器的反相输入端、第五电路单元的电压比较器的同相输入端和第六电路单元的电压比较器的反相输入端相连接；当被测正弦电流波形幅值高于电流整定值时第一、二、五、六电路单元输出的都是高电平矩形波脉冲；当被测正弦电流波形幅值低于电流整定值时第五、六电路单元没有输出；第一电路单元和第二电路单元输出的高电平矩形波脉冲分别和第四电路单元的两个输入端相连接，第四电路单元的两个输入端分别对输入的两个高电平矩形波脉冲微分、分别通过二极管输入到一个电压比较器进行调整后从该比较器的输出端输出、经耦合到反相器输出，该反相器的输出端是第四电路单元的输出端、也是时间启动模块的输出端，其输出的是时间宽度为us级别的尖、窄的低电平脉冲、即时间启动脉冲，每周波两个；当被测正弦电流波形幅值高于电流整定值时，第五和第六电路单元输出的高电平矩形波脉冲分别输入到第八电路单元、即一个或门电路的两个输入端，其或门输出端即是时间截获模块的输出端，其输出高电平矩形波脉冲、即时间截获脉冲，在稳态电流下每周波两个；

一个时间数据应用模块，包括时间查询方式的时间数据应用模块和时间比较方式的时间数据应用模块两种，当时间数据应用模块中连接的是采用时间查询方式存取的存储器时，即是时间查询方式的时间数据应用模块，所述时间查询方式的时间数据应用模块用于处理采用时间查询方式存取的存储器的情况，时间查询方式的时间数据应用模块包括第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五电路单元；第九电路单元是10MHZ脉冲产生及十分频电路，其输出的1MHZ脉冲输入到第十电路单元四个计数器的CP端；第十电路单元是四个四位二进制同步计数器依次连接成的时间脉冲计数电路，其四个计数器共16个数据输出端和第十一电路单元的16个数据输入端一一对应相连接，其输出的是一个由零开始的、依次递增1us的16位的二进制数；第十一电路单元是四个以并入-并出方式工作的4位双向移位寄存器依次连接成的时间数据暂存电路，四个寄存器的CP端和时间截获模块的输出端相连接，四个寄存器共16个数据输出端和第十二电路单元的16个数据输入端一一对应相连接；第十二电路单元也是四个以并入-并出方式工作的4位双向移位寄存器依次连接成的时间数据保持电路，四个寄存器的端和第一消抖动开关的输出端相连接，四个寄存器的CP端和第一或门的输出端相连接，四个寄存器的16个数据输出端中的前十三个输出端和第十三电路单元的13条地址线端脚一一对应相连接，余下的高三位数据输出端弃之不用；第十三电路单元是一个设置成只读工作方式的存储器，其存储单元中已按时间查询方式存入N+1个显示代码，显示代码输出时占用存储器的自高位I/O₇起、依次为I/O₆、I/O₅……I/O_n的N条口线，占用的每条口线的输出分成两路，一路连接第十四电路单元中对应的一个反相器，另一路连接第十五电路单元中对应的时间延迟计数器的端；第十四电路单元是显示电路，由N个反相器分别串联N个LED灯，每一个LED灯分别串联一个限流电阻并把限流电阻的另一端与+5V电源相连接；第十五电路单元由N段的时间延迟计数器组成，每段时间延迟计数器使用一个或一个以上的四位二进制同步计数器，各段所有同步计数器的CP端均与第二截获脉冲延迟器的输出端相连接，每一段同步计数器的端都对应连接第十三电路单元中的一条I/O口线，N条口线中的最高位I/O₇输出高电平时表示过电流倍数最大，所需延迟时间最少，其I/O₇连接第一段仅有一个计数器的时间延迟计数器的端，I/O₆……I/O_n输出高电平时表示过电流的倍数、延迟时间依次递减，其相应的口线分别连接第二段……第N段时间延迟计数器的端；预定时间延迟脉冲个数值、简称预定个数值的设置是通过开关与四位二进制同步计数器的数据输出端Q₀、Q₁、Q₂、Q₃中的一个端口相连接、把达到预定个数值时端口输出的信号传送到后续电路完成预定时间延迟动作，其四个端口之间为1-2-4-8的计数关系，在两个及以上的计数器的数据输出端口设置连接开关，则应在其相连接的最后一个计数器的数据输出端口上设置，预定个数值设置的原则和时间比较方式中的原则相同，设置的n₁、n₂……n_n分别为一段、二段……N段的预定个数值，每段时间延迟计数器中连接的同步计数器个数可根据需要增减，设置的预定个数值n＝16^P-1×k，其中，P是相连接的同步计数器的个数，P为正整数，k是开关与四个数据输出端口中的某一个连接时的系数，开关分别与Q₀、Q₁、Q₂、Q₃连接时k的系数分别是1、2、4、8,预定的延迟时间ms＝16^P-1×k×1/2个周波的时间－1/4周波的时间，其中，第一个延迟脉冲的延迟时间为1/4周波的时间，从第二个脉冲起的延迟时间都为1/2个周波的时间，电路单元中编号分别为K₁、K₂……K_n的N个开关，每一个开关的一端与一个数据输出端连接，另一端与一个反相器输入端及一个电阻的一端相连接，电阻另一端连接数字地，反相器输出端和一个8输入与非门的一个输入端相连接，与非门剩余的输入端按照技术规定处理，8输入与非门的输出端经过反相器、该反相器作为第十五电路单元的输出端和第二S-R锁存器的R端相连接；当N＞8时，第十三电路单元中需要扩展一片存储器，第十四电路单元中配置的LED灯需要增加到N个，第十五电路单元中配置的时间延迟计数器也要增加到N段；

所述时间查询方式的时间数据应用模块还包括第一S-R锁存器，第二S-R锁存器，第一截获脉冲延迟器，第二截获脉冲延迟器，第一与门，第二与门，第三与门，第一消抖动开关，第一反相器，第一或门；

第一S-R锁存器的S端与时间启动模块的输出端相连接，R端与第三与门的输出端相连接，Q端与第十电路单元中的四个计数器的第十一电路单元中的四个寄存器的相连接；

第二S-R锁存器的端与第十五电路单元的输出端相连接，端与第一消抖动开关的输出端相连接，Q端通过光电隔离固体继电器控制受控设备；

第一截获脉冲延迟器的输入端和时间截获模块的输出端相连接，其输出分成两路，一路输入到第二截获脉冲延迟器的输入端，另一路和第一或门的一个输入端相连接，第一截获脉冲延迟器输出的是时间保持脉冲；

第二截获脉冲延迟器的输入端与第一截获脉冲延迟器的输出端相连接，其输出端均与第十五电路单元所有的同步计数器的CP端相连接；第二截获脉冲延迟器输出的是供给时间延迟计数用的时间延迟脉冲；

第一与门的一个输入端与第十电路单元输出的16位二进制数中的第11位相连接，另一个输入端与16位二进制数中的第13位相连接，第一与门输出的是后备归零脉冲，其输出分成两路，一路输入到第二与门的一个输入端，另一路输入到第一或门的另一个输入端；

第二与门的一个输入端和第一与门的输出端相连接，另一个输入端和第十电路单元输出的16位二进制数中的第8位相连接，第二与门的输出端与第一反相器的输入端相连接，第二与门输出的是复归脉冲；

第三与门的一个输入端和第一反相器输出端相连接，另一个输入端和第一消抖动开关的输出端相连接，第三与门输出端和第一S-R锁存器R端相连接；

第一消抖动开关输出分成两路，一路输入到第三与门的另一个输入端，另一路和第十二电路单元中四个寄存器的CR端及第二S-R锁存器S端相连接；

第一反相器输入端和第二与门输出端相连接，其输出端和第三与门的一个输入端相连接；

第一或门的一个输入端和第一截获脉冲延迟器的输出端相连接，另一个输入端和第一与门的输出端相连接，或门的输出端和第十二电路单元中四个寄存器的CP端相连接；

一个时间数据应用模块，当模块中连接的是采用时间比较方式存取的存储器时，即是时间比较方式的时间数据应用模块，所述时间比较方式的时间数据应用模块用于处理采用时间比较方式存取的存储器的情况，该模块包括第二反相器，第二消抖动开关，第一个三输入与门，第三S-R锁存器以及一片时钟晶体振荡器频率为12MHZ的单片机8031和其他的外围电路及元器件；

第二反相器的输入端和时间截获模块的输出端相连接，其输出端和第一个三输入与门的第三个输入端相连接，第二消抖动开关的输出端和第一个三输入与门的第二个输入端相连接，单片机P1.X和第一个三输入与门的第一个输入端相连接，第一个三输入与门的输出端和第三S-R锁存器的端相连接，第三S-R锁存器的端和时间启动模块的输出端相连接，第三S-R锁存器的Q端和单片机的第12脚即P3.2端口相连接；

所述时间比较方式的时间数据应用模块包括一单片机，所述单片机与作为扩展的程序存储器的一存储器连接，所述存储器以时间比较方式存入比较值、显示代码和预定个数以及所需的相关软件，单片机还连接有用于显示的LED和八上升沿D触发器，单片机的P1.Y和一个S-R锁存器的连接并通过该S-R锁存器的Q端输出的信号经由光电隔离固体继电器控制受控设备的连接，单片机的P1.Z口连接有声、光提示器件，在故障发生后单片机的程序通过P1.Z输出信号发出声、光提示。

所述时间比较方式的时间数据应用模块采用门控制位GATE的功能和使用方法获取被测正弦电流波形过零后到达电流整定值时的采样时间t数据。

除了所述采用门控制位GATE的功能和使用方法获取采样时间t数据外，还包括初始化的程序内容、装置上电后的操作、比较程序、延迟程序、计数溢出的中断程序和跳闸程序，其具体的步骤是：

(1)过电流保护装置上电后，在初始化程序中，在单片机的片内数据存储区建立一个剩余个数存储区，该存储区有N个剩余个数存储地址，把采用时间比较方式存取的存储器U₄₉中各预定个数地址中的预定个数值简称预定个数原值依照区间1到区间N的顺序依次存入单片机片内数据存储区对应的第一个到第N个的各剩余个数地址的存储单元中，设置GATE门控位为1，设定定时器T₀工作方式为方式0，对定时器清零，设置定时器T₀中断；

(2)在受控设备投入使用前按一下第二消抖动开关按键使单片机的P3.2端口变为低电平、程序对TR₀置1后P3.2端口等待高电平矩形波、即正脉冲的到来；

(3)受控设备投入时过电流保护装置即时对设备的使用电流进行监测，读取每一个半波的被测正弦电流波形过零后到达电流整定值时的采样时间t值并应用比较程序软件依次和N个比较值进行大小比较以判断被测电流的大小、也就是判断被测电流所在的倍数区间，其比较程序是：把采样到的时间t值依次和第M个比较值比较，若采样时间t值大于该比较值则继续和下一个比较值、即第M+1个比较值比较，否则调用第M个延迟程序；其中，M的值按照比较的次数依次为1、2、3、……N-1、N，即第一次比较时M的值为1，第二次比较时M的值为2，以此类推；当数值比较进行到最后一个比较程序、即第M＝N个的比较程序时，无须再把采样时间t值和第N个比较值进行比较，直接调用第N个延迟程序；

(4)判断出被测电流的大小后即调用相应的延迟程序，延迟程序有N个，其具体是，第M个延迟程序：把第M个显示代码送出显示，对定时器清零，把第一、二、……第M-1个剩余地址中的内容恢复成各自原来的预定个数原值后依次对第M、M+1、……第N-1、第N个剩余地址中的内容减1，如某个剩余地址中的值为零则执行跳闸程序，否则程序置位TR₀后返回等待下一个正脉冲到来；其中，M的值按照比较的次数依次为1、2、3、……N-1、N；

(5)当读取不到采样时间t值时，表明此刻的被测电流幅值低于整定值，单片机的定时器方式0以及开放的定时器中断会在定时器计数溢出时自动执行中断程序，其步骤是：单片机的P1.X输出一个低电平脉冲后该中断程序返回，由于P1.X连接第一个三输入与门的第一个端脚，致使第三S-R锁存器的Q端对P3.2输出低电平，读取采样时间t值的程序在被测正弦电流波形过零后经过8192us的时间后等来了低电平，继续执行程序，关TR₀，把第N+1的显示代码送出显示，对定时器清零，把N个剩余个数地址中的内容恢复成各自原来的预定个数原值，再置位TR₀，等待下一个正脉冲到来；

(6)一旦受控设备的使用电流幅值超过整定值达到某个区间倍数范围且其超限时间达到该区间预先设置的时间延迟脉冲个数时单片机程序即输出动作信号令受控设备跳闸，其跳闸程序是：P1.Y送出一个低电平脉冲，使与之相连接的S-R锁存器的R端也得到低电平脉冲、锁存器的Q端出现低电平，令光电隔离固体继电器输出端相连接的受控设备跳闸动作，然后单片机的P1.Z输出声、光提示信号并等待故障处理。

