CN209028869U - 一种三段式电流保护实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电力系统教学用具制备领域，尤其涉及一种三段式电流保护实验装置，该装置包括：树莓派模块，为装置的控制核心；采集模块，与树莓派模块的输出端连接后用于采集输电线路模拟器的电流信号并传输至树莓派模块；本地存储器，与所述树莓派模块连接后用于存储采集电路的电流信号；服务器，与所述树莓派模块通信连接，通过网络接收树莓派模块传递的数据并保存；本地监控计算机，与树莓派模块通信连接后，进行数据的监控；远程计算机，与服务器通信连接，通过服务器远程监控监测数据。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统教学用具制备领域，尤其涉及一种三段式电流保护实验装置。
背景技术
继电保护是电力系统安全稳定运行的保障，也是电气工程专业重要的专业课之一。微机保护作为继电保护近现代发展的新产物，不仅适应了现代电气工程实际应用，也为新时代的继电保护教学注入了新内容。
从国内外研究现状可以看出，随着继电保护技术的发展，微机保护的研究和使用已经受到重点关注，因此，作为人才输出的高校也应在实验教学中融入符合时代发展的新内容[33]。电气工程学生的继电保护课程实验应“按需驱动”从传统的继电保护实验向微机保护实验转移，从传统的原理验证型实验向开放性创新实验设计转移，既可以达到新形势下继电保护教学的要求，又能在实验中真正提高学生的动手能力和自主创新能力，积极响应国家提出的深化供给侧结构性改革，让高校为国家输出更符合社会发展需求、更顺应新时代改革的高素质人才。
实验室目前采用的机械式实验装置较为落后，实验内容多为验证继电器特性形实验，而当前高中压等级电路中投入的几乎均为微机保护。显然，实验室的教学与工程实际对人才的需求产生了较大的差异。而且学生在实验过程中，仅按照厂家或是教师提供的固定接线方式进行实验，虽然验证实验进行很快，但是很难从实验中学习到真正的原理，更加难以达到解决的实际问题效果。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种三段式电流保护实验装置，解决现有的实验室教学中机械式实验装置落后满足不了现有教学需求的问题。
本实用新型是这样实现的，一种三段式电流保护实验装置，该装置包括：
树莓派模块，为装置的控制核心；
采集模块，与树莓派模块的输出端连接后用于采集输电线路模拟器的电流信号并传输至树莓派模块；
本地存储器，与所述树莓派模块连接后用于存储采集电路的电流信号；
服务器，与所述树莓派模块通信连接，通过网络接收树莓派模块传递的数据并保存；
本地监控计算机，与树莓派模块通信连接后，进行数据的监控；
远程计算机，与服务器通信连接，通过服务器远程监控监测数据。
进一步地，所述树莓派模块通过连接故障信号电路作用于连接的模拟断路器，用于切除实验室输电线路模拟器的电路。
进一步地，所述故障信号电路包括LED灯和蜂鸣器，所述LED灯和蜂鸣器通过电阻限流连接树莓派模块的输出端。
进一步地，所述采集模块包括：电流互感器，对线路中的电流进行采集；低通滤波电路，对信号进行滤波处理；运算放大器，接收低通滤波电路的输出信号进行运算放大处理；AD转换模块，与所述运算放大器连接后与所述树莓派模块的外部引脚连接。
进一步地，所述树莓派模块通过外部引脚输出跳闸信号作用于模拟断路器。
进一步地，所述树莓派通过USB接口连接鼠标与键盘用于人机交互。
进一步地，所述低通滤波电路采用RC无源低通滤波电路。
本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型一款基于典型继电保护原理的微机保护实验装置，对装置进行功能进行拓展。实现数据的本地与远程监控，满足继电保护实验室的需求。
本实用新型通过改变电流信号发生器发出的电流信号，对不同情况下的电流故障进行仿真，并利用本实验装置进行测试，监控软件能准确反映出电流的实时变化情况，并作出正确的故障判断和响应。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的装置模块框图；
图2是本实用新型实施例提供的树莓派模块与采集模块的连接结构框图；
图3是本实用新型实施例提供的低通滤波电路的电路图；
图4是本实用新型实施例提供的采集模块的电路图；
图5是本实用新型实施例提供的故障报警电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1结合图2所示，一种三段式电流保护实验装置，该装置包括：树莓派模块，为装置的控制核心；采集模块，与树莓派模块的输出端连接后用于采集输电线路模拟器的电流信号并传输至树莓派模块；本地存储器，与所述树莓派模块连接后用于存储采集电路的电流信号；服务器，与所述树莓派模块通信连接，通过网络接收树莓派模块传递的数据并保存；本地监控计算机，与树莓派模块通信连接后，进行数据的监控；远程计算机，与服务器通信连接，通过服务器远程监控监测数据。
