CN203811726U - 微机保护装置抗干扰开关量检测电路 - Google Patents

Abstract

微机保护装置抗干扰开关量检测电路，包括至少一个开关量检测单元，检测开关量节点的开关量，并输出检测信号；还包括电源同步使能电路，其输出外部交流驱动电源的同步使能信号，所述同步使能信号与所述检测信号进行同步使能；电平转换电路，滤波电路，与所述电平转换电路的输出连接，过滤所述检测信号中与所述同步使能信号不同步的检测信号，过滤后的信号发送给微处理器；在同步使能信号作用下，各开关量检测单元输出的检测信号只有在与交流驱动电源同步的情况下有效输出。提高开关量抗干扰能力和开关量确认的准确度，达到减少开关量尤其是非电量保护的误动作，提高微机保护装置的可靠性。

Description

微机保护装置抗干扰开关量检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种开关量检测电路，具体地说是一种微机保护装置抗干扰开关量检测电路。

背景技术

微机继电保护器目前已逐步取代传统老式继电器，广泛应用于电力系统二次保护系统，微机保护装置采用嵌入式的微处理器为核心，实现电压电流模拟量，及开关量信息的采集，进数据处理，保护判断，且通过装置中的继电器出口回路，驱动断路器的分合闸线圈，实现一次线路故障切除保护；因此微机保护装置的本质是一台具有电压电流信息采集，开关量监测，数据处理保护控制等功能的嵌入式计算机。

对于微机保护装置来说，开关量的检测是非常重要的，开关量检测是指微处理器通过检测电路获得微机保护装置所在开关柜内一次设备的分合状态，以及高温瓦斯等变压器电动机设备的异常状态，因此开关量的特点是二值信息，即开或合，零或一，并最终转换成微处理器I.O引脚可读取的高低电平输入量。

开关量检测电路与一次设备的开关同步节点连接，将该节点分合状态反映成微处理器能识别的电平信号，是强电信息到弱电信息变送的过程。因此开关量一般采用光耦来实现开关信息转换，并实现隔离。典型的一次侧开关量检测电路由开关量驱动电源、开关量节点、限流电阻、光耦发射二极管输入端构成。经过光电转化，光耦接收端通过上拉电阻或下拉电阻转换成微处理器可识别的电平信号。

现有技术有一些检测开关量的电路，如中国专利文献CN203056577U、名称为《通用型开关量采集电路》中公布了一种通用型开关量采集电路，在电压正极和电压负极之间依次串联有外部开关量K、电阻R1和光电耦合器，所述光电耦合器的两端并联设置有电阻R2，输入电源经光电耦合器的光敏二极管与微处理器MCU连接，所述光电耦合器为双极性光电耦合器，在所述双极性光电耦合器和微处理器MCU之间设置有滤波电路。解决了现有技术中的中间继电器采集开关量的实时性较差、返回值大且线圈易损坏，普通光电耦合器采集电路易损坏、去抖动能力差、不适用于交流电源和采集距离短等技术问题，提供了一种去抖动能力强、交直流通用且采集距离远的通用型开关量采集电路。

该专利中的开关量检测电路，当在实际应用中，使用外部交流驱动电源时，存在如下问题：

1）     使用交流220V/110V电源做开关量检测的驱动电源带来的问题。由于普通光耦是单向工作的即只有过电流从光耦二极管正极流向负极，才能工作。因此使用普通光耦在交流开关量驱动电源下，只有交流电源供电的正半周具有开关量检测的能力，无法实现交流电源全周期时间内的开关量检测，时间上存在开关量检测的盲区，因此出现开关量检测不及时或漏检的情况。