本发明采用以上技术方案，先通过应用正弦电流波形数学表达式变换后的过电流判断公式计算正弦电流幅值与电流整定值之比即倍数并将倍数数据划分区间及列置成表格、以时间查询或时间比较的方式将时间、数据等内容存储在可编程只读存储器中；再利用保护用电流互感器的二次电流经过电阻转换成的、且经过电子线路的滤除谐波干扰等处理、其波形幅值与一次电流成比例的正弦波形信号，简称为被测正弦电流波形信号，通过电路使正弦波形信号过零时和达到电流整定值时生成的两种脉冲、即时间启动脉冲和时间截获脉冲并对一个时间数据应用模块进行控制、获取该正弦波形信号经过零点开始直至信号到达电流整定值时的采样时间t值并以该采样时间t值为依据、通过时间数据应用模块中连接的可编程只读存储器的已按前述办法存入的内容数据来方便地判断过电流倍数并对受控设备实施控制；并对存储器的两种不同的内容数据存取使用方式分别提供了两种时间数据应用模块，形成两种不同风格、结构新颖、执行过程明晰的新型电力保护装置，使本发明的装置可灵活适应不同场合、不同要求的需要；判断、保护的响应时间快速，当过电流超过整定值的10倍以上时其判断、保护信号的输出时间仅需不到1ms；保护的范围宽阔，其整定值可根据电力线路或电气设备等不同的保护对象，从其额定电流的1％起直至额定电流的100％范围内一次整定，不再分成三段或多段分别调整电流的整定值、操作简单，彻底解决了“保护死区”的缺点；保护的精确度高、按过电流的不同倍数分成多个区间实施精准保护，整定时间可根据实际需要，灵活使用长延时、短延时、定时限、无时限等时间模式，可获得最佳的时间保护曲线，本发明方法及其装置还可以应用在过电压或欠电压的电压保护中，具有明显的技术优势和显著的社会经济效果。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1本发明时间t与正弦波形的幅值I_m的关系示意图；

图2本发明一种过电流保护装置的结构示意图；

图3本发明装置的前置电压跟随器的接线示意图；

图4本发明装置的时间启动模块的第一电路单元的接线示意图；

图5本发明装置的时间启动模块的第二电路单元的接线示意图；

图6本发明装置的时间启动模块的第三电路单元的接线示意图；

图7本发明装置的时间启动模块的第四电路单元的接线示意图；

图8本发明装置的时间截获模块的第五电路单元的接线示意图；

图9本发明装置的时间截获模块的第六电路单元的接线示意图；

图10本发明装置的时间截获模块的第七电路单元的接线示意图；

图11本发明装置的时间截获模块的第八电路单元的接线示意图；

图12本发明装置的时间查询方式的时间数据应用模块的第九、十、十一、十二、十三电路单元以及第一与门、第二与门和第一或门的接线示意图；

图13本发明装置的时间查询方式的时间数据应用模块的第十四电路单元的接线示意图；

图14本发明装置的时间查询方式的时间数据应用模块的第十五电路单元的接线示意图；

图15本发明装置的时间查询方式的时间数据应用模块的第二S-R锁存器、继电器和受控设备的控制电路接线示意图；

图16本发明装置的时间查询方式的时间数据应用模块的第一消抖动开关、第一反相器、第三与门、第一S-R锁存器的接线示意图；

图17本发明装置的时间查询方式的时间数据应用模块的第一截获脉冲延迟器(上图)、第二截获脉冲延迟器(下图)的接线示意图；

图18本发明装置的时间比较方式的时间数据应用模块的第二反相器、第二消抖动开关、第一个三输入与门、第三S-R锁存器和单片机的接线示意图；

图19本发明装置的时间比较方式的时间数据应用模块的单片机应用程序的流程图。

具体实施方式

本发明一种工频过电流判断方法，应用于过电流保护装置，且该过电流保护装置的输入信号为保护用电流互感器的二次电流经过电阻转换成的、且经过电子线路的滤除谐波干扰等处理、其波形幅值与一次电流成比例的正弦波形信号，简称为被测正弦电流波形信号，其包括，一种工频过电流判断方法及应用该方法的过电流保护装置。其过电流判断方法包括一个过电流判断公式；通过该公式计算得到数据；以及对这些数据的应用方法。其应用该方法的过电流保护装置包括一个前置的电压跟随器；一个正弦电流波形过零时产生时间计数启动脉冲的时间启动模块；一个正弦电流波形到达电流整定值I_zd时产生时间截止脉冲的时间截获模块；一个受时间启动脉冲和时间截获脉冲控制的时间数据应用模块，该时间数据应用模块因相连接的存储器中显示代码及时间数据存取及使用方式的不同有二种应用方式和结构。为了加深理解，以下结合电力系统频率为50HZ的实例对过电流判断公式、通过该公式计算得到的数据以及对这些数据的应用方法作进一步的具体说明。

一种过电流的判断方法包括一个过电流判断公式、通过该公式计算得到数据以及对这些数据的应用方法；其步骤：

(1)根据正弦电流的数学表达式，当正弦电流波形的初始值为零或者说它的初相位为零时，其数学表达式为：i＝I_msinωt，式中，i表示正弦电流的瞬时值；I_m表示正弦电流瞬时值中最大的值称为幅值；ω＝2πf，在本实施例中的电力系统频率为每秒50HZ，把2π以360°表示；把每秒时间改为以微秒表示，t也以微秒来表示50HZ的正弦电流波形过零以后到达该电流瞬时值i的时间；进一步的，把I_m表示为一个被测正弦电流的幅值，把i表示为被测正弦电流的瞬时值或者说是一个可整定的瞬时值、或者说是一个整定值I_zd，那么，上述的数学表达式演变成一个过电流判断公式：

依据该过电流判断公式，只要获得时间t值、即可得知的比值或者说被测正弦电流波形幅值对电流整定值的倍数、以下简称为倍数，从而判断出被测电流的大小；当比值或倍数小于1则说明被测正弦电流幅值小于电流整定值，是安全电流；当比值或倍数大于1则说明被测正弦电流幅值大于电流整定值，是过电流；所谓的过电流是指幅值大于电流整定值的被测正弦电流，包括轻过载电流一直到大短路电流在内的过载及事故故障电流，而且比值或倍数越大，过电流越严重，其正弦波形信号与正的或者负的整定值的交点t也越靠近正弦波形信号的相应的过零点，如图1所示，图中，随着正弦波形信号幅值的逐步增加，其与正的整定值+I_zd的交点t也从1/2π处逐步变化并移到t7、t₆、t₅、……t₁的位置；

(2)额定频率f为50HZ的正弦电流波形在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的时间为Hus,是1/4个T的时间， 所以把t由1us开始、按每次递增1us,一直到5000us为止，把t按照由小到大的顺序分别一一代入过电流判断公式中的t计算得到5000个比值或被测正弦电流波形幅值对电流整定值倍数(以下简称为倍数)的数据；

(3)按照大短路电流幅值是整定值的高倍数、小短路电流幅值是整定值的次高倍数、大过载电流幅值是整定值的较高倍数、小过载电流幅值是整定值的较低倍数、微过载电流幅值是整定值的极低倍数的档次，把5000个不同的倍数数据根据具体的保护需要依照其数值由大到小的次序进行归类划分成N个倍数区间，N个区间的倍数都大于1，用十进制数由小到大、即由1、2……N依次按过电流的高倍数到低倍数的顺序对划分成的区间编号，为了区别于传统的三段式电流保护方式、充分利用存储器和CPU的数据口线以及触发器、寄存器等器件的数据输出端，划分的倍数区间N优选8个和16个。区间的划分必须遵循两个原则，即第一，只能在H个数据的范围内划分成N个区间，比如，在本实施例中，只能在5000个倍数数据范围内划分成表1中的8个区间，也可以根据保护需要更加细分成表2中的16个区间，甚至是10、12个区间都可以；第二，划分成的区间不管是“大”区间还是“小”区间，各个区间之间必须形成完整的时间t链接，即上、下区间之间的时间t数据必须完整衔接。比如，表1中的区间1是个“大”区间，它包含了从1～318us的时间、涵盖了3183～10.03的倍数范围，但在表2中，从1～318us的时间、涵盖了3183～10.03的倍数范围的“大”区间可以被细分为三个“小”区间，即区间1、区间2、区间3；其他的区间划分也一样。划分成的每个区间都有一个倍数上限值、其对应一个时间起点值，和一个倍数下限值、其对应一个时间终止值，为了节省表格的篇幅，每个区间中的倍数上限值和倍数下限值最多只保留到小数点后二位或三位，但是这已经足够表示该区间的过电流从倍数上限值向倍数下限值按每一个微秒(us)变化时其与时间值之间的一一对应的关系，或者说，每个区间由一个时间起点值和一个时间终止值界定该区间的时间范围和对应的倍数范围，时间起点值较小在前，时间终止值较大在后，当时间t以每一个微秒(us)变化时过电流倍数数值也跟随着产生一一对应的变化；各区间之间的时间值是顺序连接的，上一个区间的时间终止值的下一个us就是下一个区间的时间起点值，各区间之间的倍数的上、下限值也是接近“无缝”连接的，上一个区间的依据时间终止值计算得到的倍数下限值“无缝”连接着下一个区间的依据时间起点值计算得到的倍数上限值；举例说明，在表1和表2中的倍数范围就是按照保护的具体需要来划分的，在表1中，把5000个不同的倍数数据依照其数值由大到小的次序进行归类划分成8个倍数区间，8个区间的倍数都大于1，用十进制数由小到大、即由1、2……8依次按过电流的高倍数到低倍数的顺序对划分成的区间编号，每个区间、例如区间2中有一个倍数上限值9.995(接近于10.0)、其对应一个时间起点值319，和一个倍数下限值8.019(接近于8.0)、其对应一个时间终止值398，表示该区间的过电流从倍数上限值9.995向倍数下限值8.019变化时其时间值也由319us相应变化到398us的一一对应的关系，或者说，区间2由一个时间起点值319和一个时间终止值398界定了该区间的时间范围和对应的倍数范围，时间起点值319较小在前，时间终止值398较大在后，各区间之间的时间值是顺序完整衔接的，上一个区间的时间终止值的下一个us就是下一个区间的时间起点值，例如区间2的时间终止值398的下一个us就是下一个区间3的时间起点值399；各区间之间的倍数的上、下限值也是接近“无缝”连接的，比如上一个区间2的依据时间终止值398计算得到的倍数下限值8.019“无缝”连接着下一个区间3的依据时间起点值399计算得到的倍数上限值7.999；而在表2中则把保护的倍数范围更加的细分，划分的区间更多，延迟的时段也更多，从而使得保护控制更加精准，控制的延迟时间也更加多样化。此外还有一个区间的被测正弦电流波形的幅值小于电流整定值，其波形和整定值没有交点，倍数小于1，是一个安全负载电流，其对应的时间值大于5000us，将其编为第8+1个区间、或称为“零值区间”；

(4)用一个N位的二进制数代码、简称N位代码或显示代码来表示N个区间以及零值区的时间和其对应的倍数范围；设定N位代码起始状态为全1，设定N位代码右边第一位为最高位，从最高位开始向左边的最低位方向、依次把1变为0，那么到该N位代码状态全为0时就有N+1个状态表示，这里用表1中的“…存储单元内存储的显示代码”这一列的8位显示代码为例说明：用8位显示代码的第一种全1状态即11111111表示区间1的时间和倍数范围，用8位显示代码的第二种、即右起第一位为0而其他全为1的状态即11111110表示区间2的时间和倍数范围，依顺序地，用8位显示代码的第8种、即左起第一位、即最低位为1而其他全为0的状态即10000000表示第8个区间的时间和倍数范围；用8位显示代码的第8+1种、即全为0的状态即00000000来表示第8+1区间即零值区间的时间和倍数范围；有N个划分的区间，就有N位的二进制数代码，就有相应的N+1个显示代码；现按照前述的(2)、(3)、(4)的方法编制成表1和表2以供参考，在表1中N＝8，在表2中N＝16，电力系统频率为50HZ；把显示代码及时间数据存储到一个可编程只读存储器中；

(5)显示代码及时间数据的存取及使用方式有二种，即时间查询方式和时间比较方式：在时间查询方式中是把正弦电流波形在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的时间Hus中的每一个us都以一个二进制数表示、按由小到大的顺序依次一一对应作为存储器的存储地址存入所属区间的显示代码；在时间比较方式中是把各区间的时间终止值、显示代码、受控设备延迟动作的预定时间延迟脉冲个数分别存入存储器内各自的存储区；

