CN2710223Y - 一种自具电源的终端用户开关柜微机保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自具电源的终端用户开关柜微机保护装置，该保护装置适用于我国配电网中性点不接地系统或经小电阻接地系统的终端用户。三相主回路电流经电流互感器CTa’、CTb’、CTc’变为小电流后输入到整流电路整流为脉动直流输出至斩波稳压电路，经斩波稳压电路变换成保护装置所需的直流电源。该装置根据用户的不同需要在壳体的面板上进行设定相序和零序动作值，经单片机采样、并对采样的故障信息进行处理后输出至功率放大电路进行放大处理后控制脱扣器的跳闸。该保护装置减少了线路故障排除时间，以及停电区域和停电时间，提高了供电质量。

Description

一种自具电源的终端用户开关柜微机保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力系统用开关柜的过载和短路进行控制保护的装置，具体地说，是指一种自具电源的终端用户开关柜微机保护装置。

背景技术

电力系统在运行过程中可能发生各种故障或不安全的运行状态，一般采用继电保护装置将故障设备从电力系统中切除，以保证非故障部分的继续运行。对于在12kV配电网终端用户变电站和户内外环网柜进线开关及400V进线开关，通常采用断路器保护，但从体积、维修性及经济性考虑，不设置直流屏和继电保护屏，这样在发生过流及短路故障时继电保护装置就要求其自具电源。传统的电磁式过流继电器无需外接电源，但可靠性低，过流保护选择性差。国内公开了一种具有直流自供电源的真空断路器，公开号CN2403117，公开日2000.10.25，技术方案是经主回路一相电流互感器取电流经变换对蓄电池充电作为供给断路器完成电动操作之目的，该装置适合于户外柱上开关的产品，而适用于户内无蓄电池的相关开关柜未见报道。

发明内容

本实用新型的目的是公开一种自具电源的适合于我国电力系统中性点不接地特点的开关柜的过载和短路电流控制保护的微机保护装置。

本实用新型是一种自具电源的终端用户开关柜微机保护装置，该装置的CTa、CTb、CTc三相主回路电流经电流互感器CTa’、CTb’、CTc’变为小电流后输入到整流电路整流为脉动直流输出至斩波稳压电路，经斩波稳压电路变换成保护装置所需的直流电源；同时，斩波稳压电路输出相序电流信号至动作值选择电路，根据用户的不同需要设定相序动作值，经滤波电路和电流电压转换及放大电路输入到单片机采样；CTa、CTb、CTc三相主回路电流互感器并联后合成零序电流或者采用外部零序互感器CT0形成的零序电流，经零序电流选择电路输入到小零序电流互感器CT0’，经动作值选择电路选择动作值，再经滤波放大电路输入到单片机采样；单片机对采样的故障信息进行处理后输出至功率放大电路进行放大处理后控制脱扣器的跳闸。

所述的开关柜微机保护装置，其斩波稳压电路由三极管T1、电阻R1～R8、电容C1～C3、二极管D1、D2和比较器U1组成，T1的集电极与D1的阳极接，D1的阴极接R5，R5的另一端接R3、R6、R7的一端，R6的另一端接R8的一端，C2的阳极接电源，R4的两端分别接R3、R6的一端，C3的一端、C2的阴极、D2阴极、R8的一端、C1的一端接地，U1的+输入端与R6、R8的相连点连接，U1的-输入端与R7、D2相连点连接，U1的输出端与R2、R3、R4一端接，T1的基极与R2、R1的一端接，R1与C1的一端接。

所述的开关柜微机保护装置，其单片机选取MC68HC711E9芯片。

所述的开关柜微机保护装置，其零序电流选择电路中CTa、CTb、CTc三相主回路电流通过接线端子排Jxa和Jxb连接电流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分别与零序电流互感器CT0输出端相连，接线端子排Jxa的10端接电流互感器CT0’的P4和P2端，接线端子排Jxb的13、14端相连成短路，接线端子排Jxb的12端接电流互感器CT0’的P1端，形成外部零序电流。

本实用新型的自具电源保护控制器与传统的保护控制器的最大区别在于它不需要不间断的操作电源(如蓄电池)对控制器进行供电，直接通过系统的互感器从电力系统取得电能。另一方面，采用本实用新型的保护装置减少了线路故障排除时间，以及停电区域和停电时间，提高了供电质量。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构框图。

图2是本实用新型内部零序电流选择电路原理图。

图3是本实用新型外部零序电流选择电路原理图。

图4是本实用新型斩波稳压电路的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型的保护装置无需外接电源，可对中性点不接地系统及小电阻接地系统进行检测和保护，并通过无线短消息方式将故障信息上传给控制监控中心，从而为终端用户变电所及箱式变电站的保护提供了一种新型实用的解决方案。