2）     远距离开关量检测问题：配电系统中存在一些直接作用于信号出口和跳闸的开关量，如一次配电变压器设备的温度、瓦斯等非电量传感器输出的节点。这些节点分布在变压器本体中，与配电柜距离较远（可达几百米），且电磁环境恶劣，易受干扰。同时这些节点一旦闭合，就要启动微机保护中的非电量保护元件，实现跳闸，因此要求可靠性高，否则引起误动。在实际应用中，使用长导线对远距离的开关量进行连接。由于导线存在分布电容，交流驱动电源（交流220V，50Hz）电压通过分布电容耦合感应到开关量检测输入端，产生可达几十伏到上百伏的感应电压，驱动光耦电路，造成开关量误判，引起误动。

实用新型内容

为此，本实用新型要解决现有技术中无法实现电源全周期时间内的开关量检测，并且对在判断非电量保护开关量时，存在因为干扰电压而出现误判的情况，从而提出一种在长线路开关量检测回路中抑制干扰电压的开关量检测电路。

为解决上述技术问题，本实用新型的采用以下技术方案实现：

一种微机保护装置抗干扰开关量检测电路，包括至少一个开关量检测单元，与外部电源和开关量节点连接，检测开关量节点的开关量，并输出开关量检测信号；

还包括电源同步使能电路，其与所述开关量检测单元并联到所述外部电源上，其输出外部电源的同步使能信号，对所述开关量检测信号进行同步，将与其同频同相的检测信号使能输出，将不同步的信号屏蔽；

电平转换电路，分别与所述开关量检测单元的输出和所述电源同步使能电路的输出连接，将两者输出的信号转换为高低电平信号；

滤波电路，与所述电平转换电路的输出连接，过滤所述检测信号中与所述同步使能信号不同步的检测信号，过滤后的信号发送给微处理器。

优选地，多个所述开关量检测单元之间并联的与外部电源连接，每个所述开关量检测单元连接有对应的所述电平转换电路和所述滤波电路。

优选地，所述滤波电路为低通滤波电路。

优选地，还包括驱动增强电路，其与所述电源同步使能电路和所述开关量检测单元连接。

优选地，所述开关量检测单元包括光电耦合器Un，其中n≥1，所述光电耦合器Un与电阻Rn1和外部开关量Kn依次串联连接在电源的零线与火线之间，所述光电耦合器Un的发光二极管两端还并联有电阻Rn2。

优选地，所述电源同步使能电路包括光电耦合器U0，所述光电耦合器U0与电阻R01依次串联连接在电源的零线与火线之间，所述光电耦合器U0的发光二极管的两端还并联有电阻R02，所述电源同步使能电路与所述开关量检测单元并联的接在电源上。

优选地，所述光电耦合器为双向光电耦合。

优选地，所述低通滤波电路包括电阻RLn，其中n≥1，所述电阻RLn的一端为所述低通滤波电路的输入端，另一端与微处理器连接，在所述电阻RL1与微处理器连接点之间还与电容CLn的一端连接，所述电容CLn的另一端接地。

优选地，所述电平转换电路包括电阻Rn3，所述电阻Rn3一端与外接电源Vcc连接，另一端与所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极连接，所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极还与所述低通滤波电路的输入端连接，所述光电耦合器Un的光敏三极管的发射极与所述光电耦合器U0的集电极连接，所述光电耦合器U0的发射极接地。

优选地，所述驱动增强电路包括电阻R03和三极管Q1，所述三极管Q1的基极通过电阻R03与所述光电耦合器U0的光敏三极管的发射极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述光电耦合器Un的光敏三极管的发射极连接，所述电耦合器U0的光敏三极管的集电极外接电源Vcc。

优选地，所述电平转换电路还包括电阻Rn3，所述电阻Rn3一端与所述光电耦合器Un中光敏三极管的发射极连接，另一端接地，所述光电耦合器Un中光敏三极管的发射极还与所述低通滤波电路的输入端连接，所述光电耦合器Un的光敏三极管的集电极与所述光电耦合器U0中光敏三极管的发射极连接，所述光电耦合器U0的集电极接电源Vcc。