①在时间查询方式中存入显示代码的方法是，把用二进制数表示的从1us起到5000us为止的5000个时间值一一对应作为存储器的地址，即第1us作为存储器第1个地址、第2us作为存储器第2个地址……依次类推，第5000us作为存储器第5000个地址，在与存储器地址对应的存储单元中存入相应的显示代码，也就是说，按照划分成的N个区间，依次地从区间1起到区间N，把各区间的时间起点值起到时间终止值为止、包含起点值和终止值在内的以二进制数表示的时间值作为存储器的存储地址，在这个地址范围内对应的所有存储单元中存入与该区间相应的同一个显示代码，另外把存储器的第零个地址作为第N+1区间或称为零值区间的地址，在第零个地址中存入第N+1种、即全为0的显示代码；比如，以表1为例，把区间1的时间起点值1到时间终止值318为止、包含起点值1和终止值318在内的以二进制数表示的时间值作为存储器的存储地址，在这个地址范围内对应的所有存储单元中存入区间1相应的同一个显示代码11111111，把区间2的时间起点值319到时间终止值398为止、包含起点值319和终止值398在内的以二进制数表示的时间值作为存储器的存储地址，在这个地址范围内对应的所有存储单元中存入区间2相应的同一个显示代码11111110，其他区间显示代码的存入方法与此相同，另外把存储器的第零个地址作为第8+1区间或称为零值区间的地址，在第零个地址中存入第8+1种、即全为0的显示代码；在时间查询方式中采用8K×8位的可编程只读存储器，它通过8条数据输入输出口线来实现N+1个显示代码的存入及读出，设定口线从高位I/O₇起依顺序向低位I/O₀排列，把表示时间和倍数范围的N位显示代码的右起第一位也作为高位与口线I/O₇对齐以保持数据存入、读出时顺序一致，当存入的显示代码的位数少于8位时，可在N位显示代码的低位方向填入0以补齐一个字节；当存入的显示代码的位数大于8位时，则扩展一个存储器，两个存储器的地址线并联，并先确定两个存储器中的高字节存储器和低字节存储器，以表2为例，确定第一个存储器为低字节存储器，第二个存储器为高字节存储器，再依次从高字节的I/O₇起向低字节的I/O₀方向认定两个存储器共16条I/O口线的排列顺序方向，存入的N位显示代码的右起第一位也作为高位与16条I/O口线中的高位I/O₇对齐，存入的N位显示代码的右起第二位依序与I/O₆对齐，右起第三位依序与I/O₅对齐，以此类推……，这样可以保持数据存入、读出时顺序一致，当存入的显示代码位数少于16位时，可在低字节中的低位方向填入0以补齐低字节的8位；

应用装置以时间查询方式工作的原理是，把对被测电流采样获取的一个二进制数的采样时间t值作为存储器的地址直接访问该地址并读取其存储单元中所存储的显示代码，并利用存储器I/O口线送出显示代码的二进制数的高、低电平驱动LED亮、灭，并对预定时间延迟计数器进行相应的启动或停止计数的控制；

②在时间比较方式中存储器地址和存储单元使用量比起时间查询方式的要少得多，可以采用2K或2K以上的8位可编程只读存储器，其在存储器内的适当区域建立三个存储区，比如，在存储器内的以二进制数表示的第1000个地址开始建立第一个存储区即比较值存储区，在第1100个地址开始建立第二个存储区即显示代码存储区，在第1200个地址开始建立第三个存储区即预定个数存储区，这里以表2中的数据为例进行具体说明；

第一个存储区是用来存入16个区间的时间终止值、这里改称为比较值的存储区，该区有16个比较值的存储地址，把表格2中的16个区间的时间终止值依次存入存储器内的比较值地址的存储单元中，每一个比较值都以16位二进制数表示，二个字节，高字节内容存储在高字节存储单元中，高字节地址在先，低字节内容存储在低字节存储单元中，低字节地址在后；比如，1.把区间1的时间终止值199以16位二进制数表示并存入比较值存储区的第一个比较值地址的存储单元中；2.把区间2的时间终止值265以16位二进制数表示并存入第二个比较值地址的存储单元中，依次存储下去，……16.把区间16的时间终止值5000以16位二进制数表示并存入第十六个比较值地址的存储单元中；

第二个存储区是用来存入16+1个、即17个显示代码的存储区，该区有17个显示代码的存储地址，把表格2中的17个显示代码依次存入存储器内的显示代码地址的存储单元中，比如，1.把区间1的显示代码1111，1111，1111，1111存入显示代码存储区的第一个显示代码地址的存储单元中；2.把区间2的显示代码1111，1111，1111，1110存入第二个显示代码地址的存储单元中；依次存储下去，……16.把区间16的显示代码1000，0000，0000，0000存入第十六个显示代码地址的存储单元中；17.把区间16+1的显示代码0000，0000，0000，0000存入第17个显示代码地址的存储单元中；当存入的显示代码位数少于8位时，其存入方法与时间查询方式中所提及的方法相同，当存入显示代码位数大于8位时，则增加一个存储地址及对应的一个存储单元，存入的N位显示代码右起高八位存入高字节存储单元中，高字节地址在先，其余存入低字节存储单元，低字节存储单元中的空余部分填入0以补齐低八位一个字节，低字节地址在后；显示代码经数据输出口线送到外围连接的八上升沿D触发器输出端通过输出二进制数的“1”、“0”来驱动LDE亮灭以显示被测电流其过电流的倍数范围；

第三个存储区是用来存入受控设备延迟动作的预定时间延迟脉冲个数、简称“预定个数”的存储区，该区有N个、即16个预定个数存储地址，把表格2中的16个区间的预定个数n₁、n₂、n₃……n₁₆依次存入存储器内的预定个数存储地址的存储单元中，每一个预定个数都以16位二进制数表示，二个字节，高字节内容存储在高字节存储单元中，高字节地址在先，低字节内容存储在低字节存储单元中，低字节地址在后；比如，1.把区间1的预定个数n₁以16位二进制数表示并存入预定个数存储区的第一个预定个数地址的存储单元中；2.把区间2的预定个数n₂以16位二进制数表示并存入第二个预定个数地址的存储单元中；依次存储下去，……16.把区间16的预定个数n₁₆以16位二进制数表示并存入第十六个预定个数地址的存储单元中；

设定预定个数有一个原则，即：过电流倍数越大设定的预定个数越少，过电流倍数越小设定的预定个数越多，1≤n₁＜n₂＜n₃……＜n_n，其中，n为正整数，通过对预定时间延迟脉冲个数的计数转换成动作执行时间的延迟，当被测电流超过电流整定值时其第一个脉冲的延迟时间由电流波形过零的时刻起计算，该延迟时间最多不超过1/4个周波的时间、即5ms，从第二个脉冲起，其延迟时间距上一个延迟脉冲出现的时间点都是1/2个周波的时间、即10ms；需要更长的时间延迟时可以调用一个公知的多重循环程序来实现；应用装置以时间比较方式工作的原理是，首先把对被测电流采样获取的一个二进制数的采样时间t值依次和16个比较值进行比较并判定被测电流所在的倍数区间，然后读取并送出显示相应区间的显示代码以表示其过电流的大小，继而调用该区间的延迟程序，对预定个数减1计数、当预定个数剩余的值为零即启动跳闸程序；

本申请中凡是涉及8位以上的以及16位的二进制数都是占用了二个字节的存储单元和二个存储地址，但为了阐述简单方便起见，在本文的说明和描述中仍然使用其占用一个字节的存储单元和一个存储地址的表述方法。

如图2至图18之一所示，本发明的一种过电流保护装置，该过电流保护装置的输入信号为保护用电流互感器的二次电流经过电阻转换成的、且经过电子线路的滤除谐波干扰等处理、其波形幅值与一次电流成比例的正弦波形信号，简称为被测正弦电流波形信号，所述过电流保护装置包括一个前置的电压跟随器；一个正弦电流波形过零时产生时间计数启动脉冲的时间启动模块，其输出时间启动脉冲；一个正弦电流波形到达电流整定值I_zd时产生时间截止脉冲的时间截获模块，其输出时间截获脉冲；以及一个受时间启动脉冲和时间截获脉冲控制的、用来获取被测正弦电流波形过零后到达电流整定值时的采样时间t值并把该采样时间t值同与该模块连接的存储器中已存入的内容数据进行过电流的快速判断及多时段延迟操作的时间数据应用模块；为了便于理解，以下结合具体电路作进一步说明：

其中，如图3所示，前置的电压跟随器U₁是由一个单运放OP-07构成的，一个由保护用电流互感器的二次电流经过电阻转换成的、且经过滤除谐波干扰等处理、其波形幅值与一次电流成比例的正弦波形信号即被测正弦电流波形信号输入到U₁的同相输入端V_IN，U₁的反相输入端与U₁的输出端相连接，其输出端V₁分成四路输出；

存储器U₄₉采用电擦除可编程只读存储器EEPROM；

时间启动模块包括第一、第二、第三和第四电路单元；如图4所示，第一电路单元是用OP-37作为电压比较器U₆，U₆的同相输入端和电阻R₈的一端相连接，其反相输入端和电阻R₉的一端相连接，其输出端连接电阻R₁₆的一端，R₁₆的另一端和有施密特触发器的与非门U₁₃的两个输入端相连接，U₁₃的输出端和有施密特触发器的与非门U₁₅的两个输入端相连接，电阻R₁₇的一端和R₁₆的另一端相连接，R₁₇的另一端连接模拟地，电容C₂和电阻R₁₇并联，二极管D₁的输入端和R₁₆的另一端相连接，D₁的输出端和+5V电源相连接，二极管D₂的输入端连接数字地，D₂的输出端和R₁₆的另一端相连接，U₁₅的输出端V₁₅是第一电路单元的输出端；如图5所示，第二电路单元是用OP-37作为电压比较器U₇，U₇的同相输入端和电阻R₁₁的一端相连接，其反相输入端和电阻R₁₀的一端相连接，其输出端连接电阻R₁₈的一端，R₁₈的另一端和有施密特触发器的与非门U₁₄的两个输入端相连接，U₁₄的输出端和有施密特触发器的与非门U₁₆的两个输入端相连接，电阻R₁₉的一端和R₁₈的另一端相连接，R₁₉的另一端连接模拟地，电容C₃和电阻R₁₉并联，二极管D₃的输入端和R₁₈的另一端相连接，D₃的输出端和+5V电源相连接，二极管D₄的输入端连接数字地，D₄的输出端和和R₁₈的另一端相连接，U₁₆的输出端V₁₆是第二电路单元的输出端；如图6所示，第三电路单元是一个零点电压调整电路单元，它有两个零点电压输出端，其具体连接方法是，可调电阻R₁的一端连接+15V电源，另一端连接-15V电源，其可调整端连接电阻R₃的一端，R₃的另一端和R₄的一端相连接，R₄的另一端和模拟地相连接，R₃的另一端和电压跟随器U₂的同相输入端相连接，U₂是OP-07，U₂的反相输入端和输出端相连接，U₂的输出端V₂是第三电路单元的一个零点电压输出端，R₃的另一端还和电压跟随器U₃的同相输入端相连接，U₃是OP-07，U₃的反相输入端和输出端相连接，U₃的输出端V₃是第三电路单元的另一个零点电压输出端，把U₂的输出端V₂和第一电路单元的电阻R₉的另一端相连接，把U₃的输出端V₃和第二电路单元的电阻R₁₁的另一端相连接；把第一电路单元的输出端、即U₁₅的输出端V₁₅和第二电路单元的输出端、即U₁₆的输出端V₁₆输出的高电平矩形波脉冲分别和第四电路单元的两个输入端相连接；如图7所示，第四电路单元的两个输入端分别对输入的两个高电平矩形波脉冲微分、分别通过二极管输入到一个电压比较器进行调整后从该比较器的输出端输出、经耦合到反相器输出，第四电路单元的具体连接方法是，把U₁₅的输出端V₁₅和电容C₆的一端相连接，C₆的另一端和电阻R₂₅的一端相连接，R₂₅的另一端连接数字地，C₆的另一端和二极管D₉的输入端相连接，D₉的输出端和电阻R₂₈的一端相连接，R₂₈的另一端连接数字地，电容C₈和R₂₈并联，D₉的输出端和电压比较器U₂₁的同相输入端相连接，U₂₁是OP-37，把U₁₆的输出端V₁₆和电容C₇的一端相连接，C₇的另一端和电阻R₂₆的一端相连接，R₂₆的另一端连接数字地，C₇的另一端和二极管D₁₀的输入端相连接，D₁₀的输出端和D₉的输出端相连接，U₈是一个电压基准元件MC1403，其1脚连接+5V电源，3脚连接数字地，2脚和3脚之间并联一个电容C₁，2脚和可调电阻R₂₀的一端相连接，R₂₀的另一端连接数字地，R₂₀的可调整端和电压跟随器U₁₁的同相输入端相连接，U₁₁是OP-07，U₁₁的反相输入端和输出端相连接，U₁₁的输出端通过电阻R₂₇和U₂₁的反相输入端相连接，R₂₀的可调整端通过U₁₁的输出端及电阻R₂₇输出的电压称为调整电压，用于U₂₁输出的脉冲进行脉冲宽度的调整，通过适度调整可调电阻R₂₀的阻值使输入到U₂₁反相输入端的比较电压即调整电压略低于U₂₁同相输入端的尖脉冲的最高电压，这样经U₂₁调整后输出的就是时间宽度为us级别的更尖、更窄的脉冲，U₂₁的输出端和电容C₉的一端相连接，C₉的另一端和电阻R₂₉的一端相连接，R₂₉的另一端连接数字地，C₉的另一端和反相器U₂₃的输入端相连接，U₂₃的输出端V₂₃是第四电路单元的输出端、也是时间启动模块的输出端，其输出的是时间宽度为us级别的尖、窄的低电平脉冲、即时间启动脉冲；

