CN2912063Y

CN2912063Y - 智能开关综合保护装置

Info

Publication number: CN2912063Y
Application number: CN 200620075913
Authority: CN
Inventors: 陈金龙; 伍轶斌; 薛庆军; 李勇; 袁亮; 王勇; 覃祖茂; 伍文; 赖育君
Original assignee: TENGLONG INFORMATION SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd LIUZHOU CITY; Huainan Mining Group Co Ltd
Current assignee: TENGLONG INFORMATION SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd LIUZHOU CITY; Huainan Mining Group Co Ltd
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2016-07-21

Abstract

智能开关综合保护装置，其特征是以微控制器为核心，电源三相电流、零序电流、零序电压、工作电压经互感器输出到信号处理电路，信号处理电路一路分别输出电源三相电流、零序电流、零序电压和工作电压经处理后的模拟信号，再送入多路A/D转换电路，转换的数字信号送入微控制器；另一路分别输出电源三相电流、零序电流、零序电压、工作电压中经处理后的方波信号，再送入CPLD芯片，CPLD芯片中经相位分析后的输出信号送入微控制器；微控制器外接存储器电路，并通过CAN总线接口电路与外部设备通信。本实用新型通信可靠、保护快速准确、程序升级方便。

Description

智能开关综合保护装置

技术领域：

本实用新型涉及一种智能高低压开关综合保护装置，尤其涉及一种在矿井中使用的智能高低压开关综合保护装置。

背景技术：

现有的大多数矿井高低压开关都采用模拟电子电路进行控制，由于模拟电子电路本身存在的缺点，不能对监控器进行自我检测，功能少，精度低，一致性差和无通讯功能。少数较高实时控制速度的高压馈电开关数码综合保护监控器方案，虽然采用数字技术进行控制，但其存在如下缺点：1、采用RS485通讯方式，通讯速率低，轮巡周期长，可靠性差；2、采用数字逻辑电路对零序电压和零序电流进行相位比较，存在保护死区；3、外部采集的交流信号都被换成直流信号，然后将直流信号传送到多路电子开关选择输入单路A/D转换电路采样成数字信号，再由单片机根据转换得到的数字信号进行判断，这样在电网出现瞬间严重短路故障时开关反应时间不够迅速，应付不了重大灾害事故；4、采用多个模拟开关芯片配合单路输入A/D转换芯片实现多路模拟信号的切换输入，连线复杂，一致性不好；5、程序升级需要打开装置外壳并更换芯片。

发明内容：

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种通信可靠、保护快速准确、程序升级方便的智能开关综合保护装置。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型的结构特点是采用以微控制器P89C51RD2为核心的控制电路，电源三相电流、零序电流、零序电压、工作电压经相应互感器输出到信号处理电路，所述信号处理电路采用运算放大器LM324两路输出，一路分别输出电源三相电流、零序电流、零序电压和工作电压经处理后的模拟信号，以所述模拟信号送入多路A/D转换电路TLC1543，经A/D转换后的数字信号送入微控制器；另一路分别输出电源三相电流、零序电流、零序电压和工作电压中经处理后的方波信号，所述方波信号送入CPLD芯片，CPLD芯片中经相位分析后的输出信号送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定参数和故障记录的存储器芯片AT24C512，并且，微控制器通过CAN总线接口与外部设备进行通信。

本实用新型的结构特点也在于：

设置多个按键与所述CPLD芯片相连接，在所述CPLD芯片中的一路输出端直接连接继电器电路。

设置CAN总线控制芯片SJA1000，所述CAN总线控制芯片SJA1000通过光电耦合芯片6N137连接到CAN总线驱动芯片PCA82C250。

设置瞬间严重短路故障速断保护电路，由比较器LM339及其外围电路构成，在所述信号处理电路中放大后的三相电流采样信号有一路直接输入比较器LM339，以所述比较器的输出端信号通过三极管驱动继电器，以所述继电器驱动外部拉闸执行机构。