优选地，所述驱动增强电路包括电阻R03和三极管Q1，所述三极管Q1的基极通过电阻R03与所述光电耦合器U0的光敏三极管的集电极连接，所述光电耦合器U0的光敏三极管的发射极接地，所述三极管Q1的发射极外接电源Vcc。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

（1）本实用新型所述的微机保护装置抗干扰开关量检测电路，包括至少一个开关量检测单元，与外部电源和开关量节点连接，检测开关量节点的开关量，并输出检测信号；还包括电源同步使能电路，其与所述开关量检测单元并联到所述外部电源上，其输出外部电源的同步使能信号，所述同步使能信号与所述检测信号进行同步；电平转换电路，分别与所述开关量检测单元的输出和所述电源同步使能电路的输出连接，将两者输出的信号转换为高低电平信号；滤波电路，与所述电平转换电路的输出连接，过滤所述检测信号中与所述同步使能信号不同步的检测信号，过滤后的信号发送给微处理器；实现其他各路开关量检测信号的同步使能输出。在同步使能信号作用下，各开关量检测单元输出的检测信号只有在与交流驱动电源同步的情况下有效输出。而于交流电源不同步由于感应（电容感应或电感感应）或其他干扰情况下产生的开关输出，由于电容性或电感应感应电压，通常与交流驱动电源不同步，存在相位差，因此在同步使能电路作用下，不被使能输出。通过同步使能，可以区别出正常开关量输出，还是其他干扰或感应电压造成的开关误动作。提高开关量抗干扰能力和开关量确认的准确度，达到减少开关量尤其是非电量保护的误动作，提高微机保护装置的可靠性。 

（2）本实用新型所述的微机保护装置抗干扰开关量检测电路中，所述电平转换电路还包括驱动增强电路，可以提升使能驱动能力。

  （3）本实用新型所述的微机保护装置抗干扰开关量检测电路中，本方案所使用的光电耦合器，优选双向光耦，使得在交流电源驱动下，正负半周，即全波状态下都能实现开关量的监测。使用单向光耦也能满足电路要求，但要在单向光耦的输入端并连一个与光耦发光二级管方向相反的保护二极管，如附图所示。使用单向光耦，只能实现交流驱动下，正半周时间内的开关量监测。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1  是本实用新型一个实施例的结构框图；

图2  –图5是本实用新型另一个实施例的电路结构图；

图6、图7、图8是本实用新型另外实施例的电路结构图。

具体实施方式

下面提供本实用新型所述微机保护装置抗干扰开关量检测电路的具体实施方式。

实施例1

本实用新型所述的微机保护装置抗干扰开关量检测电路，如图1所示，包括至少一个开关量检测单元，与外部电源和开关量节点连接，检测开关量节点的开关量，并输出检测信号，因为实际应用中检测开关量时需要检测多组的开关量，具体所述开关量检测单元设置个数根据实际需要进行设置，所述外部电源在本实施例中为交流电源。

此外，还包括电源同步使能电路，其与所述开关量检测单元并联到所述外部交流电源上，其输出外部交流电源的同步使能信号，所述同步使能信号会与所述检测信号进行同步，所述检测信号中与所述同步使能信号同频同相的信号会与其同步，其他的不能与其同步。

其次，还设置有电平转换电路，分别与所述开关量检测单元的输出和所述电源同步使能电路的输出连接，将两者输出的信号转换为高低电平信号，具体转换为高电平信号或低电平信号按实际需要进行设定；还设置滤波电路，与所述电平转换电路的输出连接，过滤所述检测信号中与所述同步使能信号不同步即不同频同相的检测信号，过滤后的信号发送给微处理器，由微处理器进行状态监测；实现其他各路开关量检测信号的同步使能输出。