时间截获模块包括第五、第六、第七和第八电路单元；如图8所示，第五电路单元是用OP-37作为电压比较器U₉，U₉的同相输入端和电阻R₁₂的一端相连接，其反相输入端和电阻R₁₃的一端相连接，其输出端连接电阻R₂₁的一端，R₂₁的另一端和有施密特触发器的与非门U₁₇的两个输入端相连接，U₁₇的输出端和有施密特触发器的与非门U₁₉的两个输入端相连接，电阻R₂₂的一端和R₂₁的另一端相连接，R₂₂的另一端连接模拟地，电容C₄和电阻R₂₂并联，二极管D₅的输入端和R₂₁的另一端相连接，D₅的输出端和+5V电源相连接，二极管D₆的输入端连接数字地，D₆的输出端和R₂₁的另一端相连接，U₁₉的输出端V₁₉是第五电路单元的输出端；如图9所示，第六电路单元是用OP-37作为电压比较器U₁₀，U₁₀的同相输入端和电阻R₁₅的一端相连接，其反相输入端和电阻R₁₄的一端相连接，其输出端连接电阻R₂₃的一端，R₂₃的另一端和有施密特触发器的与非门U₁₈的两个输入端相连接，U₁₈的输出端和有施密特触发器的与非门U₂₀的两个输入端相连接，电阻R₂₄的一端和R₂₃的另一端相连接，R₂₄的另一端连接模拟地，电容C₅和电阻R₂₄并联，二极管D₇的输入端和R₂₃的另一端相连接，D₇的输出端和+5V电源相连接，二极管D₈的输入端连接数字地，D₈的输出端和和R₂₃的另一端相连接，U₂₀的输出端V₂₀是第六电路单元的输出端；如图10所示，第七电路单元是一个绝对值相等的正、负整定电压值可同时调整的电压输出电路单元，它有一个正整定电压输出端和一个负整定电压输出端，同时输出用于电流整定的一个正整定电压和一个负整定电压，其具体连接方法是，可调电阻R₂的一端连接+15V电源，另一端连接模拟地，其可调整端连接电压跟随器U₄的同相输入端，U₄是OP-07，U₄的反相输入端和输出端相连接，U₄的输出端V₄是第七电路单元的一个正整定电压输出端，U₄的输出端和第五电路单元的电阻R₁₃的另一端相连接，U₄的输出端还和电阻R₅的一端相连接，R₅的另一端和反相放大器U₅的反相输入端相连接，U₅是OP-07，电阻R₆的一端和U₅的反相输入端相连接，另一端和U₅的输出端相连接，U₅的同相输入端通过电阻R₇连接模拟地，R₅＝R₆，U₅的输出端V₅是第七电路单元的一个负整定电压输出端，U₅的输出端和第六电路单元的电阻R₁₅的另一端相连接，把第五电路单元的输出端、即U₁₉的输出端V₁₉和第六电路单元的输出端、即U₂₀的输出端V₂₀分别和第八电路单元U₁₂的两个输入端相连接；如图11所示，第八电路单元U₁₂是一个或门电路，其两个输入端和第五电路单元的输出端V₁₉、第六电路单元的输出端V₂₀分别相连接，其或门U₁₂的输出端V₁₂是第八电路单元的输出端、也是时间截获模块的输出端，其输出的是高电平矩形波脉冲、即时间截获脉冲；

把前置的电压跟随器U₁的输出端V₁输出的正弦波形信号分成四路，分别输入到：第一路，把U₁的输出端V₁和第一电路单元的电阻R₈的另一端相连接；第二路，把U₁的输出端V₁和第二电路单元的电阻R₁₀的另一端相连接；第三路，把U₁的输出端V₁和第五电路单元的电阻R₁₂的另一端相连接；第四路，把U₁的输出端V₁和第六电路单元的电阻R₁₄的另一端相连接；

当被测正弦电流波形幅值高于电流整定值即正、负整定电压值时第一、二、五、六电路单元输出的都是高电平矩形波脉冲，其中，当被测正弦电流波形的上半波由负到正过零时第一电路单元输出的是高电平矩形波脉冲，当被测正弦电流波形的下半波由正到负过零时第二电路单元输出的也是高电平矩形波脉冲，两个电路单元分别输出的两个高电平矩形波的前上升沿在时间上相隔10ms、即半个周波；当被测正弦电流波形的上半波由负到正过零后到达正整定电压值时，第五电路单元输出的是高电平矩形波脉冲，当被测正弦电流波形的下半波由正到负过零后到达负整定电压值时，第六电路单元输出的也是高电平矩形波脉冲；当被测正弦电流波形幅值低于电流整定值即正、负整定电压值时第五、六电路单元没有输出；第一电路单元和第二电路单元输出的高电平矩形波脉冲分别和第四电路单元的两个输入端相连接，第四电路单元的两个输入端分别对输入的两个高电平矩形波脉冲微分、分别通过二极管D₉、D₁₀输入到一个电压比较器U₂₁进行调整后从该比较器的输出端输出、经耦合到反相器U₂₃输出，该反相器U₂₃的输出端V₂₃是第四电路单元的输出端、也是时间启动模块的输出端，其输出的是时间宽度为us级别的尖、窄的低电平脉冲、即时间启动脉冲，每周波两个，上半波过零时一个、下半波过零时一个，时间相隔10ms；当被测正弦电流波形幅值高于电流整定值时，第五电路单元和第六电路单元输出的高电平矩形波脉冲分别输入到第八电路单元、即一个或门电路U₁₂的两个输入端，其或门U₁₂输出端V₁₂即是时间截获模块的输出端，其输出高电平矩形波脉冲、即时间截获脉冲，在稳态电流下每周波两个，上半波过正电流整定值时一个、下半波过负电流整定值时一个；

一个时间数据应用模块，包括时间查询方式的时间数据应用模块和时间比较方式的时间数据应用模块，所述时间查询方式的时间数据应用模块用于处理采用时间查询方式存取的存储器的情况，即采用时间查询方式存取的存储器U₄₉时，所述时间查询方式的时间数据应用模块包括第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五电路单元；如图12所示，第九电路单元是10MHZ脉冲产生及十分频电路，其具体接法是，74LS04六反相器U₃₈的第1、2脚之间连接电阻R₄₃，第3、4脚之间连接R₄₄，第2、3脚之间连接C₁₂，第1、4脚之间连接10MHZ晶体振荡器，第2脚和第13脚相连接，第12脚和74LS160十进制同步计数器U₃₇的第2脚CP端相连接，U₃₇的第1脚、7脚、9脚和10脚通过电阻R₅₄与+5V工作电源连接，第15脚输出10MHZ经十分频后的1MHZ脉冲，即每微秒为1个脉冲，第15脚的输出连接到第十电路单元的四个同步计数器的第2脚CP端脚；第十电路单元是由四个74LS161四位二进制同步计数器U₃₃、U₃₄、U₃₅、U₃₆依次连接而成的时间脉冲计数电路，其具体接法是，U₃₃的第15脚连接U₃₄的第10脚，U₃₄的第15脚连接U₃₅的第10脚，U₃₅的第15脚连接U₃₆的第10脚，四个计数器的第2脚CP端脚与U₃₇的第15脚相连接，四个计数器的第7、9脚和U₃₃的第10脚通过电阻R₅₄与+5V工作电源相连接，四个计数器的第1脚端和第一S-R锁存器U₂₄的Q端相连接，这样连接成的是一个16位二进制的时间计数电路单元，U₃₃的第14脚是这个16位二进制的最低位，U₃₆的第11脚为这个16位二进制的最高位，该电路单元的四个计数器共16个数据输出端一一对应连接到第十一电路单元的16个数据输入端，即把U₃₃、U₃₄、U₃₅、U₃₆每个计数器的第14、13、12、11脚依次一一对应接入U₃₉、U₄₀、U₄₁、U₄₂每个寄存器的第3、4、5、6脚；第十一电路单元是由四个74LS194即4位双向移位寄存器U₃₉、U₄₀、U₄₁、U₄₂依次连接且以并入-并出方式工作的时间数据暂存电路，也可以采用八D触发器等集成电路芯片连接而成，其具体接法是，四个寄存器的第1脚端和第一S-R锁存器U₂₄的Q端相连接，四个寄存器的第11脚CP端和时间截获模块的输出端、即或门U₁₂的输出端相连接，四个寄存器的共16个数据输入端和第十电路单元的16个数据输出端一一对应相连接，四个寄存器的共16个数据输出端和第十二电路单元的16个数据输入端一一对应相连接，即把U₃₉、U₄₀、U₄₁、U₄₂每个寄存器的第15、14、13、12脚依次一一对应接入U₄₅、U₄₆、U₄₇、U₄₈每个寄存器的第3、4、5、6脚，四个寄存器的第9、10脚连接电阻R₄₂的一端，电阻R₄₂的另一端和+5V电源连接，R₄₂的一端通过电容C₁₃连接数字地；第十二电路单元也是由四个74LS194即4位双向移位寄存器U₄₅、U₄₆、U₄₇、U₄₈依次连接且以并入-并出方式工作的时间数据保持电路，也可以采用八D触发器等集成电路芯片连接而成，其具体接法是，四个寄存器的第1脚端和第一消抖动开关的输出端、即U₉₄的输出端相连接，四个寄存器的第11脚CP端和第一或门的输出端、即U₄₄的第3脚相连接，U₄₄是一个74LS32四2输入或门电路，四个寄存器的16个数据输入端和第十一电路单元的16个数据输出端一一对应相连接，四个寄存器的16个数据输出端中的前十三个输出端、即从U₄₅的第15脚起，按顺序地，第14、13、12脚，接下是U₄₆的第15、14、13、12脚，再接下是U₄₇的第15、14、13、12脚，最后是U₄₈的第15脚，分别依次和第十三电路单元、即存储器U₄₉的13条地址线A₀～A₁₂一一对应相连接，余下的高三位数据输出端弃之不用，四个寄存器的第9、10脚和第十一电路单元中的四个寄存器的第9、10脚相连接；第十三电路单元是一个设置成只读工作方式的存储器U₄₉，是一个8K×8位的可编程只读存储器EEPROM2864，其第20、22脚通过电阻R₄₁连接数字地，第27脚通过电阻R₄₀连接+5V电源，其13条地址线A₀～A₁₂和第十二电路单元的16个数据输出端中的前十三个输出端一一对应相连接，存储器的存储单元中已按时间查询方式存入8+1个、即9个显示代码，显示代码输出时占用存储器的自高位I/O₇起、依次为I/O₆、I/O₅……I/O₀的8条口线，占用的每条口线的输出分成两路，一路连接第十四电路单元中的对应的一个反相器，另一路连接第十五电路单元中对应的时间延迟计数器的端，通过口线输出的高、低电平去驱动LED灯的亮、灭之外，还使与之连接的时间延迟计数器启动计数或停止计数，比如，I/O₇输出除了连接第十四电路单元中的反相器U₅₇的输入端外，还连接第十五电路单元中的第一段时间延迟计数器U₅₈的第1脚端，I/O₆输出除了连接第十四电路单元中的反相器U₅₆的输入端外，还连接第十五电路单元中的第二段时间延迟计数器U₅₉的第1脚端，依次对应连接下去，……I/O₀输出除了连接第十四电路单元中的反相器U₅₀的输入端外，还连接第十五电路单元中的第八段时间延迟计数器U₆₅～U_65X的第1脚端；第十四电路单元是显示电路，如图13所示，由8个反相器分别串联8个LED灯，每一个LED灯分别串联一个限流电阻并把限流电阻的另一端与+5V电源相连接，其具体接法是，I/O₇连接反相器U₅₇的输入端，U₅₇的输出端通过LED灯连接限流电阻R₃₉的一端，R₃₉的另一端连接+5V电源，依次对应连接下去，……I/O₀连接反相器U₅₀的输入端，U₅₀的输出端通过LED灯连接限流电阻R₃₂的一端，R₃₂的另一端连接+5V电源；如图14所示，第十五电路单元由8段的时间延迟计数器组成，每段时间延迟计数器使用一个或一个以上依次连接的四位二进制同步计数器，同步计数器的连接方法可参考第十电路单元U₃₃、U₃₄、U₃₅、U₃₆的计数器连接方法，这是公知的知识；时间延迟计数器每一段的同步计数器的第1脚、即端都对应连接第十三电路单元中的一条I/O口线，比如，8条口线中的高位I/O₇输出高电平时表示过电流倍数最大，所需延迟时间最少，其连接第一段时间延迟计数器的仅有一个同步计数器U₅₈的第1脚、即端，I/O₆输出高电平时表示过电流倍数、所需的延迟时间仅次于I/O₇，其连接第二段时间延迟计数器中同步计数器U₅₉的第1脚、即端，……I/O₀输出高电平时表示过电流倍数最小，所需延迟时间最多，第8段时间延迟计数器需要的同步计数器个数也最多，该段所有同步计数器U₆₅～U_65X的第1脚、即端均与I/O₀口线相连接，当I/O口线输出信号为低电平时，与该口线相连接的那一段的时间延迟计数器停止计数工作，当I/O口线输出信号为高电平时，与该口线相连接的那一段的时间延迟计数器启动计数工作；8个段的所有同步计数器的第2脚、即CP端均与第二截获脉冲延迟器的输出端、即或非门U₃₁的输出端相连接，U₃₁输出的是时间延迟脉冲，处于计数工作状态的时间延迟计数器对U₃₁输出到计数器CP端的时间延迟脉冲进行计数，当超过电流整定值的被测电流达到某个区间倍数范围且其超限时间达到该区间预定的延迟时间时即输出信号令受控设备跳闸，预定的延迟时间通过预置时间延迟脉冲个数、简称预定个数来换算，预定个数值的设置是通过8个开关K₁～K₈分别和各段的时间延迟计数器中的最后一个四位二进制同步计数器的数据输出端口Q₀、Q₁、Q₂、Q₃中的一个端口相连接、把达到预定个数值时数据端口输出的高电平脉冲信号传送到后续电路完成预定时间延迟动作，四个数据输出端口之间为1-2-4-8的计数关系，在两个及两个以上的计数器的数据输出端口设置连接开关，则应在其相连接的最后一个计数器的数据输出端口设置，预定个数值设置的原则是：过电流倍数越大延迟时间越少，预定个数也越少，过电流倍数越小延迟时间越长，预定个数也越多，n1、n₂、n₃……n₈分别为一段、二段、三段……8段设置的预定个数值，每段时间延迟计数器中连接的同步计数器个数可根据过电流保护的具体需要予以增减，设置的预定个数值n＝16^P-1×k，其中，P是相连接的四位二进制同步计数器的个数，P为正整数，k是开关与四个数据输出端口中的某一个端口连接时的系数，开关与Q₀连接时k＝1,与Q₁连接时k＝2,与Q₂连接时k＝4,与Q₃连接时k＝8,预定的延迟时间ms＝16^P-1×k×10－5，其中，第一个延迟脉冲的延迟时间为1/4个周波的时间、即5ms，从第二个脉冲起的延迟时间都为1/2个周波的时间、即10ms，所以上式中要减去5ms，第十五电路单元中编号为K₁、K₂……K₈的8个开关的接法是，每一个开关的一端和计数器的一个数据输出端连接，开关的另一端与一个反相器输入端及一个电阻的一端相连接，电阻另一端连接数字地，反相器输出端和一个8输入与非门U₇₄的一个输入端相连接，与非门U₇₄的输入端有八个，即1脚的A端、2脚的B端、3脚的C端、4脚的D端、5脚的E端、6脚的F端、11脚的G端和12脚的H端。比如，K₁的一端和U₅₈的第14脚Q₀相连接，K₁的另一端和反相器U₆₆的输入端及电阻R₄₅的一端相连接，R₄₅的另一端连接数字地，反相器U₆₆的输出端和U₇₄的1脚即A端相连接，K₂的一端和U₅₉的第12脚Q₂相连接，K₂的另一端和反相器U₆₇的输入端及电阻R₄₆的一端相连接，R₄₆的另一端连接数字地，反相器U₆₇的输出端和U₇₄的2脚即B端相连接，……K₈的一端和U_65-X的第11脚Q₃相连接，K₈的另一端和反相器U₇₃的输入端及电阻R₅₂的一端相连接，R₅₂的另一端连接数字地，反相器U₇₃的输出端和U₇₄的12脚即H端相连接，8输入与非门U₇₄的输出端经过反相器U₇₅输出信号，如图15所示，该反相器U₇₅的输出端V₇₅作为第十五电路单元的输出端和第二S-R锁存器U₁₀₀的端相连接，锁存器U₁₀₀的端和第一消抖动开关的输出端、即U₉₄的输出端V₉₄相连接，锁存器U₁₀₀的Q端通过光电隔离固体继电器U₇₆控制受控设备，光电隔离固体继电器U₇₆的具体连接方法可参考生产厂家的使用说明；

