CN202995006U - 一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的是一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其包括电源模块、背板总线和CPU模块，电源模块通过背板总线连接CPU模块，电源模块包括电解电容、用于检测电解电容环境温度的采集模块、与采集模块线连接的电流采样运算放大电路以及用于存储电解电容状态信息的存储器，电流采样运算放大电路串联在电源模块输出回路；采集模块和存储器均与CPU模块相连接。本实用新型根据铝电解电容剩余寿命预测数学模型来实时估算电源模块的剩余寿命，在剩余寿命数值达到报警门槛时给出报警信息，提示维护人员进行检修更换。本实用新型电路简单，成本低，可靠性高，实用性强，提高了继电保护装置的可靠性，降低了维护成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及继电保护装置，技术领域属工业控制，具体涉及的是一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路。
背景技术
继电保护装置是确保电网和电力设备安全的重要保障。继电保护装置的可靠性对供电可靠性、供电设备和人员的安全都具有及其重要的意义。
实践证明继电保护装置的可靠性和装置电源的可靠性具有很强的相关性，装置电源的失效是导致继电保护装置故障的一个重要原因。为了维护继电保护装置良好的工作状况，电网运行人员普遍采取了定期检修的机制。但是，长期以来，因为无法在线获取电源模块的实际健康状态，对装置电源的检修一直存在着“欠检修”和“过检修”两种不理想的状况。“欠检修”导致寿命即将终止的装置电源得不到更换，非常容易引起装置故障；“过检修”增加了停电检修的次数，同时也造成了投资的浪费。
实用新型内容
针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种便于预测整个继电保护装置电源剩余寿命的电源检测电路，实现继电保护装置电源模块的状态监测和状态检修；提高了继电保护装置的可靠性，降低了维护成本。
为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其包括电源模块、背板总线和CPU模块，所述电源模块通过背板总线连接CPU模块，所述电源模块包括电解电容、用于检测电解电容环境温度的采集模块、与采集模块线连接的电流采样运算放大电路以及用于存储电解电容状态信息的存储器，所述电流采样运算放大电路串联在电源模块的输出回路上，所述采集模块和存储器均与CPU模块相连接；其通过铝电解电容剩余寿命预测数学模型来实时估算电源模块的剩余寿命，在剩余寿命数值达到报警门槛时给出报警信息，提示维护人员进行检修更换。
所述电解电容与CPU模块连接的电路上还设置有电流采样电阻，所述电流采样运算放大电路连接电流采样电阻的两端，并与电流采样电阻组成负载电流测量电路。
根据上述一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其中，所述采集模块采用的是半导体温度传感器或ADC集成芯片（模数转换器）。
根据上述一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其中，所述采集模块和存储器均通过I2C总线与CPU模块相连接，上述背板总线上以及存储器上均设置有I2C接口；所述CPU模块通过背板总线上的I2C接口读取电源模块上的温度采样值；同时，电源模块的累计工作时间数据通过I2C接口的存储器上，所述存储器并将累计工作时间数据输送给CPU模块，供其读取。
根据上述一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其中，所述存储器采用的是EEPROM芯片。
根据上述一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其中，所述电解电容状态信息为剩余寿命数值信息和初始温度值信息，所述CPU模块通过建立电解电容温度T和剩余寿命Lr的数学模型估算出电源模块的剩余寿命数值（按小时计算），并将这个剩余寿命数值写入电源模块的存储器内。
根据上述一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其中，上述数学模型的计算公式为：
(1)
(3)；
式中，
为剩余寿命；
为额定寿命，通过电容器规格书获取；
为最高使用温度，通过电容器规格书获取；
为最大容许纹波电流时所规定的纹波发热，通过测试获取；
为电容器所处环境温度，通过温度传感器在线实测获取；
为电容器表面温度，通过环境温度推算获取；为实际纹波造成的温升，由式(2)计算获得；
为额定最大纹波电流，通过电容器规格书获取；
：实际纹波电流，通过电源设计参数计算获取；
为电容器散热因子，与电容器尺寸相关，为常数。
当电源模块剩余寿命减少至报警门槛值时，CPU模块通过人机界面和报文通信给出报警信息，提示运行维护人员进行检修更换。