在本实施例中，多个所述开关量检测单元之间并联的与外部电源连接，且每个所述开关量检测单元连接有对应的所述电平转换电路和所述滤波电路。

在同步使能信号作用下，各开关量检测单元输出的检测信号只有在与交流驱动电源同步的情况下有效输出。而于交流电源不同步由于感应（电容感应或电感感应）或其他干扰情况下产生的开关输出，由于电容性或电感应感应电压，通常与交流驱动电源不同步，存在相位差，因此在同步使能电路作用下，不被使能输出。通过同步使能，可以区别出正常开关量输出，还是其他干扰或感应电压造成的开关误动作。提高开关量抗干扰能力和开关量确认的准确度，达到减少开关量尤其是非电量保护的误动作，提高微机保护装置的可靠性。

实施例2

在实施例1所述的微机保护装置抗干扰开关量检测电路的基础上，如图2、图3、图4、图5所示，本实施例中，电源同步使能电路，包括与交流驱动电源的同频同相的同步信号产生的电源同步检测光耦电路和开关量输出的同步使能电路，见图2。其中，交流驱动电源的同步信号产生电路，即该电路获取并输出交流驱动电源的同步信号，是其中的电源同步检测光耦电路；如图3的中框图部分所示，其中圈出的位置输出的波形如图所示；开关量输出的同步使能电路，用交流电源的同步信号对开关监测输出进行同步使能，在逻辑上实现逻辑“与”功能，如图4中框图部分所示。

所述开关量检测单元包括光电耦合器Un，因所述开关量检测单元至少设置一个，所以其中n≥1，以下符号中n与Un中的n对应，所述光电耦合器Un与电阻Rn1和外部开关量Kn依次串联连接在电源的零线N与火线L之间，所述光电耦合器Un的发光二极管两端还并联有电阻Rn2，电阻Rn2并联在光耦两输入端，与电阻Rn1构成电阻分压网络，使得光耦输入端在具有一定的启动电压才能启动光耦，该启动电压不能设置过大，否则会减低开关量检测灵敏度，所述发光二极管如采用单向光耦，则使用与使用二极管Dn反向与光耦发光二极管输入并联，使其在交流电压反向时起到保护光耦输入端的作用。也可以使用双向光耦，使得开关量检测单元在交流驱动电源的正负半轴都具有开关量检测回路，使用双向光耦时，二极管Dn可以省略。

所述电源同步使能电路包括光电耦合器U0，所述光电耦合器U0与电阻R01依次串联连接在电源的零线与火线之间，所述光电耦合器U0的发光二极管的两端还并联有电阻R02，所述光电耦合器U0的发光二极管如采用单向光耦，则其输入两侧需并联有二极管D0，如使用双向光耦时，则二极管D0可以省略，所述电源同步使能电路与所述开关量检测单元并联的接在电源上，就可以输出交流电源同频、同相的同步使能信号。

所述滤波电路在本实施例中为低通滤波电路，所述低通滤波电路包括电阻RLn，其中n≥1，所述电阻RLn的一端为所述低通滤波电路的输入端，另一端与微处理器连接，在所述电阻RL1与微处理器连接点之间还与电容CLn的一端连接，所述电容CLn的另一端接地。

所述电平转换电路包括电阻Rn3，所述电阻Rn3一端与外接电源Vcc连接，另一端与所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极连接，所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极还与所述低通滤波电路的输入端连接，所述光电耦合器Un的光敏三极管的发射极与所述光电耦合器U0的集电极连接，所述光电耦合器U0的发射极接地。

本实施例中所述开关量检测单元的光耦输出，采用低电平有效的输出方式，当交流电源的同步使能信号有效时，电源同步使能电路的光电耦合器输出导通接地，此时如果开关量检测单元检测到开关量闭合，其光电耦合器输出导通，并通过电源同步使能电路的光耦输出接地，形成低电平，再经低通滤波电路接入微处理器进行状态监测，而在使能无效的情况下，开关量检测单元输出被屏蔽，始终输出高电平。

因此在同步使能信号的同步作用下，只有在开关量节点正常闭合情况下，交流电源导通到开关量检测单元，其光耦输出的检测信号是与所述电源同步使能电路输出的同步使能信号是同步的，因此可以在同步使能作用下，形成电平信号送入微处理器。