时间查询方式的时间数据应用模块还包括第一S-R锁存器U₂₄，第二S-R锁存器U₁₀₀，第一截获脉冲延迟器，第二截获脉冲延迟器，第一与门，第二与门，第三与门U₉₅，第一消抖动开关，第一反相器U₃₂，第一或门U₄₄；

如图16所示，第一S-R锁存器U₂₄是74LS279四S-R锁存器中的一个锁存器，其端与时间启动模块的输出端、即反相器U₂₃的输出端V₂₃相连接，U₂₄的端与第三与门U₉₅的输出端相连接，U₉₅是74LS08四2输入与门中的一个门电路，U₂₄的Q端、即V₂₄和第十电路单元中的四个计数器U₃₃、U₃₄、U₃₅、U₃₆的第1脚第十一电路单元中的四个寄存器U₃₉、U₄₀、U₄₁、U₄₂的第1脚相连接，U₂₄的Q端电平的高、低控制着第十、第十一电路单元的工作；

如图15所示，第二S-R锁存器U₁₀₀是74LS279四S-R锁存器中的一个锁存器，其端和第十五电路单元的输出端、即反相器U₇₅的输出端V₇₅相连接，其端与第一消抖动开关的输出端、即U₉₄的输出端V₉₄相连接，U₉₄是74LS132四2输入与非门中的一个门电路，U₁₀₀的Q端通过光电隔离固体继电器U₇₆控制受控设备；

如图17所示，第一截获脉冲延迟器是对时间截获模块输出的高电平矩形波脉冲进行第一次延迟的电路，其具体接法是，时间截获模块的输出端、即U₁₂的输出端V₁₂和第一截获脉冲延迟器的输入端、即U₂₂的两个输入端相连接，U₂₂的输出端和反相器U₂₇的输入端及电阻R₃₁的一端相连接，U₂₇的输出端和U₂₆的一个输入端相连接，R₃₁的另一端和U₂₅的一个输入端及电容C₁₁的一端相连接，C₁₁的另一端连接数字地，U₂₅的另一个输入端和U₂₆的输出端相连接，U₂₅的输出端和U₂₆的另一个输入端相连接，U₂₆的输出端V₂₆是第一截获脉冲延迟器的输出端，其输出分成两路，一路输入到第二截获脉冲延迟器的输入端、即U₂₉的两个输入端，另一路和第一或门U₄₄的一个输入端、即U₄₄的第2脚相连接，第一截获脉冲延迟器输出的是时间保持脉冲；

如图17所示，第二截获脉冲延迟器是对时间截获模块输出的高电平矩形波脉冲进行第二次延迟的电路，其具体接法是，第一截获脉冲延迟器的输出端、即U₂₆的输出端V₂₆和第二截获脉冲延迟器的输入端、即U₂₉的两个输入端相连接，U₂₉的输出端和反相器U₂₈的输入端及电阻R₃₀的一端相连接，U₂₈的输出端和U₃₁的一个输入端相连接，R₃₀的另一端和U₃₀的一个输入端及电容C₁₀的一端相连接，C₁₀的另一端连接数字地，U₃₀的另一个输入端和U₃₁的输出端V₃₁相连接，U₃₀的输出端和U₃₁的另一个输入端相连接，U₃₁的输出端V₃₁是第二截获脉冲延迟器的输出端，其输出端均与第十五电路单元中所有的同步计数器的第2脚、即CP端相连接，第二截获脉冲延迟器输出的是供给时间延迟计数用的时间延迟脉冲；在第一、二截获脉冲延迟器电路中涉及的U₂₂、U₂₉分别是74LS32四2输入或门的一个门电路，U₂₇、U₂₈分别是74LS04六反相器中的一个门电路，U₂₅、U₂₆、U₃₀、U₃₁分别是74LS02四2输入或非门中的一个门电路；

如图12所示，第一与门是一个74LS08四2输入与门U₄₃中的一个门电路，它的一个输入端、即U₄₃的第1脚和第十电路单元的16个数据输出端输出的16位二进制数中的第11位、即是和U₃₅的第12脚相连接，第一与门的另一个输入端、即U₄₃的第2脚和16位二进制数中的第13位、即是和U₃₆的第14脚相连接，第一与门的输出端、即U₄₃的第3脚输出的是时间计数电路启动后从零开始计数到第5120个脉冲时输出的一个脉冲，该脉冲称为后备归零脉冲，其输出分成两路，一路输入到第二与门的一个输入端、即U₄₃的第4脚，第二与门是74LS08四2输入与门U₄₃中的另一个门电路，另一路输入到第一或门U₄₄的另一个输入端、即74LS32四2输入或门的第1脚；

第二与门是74LS08四2输入与门U₄₃中的另一个门电路，第二与门的一个输入端、即U₄₃的第4脚和第一与门的输出端、即U₄₃的第3脚相连接，另一个输入端、即U₄₃的第5脚和第十电路单元的16个数据输出端输出的16位二进制数中的第8位、即是和U₃₄的第11脚相连接，第二与门的输出端、即U₄₃的第6脚与第一反相器U₃₂的输入端相连接，第二与门的输出端输出的是时间计数电路启动后从零开始计数到第5248个脉冲时输出的一个脉冲，该脉冲称为复归脉冲；后备归零脉冲和复归脉冲是为了使每一个半波的被测电流都能得到检测并在其幅值低于电流整定值时也能正常反映实际情况而设置的；其设置的条件是，不能影响当前半波中被测电流的检测，后备归零脉冲及复归脉冲出现的时间应大于5000us，不能影响下一个半波的检测，后备归零脉冲及复归脉冲出现的时间应小于10ms，后备归零脉冲出现的时间应该比复归脉冲早，设置该两个脉冲时所用的硬件最少；其设置方法是，根据前述条件，把十进制数5120转换成二进制数、即0001，0100，0000，0000，当该二进制数的第11、13位同时出现高电平时即为十进制数的5120，它占用硬件少，接法简单，把U₃₅的12脚和U₃₆的14脚分别接到U₄₃的1脚和2脚，当时间计数电路启动计数到第5120us时就可以在U₄₃的3脚获得该后备归零脉冲；同样的，把十进制数5248转换成二进制数、即0001，0100，1000，0000，当该二进制数的第8、11、13位同时出现高电平时即为十进制数的5248，继续把U₃₄的第11脚接到U₄₃的5脚，把U₄₃的3脚和4脚相连接，就可以在U₄₃的6脚获得复归脉冲；

如图16所示，第三与门U₉₅是74LS08四2输入与门中的一个门电路，U₉₅的一个输入端和第一反相器U₃₂的输出端相连接，另一个输入端和第一消抖动开关输出端、即U₉₄的输出端V₉₄相连接，第三与门U₉₅的输出端和第一S-R锁存器U₂₄的端相连接；

如图16所示，第一消抖动开关用于装置重新启动，具体接法是，按键K₉的一端连接+5V电源，另一端连接电阻R₅₅的一端，R₅₅另一端连接数字地，电阻R₅₆一端连接R₅₅的一端，R₅₆另一端连接电容C₁₆的一端，C₁₆另一端连接数字地，C₁₆的一端连接U₉₄的两个输入端，U₉₄的输出端V₉₄是第一消抖动开关输出端，其输出分成两路，一路输入到第三与门U₉₅的另一个输入端，另一路和第十二电路单元中U₄₅、U₄₆、U₄₇、U₄₈的第1脚、即端以及第二S-R锁存器U₁₀₀的端相连接；

如图16所示，第一反相器U₃₂的输入端和第二与门的输出端、即U₄₃的第6脚相连接，其输出端和第三与门U₉₅的一个输入端相连接；

如图12所示，第一或门的一个输入端、即U₄₄的第2脚和第一截获脉冲延迟器的输出端、即U₂₆的输出端V₂₆相连接，另一个输入端、即U₄₄的第1脚和第一与门的输出端、即U₄₃的第3脚相连接，第一或门U₄₄的第3脚和第十二电路单元中U₄₅、U₄₆、U₄₇、U₄₈的第11脚、即CP端相连接；

