CN208445269U - 一种继电保护装置的可靠性系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种继电保护装置的可靠性系统，其包括继电器保护装置，继电器保护装置包括相互连接的处理器MCU和FPGA芯片，FPGA芯片上的连接有74HC245芯片和三片并联的A/D芯片；三片A/D芯片与12*2路模拟通道连接；74HC245芯片的HC245_OE_PWM脚挂接到处理器MCU的一个I/O上，74HC245芯片的HC245_OE脚与光耦连接，光耦与12路开出通路连接。本实用新型设计合理，充分解决了继电保护装置中，由于硬件设施的损坏而给整个装置带来不可靠影响的缺陷；实现了采样器自检，当装置的核心器件故障时，出口芯片立即锁死，防止误动；当装置的芯片出现故障时，通过设计外部电路继电器，来使得出口上的关键继电器导通的概率可以极大的降低；在继电保护技术领域内可得到广泛运用。
Description
技术领域
本实用新型涉及继电器保护技术领域，具体涉及一种继电保护装置的可靠性系统。
背景技术
继电保护装置在变电站综合自动化应用非常广泛，对继电保护装置要求具备可靠性、灵敏性、速动性、选择性。可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求；安全性要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动；信赖性要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。在继电保护装置中，软件设计已经对可靠性做出相对完善的设计和考虑，即便应用过程中发现缺陷，通过程序修改也能方便快捷的处理缺陷。但是由于硬件设计存在的可靠性问题，则很难通过快速有效的方式解决问题；因此硬件结构设计阶段应该充分考虑可靠性的设计。
在实际应用中，由于各种器件失效的原因引发的装置误动和拒动时有发生。继电保护装置在实际应用中可以高达10年不断电长期运行，工作环境比较恶劣，比如高温、湿热变化、强力和持续的电磁干扰等等，都会影响元器件的寿命。器件损坏的表征可能不尽相同，比如光耦和继电器，可能变成常闭或者无法接通；A/D芯片可能造成单通道或者整片都没有输出；逻辑门芯片可能造成没有输出或者持续导通。
实用新型内容
针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种从硬件设计上提升继电保护装置的可靠性系统。
为达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案为：
提供一种继电保护装置的可靠性系统，其包括继电器保护装置，继电器保护装置包括相互连接的处理器MCU和FPGA芯片，FPGA芯片上连接有74HC245芯片和三片并联的A/D芯片；三片A/D芯片与12*2路模拟通道连接；74HC245芯片的HC245_OE_PWM脚挂接到处理器MCU的一个I/O上，74HC245芯片的HC245_OE脚与第一光耦连接，第一光耦与12路开出通路连接。
进一步地，处理器MCU上连接有第二光耦，第二光耦上连接有闭锁继电器和启动继电器，且闭锁继电器和启动继电器的线圈的一端均与第二光耦连接，另一端均与电源连接；闭锁继电器和启动继电器之间的触点串联，且两个串联触点的一端与电源连接，另一端与12路开出通路上连接的若干继电器的线圈连接。
进一步地，第一光耦为并联的两个第三光耦，且两个第三光耦的输入端负极均与74HC245芯片连接；两个第三光耦的输入端正极均与电源连接，两个第三光耦的集电极均接地，两个第三光耦的发射极均与输出端连接；两个第三光耦的其中一个的发射极与另一个的集电极之间连接有电阻。
进一步地，第一光耦为并联的两个第三光耦，且两个第三光耦的输入端负极均与FPGA芯片连接；两个第三光耦的输入端正极均与电源连接，两个第三光耦的集电极均接地，两个第三光耦的发射极均与输出端连接；两个第三光耦的其中一个的发射极上串联有电阻，另一个的集电极上串联有电阻。
本实用新型的有益效果为：本方案是从继电器保护装置的硬件设计出发，提升继电器保护装置的可靠性；12路交流信号在进入A/D芯片之前，每路信号分出形成两路相同信号，总共形成24路信号；由于每片A/D芯片为8通道，24路信号连接到不同的三片A/D芯片上，且相同的两路信号进入不同的A/D芯片内；由于进入继电保护装置的通路只需要12路，这样就使三片A/D芯片可以实现了双采样功能。三片A/D芯片采集的信号传输到FPGA芯片，FPGA芯片对两路相同信号进行比较；若误差大于一定门限，则可以判定其中有一片A/D芯片出现了异常，从而实现了A/D芯片异常自检的目的。