请参见图1所示，本实用新型的一种自具电源的终端用户开关柜微机保护装置，该包括MC68HC711E9高性能单片机、整流电路、斩波稳压电路、直流电源、设定相序动作值的动作值选择电路、以及对设定的相序电流信号进行处理的滤波电路和电流电压转换及放大电路、参数设置电路、设定零序动作值的动作值选择电路、以及对设定的零序电流信号进行处理的滤波电路和电流电压转换及放大电路、功率放大电路、指示灯及磁记忆显示电路，以及电流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’。CTa、CTb、CTc为三相主回路电流互感器输出的电流，经电流互感器CTa’、CTb’、CTc’变为小电流输入到整流电路中。从拓扑结构上看似乎是三相电流串联，实际上输出电流是三相电流绝对值的最大值，为脉动直流。此电流经过斩波稳压电路变换成保护装置所需的直流电源，直流电源包括5V和12V。同时相电流信号输入到动作值选择电路，用户可以根据该装置的面板上的调节钮根据不同需要设定零序和相序动作值，经过滤波电路和电流电压转换及放大电路输入到单片机采样。

零序电流检测有两种途径可供选择，一种是直接将三相主回路电流互感器并联后合成零序电流，另外一种是采用外部零序互感器CT0’。这两种信号经零序电流选择电路输入到小零序互感器，经动作值选择电路选择动作值，再经滤波放大电路输入到单片机采样。请参见图2、3所示。当用户选择外部零序电流时，零序电流选择电路中CTa、CTb、CTc三相主回路电流通过接线端子排Jxa和Jxb连接电流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分别与零序电流互感器CT0输出端相连，接线端子排Jxa的10端接电流互感器CT0’的P4和P2端，接线端子排Jxb的13、14端相连成短路，接线端子排Jxb的12端接电流互感器CT0’的P1端，形成外部零序电流。当用户选择内部零序电流时，零序电流选择电路中CTa、CTb、CTc三相主回路电流通过接线端子排Jxa和Jxb连接电流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端相连成短路，电流互感器CTa’、CTb’、CTc’输出的相电流经合成后形成内部零序电流选择电路。

参数设置电路完成诸如：相电流曲线选择，相电流和零序电流动作电流值及延时时间等选择功能。

指示灯及磁记忆显示电路用于完成工作状态指示及故障状态指示。磁记忆显示电路的关键器件是磁记忆显示器，这是一种记忆元件，有两个控制线圈，分别控制显示片的正反两个方向，当达到触发电压和电流时，可在极短的时间内使磁性记忆片翻转，在失电情况下，由永磁体保持触发后的显示状态，实际使用中记忆片的颜色可根据不同的目的进行选择。由于驱动信号所需电流有几百毫安，单片机发出的指令需经过三极管构成的放大电路放大后驱动磁记忆显示器。

在本实用新型中单片机为Motorola公司生产的MC68HC711E9高性能单片机。微处理器是微机继电保护装置的核心，在处理器的选用上要充分考虑运算速度、模拟信号采集、精度输入输出能力和较强的中断能力，同时还要兼顾到系统的可靠性。此单片机具有丰富的I/O功能，包括5个8位并行I/O口，9功能16定时器系统、SCI、SPI、八路8位A/D、脉冲累加器、实时中断、计算机正常监视系统等。内部有12K字节EPROM、512字节EEPROM、512字节RAM。既可以单片方式工作，也可以扩展方式工作。微处理器自带8通道8位A/D转换器可完成模拟信号的输入和转换，具有5个输出比较功能可执行定时功能，每个输出比较功能具有一个16位比较寄存器和一个16位比较器，可满足系统的定时功能和定时精度。选用此单片机后系统工作在单片方式下便可满足设计要求，由于程序寄存器及数据寄存器在片内，数据总线和地址总线不出芯片，大大的提高了系统的稳定性和可靠度。

在本实用新型中，自具电源电路的设计为电流互感器输入给斩波稳压电路的电流为脉动直流电压，此电流经过斩波稳压电路变换成20V直流电源，图4中，整流电路输出脉动直流信号，通过二极管D1，电阻R5对电容C2、C3充电及为负载供电。当R6、R8上的分压值高于稳压管D2的稳压值10V时，比较器U1输出高电平T1导通，电流I经T1流入地，二极管D1反偏截止，C2、C3对负载供电，当R6、R8上的分压值低于稳压管D2的稳压值时，比较器U1输出低电平T1截止，脉动直流I通过二极管D1，电阻R5恢复对电容C2、C3充电及为负载供电，以上过程周而复始。在电容C2、C3上电压VCC便形成纹波很小的直流电压。当R6＝R8＝47k，则VCC平均电压值为20V。R4为正反馈电阻，使得比较器LM239构成有回差比较器，防止输入信号因干扰造成输出电压频繁跳变。R4小T1开关频率低，损耗小，纹波大。反之，则T1开关频率高，损耗大，纹波低。纹波电压控制在0.4V满足设计要求。保护装置可以在15％～20倍额定电流的宽范围内正常工作。