该过电流保护装置的工作过程简述为：当受控设备投入后，与保护用电流互感器一次电流成比例的二次被测电流正弦波形信号在半波过零后使时间启动模块输出时间启动脉冲、并通过U₂₄的Q端到第十电路单元U₃₃、U₃₄、U₃₅、U₃₆的第1脚端和第十一电路单元U₃₉、U₄₀、U₄₁、U₄₂的第1脚端，时间脉冲计数电路被启动计数，当该被测电流的正弦波形信号到达电流整定值时时间截获模块输出时间截获脉冲到第十一电路单元U₃₉、U₄₀、U₄₁、U₄₂的第11脚CP端，此时的U₃₉、U₄₀、U₄₁、U₄₂的第1脚端同样是高电平，就可以利用时间截获脉冲的前上升沿瞬间把第十电路单元正在计数的16位二进制时间数据即时截获并把该采样时间t值由U₃₃、U₃₄、U₃₅、U₃₆每个计数器的第14、13、12、11脚共16个数据输出端上送到第十一电路单元U₃₉、U₄₀、U₄₁、U₄₂的四个寄存器的16个数据输出端上进行时间数据暂存，随后第一截获脉冲延迟器的输出端、即U₂₆的输出端输出的时间保持脉冲通过第一或门U₄₄的第2脚输入、再从U₄₄的第3脚输出到第十二电路单元的U₄₅、U₄₆、U₄₇、U₄₈的第11脚CP端，利用时间保持脉冲的前上升沿把第十一电路单元的16个数据输出端上暂存的采样时间t值送到第十二电路单元的16个数据输出端上，由于该电路单元U₄₅、U₄₆、U₄₇、U₄₈的第1脚始终为高电平(按动第一消抖动开关的情形除外)，因此这些数据会被保持10ms的时间直到下一个半波的时间保持脉冲出现时为止，此时，采样时间t值就出现在和第十二电路单元U₄₅、U₄₆、U₄₇、U₄₈的数据输出端相连接的存储器U₄₉的地址线上且作为存储器地址直接访问该存储地址内的存储内容，假定存储器U₄₉内存储的是表格1的区间数据，假设此时的采样时间t值为2320us，其处于区间6，该区间的显示代码为11100000，这些信息就会通过I/O口线送出显示，这时I/O₀～I/O₂输出高电平，与其相连接的低3位LED点亮，第8、7和6段的时间延迟计数器的第1脚为高电平准备计数，I/O₃～I/O₇输出低电平，与其相连接的高5位LED熄灭，第5、4、3、2和1段的时间延迟计数器的第1脚为低电平停止计数，再随后，第二截获脉冲延迟器输出一个时间延迟脉冲到第十五电路单元中所有的同步计数器的第2脚、即CP端，供给处在计数工作状态的第8、7和6段时间延迟计数器计数一次，当时间脉冲计数电路计数到第5120us时在U₄₃的3脚出现后备归零脉冲，该脉冲通过U₄₄的1脚后经过3脚也到达U₄₅、U₄₆、U₄₇、U₄₈的第11脚、即CP端，但该脉冲被先期出现的时间保持脉冲屏蔽，最后，当时间脉冲计数电路计数到第5248us时在U₄₃的6脚出现复归脉冲，该脉冲通过U₃₂反相后再经过U₉₅到达U₂₄的端，使U₂₄的Q端变为低电平、第十电路单元和第十一电路单元的数据输出端上的数据全部清零，为下一个半波的电流检测作准备，这样就完成了一个半波的工作过程；如果后续的被测电流仍然是过电流且还处于区间6的倍数范围内，那么当第6段时间延迟计数器的计数值(该段的预定计数值比第7、8段的少)达到该段预定个数值时设置的开关K₆会把该计数器输出信号通过U₇₄、U₇₅令受控设备跳闸，有关预定个数值的设置和延迟时间的换算已如前述；当下一个半波的被测电流幅值低于电流整定值时，时间截获模块不会输出时间截获脉冲，为了真实反映该半波被测电流幅值低于电流整定值的情况并及时清除上一个半波留存在第十四电路单元中的显示代码和第十五电路单元中的时间延迟脉冲个数的数据，就利用下一个半波的第5120us时出现的后备归零脉冲把上一个半波复归脉冲出现后的第十一电路单元数据输出端上的零数据送到第十二电路单元的数据输出端和存储器U₄₉的地址线上，从而打开存储器的零地址并取出其中全部为零的存储代码，使LED灯全灭、各段时间延迟计数器第1脚全为低电平、计数器数据输出端上的数据归零；只要装置不跳闸，该工作过程周而复始；一旦装置因故障跳闸，则在妥善处理事故后，只需按下第一消抖动开关即可使装置重新投入运行。

一个时间数据应用模块，包括时间查询方式的时间数据应用模块和时间比较方式的时间数据应用模块，所述时间比较方式的时间数据应用模块用于处理采用时间比较方式存取并使用显示代码和时间数据的情况，当时间数据应用模块中连接的是采用时间比较方式存取的2K×8位或8K×8位的存储器U₄₉时，如图18所示，所述时间比较方式的时间数据应用模块包括一外接晶体振荡器频率为12MHZ的单片机8031、第二反相器、第二消抖动开关、第一个三输入与门、第三S-R锁存器以及其他的外围电路及元器件；单片机以片内集成的中央处理器、存储器、I/O口线、定时器/计数器以及外接晶体与片内反相器构成高精度时鈡振荡器，取代前述时间数据应用模块中的第九、十、十一、十二电路单元，应用其指令编制程序，不仅节省存储器容量、而且省去第十五电路单元众多的元器件即计数器；根据单片机这一优点，把采用时间比较方式存取数据的存储器U₄₉作为单片机扩展的存储器组成另一种时间数据应用模块，并和时间启动模块、时间截获模块构成过电流判断应用的公式、时间及数据方法相同、获取采样时间数据的启动模块及截获模块相同，但数据应用方式迥异新颖的另一种过电流保护装置。

其具体接法是：如图18所示，第二反相器U₉₁是六反相器74LS04中的一个门电路，U₉₁的输入端和时间截获模块的输出端、即U₁₂的输出端V₁₂相连接，U₉₁的输出端和第一个三输入与门U₉₀的第3个输入端相连接，U₉₀是74LS11三3输入与门中的一个门电路，

如图18所示，第二消抖动开关的接法是，按键K₁₀的一端连接+5V电源，另一端连接电阻R₆₈的一端，R₆₈的另一端连接数字地，电阻R₆₉的一端连接R₆₈的一端，R₆₉的另一端连接电容C₂₄的一端，C₂₄的另一端连接数字地，C₂₄的一端连接U₉₃的两个输入端，U₉₃的输出端是第二消抖动开关的输出端，U₉₃是与非门74LS132中的一个门电路，U₉₃的输出端和U₉₀的第2个输入端相连接，单片机8031、即U₉₂的P1.X和U₉₀的第1个输入端相连接，U₉₀的输出端和第三S-R锁存器U₁₀₁的端相连接，U₁₀₁是74LS279四S-R锁存器中的一个门电路，U₁₀₁的端和时间启动模块的输出端、即反相器U₂₃的输出端V₂₃相连接，U₁₀₁的Q端和单片机8031、即U₉₂的第12脚即P3.2端口相连接；除此以外，以时间比较方式存入N个比较值、N+1个显示代码和N个预定个数以及比较程序、延迟程序、定时器溢出中断程序、一个多重循环的延迟程序和跳闸程序等相关软件程序的存储器作为片外扩展的程序存储器通过单片机8031的P2与P0口线、八D锁存器74LS373和单片机8031进行的连接，单片机通过P2口的高位的口线控制一至两个八上升沿D触发器74LS377、把存储器中的显示代码经过P0口线送到触发器74LS377的数据输出端并通过LED进行显示的连接，P1.Y通过74LS279四S-R锁存器、光电隔离固体继电器和受控设备的连接，P1.Z输出故障跳闸信号以声、光提示的器件及其连接等属于公知知识，其相关元器件及线路不在示意图中画出。

当时间数据应用模块中的单片机连接的是采用时间比较方式存取的存储器U₄₉，其和时间启动模块、时间截获模块构成的过电流保护装置的工作过程简述(存储器U₄₉中的存储内容是依据表格2的相关数据)，如图19所示：

(1)装置上电后，程序初始化，在单片机的片内数据存储区、比如片内RAM区或工作寄存器区建立一个剩余个数存储区，该存储区有16个剩余个数存储地址，把采用时间比较方式存取的存储器U₄₉中各预定个数地址中的预定个数值简称预定个数原值依顺序存入单片机片内对应的各剩余个数地址的存储单元中，比如，把U₄₉中的第一个预定个数原值存入片内第一个剩余个数地址的存储单元中，把U₄₉中的第二个预定个数原值存入片内第二个剩余个数地址的存储单元中……依次类推，把U₄₉中的第十六个预定个数原值存入片内第十六个剩余个数地址的存储单元中，在对被测电流的检测中程序一旦判断某个剩余个数值为零即输出动作信号令受控设备跳闸；设置GATE门控位为1，设定定时器T₀工作方式为方式0，对定时器清零，设置定时器T₀中断；

(2)在被测的受控设备投入使用前按一下第二消抖动开关按键K₁₀使单片机的P3.2变为低电平、程序自动对TR₀置1后继续等待高电平矩形波、即正脉冲的到来；

(3)受控设备投入后保护装置即时对设备的使用电流进行监测，其与保护用电流互感器一次电流成比例的被测二次电流正弦波形信号过零后使时间启动模块的输出端、即U₂₃的输出端输出时间启动脉冲到U₁₀₁的端，其Q端输出高电平，P3.2也变为高电平，定时器/计数器开始计数，当该被测二次电流正弦波形信号到达电流整定值时时间截获模块的输出端、即U₁₂的输出端经第二反相器U₉₁、第一个三输入与门U₉₀的第三个输入端向U₁₀₁的端输出时间截获脉冲，其Q端输出低电平，P3.2又变为低电平，定时器/计数器停止计数，程序读取该半波的被测电流正弦波形过零后到达电流整定值时的采样时间t值，这是利用时间启动模块和时间截获模块来产生单片机8031的第12脚、也就是P3.2的引脚上的一个高电平矩形波、即正脉冲，并应用公知的“门控制位GATE的功能和使用方法”来获取该正脉冲的时间宽度、即是采样时间t值，晶体振荡器为12MHZ，读取的是以us为单位的时间值，定时器/计数器以方式0工作，其读取采样时间t的方法以及把读取到的以13位二进制数表示的采样时间t值恢复成以16位二进制数表示的方法可以参考《MCS-51单片机应用设计》P47、51页(张毅刚彭喜源谭晓昀曲春波编著哈尔滨工业大学出版社1997年12月)。把恢复成以16位二进制数表示的采样时间t值分成二字节存储，其中，高字节内容存储在高字节地址中，高字节地址在先，低字节内容存储在低字节地址中，低字节地址在后；随后把获取的采样时间t值应用比较程序依次和16个比较值进行数值大小比较以判断该被测电流的大小、也就是被测电流所处的倍数区间；比较时，先比较两个数值的高字节部分以确定大小，若高字节部分相等则继续对两个数值的低字节部分进行比较以最终确定这两个数值的大小，应用条件转移指令、判位转移指令等来完成这种比较的工作；比如读取到的采样时间t值是316us，其比较程序是：把采样到的以16位二进制数表示的时间t值316的高字节和第M个、即第1个比较值199的高字节比较，得出316大于199，继续和第M+1个、即第2个比较值265比较；把以16位二进制数表示的316的高字节和第M个、即第2个比较值265的高字节比较，得出两个数的高字节相等，继续比较该两个数的低字节，比较后得出316大于265，继续和第M+1个、即第3个比较值318比较；把以16位二进制数表示的316的高字节和第M个、即第3个比较值318的高字节比较，得出两个数的高字节相等，继续比较该两个数的低字节，比较后得出316小于第3个比较值318；比较的结果判定该被测电流处于区间3，调用第3个延迟程序；

(4)判断出被测电流大小后即调用相应的延迟程序，比如，经过上述比较后确定该半波内的被测电流处于区间3，即调用第3个延迟程序：把第3个显示代码、即11111111,11111100送出显示，表示该被测电流处于倍数区间3，其电流幅值为整定电流值的10～11.98倍，是一个危险的过电流；对定时器清零，把第一、二个剩余地址中的内容恢复成各自原来的预定个数原值后依次对第三、四、五、六、……十五、十六个剩余地址中的内容减1，如某个剩余地址中的值为零则执行跳闸程序，否则程序置位TR₀后返回等待下一个高电平矩形波、即正脉冲的到来；如果被测电流是一个倍数为1.10的轻过载电流，它可能需要更长一些的时间延迟，则可调用一个多重循环程序来实现，这是公知的程序，可参考丁志刚、李刚民编、陈福民主审、电子工业出版社1990年5月出版的职业学校教材“单片微型计算机原理与应用”一书第191页示例程序，该多重循环程序可安排在第十四、十五、十六个延迟程序中；

(5)当一个被测正弦电流幅值低于电流整定值I_zd时，时间截获模块无法产生和输出时间截获脉冲，P3.2的引脚上的一个正脉冲宽度就会继续延伸、T₀在方式0时作为13位的定时器/计数器继续计数，当定时器溢出时向中断标志位TF0进位(称硬件置位TF0)并申请中断(参考“职业学校教材单片微型计算机原理与应用”P105、106页丁志刚李刚民编陈福民主审电子工业出版社1990年5月)，这就是读取不到正常的采样时间t值时产生的情形，此时单片机已开放的定时器中断会自动响应并执行中断程序，其步骤是，对P1.X输出一个低电平脉冲后该中断程序返回，由于P1.X连接第一个三输入与门的第一个端脚，致使第三S-R锁存器的Q端对P3.2输出低电平，读取采样时间t值的程序在被测正弦电流波形过零后经过8192us的时间后等来了低电平(因为从零开始计数到定时器溢出需要8192us的时间)，继续执行程序，关TR₀，把第16+1的显示代码送出显示，对定时器清零，把16个剩余个数地址中的内容恢复成各自原来的预定个数原值，再置位TR₀，等待下一个正脉冲的到来；

(6)一旦受控设备的使用电流幅值超过整定值达到某个区间倍数范围且其超限时间达到该区间预先设置的时间延迟脉冲个数、也就是该区间的剩余地址中的剩余个数值为零时则执行跳闸程序，其跳闸程序是：向P1.Y送出一个低电平脉冲，通过与之相连接的S-R锁存器、光电隔离固体继电器使受控设备跳闸并向P1.Z输出故障跳闸的声、光提示信号，等待故障处理。故障处理后，对过电流保护装置重新上电、在被测的受控设备投入使用前按一下第二消抖动开关按键K₁₀，最后把受控设备投入使用就可以了。

