CN201191761Y

CN201191761Y - 24kV真空断路器中电流保护控制装置

Info

Publication number: CN201191761Y
Application number: CNU2008200344288U
Authority: CN
Inventors: 林莘; 闫鸿魁; 王博
Original assignee: BEIJING INTELLIGENT DISTRIBUTION AUTOMATION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING INTELLIGENT DISTRIBUTION AUTOMATION EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2018-04-24

Abstract

一种24kV真空断路器中电流保护控制装置，包括电源模块、单片机、A、C相电流互感器、电量信号采集模块、拨码开关状态输入模块、继电器输出模块和脱扣线圈驱动模块。所述电源模块的输出连接单片机的电源输入端；A、C相电流互感器的输出分别连接电量信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端经A/D转换后连接单片机的采集信号输入端；拨码开关状态输入模块的输出端连接单片机的输入端；单片机的输出端连接继电器输出模块的输入端，继电器输出模块的输出端连接脱扣线圈驱动模块的控制端，脱扣线圈驱动模块的电源端连接到A、C互感器的输出端；脱扣线圈驱动模块的输出端连接外部脱扣线圈。本装置控制精确，容易实现。

Description

24kV真空断路器中电流保护控制装置

技术领域

本发明属于微机继电保护领域，尤其涉及24kV线路过流、短路三段式电流保护以及躲过线路涌流的电流保护控制装置。

背景技术

随着社会经济和科学技术的高速发展，城市负荷密度越来越大，12kV配网已出现许多不适应性，而24kV配网具有投资低、节约线损、供电能力强等特点，其社会效益和经济效益都是非常明显的。为此，我国目前正投以巨资对24kV电网进行建设，其中已经对江苏省地区部分进行了24kV配网线路的全面建设。配电系统能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的通畅，而且涉及到电力系统能否正常的运行，因此，当配电网络中某条线路处于非正常运行状态时，线路断路器应该能及时、可靠地将它切除，以防故障的进一步发生和扩大。另外，当线路中存在变压器空载合闸时，会在线路上出现一个瞬时性涌流。由于其不是故障性的，线路断路器不需动作，但是其幅值很大，会造成线路一次合闸不成功或上级线路断路器误跳的情况。因此，在实际运行中，需要线路断路器既能切断处于过流、短路状态的线路，又可以对线路的过流、短路状态和线路上瞬时出现的涌流进行区分。

目前，线路断路器用电流保护控制装置较少，且现有的装置对于线路过流、短路的判断采取了基于电流的峰值作为整定值的判断方法，对于躲过线路涌流采取了线路断路器突然合闸时加入一定的延时时间来实现。这样判断线路的过流、短路状态存在一定的缺陷，并且上级线路断路器在下级线路突然合闸时有可能会因为涌流而误跳。

发明内容

为了解决技术中存在的上述问题，本发明提供一种适合于24kV真空断路器中电流保护控制装置，具体技术方案如下：

一种24kV真空断路器中电流保护控制装置，包括电源模块、单片机、A、C相电流互感器、电量信号采集模块、拨码开关状态输入模块、继电器输出模块和脱扣线圈驱动模块；所述电源模块的输出连接单片机的电源输入端；A、C相电流互感器的输出分别连接电量信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端经A/D转换后连接单片机的采集信号输入端；拨码开关状态输入模块的输出端连接单片机的输入端；单片机的输出端连接继电器输出模块的输入端，继电器输出模块的输出端连接脱扣线圈驱动模块的控制端，脱扣线圈驱动模块的电源端连接到A、C互感器的输出端；脱扣线圈驱动模块的输出端连接外部脱扣线圈。

所述电量信号采集模块包括两个电流互感器CT1、CT2，它们的输入端分别连接A、C相电流互感器的输出端，两个电流互感器的输出信号分别经可调电阻、组容滤波电路调理后再经A/D转换传入单片机的采集信号输入端。所述A、C相电流互感器输出电流在电流互感器CT1和CT2取样后并联接到一起连接微型电流互感器CT3的输入端、电流互感器CT3的输出端连经电源模块的输入端。所述拨码开关状态输入模块是10路拨码开关。