Claims (7)

1、一种自具电源的终端用户开关柜微机保护装置，至少包含

一可以检测断相故障并进行相应处理，提供多条标准反时限曲线和定时限曲线进行继电延时保护，其控制单元采用高可靠的单片机；

一对CTa、CTb、CTc三相主回路电流互感器输入的电流，经CTa’、CTb’、CTc’后进行整流的整流电路；

一可以根据用户的不同需要设定相序动作值的动作值选择电路；

一对上述相序电流信号进行滤波、放大处理的滤波电路和电流电压转换及稳压电路；

一对电流进行变换成开关柜微机保护装置所需的直流电源的斩波稳压电路；

一输入至上述单片机中进行相电流曲线选择、相电流和零序电流动作电流值以及延时时间参数的参数设置电路；

一可以根据用户的不同需要设定零序动作值的动作值选择电路；

一对上述零序电流信号进行滤波、放大处理的滤波电路；

一对上述单片机输出的高电平信号进行放大处理的功率放大电路；

一用于完成工作状态指示及故障状态指示的指示灯及磁记忆显示电路，其特征在于：还包括

一对外部零序电流互感器输入的零序电流和内部由相序电流互感器CTa’、CTb’、CTc’合成的零序电流经零序电流选择电路后转换成小零序电流的零序电流互感器CT0’；

CTa、CTb、CTc三相主回路电流经电流互感器CTa’、CTb’、CTc’变为小电流后输入到整流电路整流为脉动直流输出至斩波稳压电路，经斩波稳压电路变换成保护装置所需的直流电源；同时，经采样电阻输出的相序电流信号至动作值选择电路，根据用户的不同需要设定相序动作值，经滤波电路和电流电压转换及放大电路输入到单片机采样；CTa、CTb、CTc三相主回路电流互感器并联后合成零序电流或者采用外部零序互感器CT0形成的零序电流，经零序电流选择电路输入到小零序电流互感器CT0’，经动作值选择电路选择动作值，再经滤波放大电路输入到单片机采样；单片机对采样的故障信息进行处理后输出至功率放大电路进行放大处理后控制脱扣器的跳闸。

2、根据权利要求1所述的开关柜微机保护装置，其特征在于：所述的单片机选取MC68HC711E9芯片。

3、根据权利要求1所述的开关柜微机保护装置，其特征在于：所述的斩波稳压电路由三极管T1、电阻R1～R8、电容C1～C3、二极管D1、D2和比较器U1组成，T1的集电极与D1的阳极接，D1的阴极接R5，R5的另一端接R3、R6、R7的一端，R6的另一端接R8的一端，C2的阳极接电源，R4的两端分别接R3、R6的一端，C3的一端、C2的阴极、D2阴极、R8的一端、C1的一端接地，U1的+输入端与R6、R8的相连点连接，U1的-输入端与R7、D2相连点连接，U1的输出端与R2、R3、R4一端接，T1的基极与R2、R1的一端接，R1与C1的一端接。

4、根据权利要求1所述的开关柜微机保护装置，其特征在于：所述的零序电流选择电路中CTa、CTb、CTc三相主回路电流通过接线端子排Jxa和Jxb连接电流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分别与零序电流互感器CTO输出端相连，接线端子排Jxa的10端接电流互感器CT0’的P4和P2端，接线端子排Jxa的12端接地，接线端子排Jxb的13、14端相连成短路，接线端子排Jxb的13端接电流互感器CT0’的P1端，形成外部零序电流选择电路。

5、根据权利要求1所述的开关柜微机保护装置，其特征在于：所述的零序电流选择电路中CTa、CTb、CTc三相主回路电流通过接线端子排Jxa和Jxb连接电流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端相连成短路，电流互感器CTa’、CTb’、CTc’输出的相电流经合成后形成内部零序电流选择电路。

6、根据权利要求1所述的开关柜微机保护装置，其特征在于：所述的斩波稳压电路输出20V直流电源，所述的直流电源电路输出5V和12V的直流电源。

7、根据权利要求1所述的开关柜微机保护装置，其特征在于：开关柜微机保护装置延时时间误差在±2％或±20ms以内，断相故障判别率为100％。

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