74HC245芯片的HC245_OE脚，表示芯片使能控制，低电平有效；只有当该引脚为低电平时，该芯片才能正常工作，对应的出口才会有输出。74HC245芯片的HC245_OE_PWM脚挂接到处理器MCU的一个I/O接口上，处理器MCU输出I/O脚的电平每毫秒翻转一次，并使HC245_HC245_OE脚输出低电平；当处理器MCU出现硬件故障或者软件故障，使得HC245_OE_PWM脚输入的电平未出现定时的翻转，则最终HC245_OE输出脚立即成为高电平，时延约1毫秒；进而说明当处理器MCU出现故障时，74HC245芯片立即锁死，防止误动。
当FPGA芯片或者74HC245芯片出现故障时，给12路开出通路上连接的若干继电器输出了低电平，但是由于控制器MCU正常工作，没有触发闭锁继电器和启动继电器动作，则12路开出通路上连接的若干继电器没有得到正电，所以不会动作，也就保证了不会误输出控制信号。12路开出通路上的若干继电器控制来自于控制器MCU和FPGA芯片；MCU所控制的触发闭锁继电器和启动继电器的触点用于提供12路开出通路上连接的若干继电器的线圈的电源；控制器MCU、FPGA芯片或74HC245芯片同时出现故障时，正好可以使12路开出通路上连接的若干继电器导通的概率可以极大的降低。
第一光耦设计为双光耦控制出口，用于解决光耦出现光耦损坏或光耦不受控制的情况；当双光耦中的任一第三光耦损坏，表现为无法导通时；由于两个第三光耦的输出发射极和输出集电极并联导通，使得双光耦均能实现输出，不影响使用；当双光耦中的任一第三光耦损坏，表现为持续导通时，由于一个光耦的输出发射极与另一个输出集电极串联输出，这样就避免了光耦误动的问题，不影响使用。这种设计保证了光耦在实际使用中出现两种不同的损坏情况，均能实现正常的信号输出。
本实用新型设计合理，充分解决了继电保护装置中，由于硬件设施的损坏而给整个装置带来不可靠影响的缺陷；实现了A/D芯片采样自检，当装置的核心器件故障时，出口的芯片立即锁死，防止误动；当装置的芯片出现故障时，通过设计外部电路继电器，来使得出口上的关键继电器导通的概率可以极大的降低；在继电保护技术领域内可得到广泛运用。
附图说明
图1为系统主要结构图。
图2为双A/D采样原理图。
图3为74HC245芯片电路图。
图4为双光耦串联出口电气原理图。
图5为双光耦并联出口电气原理图。
图6为外部回路设计电气原理图。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
如图1至图3所示，继电保护装置的可靠性系统包括继电器保护装置，继电器保护装置包括相互连接的处理器MCU和FPGA芯片，FPGA芯片上的连接有74HC245芯片和三片并联的A/D芯片；三片A/D芯片与12*2路模拟通道连接；74HC245芯片的HC245_OE_PWM脚挂接到处理器MCU的一个I/O接口上，74HC245芯片的HC245_OE脚与第一光耦连接，第一光耦与12路开出通路连接。处理器MCU采用STM32407芯片，FPGA芯片采用XC6SLX9芯片，A/D芯片采用A/D7606型芯片。
如图6所示，处理器MCU上连接有第二光耦，第二光耦上连接有闭锁继电器和启动继电器，且闭锁继电器和启动继电器的线圈的一端均与第二光耦连接，另一端均与电源连接；闭锁继电器和启动继电器之间的触点串联，且两个串联触点的一端与电源连接，另一端与12路开出通路上连接的若干继电器的线圈连接。
如图4所示，与74HC245芯片连接的第一光耦为并联的两个第三光耦，且两个第三光耦的输入端负极均与FPGA芯片连接；两个第三光耦的输入端正极均与电源连接，两个第三光耦的集电极均接地，两个第三光耦的发射极均与输出端连接；两个第三光耦的其中一个的发射极与另一个的集电极之间连接有电阻。
如图5所示，与74HC245芯片连接的第一光耦为并联的两个第三光耦，且两个第三光耦的输入端负极均与FPGA芯片连接；两个第三光耦的输入端正极均与电源连接，两个第三光耦的集电极均接地，两个第三光耦的发射极均与输出端连接；两个第三光耦的其中一个的发射极上串联有电阻，另一个的集电极上串联有电阻。
本方案是从继电器保护装置的硬件设计出发，提升继电器保护装置的可靠性；12路交流信号在进入A/D芯片之前，每路信号分出形成两路相同信号，总共形成24路信号；由于每片A/D芯片为8通道，24路信号连接到不同的三片A/D芯片上，且相同的两路信号进入不同的A/D芯片内；由于进入继电保护装置的通路只需要12路，这样就使三片A/D芯片可以实现了双采样功能。三片A/D芯片采集的信号传输到FPGA芯片，FPGA芯片对两路相同信号进行比较；若误差大于一定门限，则可以判定其中有一片A/D芯片出现了异常，从而实现了A/D芯片异常自检的目的。
