CN112216556B - 一种低功耗保护跳闸回路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低功耗保护跳闸回路，包括若干非电量开入模块、功率消耗模块以及切功率模块；第i个非电量开入模块通过控制延时时长Ti后导通第i个光耦，将施加的第i个开入电压加载至第i个开入继电器回路中，使第i个开入继电器动作；功率消耗模块作为所有开入电源的负载，消耗功率大于5W；切功率模块在开入电源的开入电压值满足阈值要求后，延时设定时长后，断开所述功率消耗模块；且满足断开所述功率消耗模块在所有开入继电器动作之后。本发明既满足了电力行业技术规范要求，又降低了非电量保护跳闸回路的消耗功率，极大的缓解了板卡元器件发热严重问题，减小了板卡故障损坏率。

Description

一种低功耗保护跳闸回路
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种低功耗保护跳闸回路。
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，作用于跳闸的非电量保护采用大功率继电器，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10ms～35ms，应具有抗220V工频干扰电压的能力。
根据技术背景，用于非电量跳闸的直跳继电器，启动功率应大于5W，传统的设计电路，如图1所示，R8为功率消耗电阻，以此实现开入回路启动功率大于5W的目的，此种设计方式的弊端是，开入回路长期通电情况下，R8电阻也将长期带电增加功率消耗，当开入回路较多时，板卡的消耗功率将会很大，板卡内元器件发热会很严重，甚至会导致元器件损坏，以致板卡功能失效，对电网运行造成影响。
发明内容
本发明的目的在于，在保证电力行业技术规范的前提下，提供一种低功耗保护跳闸回路，以解决板卡的功率消耗过大，发热严重的技术问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种低功耗保护跳闸回路，包括若干非电量开入模块、功率消耗模块以及切功率模块；
第i个非电量开入模块通过控制延时时长Ti后导通第i个光耦，将施加的第i个开入电压加载至第i个开入继电器回路中，使第i个开入继电器动作；
所述功率消耗模块作为所有开入电源的负载，消耗功率大于回路启动功率；
所述切功率模块在开入电源的开入电压值满足阈值要求时，延时设定时长后断开所述功率消耗模块；且满足断开所述功率消耗模块在所有开入继电器动作之后。
进一步地，第i个开入继电器的线包正极经电阻连接至开入电源正极，线包负极由第i个非电量开入模块控制连接至开入电源负极。
进一步地，每个非电量开入模块包括开入延时回路和开入光耦，所述开入延时回路连接在开入电源正极与所述开入光耦输入正端，所述开入光耦的输入负端和输出负端均连接开入电源负极，所述开入光耦的输出正端连接至开入继电器的线包负极。
进一步地，所述开入光耦在加载在输入端的电压达到额定开入电压的55％～70％时导通。
进一步地，所述开入延时回路对开入电压进行延时后加载至所述开入光耦，所述开入光耦导通后将开入电压加载至所述开入继电器回路中，使所述开入继电器动作，所述开入延时回路的延时时间满足：所述开入继电器的动作时间为开入电源开启后的10ms～35ms。
进一步地，所述切功率模块包括切换继电器、切换延时回路以及切换光耦；
所述切换继电器的线包正极经电阻连接至开入电源正极；
所述切换延时回路连接在开入电源正极与所述切换光耦输入正端，所述切换光耦的输入负端和输出负端均连接开入电源负极，所述切换光耦的输出正端连接至切换继电器的线包负极。
进一步地，所述切换光耦在加载在输入端的电压达到额定开入电压的70％～85％时导通，使得所述切换继电器导通。
进一步地，所述切换继电器的线包端并联延时电容，使得所述切换继电器延时Tjm。
进一步地，所述切换延时回路对开入电压进行延时Tm后加载至所述切换光耦，所述切换延时回路的延时时间Tm和所述切换继电器延时Tjm满足：切换继电器在所有开入继电器动作之后动作。
进一步地，每个非电量开入模块的输入端与开入电源正极间连接有二极管，使得各个非电量开入模块相互独立。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明既满足了电力行业技术规范要求，又降低了非电量保护跳闸回路的消耗功率，极大的缓解了板卡元器件发热严重问题，减小了板卡故障损坏率。
(2)本发明结构简单，易于实现，为降低非电量保护跳闸回路功耗提供了一种全新思路。
(3)本发明通过切换继电器延时导通时间的控制，保证切换继电器在开入继电器动作之后动作，避免出现功率电路误切换。
附图说明
图1是现有的跳闸回路；
图2是本发明实施例中提供的低功耗保护跳闸回路的原理图；
图3为本发明的低功耗保护跳闸回路的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供了一种低功耗保护跳闸回路，包括若干非电量开入模块、功率消耗模块以及切功率模块。
