CN201025557Y - 带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利属于电力自动化测量技术领域，公开带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，它包括中央处理单元11、信号采样和A/D变换单元12、显示单元13、键盘输入单元14、电测仪电路板17以及电源模块18，中央处理单元11的通讯接口151上还连接有通讯模块12，中央处理单元11的保护控制接口161上连接有保护控制单元162，中央处理单元11存贮器中数字多功能电测软件还包括通讯发送接收程序和保护控制程序，能与远端管理计算机进行数据通讯，完成多功能电量参数和状态信息的监测与遥讯、遥控，同时在测量到电路中发生故障时能自动作出保护控制处理。它可作为电力指示仪表、电量控制器和数字化采集设备灵活地应用于电力自动化各领域，便于使用和管理，确保运行安全。

Description

带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表

技术领域

本实用新型专利属于电力自动化测量技术领域，涉及带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表。

背景技术

在电力输送电网中，需要对电压、电流等常用电量参数进行实时监测，并在电网产生故障时作出报警或切断电源等处理，确保电网的安全运行。目前市场上电测仪表很多，有指针式和数字式，国内电测仪器仪表行业经过几十年的发展，推出了一批数字化多功能电测仪表，各有所长，有单参数测量、综合参数测量和电力监控的仪表。这些仪表如电力监控器(申请号200420072823)、可编程数显电测表(申请号200320123229.1)，虽具有测量显示、变送输出、通讯等功能，但不具有自动保护控制功能，对于测量到电路中发生过流、过压、欠压或三相不平衡等故障时不能做任何保护控制处理。而一般的电测仪表都是单独使用，没有通讯接口，不能与远端的管理计算机进行通讯，无法实现电量参数远程监测和自动保护控制，使用和管理不方便，应用领域存在局限性。另外一些电力监控装置或***，如智能电力监控装置(申请号200520088814.1)，采用测量仪表、控制单元、通讯单元、计算机等多个设备组成***，***具有故障保护功能，但***实现比较复杂，且成本较高。

发明内容

本实用新型的主要目的是解决现有电测仪表存在的缺陷，提供一种带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，能与远端管理计算机进行数据通讯，完成多功能电量参数和状态信息的监测与遥讯、遥控，同时在测量到电路中发生故障时能自动作出保护控制处理，便于使用和管理，确保运行安全。

本实用新型实现发明目的的技术方案如下：

带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，包括中央处理单元11、信号采样和A/D变换单元12、显示单元13、键盘输入单元14、电测仪电路板17以及为整个电测仪表供电的电源模块18，其特征在于所述的中央处理单元11还连接有通讯单元15和保护控制单元16，中央处理单元11存贮器中数字多功能电测软件还包括通讯发送接收程序和保护控制程序；

所述的中央处理单元11与依次连接信号采样和A/D变换单元12、显示单元13、键盘输入单元14；

所述的中央处理单元11与保护控制单元16或通讯单元15的连接可以是有线连接、网络连接或无线连接，其中：

有线连接作为优选，中央处理单元11经其多路的保护控制接口112连接多路的保护控制单元16，直接有线连接的后续的多路保护控制设备20的控制端；

网络连接作为优选，中央处理单元11经其通讯接口单元111和通讯模块15通过网络连接远端管理计算机或上位电网智能管理***19；

还可无线连接，中央处理单元11经其通讯接口单元111和通讯模块15通过无线信道连接远端管理计算机或上位电网智能管理***19。

所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其在于所述的中央处理单元11是带有通讯接口、多路控制接口、多路数据接口以及显示接口和键盘输入接口的单片机。

所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其特征在于所述电测仪电路板17上安装有中央处理单元11、多路信号采样A/D转换模块32、LCD液晶显示33、键盘输入单元34、光耦隔离器组351和352、通讯模块36以及开关电源模块37，其中：

所述的多路信号采样A/D转换模块32为电量采集、A/D变换和传输接口，选用专用的三相电能和电力参数测量的6通道高精度多功能测量IC，它的串行口和脉冲输出连接中央处理单元11的数据接口，其输入端连接电网主回路的三相电量信号源10；

所述的光耦隔离器组351是多路保护控制单元，其输入端连接中央处理单元11的控制接口，它的输出端连接后续的多组保护控制设备的控制信号输入端；

所述的光耦隔离器组352也是多路保护控制单元，其输入端连接多组保护控制设备的分合闸状态信息输出端，它的输出端连接中央处理单元11的控制接口；

所述的通讯模块36是RS-485数据接口的网络通讯模块，它的发送和接收端连接中央处理单元11的发送和接收通讯接口，其输出经网络连接远端管理计算机39。

所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其在于所述的中央处理单元11的显示接口连接LCD液晶显示33，LCD33可按中央处理单元11的程序显示三相电能测量、电力参数测量、电力监控信息，中央处理单元11的键盘输入接口连接键盘输入单元34，键盘输入单元34可对中央处理单元11的软件编程或对初始化设置参数修定。