实施例3

在实施例2所述的微机保护装置抗干扰开关量检测电路的基础上，如图6所示，还设置有驱动增强电路，所述驱动增强电路与所述电源同步使能电路和所述开关量检测单元的光耦输出端连接，所述驱动增强电路包括电阻R03和三极管Q1，所述电阻Rn3一端与外接电源Vcc连接，另一端与所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极连接，所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极还与所述低通滤波电路的输入端连接，所述三极管Q1的基极通过电阻R03与所述光电耦合器U0的光敏三极管的发射极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述光电耦合器Un的光敏三极管的发射极连接，所述电耦合器U0的光敏三极管的集电极外接电源Vcc，所述驱动增强电路可以增强所述电源同步使能电路输出的同步使能信号。

实施例4

在实施例1所述的微机保护装置抗干扰开关量检测电路的基础上，如图7所示，所述开关量检测单元包括光电耦合器Un，因所述开关量检测单元至少设置一个，所以其中n≥1，以下符号中n与Un中的n对应，所述光电耦合器Un与电阻Rn1和外部开关量Kn依次串联连接在电源的零线N与火线L之间，所述光电耦合器Un的发光二极管两端还并联有电阻Rn2，电阻Rn2并联在光耦两输入端，与电阻Rn1构成电阻分压网络，使得光耦输入端在具有一定的启动电压才能启动光耦，该启动电压不能设置过大，否则会减低开关量检测灵敏度，所述发光二极管如采用单向光耦，则使用与使用二极管Dn反向与光耦发光二极管输入并联，使其在交流电压反向时起到保护光耦输入端的作用。也可以使用双向光耦，使得开关量检测单元在交流驱动电源的正负半轴都具有开关量检测回路，使用双向光耦时，二极管Dn可以省略。。

所述电源同步使能电路包括光电耦合器U0，所述光电耦合器U0与电阻R01依次串联连接在电源的零线与火线之间，所述光电耦合器U0的发光二极管的两端还并联有电阻R02，所述电源同步使能电路与所述开关量检测单元并联的接在电源上，就可以输出交流电源同频、同相的同步使能信号。

所述滤波电路在本实施例中为低通滤波电路，所述低通滤波电路包括电阻RLn，其中n≥1，所述电阻RLn的一端为所述低通滤波电路的输入端，另一端与微处理器连接，在所述电阻RL1与微处理器连接点之间还与电容CLn的一端连接，所述电容CLn的另一端接地。

所述电平转换电路还包括电阻Rn3，所述电阻Rn3一端与所述光电耦合器Un中光敏三极管的发射极连接，另一端接地，所述光电耦合器Un中光敏三极管的发射极还与所述低通滤波电路的输入端连接，所述光电耦合器Un的光敏三极管的集电极与所述光电耦合器U0中光敏三极管的发射极连接，所述光电耦合器U0的集电极接电源Vcc。

本实施例将开关量检测单元和电源同步使能电路的输出按高电平有效方式接线，即在同步使能有效情况下，光电耦合器U0的输出导通，Vcc加载到各开关量检测单元的光耦的输出端，此时开关量检测输出被使能，如果开关量检测输入单元检测到闭环的开关量节点，该开关量检测单元的光耦输出导通，Vcc驱动产生高电平的开关量状态输出，经低通滤波器，送入微处理器。在开关量使能无效的情况下，开关量检测单元始终保持低电平输出。

实施例5

在实施例4所述的微机保护装置抗干扰开关量检测电路的基础上，如图8所示，还设置有驱动增强电路，所述驱动增强电路与所述电源同步使能电路和所述开关量检测单元的光耦输出端连接，所述驱动增强电路包括电阻R03和三极管Q1，所述电阻Rn3一端与所述光电耦合器Un中光敏三极管的发射极连接，另一端接地，所述光电耦合器Un中光敏三极管的发射极还与所述低通滤波电路的输入端连接，所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极与所述三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的基极通过电阻R03与所述光电耦合器U0的光敏三极管的集电极连接，所述光电耦合器U0的光敏三极管的发射极接地，所述三极管Q1的发射极外接电源Vcc，所述驱动增强电路可以提升驱动能力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种微机保护装置抗干扰开关量检测电路，包括至少一个开关量检测单元，与外部电源和开关量节点连接，检测开关量节点的开关量，并输出开关量检测信号；