所述脱扣线圈驱动模块包括升压电路、储能电容和整流桥，升压电路与储能电容串联，为储能电容充电；储能电容和整流桥并联接在一起连接控制装置外部的脱扣线圈，控制脱扣线圈脱扣。

所述单片机是美国Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列单片机C8051F206，它的管脚9、10连接相应的晶振电路，频率是16MHz；单片机的复位输入端还连接复位电路，单片机的输出端还连接LED组成的显示模块。

所述时钟模块是由I²C总线接口实时时钟芯片DS1307和+3V的纽扣电池组成，选用32.768kHz晶振。具体接线方式按照DS1307使用说明书要求接线。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

采用高性能单片机，可以直接应用于只装设A、C两相电流互感器的24kV线路断路器，作为切断过流、短路线路，躲过涌流的电流保护控制装置。它的电源直接取自线路电流互感器，不需要额外的电压互感器等设备。

在电量信号检测方面，它包含电磁干扰抑制电路，具有很高的可靠性；并且免整定，对电流互感器二次侧电流识别范围在3A-50A之间。

在保护时间配合方面，其过流延时时间有16档可选、速断电流倍数4档可选、速断延时时间4档可选、合闸延时时间4档可选，可以充分满足实际运行的需要。

在对线路断路器的分闸控制方面，它的脱扣线圈驱动电路采用的是充电电容和线路电流同时提供电流的方式；由于有了充电电容，线路上电流互感器的功率要求不大，5VA即可，这样电流互感器的尺寸可以做的较小一些，精度也会提高，使其更容易安装和使用。

在线路过流、短路与涌流的识别方面，其采用通过计算电流有效值启动故障判别程序，基于差动电流波形特征的励磁涌流识别新方法来识别线路过流、短路状态和涌流。即在装置突然上电时加入延时，避开本级线路突然合闸时出现的涌流；在稳定运行后如果计算出电流有效值超过整定值，利用差动电流波形特征的励磁涌流识别新方法来识别线路过流、短路或是涌流，以避开下级线路出现的涌流，并对本级线路实施保护。

由于使用了时钟模块，该时钟芯片可独立于CPU工作，计时准确，月累计误差一般小于10s。对故障的报警和记录都需要对时间的精确记录，以方便故障查询。

继电器输出模块，采用了光藕器件隔离，稳定性大大提高，继电器的开断是通过光藕器件的开断所决定的。

附图说明

图1为本发明装置电路原理图；

图2为本发明装置正视图；

图3为本发明装置电源电路原理图；

图4为本发明装置复位电路原理图；

图5为本发明装置中A、C两相电流采集测量原理图；

图6为本发明装置中开关量输入拨码开关状态输入、单片机模块原理图；

图7为本发明装置继电器输出模块、LED显示原理图；

图8为本发明装置中脱扣线圈驱动电路原理图；

图9时钟电路原理图；

图2中A是10路拨码开关、B是A相可调电阻、C是C相可调电阻、D是LED灯、1～5是外部连线

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图3、4所示，电源模块由电流互感器、全波整流电路、稳压电路、瞬态过压抑制电路、共模和差模抑制电路组成。线路A、C两相电流互感器输出电流在微型电流互感器取样后并联接到一起，经过控制器内部另一微型电流互感器、全波整流电路、稳压电路，使得交流电压变为波动不大的12V直流电压，即可为继电器供电。集成稳压芯片7805内部含有启动电路、串联稳压电路、保护电路，把+12V直流电压变为稳定的+5V电压，为运放等器件供电，稳压二极管Z1将电路的过电压限制在一定水平，保护继电器线圈和后级7805等器件；电容C2可以抑制因负载变化而产生的噪声，起着一个低频骚扰滤波器的作用。再把+5V直流电压变为稳定的+3.3V电压，为控制器内部单片机供电，输出接10uF电容来保证输出的稳定性，如图4所示，这里采用的电压检测芯片是飞利浦公司的MAX708RD。MAX708RD是一款用于+3.3V电源系统的电压监测芯片，复位门槛电压为+2.63V，具有双路电源监控、电源失效告警和复位功能和手动复位功能。当复位按钮SW1闭合、系统刚上电或MAX708RD的电源电压降到+2.63V一下时，低有效复位输出引脚变低，芯片C8051F206可靠复位。