74HC245芯片的HC245_OE脚，表示芯片使能控制，低电平有效；只有当该引脚为低电平时，该芯片才能正常工作，对应的出口才会有输出。74HC245芯片的HC245_OE_PWM脚挂接到处理器MCU的一个I/O接口上，处理器MCU输出I/O脚的电平每毫秒翻转一次，并使_HC245_OE脚输出低电平；当处理器MCU出现硬件故障或者软件故障，使得HC245_OE_PWM脚输入的电平未出现定时的翻转，则最终HC245_OE输出脚立即成为高电平，时延约1毫秒；进而说明当处理器MCU出现故障时，74HC245芯片立即锁死，防止误动。
当FPGA芯片或者74HC245芯片出现故障时，意外给12路开出通路上连接的若干继电器输出了低电平，但是由于控制器MCU正常工作，没有触发闭锁继电器和启动继电器动作，则12路开出通路上连接的若干继电器没有得到正电，所以不会动作，也就保证了不会误输出控制信号。12路开出通路上的若干继电器控制来自于控制器MCU和FPGA芯片；MCU所控制的触发闭锁继电器和启动继电器的触点用于提供12路开出通路上连接的若干继电器的线圈的电源；控制器MCU、FPGA芯片或74HC245芯片同时出现故障时，正好可以使12路开出通路上连接的若干继电器导通的概率可以极大的降低。
第一光耦设计为双光耦控制出口，用于解决光耦出现光耦损坏或光耦不受控制的情况；当双光耦中的任一第三光耦损坏，表现为无法导通时；由于两个第三光耦的输出发射极和输出集电极并联导通，使得双光耦均能实现输出，不影响使用；当双光耦中的任一第三光耦损坏，表现为持续导通时，由于一个光耦的输出发射极与另一个输出集电极串联输出，这样就避免了光耦误动的问题，不影响使用。这种设计保证了光耦在实际使用中出现两种不同的损坏情况，均能实现正常的信号输出。
本实用新型设计合理，充分解决了继电保护装置中，由于硬件设施的损坏而给整个装置带来不可靠影响的缺陷；实现了A/D芯片采样自检，当装置的核心器件故障时，出口的芯片立即锁死，防止误动；当装置的芯片出现故障时，通过设计外部电路继电器，来使得出口上的关键继电器导通的概率可以极大的降低；在继电保护技术领域内可得到广泛运用。
Claims (4)
1.一种继电保护装置的可靠性系统，其特征在于，包括继电器保护装置，所述继电器保护装置包括相互连接的处理器MCU和FPGA芯片，所述FPGA芯片上连接有74HC245芯片和三片并联的A/D芯片；三片所述A/D芯片与12*2路模拟通道连接；所述74HC245芯片的HC245_OE_PWM脚挂接到处理器MCU的一个I/O上，所述74HC245芯片的HC245_OE脚与第一光耦连接，所述第一光耦与12路开出通路连接。
2.根据权利要求1所述的继电保护装置的可靠性系统，其特征在于，所述处理器MCU上连接有第二光耦，所述第二光耦上连接有闭锁继电器和启动继电器，且闭锁继电器和启动继电器的线圈的一端均与第二光耦连接，另一端均与电源连接；所述闭锁继电器和启动继电器之间的触点串联，且两个串联触点的一端与电源连接，另一端与12路开出通路上连接的若干继电器的线圈连接。
3.根据权利要求1所述的继电保护装置的可靠性系统，其特征在于，所述第一光耦为并联的两个第三光耦，且两个第三光耦的输入端负极均与74HC245芯片连接；两个所述第三光耦的输入端正极均与电源连接，两个所述第三光耦的集电极均接地，两个所述第三光耦的发射极均与输出端连接；两个所述第三光耦的其中一个的发射极与另一个的集电极之间连接有电阻。
4.根据权利要求1所述的继电保护装置的可靠性系统，其特征在于，所述第一光耦为并联的两个第三光耦，且两个第三光耦的输入端负极均与FPGA芯片连接；两个所述第三光耦的输入端正极均与电源连接，两个所述第三光耦的集电极均接地，两个所述第三光耦的发射极均与输出端连接；两个所述第三光耦的其中一个的发射极上串联有电阻，另一个的集电极上串联有电阻。
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| CN110927436A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-03-27 | 成都智达电力自动控制有限公司 | 一种变电站继电保护装置的电流通道采样异常检测方法 |
| CN112130486A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-12-25 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种电力继电保护设备智能出口模块及其容错控制方法 |
| CN112231126A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-15 | 华北电力大学 | 一种国产化继电保护的核心元器件冗余结构确定方法 |
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