CN203166487U

CN203166487U - 数字式低压线路保护器

Info

Publication number: CN203166487U
Application number: CN 201220718034
Authority: CN
Inventors: 吴东波
Original assignee: Dandong Huatong Measurement & Control Co Ltd
Current assignee: Dandong Huatong Measurement & Control Co Ltd
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2022-12-24

Abstract

一种数字式低压线路保护器，由供电电源、电量监测变送器、电阻式温度传感器、高速运算放大器、运算放大器、DSP高性能处理器、非易失外部数据存储器、开光量采集光电耦合器和磁隔离通讯芯片组成，AD运算放大器采集电压/电流/漏电、温度二次变送电信号，通过DSP高性能处理器的AD采样接口，对监测到的故障数据进行瞬态波形捕捉10组电压电流波形，每周波64个点，通过对外部开关设备状态所设定预警限值或保护跳闸限值电量进行64个故障SOE事件记录，有效地监视低压线路母线保护控制及负载运行状况，保证电压线路的运行安全，及时反映突发事件,控制和降低供配电的能耗，实现低压配电系统的就地和远程监控能源和生产工艺智能化控制和管理。

Description

数字式低压线路保护器

技术领域

本实用新型涉及一种配电线路保护装置，具体说涉及低压供配电线路负荷保护控制器。

背景技术

随着电力事业的飞速发展，尤其是我国各大城市陆续开工的城市大型公共建筑项目，电力系统中出现了越来越多的低压线路故障，电网质量下降，低压线路超负荷运行，导致低压线路用户出现大面积停电事故以及发生电气火灾的安全隐患。这些故障若采用传统的电流保护或断路开关保护方式，在整定值与动作时间上都难以配合，抗干扰能力差，易受线路故障影响，故障发生后不能准确判定故障原因。而且不能够对低压线路故障的预警报告、故障事故的问题数据分析以及电气火灾的防范，因此将影响整个低压配电线路的稳定运行安全，可造成大面积低压线路停电事故以及人身和财产损失的隐患。

发明内容

针对现有低压线路保护装置存在的缺陷，本实用新型提出一种反应灵敏，控制精度高，抗干扰能力强且体积较小，具有低压线路投切开关，电量、温度监测及控制，低压母线电压监测及保护，母线开关投切控制，支线负荷电流监测及泄露电流的监测，保护跳闸电量故障波形录波功能的数字式低压线路保护器。