显示模块是由LED显示灯组成，作为整定值设定的标志，即在用户在控制器输入端施加5A电流时，调节可调电阻，当LED显示器由不亮变为均匀闪烁时，整定值设定完毕。LED显示灯并接在继电器线圈两端。

如图5，6所示，电量信号采集模块分为A、C两相采集，每一相由一只电流互感器、一路可调电阻、阻容滤波电路，运放组成，分别接入单片机的P0.2、P0.3引脚。

如图6所示，拨码开关状态输入模块采用10路拨码开关，分别连接单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P1.0、P1.1、P1.2、P1.3引脚。

如图7所示，继电器输出模块由继电器、光耦TLP521、驱动三极管和保护电路组成，单片机输出引脚P1.7与三极管的控制极连接，继电器两端反相并联快速二极管IN4148。

如图8所示，脱扣线圈驱动模块由升压电路、储能电容、整流桥组成，作为输出端口连接控制装置外部的脱扣线圈。

时钟模块的接线如图9所示。

装置采用单片机C8051F206作为控制芯片，利用片内A/D转换器采集A、C两相电流，由单片机进行处理。

装置的内部结构和外部连接方式如图1所示。装置有5根外部引出线，其中3根连接A、C相电流互感器，电流互感器的公共端连接机壳，接入大地；另外2根连接脱扣线圈，控制断路器分闸。虚线框内为装置的内部结构，连接方式为导线连接。

装置的正视图如图2所示。通过对可调电阻B、C的调节，可以将整定值调整为5A。调节方法如下：将装置与A相电流互感器连接好，并将互感器输出电流调整为5A，然后逆着图中箭头方向调节可调电阻B。当LED灯D由不亮变为均匀闪烁，A相整定值即已调整为5A。C相整定值调整方法同A相的调整方法。

在结构上，装置采用插件式结构，独立封闭单元机箱，密封性好，抗干扰、坚固可靠，抗振动能力强。

Claims

1、一种24kV真空断路器中电流保护控制装置，包括电源模块、单片机、A、C相电流互感器、电量信号采集模块和脱扣线圈驱动模块；所述电源模块的输出连接单片机的电源输入端；A、C相电流互感器的输出分别连接电量信号采集模块的输入端；信号采集模块的输出端经A/D转换后连接单片机的采集信号输入端；脱扣线圈驱动模块的电源端连接到A、C相电流互感器的输出端；脱扣线圈驱动模块的输出端连接外部脱扣线圈，其特征是还包括拨码开关状态输入模块、继电器输出模块和时钟模块；时钟模块的输出端连接单片机的时钟信号端；拨码开关输入模块的输出端连接单片机的输入端；单片机的输出端连接继电器输出模块的输入端，继电器输出模块的输出端连接脱扣线圈驱动模块的控制端。

2、根据权利要求1所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述电量信号采集模块包括两个电流互感器CT1、CT2，它们的输入端分别连接A、C相电流互感器的输出端，两个电流互感器CT1、CT2的输出信号分别经可调电阻、组容滤波电路调理后再经A/D转换传入单片机的采集信号输入端。

3、根据权利要求2所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述A、C相电流互感器输出电流在电流互感器CT1和CT2取样后并联接到一起连接微型电流互感器CT3的输入端、电流互感器CT3的输出端连接经电源模块的输入端。

4、根据权利要求3所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述脱扣线圈驱动模块包括升压电路、储能电容和整流桥，升压电路与储能电容串联，为储能电容充电；储能电容和整流桥并联接在一起连接控制装置外部的脱扣线圈，控制脱扣线圈脱扣。

5、根据权利要求1或4所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述单片机是美国Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列单片机C8051F206，它的管脚9、10连接相应的晶振电路，频率是16MHz；单片机的复位输入端还连接复位电路，单片机的输出端还连接LED组成的显示模块。

6、根据权利要求1所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述拨码状态开关输入模块是10路拨码开关。

7、根据权利要求1所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述时钟模块是由I2C总线接口实时时钟芯片DS1307和+3V的纽扣电池组成，选用32.768kHz晶振。