结合图3，所述非电量开入模块的数量与开入继电器的数量对应。第i个非电量开入模块通过控制延时时长Ti后导通第i个光耦，将施加的第i个开入电压加载至第i个开入继电器回路中，使第i个开入继电器动作。第i个开入继电器的线包正极经电阻连接至开入电源正极，线包负极由第i个非电量开入模块控制连接开入电源负极。
每个非电量开入模块包括开入延时回路和开入光耦，所述开入延时回路连接在开入电源正极与所述开入光耦输入正端，所述开入光耦的输入负端和输出负端均连接开入电源负极，所述开入光耦的输出正端连接至开入继电器的线包负极。
开入延时回路采用LPF低通滤波器，由多个电阻，电容以及稳压管，二极管组成，电阻和电容用于分压和延时，配合开入光耦，以满足回路动作电压为额定电压的55％～70％和10ms～35ms动作时间要求，10ms～35ms是从加载额定开入电源开始至继电器动作的时间，该时间为LPF低通滤波器延时时间Tn加上光耦导通时间Tgn加上继电器固有动作时间Tjn的和。稳压管和二极管作为保护器件使用。光耦作为开关使用，原边与LPF低通滤波器连接，为光耦导通创造条件，副边与非电量开入继电器动作回路连接，实现继电器的开出动作。非电量开入继电器动作回路由电阻和继电器组成，电阻用于分压，继电器完成动作。
所述切功率模块在开入电源的开入电压值满足阈值要求后，延时设定时长后，断开所述功率消耗模块；且满足断开所述功率消耗模块在所有开入继电器动作之后。包括切换继电器、切换延时回路以及切换光耦。
切换延时回路采用LPF低通滤波器，LPF低通滤波器配合切换光耦，实现该回路动作电压为额定电压的70％～85％，使切功率回路动作电压高于开入回路动作电压，延时回路由电容构成，并联在继电器上，延长动作时间，使该回路动作时间长于开入回路动作时间，这样，保证切功率回路一定是在开入回路动作之后才会动作。切功率继电器动作回路由电阻和继电器组成，电阻用于分压，继电器用于切除增加开入回路启动功率的功率消耗回路。如此设计，既满足开入回路启动功率大于5W，又能在额定电压时，切掉功率消耗回路，降低板卡功耗。
所述功率消耗模块由电阻，二极管和切功率继电器常闭触点组成，切功率继电器常闭触点一端连接到开入电源正端，另一端通过二极管与电阻一端串联，电阻另一端连接到开入电源负端，切功率继电器动作前，电阻接入到功率消耗模块中，增大开入回路启动功率，以满足行业规范，切功率继电器动作后，该回路电阻被切掉，以达到降低功耗的目的。二极管作为保护元器件，若回路中施加有交流电，能削减一部分交流电带来的能量，起到减小功耗的作用。
进一步的，输入电压为Un时，继电器JDQn动作启动，切功率继电器QJ动作电压为Um＞Un，QJ未动作，功率消耗回路电阻R3接入电源电路中，消耗功率大于5W，额定电源电压下的切功率回路动作时间慢于开入回路(Tm+Tgm+Tjm＞Tn+Tgn+Tjn)，这样，既保证了继电器JDQn启动功率大于5W，又能在额定电源电压下切掉功率消耗回路，实现降低板卡功耗的作用。图1中QJA表示继电器QJ的线包，QJC表示继电器QJ的触点。
图2为仅有一个开入继电器的实施例，非电量开入模块进设置一个，开入LPF低通滤波器一端接开入电源正电，另一端串联二极管D2和光耦OP1原边到开入电源负端，光耦原边并联有电阻R2，通过开入LPF低通滤波器和电阻R2，控制光耦OP1导通时的开入电压U1为55％～70％Ue，Ue为额定直流电源电压，控制额定直流电源电压下开入LPF低通滤波器延时时间T1和光耦OP1导通时间Tg1，当光耦OP1导通时，开入电压U1施加到非电量开入继电器动作回路中，通过串联电阻R1分压，控制继电器JDQ1开出动作，在额定直流电源电压下，继电器JDQ1的固有动作时间为Tj1，调节T1+Tg1，令T1+Tg1+Tj1在10ms～35ms之间。二极管D1并联到继电器JDQ1上，起到反向电动势续流作用。图1、2中JDQ1A表示继电器JDQ1的线包，JDQA表示继电器JDQ的线包。
切功率回路中，通过切换LPF低通滤波器和电阻R5，控制光耦OP2导通时的输入电压Um为70％～85％Ue，控制额定直流电源电压下切换LPF低通滤波器延时时间Tm和光耦OP2导通时间Tgm，当光耦导通时，输入电压Um施加到切功率继电器动作回路中，通过串联电阻R4分压，控制继电器QJ开出动作，切开功率消耗回路，二极管D4起到反向电动势续流作用，该回路的延时回路由电容C3构成，并联到切功率继电器QJ上，延长额定直流电源电压下QJ的固有动作时间Tjm，调节Tm+Tgm，令Tm+Tgm+Tjm＞T1+Tg1+Tj1，以此保证额定直流电源电压下的切功率模块动作时间慢于开入回路。
功率消耗模块中，功率消耗电阻R3串联二极管D3和切功率继电器QJ常闭触点接入到电源回路中，QJ动作前，R3接入到功率消耗回路中，增大开入回路启动功率，以满足开入回路启动功率大于5W的行业规范，QJ动作后，R3被切掉，以达到降低板卡整体功耗的目的。二极管D3作为保护元器件，若回路中施加有交流电，能削减一部分交流电带来的能量，亦起到减小功耗的作用。