所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其在于所述信号采样和A/D变换单元12还可包括三路电压互感器和三路电流互感器，构成三相的每相独立的电力和电量参数信号源。

本实用新型的有益效果是：

1.通过增设与中央处理单元相连的保护控制单元，使得本实用新型在监测到电网主回路中发生过流、过压、欠压或三相不平衡等故障时，能自动启动保护控制程序，并通过保护控制单元向后续的普通断路器或接触器等保护控制设备传送分合的控制信号，确保安全运行。

2.本实用新型配置通讯单元，可与远端管理计算机互联，既可将现场实时监测的故障信息和告警信息上传到远端管理计算机，又可接收远端管理计算机指令，将现场实时监测的电量数据、控制设备状态信息上传，或执行对故障门限值等参数的整定操作。

3.本实用新型具有电力指示、电量控制和数字化采集等多项功能，应用灵活方便，它的应用领域获得较大的拓展。

4.本实用新型硬件电路简单可靠、经济实用。

附图说明

图1是本实用新型带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表的组成原理框图。

图2是本实用新型带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表电路原理框图。

图3是本实用新型带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表一种实施例的电路原理框图。

图4是本实用新型带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表一种实施例中电压和电流信号采样电路以及采样信号A/D转换单元电路原理图。

图4中：401-信号采样、A/D转换单元、402-三相电压信号采样电路、403-三相电流信号采样电路。

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其组成如图1所示，包括作为仪表核心的中央处理单元11、依次与中央处理单元11相连的信号采样和A/D转换单元12、显示单元13、键盘输入单元14，还有通讯接口单元15、保护控制单元16、电测仪电路板17以及电源模块单元18，中央处理单元11存贮器内存贮有数字多功能电测软件，该软件包括保护控制和网络通讯工作程序。

电测仪电路板17如图2所示，上面安装有中央处理单元11、信号采样和A/D转换单元12、显示单元13、键盘输入单元14，还有通讯模块15、保护控制单元16和电源模块单元18。信号采样和A/D转换单元12的多路信号采样电路连接电网主回路的三相电量信号源10，信号采样和A/D转换单元12通过其串口和脉冲输出口连接中央处理单元11。电源模块单元18为整个电测仪表提供工作电源Vcc，显示单元13可采用液晶屏或发光管、数码管。

信号采样和A/D转换单元12通过多路信号采样电路从电网主回路的三相电量信号源10上采集三相中各相的电压和电流信息，经A/D转换和计算处理，将有功和无功电量参数、电流和电压有效值及波形参数通过其串口传送到中央处理单元11，中央处理单元11经过处理，将接收到的电压、电流及状态信息送显示单元显示，同时由其自带的通讯接口111通过通讯模块15经网络上传到远端管理计算机或上位电网智能管理***19。中央处理单元11还可通过其通讯接口111经通讯模块15和网络，接收远端管理计算机19的指令，执行相关的操作；当中央处理单元11经过判断作出故障处理或接收远端管理计算机19的保护分闸与合闸指令，经其保护控制接口112启动保护控制单元16的一路或多路输出到后续的一路或多路保护控制设备20的控制端。中央处理单元11可以接受键盘输入单元13的人工输入操作，完成电测仪表的各种参数的编程和初始化设置。

实施例2：本实施例的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其详细组成如图3所示，在电测仪电路板17上安装有中央处理单元11、多路信号采样和A/D转换模块32、显示单元33、键盘输入单元34，还有保护控制单元35的光耦隔离器组351、352和通讯模块36以及为整个电测仪表提供工作电源Vcc的开关电源模块单元37，电测仪电路板17安装在多功能电测仪表面板的机箱内，显示单元33的显示器和键盘输入单元34的键盘安装在多功能电测仪表面板。

中央处理单元11采用型号PIC18F6585的单片机，它带有通讯接口TXI和RXI、4线的键盘输入接口、16线的显示接口、数据串口和脉冲传输口、多路控制接口。多路信号采样和A/D转换模块32采用型号ADE7758的多相多功能各相电量测量IC模块，其输出引脚INTO、RCO、SDO、SCK、SDI与中央处理单元11相应的引脚相连。通讯模块36采用型号ADM2483的带隔离级的RS-485接口收发器，其收发端连接中央处理单元11的通讯接口TXI和RXI，它的输出端通过网络连接远端管理计算机39。保护控制单元35的光耦隔离器组351、352采用型号AQW210EH的4路光耦隔离器器件，中央处理单元11的RG0～RG3引脚与光耦隔离器组351的4路输入端相连，光耦隔离器组351的4路输出端与多路保护控制设备38的各路保护控制设备的控制端相连，而多路保护控制设备38的各路保护控制设备的分合闸状态端连接4路光耦隔离器352的输入端，4路光耦隔离器352的输出端分别连接在中央处理单元11的RF3～RF6引脚。