解决上述技术问题所采取的具体技术措施是：一种数字式低压线路保护器，包括供电电源，其特征是：由电量监测变送器、电阻式温度传感器、TLC2254高速运算放大器、LM358运算放大器、DSP高性能处理器TMS320F2802、非易失外部数据存储器FM24C256、EL817开光量采集光电耦合器和磁隔离通讯芯片ADM2483组成，各部件的连接关系是：多相线路的电压、电流、漏电电流及频率的检测线路通过连接电压、电流和漏电隔离变送器的信号输入端，电压隔离变送器的信号输出端的任意管脚串接10K电阻连接TLC2254高速运算放大器U8的信号输入端的5脚、10脚、12脚，TLC2254高速运算放大器的信号输出端的7脚、8脚和14脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚33脚、34脚和23脚，频率信号采集通过电压隔离变送器的信号输出端串接22K电阻连接TLC2254高速运算放大器的信号输入端的2脚，TLC2254高速运算放大器的信号输出端1脚连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚43脚，电流隔离变送器的信号输出端的任意管脚串接10K电阻分别连接TLC2254高速运算放大器U7和U9的信号输入端的12脚、5脚和3脚，TLC2254高速运算放大器的信号输出端的14脚、7脚和1脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚27脚、28脚、29脚、30脚、31脚和32脚，漏电电流隔离变送器的信号输出端的任意管脚串接10K电阻连接TLC2254高速运算放大器U11的信号输入端的12脚、10脚、5脚和3脚，TLC2254高速运算放大器的信号输出端的14脚、8脚、7脚和1脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚19脚、20脚、21脚和22脚，线路温度测量采用铂热电阻式温度传感器，铂热电阻式温度传感器的信号输出端串接10K电阻并与VCC串接10欧电阻分别连接LM358运算放大器U21、U22和U23的3脚并与阻值信号采样的公共端GND串接10K电阻分别连接LM358运算放大器U21、U22和U23的2脚，LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输出端1脚与采样的公共端2脚GND串接330K电阻，LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输出端1脚串接10K电阻连接LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输入端5脚，LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输入端6脚与GND串接10K电阻以及串接30K电阻连接LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输出端7脚分别连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚的18脚、17脚和16脚；DSP高性能处理器TMS320F2802的83脚、79脚、72脚、71脚、70脚和93脚连接驱动控制芯片MC1413的输入端1脚、2脚、3脚、4脚、5脚和6脚，驱动控制芯片MC1413的输出端16脚、15脚、14脚、13脚、12脚和11脚连接所控制输出的继电器OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5和OUT6；DSP高性能处理器TMS320F2802的100脚、5脚和99脚连接非易失外部数据存储器FM24C256的信号输入端5脚、6脚和7脚，DSP高性能处理器TMS320F2802的100脚和5脚连接高精度时钟PCF8563的5脚和6脚，DSP高性能处理器TMS320F2802的47脚、8脚和9脚连接具有磁隔离通讯芯片ADM2483的5脚、6脚和3脚，磁隔离通讯芯片ADM2483的5脚与4脚相连，DSP高性能处理器TMS320F2802的50脚、51脚、52脚、53脚、54脚、56脚、57脚、58脚、60脚、63脚和64脚分别连接EL817开光量采集光电耦合器U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U11、U12和U13的4脚；后备电源的FL1和FL2两个超级电容10F/2.7v串接，其正极端连接DSP高性能处理器TMS320F2802的VCC、5V供电端，负极连接DSP高性能处理器TMS320F2802的接地端，DSP高性能处理器TMS320F2802的76脚、75脚、74脚和73脚连接数据显示屏。

本实用新型的有益效果：AD运算放大器通过采集（电压/电流/漏电、温度）二次变送电信号，通过DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样接口进行数据计算，得出电量数据（包括电流、电压、谐波、频率等数据）并进行数据分析，并且对监测到的故障数据进行瞬态波形捕捉10组电压电流波形，每周波64个点，捕捉10个周波（即100ms），捕捉波形数据包含时标，精确到毫秒，装置掉电后采用延时后备电源对装置延时供电，能够将瞬态波形捕捉的故障波形进行数据储存。另外通过对外部开关设备状态的监视以及对于达到所设定预警限值或保护跳闸限值电量进行64个故障SOE事件记录，有效地监视低压线路母线保护控制及负载运行状况，并且对低压线路故障发生后有效地还原故障发生时的数据电量信息及开关状态，同时可以对低压线路故障保护进行控制输出，同时可通过数据通讯及数据显示单元进行低压线路保护装置故障监测信息进行数据还原显示，这样可以保证低压线路的运行安全，及时反映突发事件，预防和避免大面积停电和电气火灾等事故造成的经济损失和人身安全，不但可以控制和降低供配电的能耗，同时可实现低压配电系统的就地和远程监控（遥测、遥控、遥信、遥调）等的能源和生产工艺一体化智能化控制和管理。

附图说明

图1是本实用新型数字式低压线路保护器监测与保护项目的框图；

图2是本实用新型数字式低压线路保护器原理框图；

图3是本实用新型数字式低压线路保护器主控电路原理图；

图4是本实用新型数字式低压线路保护器电量信号采集电路原理图；

图5是本实用新型数字式低压线路保护器跳闸控制输出（继电器输出）电路原理图；

图6是本实用新型数字式低压线路保护器开关状态光隔采集电路原理图；

图7是本实用新型数字式低压线路保护器供电电源电路原理图。

具体实施方式

结合附图详细说明本实用新型的结构原理。

一种数字式低压线路保护器的应用及结构工作原理如图1所示，通过对低压线路进线、母线、支线负荷、开关设备等进行电量（电压、电流、对地泄露电流）、温度及开关状态的监视与投切控制，实现对低压线路运行安全进行保护与控制。