在本发明前述的电路中，运放U₁、U₂、U₃、U₄、U₅、U₆、U₇、U₉和U₁₀都接±15V工作电源；可调电阻R₂、电阻R₄、R₇、R₁₇、R₁₉、R₂₂和R₂₄以及电容C₂、C₃、C₄和C₅的接地应连接模拟地。除此以外，其他运放以及集成电路的正电源端接+5V工作电源，其负电源端或接地端接数字地；电阻及电容涉及接地的也应接数字地。

此外在本发明装置的电路中，R₅＝R₆；R₈＝R₉＝R₁₀＝R₁₁＝R₁₂＝R₁₃＝R₁₄＝R₁₅；R₁₆＝R₁₈＝R₂₁＝R₂₃；R₁₇＝R₁₉＝R₂₂＝R₂₄；C₂＝C₃＝C₄＝C₅；C₆＝C₇；R₂₅＝R₂₆；

按本发明所述的方法及要求安装的过电流保护装置应安置在接地的金属屏蔽箱体内且装置的电子电路板上的接地线应按规定妥善接地以防外来干扰。一个由保护用电流互感器的二次电流经过电阻转换成的、且经过电子线路的滤除谐波干扰等处理、其波形幅值与一次电流成比例的正弦波形信号应使用屏蔽层接地的屏蔽信号电缆和航空插接头把其从互感器二次侧的电子处理电路的出口输送到本发明装置的前置电压跟随器U₁的同相输入端。

电流整定值的整定，是指在时间截获模块中通过对可调电阻R₂的调整来实现对电流整定值的整定。在本发明中，使用被测正弦电流幅值I_m对电流整定值I_zd的比值即倍数来判断过电流，但集成运算放大器的最大输出电压V_OM(输出峰-峰值电压V_OPP)一般比正、负电源电压各小2～3V，这就要求本发明配置的保护用电流互感器的二次电流经过电阻转换成的、且经过滤除谐波干扰等处理后电子线路输出的被测正弦电流波形信号、也称二次波形的幅值I_m不仅与互感器一次电流成比例，且在一次电流达到额定准确限值一次电流时对应输出的二次波形幅值I_m不能超过V_OM，否则信号将饱和失真。为了清楚说明，作为示范例子，这里把互感器的达到额定准确限值一次电流时电子线路输出的对应的二次波形幅值I_m设定为10V。如果已知该互感器的准确限值系数，则只要把10V除于准确限值系数就可以了。比如，例1.已知电流互感器额定准确限值一次电流为1500A，其额定一次电流为150A，则互感器的准确限值系数为10，只要把互感器一次电流达到1500A时二次波形最大幅值10V除于10，得出其电流整定值为1V；又如，例2.已知电流互感器额定准确限值一次电流为4000A，其额定一次电流为200A，则互感器的准确限值系数为20，把互感器一次电流达到4000A时二次波形最大幅值10V除于20，得出其电流整定值为0.5V；简单说， 式中“互感器的二次波形最大幅值”是指当互感器一次电流达到额定准确限值一次电流时该互感器二次侧的电子线路输出的被测正弦电流波形信号、也称二次正弦波形信号的最大幅值。这样只需一次整定，就可以实行全范围保护；如果需要把上述例2中的额定一次电流200A保护用电流互感器改作额定一次电流100A的保护用电流互感器使用，则只需把其互感器二次波形最大幅值10V除于40，得出其电流整定值0.25V然后在可调电阻R₂上调整就可以了。这里推荐使用“电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器”二次侧的经信号处理电路处理后输出用于电流保护的正弦波形信号。

表1

表2

Claims (6)

1.一种工频过电流判断方法，应用于过电流保护装置，且该过电流保护装置的输入信号为保护用电流互感器的二次电流经过电阻转换成的、且经过电子线路的滤除谐波干扰等处理、其波形幅值与一次电流成比例的正弦波形信号，简称为被测正弦电流波形信号，其特征在于：其包括一个过电流判断公式、通过该公式计算得到数据、以及对这些数据的应用方法，其包括以下步骤：

(1)由正弦电流的数学表达式推导得到一个工频过电流判断公式：

式中，I_m是被测正弦电流波形的幅值，I_zd是电流整定值，t是被测正弦电流波形过零后到达电流整定值的时间值，其单位为us，f是电力系统的额定频率；依据该公式，只要知道电力系统频率并获得时间t值、即可得知的比值，即被测正弦电流波形幅值对电流整定值的倍数，从而判断出被测电流的大小；

(2)额定频率的正弦电流波形在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的时间为Hus，其中H取正整数，f是电力系统的额定频率，把t由1us开始、按每次递增1us,一直到Hus为止，把t按照由小到大的顺序分别一一代入过电流判断公式中的t计算得到H个比值即被测正弦电流波形幅值对电流整定值的倍数；

(3)按照大短路电流幅值是整定值的高倍数、小短路电流幅值是整定值的次高倍数、大过载电流幅值是整定值的较高倍数、小过载电流幅值是整定值的较低倍数、微过载电流幅值是整定值的极低倍数的档次，把H个不同的倍数数据根据具体的保护需要依照其数值由大到小的次序进行归类划分成N个倍数区间，N个区间的倍数都大于1，用十进制数由小到大、即由1、2……N依次按过电流的高倍数到低倍数的顺序对划分成的区间编号，划分的区间为4个以上，区间内的倍数范围是可变的，但是每个区间都有一个倍数上限值和一个倍数下限值，倍数上限值对应一个时间起点值，倍数下限值对应一个时间终止值，表示该区间的过电流从倍数上限值向倍数下限值变化时其与时间值之间的一一对应的关系，即每个区间由一个时间起点值和一个时间终止值界定该区间的时间范围和对应的倍数范围，时间起点值较小在前，时间终止值较大在后，各区间之间的时间值是顺序连接的，上一个区间的时间终止值的下一个us就是下一个区间的时间起点值，将被测正弦电流波形的幅值小于电流整定值，其波形和整定值没有交点，倍数小于1，其对应的时间值大于Hus的倍数区间编为第N+1个区间，称为“零值区间”；

(4)用一个N位的二进制数代码即显示代码表示N个区间以及零值区间的时间和其对应的倍数范围；设定显示代码起始状态为全1，设定显示代码右边第一位为最高位，从最高位开始向左边的最低位方向、依次把1变为0，那么到该显示代码状态全为0时就有N+1个状态表示，用显示代码的第一种全1状态表示区间1的时间和倍数范围，用显示代码的第二种即右起第一位为0而其他位全为1的状态表示区间2的时间和倍数范围，依顺序地，用显示代码的第N种即左起第一位、即最低位为1而其他位全为0的状态表示第N个区间的时间和倍数范围；用显示代码的第N+1种、即全为0的状态来表示第N+1区间即零值区间的时间和倍数范围；把显示代码及时间数据存到可编程只读存储器中；

(5)采用时间查询方式或时间比较方式存取并使用显示代码和时间数据；当采用时间查询方式时把正弦电流波形在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的时间Hus中的每一个us都以一个二进制数表示、按由小到大的顺序依次一一对应作为存储器的存储地址存入所属区间的显示代码；当采用时间比较方式时，把各区间的时间终止值、显示代码、受控设备延迟动作的预定时间延迟脉冲个数分别存入存储器内各自的存储区。

2.根据权利要求1所述的一种工频过电流判断方法，其特征在于：所述步骤(5)中在时间查询方式中存入显示代码的方法是，把用二进制数表示的从1us起到Hus为止的H个时间值一一对应作为存储器的地址，在与存储器地址对应的存储单元中存入相应的显示代码，也就是说，按照划分成的N个区间，依次地从区间1起到区间N，把各区间的时间起点值起到时间终止值为止、包含起点值和终止值在内的以二进制数表示的时间值作为存储器的存储地址，在这个地址范围内对应的所有存储单元中存入与该区间相应的同一个显示代码，另外把存储器的第零个地址作为第N+1区间或称为零值区间的地址，在第零个地址中存入第N+1种、即全为0的显示代码；在时间查询方式中采用8K×8位可编程只读存储器，它通过8条数据输入输出口线来实现N+1个显示代码的存入及读出，设定口线从高位I/O₇起依顺序向低位I/O₀排列，把表示时间和倍数范围的N位显示代码的右起第一位作为高位与口线I/O₇对齐以保持数据存入、读出时顺序一致，当存入的显示代码的位数少于8位时，在N位显示代码的低位方向填入0以补齐一个字节；当存入的显示代码位数大于8位时，则扩展一个存储器，两个存储器的地址线并联，确定两个存储器中的共16条I/O口线从高字节的I/O₇起向低字节I/O₀的排列顺序方向，存入的N位显示代码的右起第一位也作为高位与16条I/O口线中的高位I/O₇对齐以保持数据存入、读出时顺序一致，当存入的显示代码位数少于16位时，在低字节中的低位方向填入0以补齐低字节的8位。

3.根据权利要求1所述的一种工频过电流判断方法，其特征在于：所述步骤(5)中在时间比较方式中采用2K或2K以上的8位可编程只读存储器，其在存储器的适当区域建立三个存储区；

第一个是用来存入N个区间的时间终止值称为比较值的存储区，该区有N个比较值的存储地址，把N个区间的时间终止值依照区间1到区间N的顺序依次存入第一个到第N个的比较值地址的存储单元中；

第二个是用来存入N+1个显示代码的存储区，该区有N+1个显示代码的存储地址，把N+1个显示代码依照区间1到区间N+1的顺序依次存入第一个到第N+1个的显示存储地址的存储单元中，当存入的显示代码的位数少于8位时，在N位显示代码的低位方向填入0以补齐一个字节；当存入显示代码位数大于8位时，则增加一个存储地址及对应的一个存储单元，存入的N位显示代码右起高八位存入高字节存储单元中，高字节地址在先，其余的存入低字节存储单元，低字节存储单元中的空余部分填入0以补齐低八位一个字节，低字节地址在后；

第三个是用来存入受控设备延迟动作的预定时间延迟脉冲个数、简称“预定个数”的存储区，该区有N个预定个数存储地址，把N个区间的预定个数n₁、n₂、n₃……n_n依照区间1到区间N的顺序依次存入第一个到第N个的预定个数存储地址的存储单元中；设定预定个数有一个原则，即：过电流倍数越大设定的预定个数越少，过电流倍数越小设定的预定个数越多，1≤n₁＜n₂＜n₃……＜n_n，其中，n为正整数，通过对预定时间延迟脉冲个数的计数转换成动作执行时间的延迟，当被测电流超过电流整定值时其第一个脉冲的延迟时间由电流波形过零的时刻起计算，该延迟时间最多不超过1/4个周波的时间，从第二个脉冲起，其延迟时间距上一个延迟脉冲出现的时间点都是1/2周波的时间；需要更长的时间延迟时调用一个多重循环程序来实现；在时间比较方式中，比较值和预定个数都以16位二进制数表示，二个字节，高字节内容存储在高字节存储单元中，高字节地址在先，低字节内容存储在低字节存储单元中，低字节地址在后。

4.一种应用权利要求1～3之一所述的一种工频过电流判断方法的过电流保护装置，其特征在于：其包括一个前置的电压跟随器；一个正弦电流波形过零时产生时间计数启动脉冲的时间启动模块，其输出时间启动脉冲；一个正弦电流波形到达电流整定值I_zd时产生时间截获脉冲的时间截获模块，其输出时间截获脉冲；以及一个受时间启动脉冲和时间截获脉冲控制的、用来获取被测正弦电流波形过零后到达电流整定值时的采样时间t值并把该采样时间t值同与该模块连接的存储器中已存入的内容数据进行过电流的快速判断及多时段延迟操作的时间数据应用模块；

其中，前置的电压跟随器是由一个单运放构成的；

存储器采用电擦除可编程只读存储器EEPROM；

时间启动模块包括第一、第二、第三和第四电路单元；第三电路单元是一个零点电压调整电路单元，它有两个零点电压输出端；

时间截获模块包括第五、第六、第七和第八电路单元；第七电路单元是一个绝对值相等的正、负整定电压值同时调整的电压输出电路单元，它有一个正整定电压输出端和一个负整定电压输出端；

