CN2591830Y - 低压配电系统智能测控保护装置 - Google Patents
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本实用新型公开了一种低压配电系统智能测控保护装置，包括微处理器、六个小型互感器、温度传感器、开关电源、四个输出继电器、显示单元，在线测量低压电气设备的相电流、线电压、零序电流的六个小型互感器信号连接采集电路，采集电路信号连接微处理器输入端口，温度传感器信号连接温度采集电路，温度采集电路信号连接微处理器输入端口，开关电源与各电路顺序连接提供保护装置电源，控制电动机合闸、分闸、保护、备用的四个输出继电器信号连接微处理器输出端口，显示单元与微处理器的串行通讯口信号连接。本实用新型采用高性能、低价位分散式自动保护监控测控，具有短路速断、缺相保护、反时限过流、漏电、过欠压、超温等多种保护功能。
Description
技术领域 本实用新型涉及低压配电系统的控制保护装置，特别是低压电动机的控制保护测控装置。
背景技术 目前，随着电力电子、计算机技术的发展，配电系统的控制技术也在不断发展进步，由原来的电磁保护到集成电路以及微机控制保护，国内外不少厂家也推出了对配电系统的控制保护装置，其中电压等级为6～10KV的保护装置特别多，但对于低压～380v范围内的控制保护测控装置并不是很多，特别对于功能完全的测控装置基本没有。
发明内容 本实用新型的目的是提供一种功能齐全的低压配电系统的控制保护测控装置。
本实用新型的技术方案是这样设计的，它包括微处理器、六个小型互感器、温度传感器、开关电源、四个输出继电器、显示单元，其特征在于：在线测量低压电气设备的相电流、线电压、零序电流的六个小型互感器信号连接采集电路，采集电路信号连接微处理器输入端口，温度传感器信号连接温度采集电路，温度采集电路信号连接微处理器输入端口，开关电源与各电路顺序连接提供保护装置电源，控制电动机合闸、分闸、保护、备用的四个输出继电器信号连接微处理器输出端口，显示单元与微处理器的串行通讯口信号连接。
上述的采集电路包括运算放大模拟测量电路、比较测量过零点电路，温度采集电路包括运算放大模拟测量电路。
测控保护装置还包括操作面板，操作面板上设有四个控制按钮，四个控制按钮信号连接微处理器输入端口。
测控保护装置还包括后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排，微处理器通过输入输出电路连接端子排，端子排与其它电气元件实现电气连接。
上述的后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排中有两个端口用于与上位机进行通讯连接。
上述的后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排中有两个端口用于与远程控制分、合闸进行电气连接。
上述的后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排中有十二个用于连接六个小型互感器，二个用于连接温度传感器，八个用于连接四个输出继电器。
上述的操作面板上设有八位LED显示单元，三个发光二极管。
上述的微处理器是80C196KC。
本实用新型由于采用高性能、低价位分散式自动保护监控测控，因此可具有短路速断、缺相保护、反时限过流、漏电、过欠压、超温等多种保护功能，它是智能开关柜的重要组成元件之一，它可以安装在如GGD、BFC、MCC、MNL等低压开关柜中与其他单元组网形成智能开关柜，也可以单独对低压配电系统，特别是电动机进行监控。
附图说明 图1为本实用新型实施例的原理框图。
图2为本实用新型实施例的系统框图。
图3为本实用新型实施例的运算放大模拟测量电路和比较测量过零点电路图。
图4为电流保护特性曲线的一般反时限曲线表达式。
图5为电流保护特性曲线的强反时限曲线表达式。
图6为电流保护特性曲线的特强反时限曲线表达式。
图7为电流保护特性曲线的长时间反时限(接地)曲线表达式。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
在图1、图2中可以看出，本实施例中的低压配电系统智能测控保护装置包括微处理器、六个小型互感器、温度传感器、开关电源、四个输出继电器、显示单元、操作面板、后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排，微处理器是80C196KC。在线测量低压电气设备的相电流、线电压、零序电流的六个小型互感器信号连接采集电路，采集电路信号连接微处理器输入端口，采集电路包括运算放大模拟测量电路、比较测量过零点电路。温度传感器信号连接温度采集电路，温度采集电路信号连接微处理器输入端口，温度采集电路包括运算放大模拟测量电路。开关电源与各电路顺序连接提供系统电源。控制电动机合闸、分闸、保护、备用的四个输出继电器通过输出驱动连接微处理器输出端口，显示单元与微处理器的串行通讯口信号连接。测控保护装置还包括显示和监控操作面板，操作面板上设有四个控制按钮，四个控制按钮信号连接微处理器输入端口。测控保护装置还包括后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排，微处理器通过输入输出电路连接端子排，端子排与其它电气元件实现电气连接。输入输出端子排中有两个端口用于与上位机进行通讯接口连接；两个端口用于与远程控制分、合闸进行电气连接；十二个用于连接六个小型互感器，二个用于连接温度传感器，八个用于连接四个输出继电器。显示和监控操作面板上设有八位LED显示单元，三个发光二极管。