一种数字式低压线路保护器如图2所示，由常规的高精度、高线性精密电流/电压隔离变送器、漏电电流隔离变送器和铂热电阻式温度传感器，将电流、电压和漏电电流的二次变送信号与温度二次变送的阻值信号送入TLC2254高速运算放大器（美国TI）、LM358运算放大器（美国TI）对电信号运算放大，DSP高性能处理器TMS320F2802（美国TI）采集运算放大器的电信号进行数据分析处理。对于在采集电量过程中对低压线路出现的故障，根据所设定的限值进行保护控制，并且对故障发生时的电量波形进行捕捉。低压线路保护器在线路故障失电后，通过超级电容10F/2.7V(后备电源)（韩国starcap）将失电过程中捕捉的故障波形，储存到非易失外部数据存储器FM24C256（美国Ramtron）进行故障原因分析，同时对产生的故障信息进行64个故障SOE事件记录，便于对整个低压线路的运行状态监测与预警。DSP高性能处理器TMS320F2802通过EL817开光量采集光电耦合器（台湾亿光）采集外部开关的运行状态, DSP高性能处理器TMS320F2802通过磁隔离通讯芯片ADM2483（美国ADI）与PC系统进行数据传输。

结合电路图说明装置间各电路器件间的连接关系：电压、频率、电流（包括漏电电流）AD采样运算放大电路原理，如图4所示，电压隔离变送器的信号输出端的两个管脚的任意一个管脚串接10K电阻连接TLC2254高速运算放大器U8的信号输入端的5脚、10脚和12脚，电压隔离变送器的信号输出端另一个管脚连接采样电信号接地端AGND并串接10K电阻进入TLC2254高速运算放大器的6脚、9脚和13脚，TLC2254高速运算放大器的电信号输出端7脚、8脚和14脚与采样电信号接地端AGND 的6脚、9脚和13脚串接30K电阻形成反馈，TLC2254高速运算放大器的信号输出端7脚、8脚和14脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚，进行电压电量AD采样信号数据采集分析。频率信号采集通过第一路电压隔离变送器的信号输出端两个管脚的任意一个管脚串接22K电阻连接TLC2254高速运算放大器的信号输入端的2脚, 频率信号采集通过第一路电压隔离变送器的信号输出端另一个管脚连接采样电信号接地端AGND并串接22K电阻连接TLC2254高速运算放大器U8的3脚，TLC2254高速运算放大器的信号输出端1脚与采样电信号接地端AGND 的3脚串接3M电阻形成反馈，TLC2254高速运算放大器的信号输出端1脚连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚，进行电量频率AD采样信号数据采集分析。电流隔离变送器的信号输出端的任意管脚串接10K电阻分别连接TLC2254高速运算放大器U7和U9的信号输入端的12脚、5脚和3脚，电流隔离变送器的信号输出端另一个管脚连接采样电信号接地端AGND并串接10K电阻分别连接TLC2254高速运算放大器U7和U9的13脚、6脚和2脚，TLC2254高速运算放大器U7和U9的电信号输出端14脚、1脚和7脚与采样电信号接地端AGND 的12脚、6脚和2脚串接30K电阻形成反馈，TLC2254高速运算放大器U7和U9的信号输出端14脚、7脚和1脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，TLC2254高速运算放大器U7和U9的信号输出端14脚、7脚和1脚连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚，进行电流电量AD采样信号数据采集分析。漏电电流隔离变送器的信号输出端的任意管脚串接10K电阻连接TLC2254高速运算放大器U11的信号输入端的12脚、10脚、5脚和3脚，漏电电流隔离变送器的信号输出端另一个管脚连接采样电信号接地端AGND并串接10K电阻进入TLC2254高速运算放大器U11的13脚、9脚、6脚和2脚，TLC2254高速运算放大器U11的电信号输出端14脚、8脚、1脚和7脚与采样电信号接地端AGND 的12脚、10脚、6脚和2脚串接30K电阻形成反馈，TLC2254高速运算放大器U11的信号输出端14脚、8脚、7脚和1脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚，进行漏电电流电量AD采样信号数据采集分析。线路温度测量采用铂热电阻式温度传感器，铂热电阻式温度传感器的信号输出端串接10K电阻并与VCC串接1k电阻分别连接LM358运算放大器U21、U22和U23的3脚，温度信号采样的公共端GND串接10K电阻分别连接LM358运算放大器U21、U22和U23的2脚，LM358运算放大器U21、U22和U23的温度采样信号输出端1脚与温度信号采样的公共端2脚GND串接330K电阻形成反馈，LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输出端1脚串接10K电阻连接LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输入端5脚，LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输入端6脚与温度信号采样的公共端GND串接10K电阻以及串接30K电阻连接LM358运算放大器U21、U22和U23的温度信号输出端7脚，LM358运算放大器U21、U22和U23分别连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚进行温度数据采样计算，能够有效地防止因设备开关触点老化产生电弧造成温度升高引起电气火灾。LM336-2.5作为采样数据的基准电压源，用于采样信号的数据稳定。