时间启动模块中的第一、第二电路单元和时间截获模块中的第五、第六电路单元是四个元件参数及连接方法完全一样的电路单元，都是由运算放大器构成具有开环增益的电压比较电路并后接TTL电平转换接口电路的电路单元；时间启动模块中，第三电路单元的一个零点电压输出端通过电阻和第一电路单元中的电压比较器的反相输入端相连接，另一个零点电压输出端通过电阻和第二电路单元中的电压比较器的同相输入端相连接；时间截获模块中，第七电路单元的正整定电压输出端通过电阻和第五电路单元的电压比较器的反相输入端相连接，负整定电压输出端通过电阻和第六电路单元的电压比较器的同相输入端相连接；前置电压跟随器的输出端分别通过电阻和第一电路单元中的电压比较器的同相输入端、第二电路单元中的电压比较器的反相输入端、第五电路单元的电压比较器的同相输入端和第六电路单元的电压比较器的反相输入端相连接；当被测正弦电流波形幅值高于电流整定值时第一、二、五、六电路单元输出的都是高电平矩形波脉冲；当被测正弦电流波形幅值低于电流整定值时第五、六电路单元没有输出；第一电路单元和第二电路单元输出的高电平矩形波脉冲分别和第四电路单元的两个输入端相连接，第四电路单元的两个输入端分别对输入的两个高电平矩形波脉冲微分、分别通过二极管输入到一个电压比较器进行调整后从该比较器的输出端输出、经耦合到反相器输出，该反相器的输出端是第四电路单元的输出端、也是时间启动模块的输出端，其输出的是时间宽度为us级别的尖、窄的低电平脉冲、即时间启动脉冲，每周波两个；当被测正弦电流波形幅值高于电流整定值时，第五和第六电路单元输出的高电平矩形波脉冲分别输入到第八电路单元、即一个或门电路的两个输入端，其或门输出端即是时间截获模块的输出端，其输出高电平矩形波脉冲、即时间截获脉冲，在稳态电流下每周波两个；

一个时间数据应用模块，包括时间查询方式的时间数据应用模块和时间比较方式的时间数据应用模块两种，当时间数据应用模块中连接的是采用时间查询方式存取的存储器时，即是时间查询方式的时间数据应用模块，所述时间查询方式的时间数据应用模块用于处理采用时间查询方式存取的存储器的情况，时间查询方式的时间数据应用模块包括第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五电路单元；第九电路单元是10MHZ脉冲产生及十分频电路，其输出的1MHZ脉冲输入到第十电路单元四个计数器的CP端；第十电路单元是四个四位二进制同步计数器依次连接成的时间脉冲计数电路，其四个计数器共16个数据输出端和第十一电路单元的16个数据输入端一一对应相连接，其输出的是一个由零开始的、依次递增1us的16位的二进制数；第十一电路单元是四个以并入-并出方式工作的4位双向移位寄存器依次连接成的时间数据暂存电路，四个寄存器的CP端和时间截获模块的输出端相连接，四个寄存器共16个数据输出端和第十二电路单元的16个数据输入端一一对应相连接；第十二电路单元也是四个以并入-并出方式工作的4位双向移位寄存器依次连接成的时间数据保持电路，四个寄存器的端和第一消抖动开关的输出端相连接，四个寄存器的CP端和第一或门的输出端相连接，四个寄存器的16个数据输出端中的前十三个输出端和第十三电路单元的13条地址线端脚一一对应相连接，余下的高三位数据输出端弃之不用；第十三电路单元是一个设置成只读工作方式的存储器，其存储单元中已按时间查询方式存入N+1个显示代码，显示代码输出时占用存储器的自高位I/O₇起、依次为I/O₆、I/O₅……I/O_n的N条口线，占用的每条口线的输出分成两路，一路连接第十四电路单元中对应的一个反相器，另一路连接第十五电路单元中对应的时间延迟计数器的端；第十四电路单元是显示电路，由N个反相器分别串联N个LED灯，每一个LED灯分别串联一个限流电阻并把限流电阻的另一端与+5V电源相连接；第十五电路单元由N段的时间延迟计数器组成，每段时间延迟计数器使用一个或一个以上的四位二进制同步计数器，各段所有同步计数器的CP端均与第二截获脉冲延迟器的输出端相连接，每一段同步计数器的端都对应连接第十三电路单元中的一条I/O口线，N条口线中的最高位I/O₇输出高电平时表示过电流倍数最大，所需延迟时间最少，其I/O₇连接第一段仅有一个计数器的时间延迟计数器的端，I/O₆……I/O_n输出高电平时表示过电流的倍数、延迟时间依次递减，其相应的口线分别连接第二段……第N段时间延迟计数器的端；预定时间延迟脉冲个数值、简称预定个数值的设置是通过开关与四位二进制同步计数器的数据输出端Q₀、Q₁、Q₂、Q₃中的一个端口相连接、把达到预定个数值时端口输出的信号传送到后续电路完成预定时间延迟动作，其四个端口之间为1-2-4-8的计数关系，在两个及以上的计数器的数据输出端口设置连接开关，则应在其相连接的最后一个计数器的数据输出端口上设置，预定个数值设置的原则和时间比较方式中的原则相同，设置的n₁、n₂……n_n分别为一段、二段……N段的预定个数值，每段时间延迟计数器中连接的同步计数器个数根据需要增减，设置的预定个数值n＝16^P-1×k，其中，P是相连接的同步计数器的个数，P为正整数，k是开关与四个数据输出端口中的某一个连接时的系数，开关分别与Q₀、Q₁、Q₂、Q₃连接时k的系数分别是1、2、4、8,预定的延迟时间ms＝16^P-1×k×1/2周波的时间－1/4周波的时间，其中，第一个延迟脉冲的延迟时间为1/4周波的时间，从第二个脉冲起的延迟时间都为1/2周波的时间，电路单元中编号分别为K₁、K₂……K_n的N个开关，每一个开关的一端与一个数据输出端连接，另一端与一个反相器输入端及一个电阻的一端相连接，电阻另一端连接数字地，反相器输出端和一个8输入与非门的一个输入端相连接，与非门剩余的输入端按照技术规定处理，8输入与非门的输出端经过反相器、该反相器作为第十五电路单元的输出端和第二S-R锁存器的端相连接；当N＞8时，第十三电路单元中需要扩展一片存储器，第十四电路单元中配置的LED灯需要增加到N个，第十五电路单元中配置的时间延迟计数器也要增加到N段；

所述时间查询方式的时间数据应用模块还包括第一S-R锁存器，第二S-R锁存器，第一截获脉冲延迟器，第二截获脉冲延迟器，第一与门，第二与门，第三与门，第一消抖动开关，第一反相器，第一或门；

第一S-R锁存器的端与时间启动模块的输出端相连接，端与第三与门的输出端相连接，Q端与第十电路单元中的四个计数器的第十一电路单元中的四个寄存器的相连接；第二S-R锁存器的端与第十五电路单元的输出端相连接，端与第一消抖动开关的输出端相连接，Q端通过光电隔离固体继电器控制受控设备；

第一截获脉冲延迟器的输入端和时间截获模块的输出端相连接，其输出分成两路，一路输入到第二截获脉冲延迟器的输入端，另一路和第一或门的一个输入端相连接，第一截获脉冲延迟器输出的是时间保持脉冲；

第二截获脉冲延迟器的输入端与第一截获脉冲延迟器的输出端相连接，其输出端均与第十五电路单元所有的同步计数器的CP端相连接；第二截获脉冲延迟器输出的是供给时间延迟计数用的时间延迟脉冲；

第一与门的一个输入端与第十电路单元输出的16位二进制数中的第11位相连接，另一个输入端与16位二进制数中的第13位相连接，第一与门输出的是后备归零脉冲，其输出分成两路，一路输入到第二与门的一个输入端，另一路输入到第一或门的另一个输入端；

第二与门的一个输入端和第一与门的输出端相连接，另一个输入端和第十电路单元输出的16位二进制数中的第8位相连接，第二与门的输出端与第一反相器的输入端相连接，第二与门输出的是复归脉冲；

第三与门的一个输入端和第一反相器输出端相连接，另一个输入端和第一消抖动开关的输出端相连接，第三与门输出端和第一S-R锁存器端相连接；

第一消抖动开关输出分成两路，一路输入到第三与门的另一个输入端，另一路和第十二电路单元中四个寄存器的端及第二S-R锁存器端相连接；

第一反相器输入端和第二与门输出端相连接，其输出端和第三与门的一个输入端相连接；

第一或门的一个输入端和第一截获脉冲延迟器的输出端相连接，另一个输入端和第一与门的输出端相连接，或门的输出端和第十二电路单元中四个寄存器的CP端相连接；

当时间数据应用模块中连接的是采用时间比较方式存取的存储器时，即是时间比较方式的时间数据应用模块，所述时间比较方式的时间数据应用模块用于处理采用时间比较方式存取的存储器的情况，该模块包括第二反相器，第二消抖动开关，第一个三输入与门，第三S-R锁存器以及一片时钟晶体振荡器频率为12MHZ的单片机8031和其他的外围电路及元器件；

第二反相器的输入端和时间截获模块的输出端相连接，其输出端和第一个三输入与门的第三个输入端相连接，第二消抖动开关的输出端和第一个三输入与门的第二个输入端相连接，单片机P1.X和第一个三输入与门的第一个输入端相连接，第一个三输入与门的输出端和第三S-R锁存器的端相连接，第三S-R锁存器的端和时间启动模块的输出端相连接，第三S-R锁存器的Q端和单片机的第12脚即P3.2端口相连接；

所述时间比较方式的时间数据应用模块包括一单片机，所述单片机与作为扩展的程序存储器的一存储器连接，所述存储器以时间比较方式存入比较值、显示代码和预定个数以及所需的相关软件，单片机还连接有用于显示的LED和八上升沿D触发器，单片机的P1.Y和一个S-R锁存器的连接并通过该S-R锁存器的Q端输出的信号经由光电隔离固体继电器控制受控设备的连接，单片机的P1.Z口连接有声、光提示器件，在故障发生后单片机的程序通过P1.Z输出信号发出声、光提示。

5.根据权利要求4所述的过电流保护装置，其特征在于：所述时间比较方式的时间数据应用模块采用门控制位GATE的功能和使用方法获取被测正弦电流波形过零后到达电流整定值时的采样时间t数据。

6.根据权利要求5所述的过电流保护装置，其特征在于：除了所述采用门控制位GATE的功能和使用方法获取采样时间t数据外，还包括初始化的程序内容、装置上电后的操作、比较程序、延迟程序、计数溢出的中断程序和跳闸程序，其具体的步骤是：

(1)过电流保护装置上电后，在初始化程序中，在单片机的片内数据存储区建立一个剩余个数存储区，该存储区有N个剩余个数存储地址，把采用时间比较方式存取的存储器U₄₉中各预定个数地址中的预定个数值简称预定个数原值依照区间1到区间N的顺序依次存入单片机片内数据存储区对应的第一个到第N个的各剩余个数地址的存储单元中，设置GATE门控位为1，设定定时器T₀工作方式为方式0，对定时器清零，设置定时器T₀中断；

(2)在受控设备投入使用前按一下第二消抖动开关按键使单片机的P3.2端口变为低电平、程序对TR₀置1后P3.2端口等待高电平矩形波、即正脉冲的到来；

(3)受控设备投入时过电流保护装置即时对设备的使用电流进行监测，读取每一个半波的被测正弦电流波形过零后到达电流整定值时的采样时间t值并应用比较程序软件依次和N个比较值进行大小比较以判断被测电流的大小、也就是判断被测电流所在的倍数区间，其比较程序是：把采样到的时间t值依次和第M个比较值比较，若采样时间t值大于该比较值则继续和下一个比较值、即第M+1个比较值比较，否则调用第M个延迟程序；其中，M的值按照比较的次数依次为1、2、3、……N-1、N，即第一次比较时M的值为1，第二次比较时M的值为2，以此类推；当数值比较进行到最后一个比较程序、即第M＝N个的比较程序时，无须再把采样时间t值和第N个比较值进行比较，直接调用第N个延迟程序；

(4)判断出被测电流的大小后即调用相应的延迟程序，延迟程序有N个，其具体是，第M个延迟程序：把第M个显示代码送出显示，对定时器清零，把第一、二、……第M-1个剩余地址中的内容恢复成各自原来的预定个数原值后依次对第M、M+1、……第N-1、第N个剩余地址中的内容减1，如某个剩余地址中的值为零则执行跳闸程序，否则程序置位TR₀后返回等待下一个正脉冲的到来；其中，M的值按照比较的次数依次为1、2、3、……N-1、N；

(5)当读取不到采样时间t值时，表明此刻的被测电流幅值低于整定值，单片机的定时器方式0以及开放的定时器中断会在定时器计数溢出时自动执行中断程序，其步骤是：单片机的P1.X输出一个低电平脉冲后该中断程序返回，由于P1.X连接第一个三输入与门的第一个端脚，致使第三S-R锁存器的Q端对P3.2输出低电平，读取采样时间t值的程序在被测正弦电流波形过零后经过8192us的时间后等来了低电平，继续执行程序，关TR₀，把第N+1的显示代码送出显示，对定时器清零，把N个剩余个数地址中的内容恢复成各自原来的预定个数原值，再置位TR₀，等待下一个正脉冲的到来；

(6)一旦受控设备的使用电流幅值超过整定值达到某个区间倍数范围且其超限时间达到该区间预先设置的时间延迟脉冲个数时单片机程序即输出动作信号令受控设备跳闸，其跳闸程序是：P1.Y送出一个低电平脉冲，使与之相连接的S-R锁存器的端也得到低电平脉冲、锁存器的Q端出现低电平，令光电隔离固体继电器输出端相连接的受控设备跳闸动作，然后单片机的P1.Z输出声、光提示信号并等待故障处理。