智能测控保护装置以嵌入式微处理器80C196KC为核心，采用贴片工艺和模块化采样电路，同时配备CAN总线控制器和接口，为实现多台智能测控保护装置的联网运行和远程监控提供了方便。
显示和监控操作面板上的按键用于对测控保护对象的控制和智能测控保护装置的参数设置。后座插口用于电气和通讯信号的输入输出。
智能测控保护装置的后座是两个插槽，用于电气信号的输入输出和CAN总线的接口。
电流信号输入为电流互感器(□/5A)的副边。对于额定工作电流大于5A的电机或低压配电系统应用场合，需要配备三个电流互感器(□/5A)。
温度输入为电压型信号输入，具有开关量和线性量两种输入方式，通过跳线选择。
对于零序电流，须外接一个零序电流互感器，保证输入到智能测控保护装置上的零序电流不大于5A。
电压信号输入接口为三相380v输入，外加一根中性线。
工作原理
电源的输入电压来自A相电压信号。低压配电系统智能测控保护装置集测量、显示、保护和控制功能于一体，配备CAN总线控制器和接口卡之后，还有远程测控和联锁保护的功能。
智能测控保护装置由输入传感器(电压、电流、零序)检测监测对象低压配电系统的运行电压、工作电流以及零序电流，互感器变换信号经运算放大模拟测量电路(运算放大模拟测量电路又分为比较测量过零点电路和运算放大模拟测量电路)后形成一定的电压信号和脉冲序列(即数据采集后)，分别送到CPU的A/D输入口、HIS高速输入口；外界开关控制量通过光隔送到CPU的I/O口；输出开关量由CPU的HSO高速口加驱动(即经开关量输出驱动后)输出；通讯接口由PCA82C200、光隔、82C250组成CAN总线；CPU本身自成系统由EPROM27256、373、24C01E2PROM、键盘及LED面板显示装置、硬件狗及晶振组成。
智能测控保护装置在上述硬件的基础上，在软件的控制下形成下面的测控功能：
一、测量功能
被测量的量：三相电流、两个线电压(Ua-Uc和Ub-Uc)、漏电电流和温度。
测量精度：＜1％
测量校正：可用选择校正系数的软件方法使测量更为准确，解决硬件电路的温漂、阻值不准等问题。
二、显示功能
显示方式
本智能测控保护装置采用8个LED用于显示。
正常时的显示
正常工作时，“运行”灯亮，用LED2、LED3显示参数符号，LED5、LED6、LED7、LED8显示参数值。其显示过程是动态的，每隔3s就显示一轮三相电流。每相电流的显示是时间为1s。需要看其它参数时，须按“切换”键。
故障时的显示
出现故幛时，“故障”灯亮发出报警信号，用LED1、LED2、LED3显示故障符号，用LED5、LED6、LED7、LED8显示出现故障的参数值。例如，当出现接地故障时，显示零序电流值；当出现短路故障时，显示短路相电流值。其显示过程是，一旦发生故障，就在发出停机和报警信号的同时，把显示固定在发生故障的参数值上。同时，装置会把故障代码和参数存入EEPROM。若按“起动/Y”键或者有远方起动信号，装置将起动并监测保护配电系统。
参数设置时的显示参数设置过程中，每个参数对应一个参数编号。
三、保护功能
保护类型智能测控保护装置如用在低压电机保护场合，可以实现以下几种保护。(均可在参数设置时设定其有效或无效)
·过载保护·堵转保护·短路保护·欠载/空载保护·断相保护
·零序保护·漏电保护·欠电压保护·过电压保护·过温度保护保护动作的依据和方式
保护动作的依据和方式是低压配电系统智能测控保护装置作为电动机监控保护装置时，其具体保护动作的依据和方式如图4~图7所示4种反时限特征曲线的表达式。
电流保护特性曲线系统提供4种反时限曲线供选择，当在用户参数设置参数22时，0，1，2，3对应的是图4-7所示4种曲线：
其中：ta表示动作时间 τ表示时间常数(0.05~2S)
I表示测量电量 IL表示整流电流
Tamax表示ta的最大量。
四、控制功能
控制功能包括起动方式、自起动、热锁和联锁这几方面。
起动方式：按起动模式表来设置起动方式，有串电抗起动、Y-Δ起动等起动方式。
自起动：当电压有少许降落且维持时间很短时，电机具有自起动功能。
热锁：起动时屏蔽过载保护和堵转保护。
联锁和分批自起动：使用CAN总线来实现电机的联锁控制和分批自起动控制。
五、网络通信功能
利用CAN总线控制器及其接口，与后台管理系统连接，能形成稳定可靠的实时低压配电监控系统。
采用CAN总线，使系统具有高实时性。由于CAN总线协议废除了传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，使网络上的不同节点能同蚶收到相同的数据块。另外，其数据块长度最多为8个字节，可满足通常工业领域控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。