外部开关状态光隔信号的采集电路，如图6所示，通过外部开关通断信号串接1K和510欧电阻进入EL817开光量采集光电耦合器的1脚，通过装置供电电源提供的-24V串接510欧电阻进入EL817开光量采集光电耦合器的2脚形成光电导通信号，通过EL817开光量采集光电耦合器的4脚连接4.7K电阻串接VCC，同时进入DSP高性能处理器TMS320F2802进行开关状态的信号采集，实现外部开关状态的信号采集。

DSP高性能处理器TMS320F2802主控电路原理，如图3所示,三相电压AD信号采样管脚连接DSP高性能处理器TMS320F2802的33脚、34脚和23脚，频率AD信号采样连接DSP高性能处理器TMS320F2802的43脚，六路电流AD采样信号连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚27脚、28脚、29脚、30脚、31脚和32脚，4路漏电电流AD采样信号连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚19脚、20脚、21脚和22脚，三路温度AD采样信号连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚18脚、17脚和16脚，通过电量信号和开关设备的温度信号的采集对电气运行的数据进行分析；DSP高性能处理器TMS320F2802的83脚、79脚、72脚、71脚、70脚和93脚连接驱动控制芯片MC1413的输入端1脚、2脚、3脚、4脚、5脚和6脚，驱动控制芯片MC1413的输出端16脚、15脚、14脚、13脚、12脚和11脚，连接所控制输出的继电器OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5和OUT6； DSP高性能处理器TMS320F2802的100脚、5脚和99脚连接非易失外部数据存储器FM24C256的信号输入端5脚、6脚和7脚，形成SPI总线读/写方式进行数据及故障信息的数据储存，DSP高性能处理器TMS320F2802的100脚和5脚连接高精度时钟PCF8563（荷兰PHILIPS）的5脚和6脚，保证高精度时钟PCF8563的时钟数据不易丢失，高精度时钟PCF8563供电电源单独采用B3法拉电容0.47F/5.5V供电，正极连接高精度时钟PCF8563的8脚，负极连接高精度时钟PCF8563的4脚。DSP高性能处理器TMS320F2802的47脚、8脚和9脚连接具有磁隔离通讯芯片ADM2483的5脚、6脚和3脚，磁隔离通讯芯片ADM2483的5脚与4脚相连，磁隔离通讯芯片ADM2483的12脚和13脚连接外部485总线接口，实现与PC系统的数据传输。DSP高性能处理器TMS320F2802的50脚、51脚、52脚、53脚、54脚、56脚、57脚、58脚、60脚、63脚和64脚分别连接11路EL817开光量采集光电耦合器的4脚，作为外部开关状态的信号采集；后备电源的FL1和FL2两个超级电容10F/2.7v串接，其正极端连接DSP高性能处理器TMS320F2802的VCC、5V供电端，负极连接DSP高性能处理器TMS320F2802的接地端，实现装置因外部故障失电后的延时电源，装置失电后可延时供电时间30秒。DSP高性能处理器TMS320F2802的76脚、75脚、74脚和73脚连接数据显示屏，驱动常规的数据显示单元，进行数据显示。