本实用新型是以微控制器内置的监控程序对信号进行分析，实时数据在显示屏中显示，当线路发生过载、过流、断相、和漏电故障时，微控制器驱动继电器进行保护操作并将故障信息保存至存储器。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型中外部采集的零序电压和零序电流信号不仅被传输到A/D转换器进行有效值采样，而且两者被放大并整形后送入CPLD进行实时相位分析，分析结果并不直接驱动保护电路，而是由微控制器读取后和预整定的漏电参数进行比较，最终判断是否在本分支线路发生漏电故障，因此能够适应所有补偿条件，不存在保护死区，其保护功能快速而准确；

2、本实用新型与外部通讯采用CAN现场控制总线方式，CAN总线是具有最大传输速率1兆位/秒的多主机结构总线，CAN不像传统的网络那样只能点到点地传送报文。CAN总线上的节点将数据在网络中广播，任何对报文有兴趣的节点都能够接收这个数据，而且知道这个信息是从哪里发出。CAN协议提供了五种错误检测和修正的方法，如果报文被破坏它能够检测出来而且网络中的所有节点会忽略这个报文，该报文会一直被传送到被准确接收为止，因此CAN总线在电噪声很大的环境中仍能够准确地传输数据。和传统的RS485通讯方式相比，CAN总线方式能获得更高的通讯速率和可靠性；

3、本实用新型采用CAN总线方式，CAN总线协议的标识符能够用于多主机的总线仲裁，在对馈电开关综合保护装置进行标识符设置时，根据馈电开关所处的层次赋予不同优先权的标识符，赋予总馈电开关保护装置节点最低优先权标识符，而赋予下辖的分支馈电开关保护装置较高优先权标识符。假设总馈电开关节点检测到本负载支路发生漏电故障时，它向CAN总线发送漏电信息报文，此时若其下辖支路分馈电开关节点也检测到漏电故障并同样发送漏电信息报文。由于CAN总线协议本身保证较高优先权标识符的报文的优先权较高的特点，分馈电开关节点会赢得总线仲裁并拉闸保护，总馈电开关因为失去总线仲裁不动作，反之，若分馈电开关未检测到而总馈电开关检测到漏电故障，则总馈电开关赢得总线仲裁并拉闸保护。这样利用CAN总线协议特点实现了选择性漏电保护；

4、本实用新型的具体实施中，对于电网发生瞬间严重短路故障，采用冲击电流直接驱动保护继电器执行切断负荷，而不必通过A/D转换并送入单片机处理，大大缩短保护响应时间；

5、本实用新型中直流有效值信号到数字信号的转换采用多路输入A/D转换电路，避免了单路A/D转换电路配合多个模拟开关芯片实现的连线复杂且一致性不好的缺点；

6、本实用新型保护装置通过采用具备ISP(在线系统编程)技术的单片机，固件程序可以通过串行通讯接口写入单片机而无需打开装置外壳并拆下芯片，使得保护装置的程序升级更加方便快捷。

附图说明：

图1为本实用新型整体电路框图。

图2为本实用新型一种优选实施中的CAN总线接口电路图。

图3是本实用新型一种优选实施中的CPLD相位分析电路图。

图4是本实用新型一种优选实施中的瞬间严重短路故障速断保护电路图。

图5是本实用新型一种优选实施中的多路输入A/D转换电路图。

图6和图7是本实用新型一种优选实施中的ISP电路图。

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

具体实施方式：

参见图1，本实施例采用以微控制器P89C51RD2为核心的控制电路，电源三相电流、零序电流、零序电压、工作电压经相应互感器输出到信号处理电路，所述信号处理电路采用运算放大器LM324两路输出，一路分别输出电源三相电流、零序电流、零序电压和工作电压经处理后的模拟信号，以所述模拟信号送入多路A/D转换电路TLC1543，经A/D转换后的数字信号送入微控制器；另一路分别输出电源三相电流、零序电流、零序电压和工作电压中经处理后的方波信号，所述方波信号送入CPLD芯片，CPLD芯片中经相位分析后的输出信号送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定参数和故障记录的存储器芯片AT24C512，并且，微控制器通过CAN总线接口与外部设备进行通信。