需要指出的是，每一路开入回路电源正端处有二极管的存在，如图2中的D6，D6二极管是在开入回路和切功率回路之间，也可以说是在切功率回路的输入端，当有多路开入回路时，每一路开入回路和切功率回路之间都分别串联有二极管，这样任意一路开入回路上电后，既可以连接到切功率回路，保证切功率回路正常运行，又由于二极管的存在，不会使该回路的电源施加到其它回路中，保证每一路开入回路的独立性。使得每一路开入回路都是相互独立的，互不影响的，保证开入回路之间互不干扰，切功率回路与每一路开入回路的电源连接，保证任何一路开入回路继电器启动功率大于5W，且在额定电源电压下切掉功率消耗回路，降低板卡功耗，特别的，该电路结构具有抗220V工频干扰电压的能力。
综上所述，本发明涉及一种低功耗保护跳闸回路，包括若干非电量开入模块、功率消耗模块以及切功率模块；第i个非电量开入模块通过控制延时时长Ti后导通第i个光耦，将施加的第i个开入电压加载至第i个开入继电器回路中，使第i个开入继电器动作；功率消耗模块作为所有开入电源的负载，消耗功率大于5W；切功率模块在开入电源的开入电压值满足阈值要求后，延时设定时长后，断开所述功率消耗模块；且满足断开所述功率消耗模块在所有开入继电器动作之后。本发明既满足了电力行业技术规范要求，又降低了非电量保护跳闸回路的消耗功率，极大的缓解了板卡元器件发热严重问题，减小了板卡故障损坏率。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种低功耗保护跳闸回路，其特征在于，包括若干非电量开入模块、功率消耗模块以及切功率模块；
第i个非电量开入模块通过控制延时时长Ti后导通第i个光耦，将施加的第i个开入电压加载至第i个开入继电器回路中，使第i个开入继电器动作；
所述功率消耗模块作为所有开入电源的负载，消耗功率大于回路启动功率；
所述切功率模块在开入电源的开入电压值满足阈值要求时，延时设定时长后断开所述功率消耗模块；且满足断开所述功率消耗模块在所有开入继电器动作之后。
2.根据权利要求1所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，第i个开入继电器的线包正极经电阻连接至开入电源正极，线包负极由第i个非电量开入模块控制连接至开入电源负极。
3.根据权利要求2所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，每个非电量开入模块包括开入延时回路和开入光耦，所述开入延时回路连接在开入电源正极与所述开入光耦输入正端，所述开入光耦的输入负端和输出负端均连接至开入电源负极，所述开入光耦的输出正端连接至开入继电器的线包负极。
4.根据权利要求3所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，所述开入光耦在加载在输入端的电压达到额定开入电压的55％～70％时导通。
5.根据权利要求4所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，所述开入延时回路对开入电压进行延时后加载至所述开入光耦，所述开入光耦导通后将开入电压加载至所述开入继电器回路中，使所述开入继电器动作，所述开入延时回路的延时时间满足：所述开入继电器的动作时间为开入电源开启后的10ms～35ms。
6.根据权利要求1至5之一所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，所述切功率模块包括切换继电器、切换延时回路以及切换光耦；
所述切换继电器的线包正极经电阻连接至开入电源正极；
所述切换延时回路连接在开入电源正极与所述切换光耦输入正端，所述切换光耦的输入负端和输出负端均连接开入电源负极，所述切换光耦的输出正端连接至切换继电器的线包负极。
7.根据权利要求6所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，所述切换光耦在加载在输入端的电压达到额定开入电压的70％～85％时导通，使得所述切换继电器导通。
8.根据权利要求7所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，所述切换继电器的线包端并联延时电容，使得所述切换继电器延时Tjm。
9.根据权利要求8所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，所述切换延时回路对开入电压进行延时Tm后加载至所述切换光耦，所述切换延时回路的延时时间Tm和所述切换继电器延时Tjm满足：切换继电器在所有开入继电器动作之后动作。
10.根据权利要求1所述的低功耗保护跳闸回路，其特征在于，每个非电量开入模块的输入端与开入电源正极间连接有二极管，使得各个非电量开入模块相互独立。
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