采用CAN总线，使系统的可靠性很高，CAN总线采用短数据帧结构，提高了系统的抗干扰能力，CAN协议采用CRC检验(5种检错方式)并提供了相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。
根据上述功能进行编制相应的程序是本技术领域的普通技术人员不需通过创造性劳动就能设计出的。
本实施例中的低压配电系统智能测控保护装置集测量、显示、保护和控制及通讯功能为一体，具有远程测控和连锁保护的功能。它是作为智能化开关柜的核心部件，它不仅是远方数据采集处理传输单元，而且是集电气控制、保护、测量、通讯等功能于一体智能化执行器。作为系列低压配电设备具有自动保护、监控测控功能，是根据我国石油、化工、电力、冶金、轻工、建筑、城市供水等项目的低压配电系统，特别是电动机的运行状况，以及对动力设备自动保护、监控的要求，借鉴国外先进产品的技术特点设计而成的一种高性能、低价位分布式自动保护监控测控保护装置。本测控保护装置具有短路速断、缺相保护、反时限过流、漏电、过欠压、超温等多种保护功能，是智能开关柜的重要组成元件之一，它可以安装在如GGD、BFC、MCC、MNL等低压开关柜中组网形成智能开关柜，也可以单独对电动机进行监控。
本测控装置具有如下特点：
(1)速度快，测量精度高：智能测控保护装置以先进的80C196KC为处埋中心，工作在16MHz频率下，速度快。同时，保护装置采用性能优越的电流互感器、电压互感器作为电流信号、电压信号的信号处理模块，使保护装置的测量精度大大提高。
(2)功能多，性能可靠：装置集测量、显示、保护、控制、通讯等功能于一体，主要应用在低压电机监控和低压配电系统中，是低压智能化开关柜的核心部件，简化了低压柜的内部接线，提高了设备的可靠性。
(3)体积小，功耗小：装置体积小，结构简单，使用方便，另外，整个装置功耗不到10W。
(4)抗腐蚀、抗干扰能力强：装置经过抗腐蚀处理和抗干扰实验，有较强的抗干扰能力。
(5)通讯网络高速：采用实时性强、传输可靠的CAN总线技术，使串行通讯网络的的数据传输速率大大提高，最高可达1Mbps的传输速率。
(6)安装、使用方便：由于装置的外接端子很少，只有20几个，且体积小，因此安装在配电开关柜里非常方便。使用时也仅仅是在首次起动时进行参数校准，以后就可以直接起动了。
(7)易于扩展，构成基于现场总线的自动化系统：多台装置连上CAN总线并外加PC机和一个CAN总线通讯卡之后，不仅可以通过PC机实现多台被保护设备的联锁保护、分批自起动，还可以实现设备的远程测控和保护。
Claims (9)
1、一种低压配电系统智能测控保护装置，包括微处理器、六个小型互感器、温度传感器、开关电源、四个输出继电器、显示单元，其特征在于：在线测量低压电气设备的相电流、线电压、零序电流的六个小型互感器信号连接采集电路，采集电路信号连接微处理器输入端口，温度传感器信号连接温度采集电路，温度采集电路信号连接微处理器输入端口，开关电源与各电路顺序连接提供保护装置电源，控制电动机合闸、分闸、保护、备用的四个输出继电器信号连接微处理器输出端口，显示单元与微处理器的串行通讯口信号连接。
2、根据权利要求1所述的低压配电系统智能测控保护装置，其特征在于：上述的采集电路包括运算放大模拟测量电路、比较测量过零点电路，温度采集电路包括运算放大模拟测量电路。
3、根据权利要求1所述的低压配电系统智能测控保护装置，其特征在于：还包括操作面板，操作面板上设有四个控制按钮，四个控制按钮信号连接微处理器输入端口。
4、根据权利要求1所述的低压配电系统智能测控保护装置，其特征在于：还包括后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排，微处理器通过输入输出电路连接端子排，端子排与其它电气元件实现电气连接。
5、根据权利要求4所述的低压配电系统智能测控保护装置，其特征在于：上述的后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排中有两个端口用于与上位机进行通讯连接。
6、根据权利要求4所述的低压配电系统智能测控保护装置，其特征在于：上述的后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排中有两个端口用于与远程控制分、合闸进行电气连接。
7、根据权利要求4所述的低压配电系统智能测控保护装置，其特征在于：上述的后座上的二十六个可插拔的输入输出端子排中有十二个用于连接六个小型互感器，二个用于连接温度传感器，八个用于连接四个输出继电器。
8、根据权利要求3所述的低压配电系统智能测控保护装置，其特征在于：上述的操作面板上设有八位LED显示单元，三个发光二极管。
9、根据权利要求1或2或3或4所述的低压配电系统智能测控保护装置，其特征在于：上述的微处理器是80C196KC。
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