树莓派模块通过连接故障信号电路作用于连接的模拟断路器，用于切除实验室输电线路模拟器的电路。故障信号电路包括LED灯和蜂鸣器，所述LED灯和蜂鸣器通过电阻限流连接树莓派模块的输出端。
参见图2所示，采集模块包括：电流互感器，对线路中的电流进行采集；低通滤波电路，对信号进行滤波处理；运算放大器，接收低通滤波电路的输出信号进行运算放大处理；AD转换模块，与所述运算放大器连接后与所述树莓派模块的外部引脚连接。
电流采集主要是由树莓派模块控制AD转换模块，将电流模拟信号转换成数字信号，读取至树莓派模块中。电流监控首先是获取电流实时有效值，通过对实时电流值相对于整定值大小由树莓派模块发出报警信号和开合闸信号，如有信号输出则作用于模拟电路器，以切除线路故障。数据存储则包括实时电流值的本地存储器存储和服务器的存储。通过人机交互整定值设置和本地数据库的数据查询。
本实施例中，树莓派模块使用3代B+型树莓派，3代B+型树莓派是3代B型升级版，其体型虽小，但外部接口十分丰富，包括USB、HDMI、3.5mm音频输出、网口等接口，同时，其40个外部可编程引脚提供了树莓派自定义的模块拓展及编程控制能力，其性能比普通单片机更强。
参见图3，本实施例中，当电力系统发生故障时，故障初始状态的瞬时电压和瞬时电流会产生远远大于工频的高频分量，频率甚至可达2000Hz以上。根据奈奎斯特采样定理fs>2fm，采样频率必须在4000Hz以上。因保护装置主要反应50Hz的工频信号，故信号采样前通过一个RC无源低通滤波电路，滤去高于fs/2的频率成分，以降低采样频率，截止频率为4kHz的低通滤波器滤波电容选在0.01到0.001μF之间。根据电容的标称值，电容选0.0047μF、电阻为3191Ω；电阻选用精度为1％、阻值3.32kΩ的金属膜电阻。
参见图4，采集模块通过电流互感器获得反映一次侧较大电流的二次侧较小电流，此电流通过无源低通滤波器滤波，再经由调理电路、运算放大器，调理电路的调节反馈电阻R的值以得到相应的电压输出。输出电压通过AD转换，采集得电压值U，根据公式(R为反馈电阻值，n为电流互感器初级绕组和次级绕组比值)计算得到反映一次侧的二次侧电流值。电路中运算放大器使用OP07系列，R1与R2为组成反馈电阻，取值为单位为kΩ，利用R2对反馈电阻的最终取值进行调节，C1为保持电容。
AD转换模块采用的是德州仪器公司的高性能模数转换器ADS1256。
参见图5，故障报警电路主要通过光声信号对检测到故障时进行响应。在实验过程中，当三段式电流保护起用时，树莓派模块会通过外部引脚向电路中的LED灯、蜂鸣器和模拟断路器同时发出信号，蜂鸣器鸣响，其中设置三路的LED灯，LED1对应一段电流保护动作，LED2对应二段电流保护动作，LED3对应三段电流保护动作，同时模拟断路器接收到信号，对实验回路进行断路作动。蜂鸣器和LED信号灯经限流后直接与树莓派引脚连接。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种三段式电流保护实验装置，其特征在于，该装置包括：
树莓派模块，为装置的控制核心；
采集模块，与树莓派模块的输出端连接后用于采集输电线路模拟器的电流信号并传输至树莓派模块；
本地存储器，与所述树莓派模块连接后用于存储采集电路的电流信号；
服务器，与所述树莓派模块通信连接，通过网络接收树莓派模块传递的数据并保存；
本地监控计算机，与树莓派模块通信连接后，进行数据的监控；
远程计算机，与服务器通信连接，通过服务器远程监控监测数据；
所述树莓派模块通过连接故障信号电路作用于连接的模拟断路器，用于切除实验室输电线路模拟器的电路；
所述故障信号电路包括LED灯和蜂鸣器，所述LED灯和蜂鸣器通过电阻限流连接树莓派模块的输出端；
所述采集模块包括：电流互感器，对线路中的电流进行采集；低通滤波电路，对信号进行滤波处理；运算放大器，接收低通滤波电路的输出信号进行运算放大处理；AD转换模块，与所述运算放大器连接后与所述树莓派模块的外部引脚连接；
所述树莓派模块通过外部引脚输出跳闸信号作用于模拟断路器；
树莓派模块通过外部引脚向电路中的LED灯、蜂鸣器和模拟断路器同时发出信号，蜂鸣器鸣响，其中设置三路的LED灯，LED1对应一段电流保护动作，LED2对应二段电流保护动作，LED3对应三段电流保护动作，同时模拟断路器接收到信号，对实验回路进行断路作动,蜂鸣器和LED信号灯经限流后直接与树莓派引脚连接。
2.如权利要求1所述的三段式电流保护实验装置，其特征在于，所述树莓派通过USB接口连接鼠标与键盘用于人机交互。
3.如权利要求1所述的三段式电流保护实验装置，其特征在于，所述低通滤波电路采用RC无源低通滤波电路。
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| CN114822134A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-07-29 | 国家电网有限公司 | 一种基于树莓派的配电自动化系统实训方法和实训平台 |
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