常规的保护跳闸控制输出继电器电路，如图5所示,继电器采用欧姆龙OMRON G5Q-14具有双触点（常开/常闭）10A容量继电器。

常规的装置供电电源电路，如图7所示,按常规方法将AC/DC220V电压经变压整流向装置提供DC24 V、DC12V、DC5 V工作电源，为A/D运放电路、DSP高性能处理器TMS320F2802及保护控制电路提供安全稳定的供电电源。

Claims

1.一种数字式低压线路保护器，包括供电电源，其特征是：由电量监测变送器、电阻式温度传感器、TLC2254高速运算放大器、LM358运算放大器、DSP高性能处理器TMS320F2802、非易失外部数据存储器FM24C256、EL817开光量采集光电耦合器和磁隔离通讯芯片ADM2483组成，各部件的连接关系是：多相线路的电压、电流、漏电电流及频率的检测线路通过连接电压、电流和漏电隔离变送器的信号输入端，电压隔离变送器的信号输出端的任意管脚串接10K电阻连接TLC2254高速运算放大器U8的信号输入端的5脚、10脚、12脚，TLC2254高速运算放大器的信号输出端的7脚、8脚和14脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚33脚、34脚和23脚，频率信号采集通过电压隔离变送器的信号输出端串接22K电阻连接TLC2254高速运算放大器的信号输入端的2脚, TLC2254高速运算放大器的信号输出端1脚连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚43脚；电流隔离变送器的信号输出端的任意管脚串接10K电阻分别连接TLC2254高速运算放大器U7和U9的信号输入端的12脚、5脚和3脚，TLC2254高速运算放大器的信号输出端的14脚、7脚和1脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚27脚、28脚、29脚、30脚、31脚和32脚；漏电电流隔离变送器的信号输出端的任意管脚串接10K电阻连接TLC2254高速运算放大器U11的信号输入端的12脚、10脚、5脚和3脚，TLC2254高速运算放大器的信号输出端14脚、8脚、7脚和1脚串接100欧电阻并与采样电信号接地端AGND串接0.1μF校正电容，连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚19脚、20脚、21脚和22脚；线路温度测量采用铂热电阻式温度传感器，铂热电阻式温度传感器的信号输出端串接10K电阻并与VCC串接10欧电阻分别连接LM358运算放大器U21、U22和U23的3脚并与阻值信号采样的公共端GND串接10K电阻分别连接LM358运算放大器U21、U22和U23的2脚，LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输出端1脚与采样的公共端2脚GND串接330K电阻，LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输出端1脚串接10K电阻连接LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输入端5脚，LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输入端6脚与GND串接10K电阻以及串接30K电阻连接LM358运算放大器U21、U22和U23的电信号输出端7脚分别连接DSP高性能处理器TMS320F2802的AD采样管脚的18脚、17脚和16脚； DSP高性能处理器TMS320F2802的83脚、79脚、72脚、71脚、70脚和93脚连接驱动控制芯片MC1413的输入端1脚、2脚、3脚、4脚、5脚和6脚，驱动控制芯片MC1413的输出端16脚、15脚、14脚、13脚、12脚和11脚，连接所控制输出的继电器OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5和OUT6； DSP高性能处理器TMS320F2802的100脚、5脚和99脚连接非易失外部数据存储器FM24C256的信号输入端5脚、6脚和7脚，DSP高性能处理器TMS320F2802的100脚和5脚连接高精度时钟PCF8563的5脚和6脚，DSP高性能处理器TMS320F2802的47脚、8脚和9脚连接磁隔离通讯芯片ADM2483的5脚、6脚和3脚，磁隔离通讯芯片ADM2483的5脚与4脚相连；DSP高性能处理器TMS320F2802的50脚、51脚、52脚、53脚、54脚、56脚、57脚、58脚、60脚、63脚和64脚分别连接EL817开光量采集光电耦合器U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U11、U12和U13的4脚；后备电源的FL1和FL2两个超级电容10F/2.7v串接，其正极端连接DSP高性能处理器TMS320F2802的VCC、5V供电端，负极连接DSP高性能处理器TMS320F2802的接地端，DSP高性能处理器TMS320F2802的76脚、75脚、74脚和73脚连接数据显示屏。