其特征在于，还包括电源同步使能电路，其与所述开关量检测单元并联到所述外部电源上，其输出外部电源的同步使能信号，对所述开关量检测信号进行同步，将与其同频同相的检测信号使能输出，将不同步的信号屏蔽；

电平转换电路，分别与所述开关量检测单元的输出和所述电源同步使能电路的输出连接，将两者输出的信号转换为高低电平信号；

滤波电路，与所述电平转换电路的输出连接，过滤所述检测信号中与所述同步使能信号不同步的检测信号，过滤后的信号发送给微处理器。

2.根据权利要求1所述的开关量检测电路，其特征在于，还包括驱动增强电路，其与所述电源同步使能电路和所述开关量检测单元连接。

3.根据权利要求2所述的开关量检测电路，其特征在于，所述开关量检测单元包括光电耦合器Un，其中n≥1，所述光电耦合器Un与电阻Rn1和外部开关量Kn依次串联连接在电源的零线与火线之间，所述光电耦合器Un的发光二极管两端还并联有电阻Rn2。

4.根据权利要求3所述的开关量检测电路，其特征在于，所述滤波电路为低通滤波电路，所述光电耦合器为双向光电耦合。

5.根据权利要求4所述的开关量检测电路，其特征在于，所述电源同步使能电路包括光电耦合器U0，所述光电耦合器U0与电阻R01依次串联连接在电源的零线与火线之间，所述光电耦合器U0的发光二极管的两端还并联有电阻R02。

6.根据权利要求5所述的开关量检测电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括电阻RLn，其中n≥1，所述电阻RLn的一端为所述低通滤波电路的输入端，另一端与微处理器连接，在所述电阻RL1与微处理器连接点之间还与电容CLn的一端连接，所述电容CLn的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的开关量检测电路，其特征在于，所述电平转换电路包括电阻Rn3，所述电阻Rn3一端与外接电源Vcc连接，另一端与所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极连接，所述光电耦合器Un中光敏三极管的集电极还与所述低通滤波电路的输入端连接，所述光电耦合器Un的光敏三极管的发射极与所述光电耦合器U0的集电极连接，所述光电耦合器U0的发射极接地。

8.根据权利要求6所述的开关量检测电路，其特征在于，所述驱动增强电路包括电阻R03和三极管Q1，所述三极管Q1的基极通过电阻R03与所述光电耦合器U0的光敏三极管的发射极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述光电耦合器Un的光敏三极管的发射极连接，所述电耦合器U0的光敏三极管的集电极外接电源Vcc。

9.根据权利要求6所述的开关量检测电路，其特征在于，所述电平转换电路还包括电阻Rn3，所述电阻Rn3一端与所述光电耦合器Un中光敏三极管的发射极连接，另一端接地，所述光电耦合器Un中光敏三极管的发射极还与所述低通滤波电路的输入端连接，所述光电耦合器Un的光敏三极管的集电极与所述光电耦合器U0中光敏三极管的发射极连接，所述光电耦合器U0的集电极接电源Vcc。

10.根据权利要求6所述的开关量检测电路，其特征在于，所述驱动增强电路包括电阻R03和三极管Q1，所述三极管Q1的基极通过电阻R03与所述光电耦合器U0的光敏三极管的集电极连接，所述光电耦合器U0的光敏三极管的发射极接地，所述三极管Q1的发射极外接电源Vcc，所述三极管Q1的集电极与所述光电耦合器Un的光敏三极管的集电极连接。