具体实施中，信号处理电路使用运算放大器芯片LM324对各采样信号进行放大和整流，以其输出的直流有效值信号送入多路A/D转换芯片TLC1543进行数据转换，信号处理电路还使用LM339芯片对零序电流和零序电流进行整形，以其输出的方波信号送入CPLD芯片EPM7128进行相位分析。

微控制器芯片内置监控程序对信号进行分析，实时数据送到显示屏显示，当线路发生过载、过流、断相、和漏电故障时，微控制器驱动继电器进行保护操作并将故障信息保存至存储器。

具体实施中，设置多个按键与CPLD相连接，在所述芯片CPLD的一路输出端，直接连接继电器电路；

参见图2，CAN总线控制芯片SJA1000连接到微控制器P89C51RD2的输入/输出端口，CAN总线控制芯片SJA1000通过光电耦合芯片6N137连接到CAN总线驱动芯片PCA82C250；微控制器发送的数据通过CAN总线接口与外部远程上位机进行通信。能够执行上位机的指令并利用CAN总线协议特点结合微控制器软件设计实现了选择性漏电保护。

参见图3，CPLD相位分析电路由EPMP7128芯片构成。经过整形后的零序电压和零序电流方波送入CPLD，通过在CPLD内部检测运算得出相位差，结果可供微控制器直接读取并判断在本装置的负载侧是否发生漏电故障，进而决定是否进行拉闸保护。

参见图4，设置瞬间严重短路故障速断保护电路，由比较器LM339(U4000)及其外围电路构成，在所述信号处理电路中放大后的三相电流采样信号除了输入A/D转换电路进行采样之外，另有一路直接输入比较器LM339，以比较器的输出端信号通过三极管驱动继电器，以所述继电器驱动外部拉闸执行机构。

当任意一相发生瞬间严重短路故障时，短路信号进入比较器与+5V进行电压比较，比较器输出的低电平使Q4000导通，约+5V的电压使Q4001导通，保护继电器RE4000吸合驱动外部执行机构拉闸保护，使瞬间严重短路故障不经过A/D转换电路送入微控制器判断而直接速断保护。

参见图5，多路输入A/D转换电路由TLC1543及其外部电路构成。多路有效值信号被转换为数字信号送入微控制器P89C51RD2。

参见图6和图7，本实施例中，ISP电路由支持ISP功能的微控制器P89C51RD2和RS232接口芯片MAX232及其外围电路构成。安装了升级程序的上位PC机发送的微控制器程序升级命令和数据以及微控制器返回的编程状态数据通过MAX232完成电平转换，配合程序升级软件对微控制器程序实现在线系统编程，完成程序更新。

Claims

1、智能开关综合保护装置，其特征是采用以微控制器P89C51RD2为核心的控制电路，电源三相电流、零序电流、零序电压、工作电压经相应互感器输出到信号处理电路，所述信号处理电路采用运算放大器LM324两路输出，一路分别输出电源三相电流、零序电流、零序电压和工作电压经处理后的模拟信号，以所述模拟信号送入多路A/D转换电路TLC1543，经A/D转换后的数字信号送入微控制器；另一路分别输出电源三相电流、零序电流、零序电压和工作电压中经处理后的方波信号，所述方波信号送入CPLD芯片，CPLD芯片中经相位分析后的输出信号送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定参数和故障记录的存储器芯片AT24C512，并且，微控制器通过CAN总线接口与外部设备进行通信。

2、根据权利要求1所述的保护装置，其特征是设置多个按键与所述CPLD芯片相连接，在所述CPLD芯片中的一路输出端直接连接继电器电路。

3、根据权利要求1所述的保护装置，其特征是设置CAN总线控制芯片SJA1000，所述CAN总线控制芯片SJA1000通过光电耦合芯片6N137连接到CAN总线驱动芯片PCA82C250。

4、根据权利要求1所述的保护装置，其特征是设置瞬间严重短路故障速断保护电路，由比较器LM339及其外围电路构成，在所述信号处理电路中放大后的三相电流采样信号有一路直接输入比较器LM339，以所述比较器的输出端信号通过三极管驱动继电器，以所述继电器驱动外部拉闸执行机构。