本实用新型根据电解电容剩余寿命预测数学模型来实时估算电源模块的剩余寿命，在剩余寿命数值达到报警门槛时给出报警信息，提示维护人员进行检修更换，其电路简单，整体方案成本低，数据通信总线简单，可靠性高，实用性强，占用资源少，提高了继电保护装置的可靠性，降低了维护成本。并且 无需专门配置专用处理器进行计算，借用继电保护装置必备的CPU模块即可；其实现继电保护装置电源模块的状态监测和状态检修。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；
图1为本实用新型的原理框图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
参见图1，本实施例一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其包括电源模块、背板总线和CPU模块，该电源模块通过背板总线连接CPU模块，所述电源模块包括电解电容、用于检测电解电容环境温度的采集模块U1、与采集模块线连接的电流采样运算放大电路U3以及用于存储电解电容状态信息的存储器U2。其中，电流采样运算放大电路串联在电源模块输出回路，所述采集模块和存储器均通过I2C总线与CPU模块相连接。
本实施例中，电解电容为铝电解电容，采集模块U1采用的是半导体温度传感器/ADC集成芯片，存储器U2采用的是EEPROM芯片，采集模块U1靠近铝电解电容安装，用于测量这些电容附近的工作环境温度
，用于推算电容器表面温度
。电流采样运算放大电路U3和连接在电解电容与CPU模块之间的电流采样电阻组成负载电流测量电路，输出的电压模拟量由采样模块U1采集。电解电容实际工作纹波电流是电源模块整流电路电感值L、滤波电容值C和负载电流I的函数，L和C是已知参数，测量负载电流即可计算实际工作纹波电流
。EEPROM芯片U2用于存储电源模块相关参数和剩余寿命数值，且电源模块相关参数、生产日期、额定寿命等信息在出厂测试环节固化到EEPROM芯片内。
值得一提的是，电解电容的在特定电气指标下使用的寿命受温度的影响最大，本实施例通过温度传感器采集电解电容附近的环境温度，并进一步推测出其自身工作温度。继电保护装置的CPU模块通过背板总线上的I2C接口读取电源模块上的温度采样值，同时，电源模块的累计工作时间也记录在电源模块上具有I2C接口的存储器上，这个数据也被CPU模块读取。CPU模块通过建立电解电容温度T和剩余寿命Lr的数学模型，由CPU模块估算出电源模块的剩余寿命（按小时计算），并将这个数值写入电源模块的存储器内。
继电保护装置上电运行后，CPU模件先读取电源模块上存储器内剩余寿命数值和初始温度值，之后每隔30分钟读取一次温度值，计算剩余寿命，并将计算结果存入电源模块。
当电源模块剩余寿命减少至报警门槛值时，CPU模件通过人机界面和报文通信给出报警信息，提示运行维护人员进行检修更换。
上述剩余寿命的评估即按照如下数学模型进行计算：
式中，
：最高使用温度，通过电容器规格书获取；
：电容器表面温度，通过环境温度
推算获取；
本实施例使用半导体温度传感器/ADC集成芯片、EEPROM芯片和电流检测运算放大电路组成的简单电路监测电源模块上的铝电解电容工作状态， CPU模块估算出电源模块的剩余寿命（按小时计算），并将这个数值写入电源模块的存储器内；其用于监测装置电源中的最易老化失效的铝电解电容的纹波电流、工作温度等数据，并根据铝电解电容剩余寿命预测数学模型来实时估算电源模块的剩余寿命，在剩余寿命数值达到报警门槛时给出报警信息，提示维护人员进行检修更换；其电路简单，成本低，可靠性高，实用性强，提高了继电保护装置的可靠性，降低了维护成本。
而且，电源模块每次工作时，根据上述实测数据和额定参数计算出的剩余寿命将按照每30分钟一次的周期不断地刷新和记录。当剩余寿命达到报警阀值时，装置通过人机界面和通信报文等手段向维护人员提供告警信息，实现了电源模块温度超标报警等附带功能。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其包括电源模块、背板总线和CPU模块，所述电源模块通过背板总线连接CPU模块，所述电源模块包括电解电容、用于检测电解电容环境温度的采集模块、与采集模块连接的电流采样运算放大电路以及用于存储电解电容状态信息的存储器，所述电流采样运算放大电路串联在电源模块的输出回路上，所述采集模块和存储器均与CPU模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其特征在于，所述电源模块的输出回路上还设置有电流采样电阻；所述电流采样运算放大电路连接电流采样电阻的两端，并与电流采样电阻组成负载电流测量电路。
3.根据权利要求1所述的一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其特征在于，所述采集模块采用的是半导体温度传感器或ADC集成芯片。
4.根据权利要求1所述的一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其特征在于，所述采集模块和存储器均通过I2C总线与CPU模块相连接，上述背板总线和存储器上均设置有I2C接口；所述CPU模块通过背板总线上的I2C接口读取电源模块上的温度采样值；同时，电源模块的累计工作时间数据通过I2C接口存储在的存储器上，所述存储器并将累计工作时间数据输送给CPU模块。
5.根据权利要求1或4所述的一种预测继电保护装置剩余寿命的电源检测电路，其特征在于，所述存储器采用的是EEPROM芯片。
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