本实用新型实施例的多路信号采样和A/D转换模块电原理图如图4所示。多功能电测仪表的工作过程进一步描述如下：

信号采样、A/D转换单元包括A/D转换模块401、由电压互感器PT1～PT3、采样电阻R4～R10和滤波电容C1～C4组成的三相电压信号采样电路402以及由电流互感器CT1～CT3、采样电阻R11～R22、滤波电容C5～C10组成的三相电流信号采样电路403；A/D转换模块401的D1采用型号ADE7758的多相多功能各相电量测量IC模块，三相的电压互感器PT1～PT3的输出端上分别并联有采样电阻R5、R7、R9，电阻R5、R7、R9的一脚分别经电阻R4、R6、R8与A/D转换模块D1的16、15、14脚相连，另一脚接地后经电阻R10与D1的13脚相连；三相的电流互感器CT1～CT3的输出端分别经采样电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、接地，经电阻R17、R18、R19、R20、R21、R22与A/D转换模块D1的5～10脚相连，A/D转换模块D1的18、21、22、23、24脚分别与单片机的相应脚相连。

三相交流电压四线的接线端子Ua、Ub、Uc、Ud，经电阻R1、R2、R3分压后，由三相电流型电压互感器PT1、PT2、PT3隔离输出并经采样电阻R5、R7、R9转换为弱电压信号，再经过RC滤波电路分别送入A/D转换模块D1的三相电压采样信号输入端；三相交流电流的三对接线端子Ia、Ib、Ic，经三相电流互感器CT1、CT2、CT3隔离输出并由三相采样电阻R11～R16转换为弱电流信号，再经过RC滤波电路以差分方式分别送入A/D转换模块D1的三相电流采样信号输入端。A/D转换模块D1将采集到的电压、电流模拟量转换成数字量和电量参数计算后存在内部相应的寄存器，并由单片机的中断、片选和串行读取程序将它们输送给单片机，通过单片机对数字信号进行计算、判断及处理后作存储，并控制显示单元输出显示信息。单片机对检测到的电压、电流状态与初始化设定的故障门限值进行比较判断，一旦判定出现故障立即启动一组或多组保护控制单元向相应的后续断路器或接触器等保护控制设备传送分闸的控制信号，同时后续普通断路器或接触器的分合状态信息启动另一组或多组保护控制单元将分合状态信息反馈传送给中央处理单元，单片机处理后信息送LCD液晶屏显示单元显示。

中央处理单元的通讯接口上还连接有通讯模块，通过通讯接口、通讯模块和网络与远端管理计算机互联。本实用新型电测仪表可将实时测量的本地电量参数、故障报警信号、故障状态、故障门限参数、后续普通断路器或接触器的分合状态向远端管理计算机上传。本实用新型电测仪表还可通过单片机的通讯接口和通讯模块，接收远端管理计算机发送来的指令，对保护控制电路的后续普通断路器或接触器的分合执行远程控制，还可下载远端管理计算机对电量参数检测的设定或故障门限参数的修定，对电测仪表的各种初始化参数进行自动编程设置。

键盘输入单元用于编程设置故障门限、设置参数、翻屏显示数值、状态等信息，操作者可通过键盘人工对电测仪表中央处理单元的各种初始化参数进行编程和设置，使用方便。

本实用新型带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表作为电力指示仪表可应用在电力输配电***及机电仪器、电源设备、高低成套开关设备和控制设备，作为电量控制器可应用于本地电网电量的过流、过压、欠压、三相不平衡的故障检测和控制***，作为数字化采集设备可应用于现代化智能管理***现场总线网络，是实现变电站自动化、配电自动化、小区电力监控、智能成套开关设备、智能建筑等***的“遥测”、“遥讯”、“遥调”和“遥控”功能的重要部件。

Claims (7)

1.带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，包括中央处理单元(11)、信号采样和A/D变换单元(12)、显示单元(13)、键盘输入单元(14)、电测仪电路板(17)以及为整个电测仪表供电的电源模块(18)，其特征在于所述的中央处理单元(11)还连接有通讯单元(15)和保护控制单元(16)，中央处理单元(11)存贮器中数字多功能电测软件还包括通讯发送接收程序和保护控制程序；

所述的中央处理单元(11)与依次连接信号采样和A/D变换单元(12)、显示单元(13)、键盘输入单元(14)；

所述的中央处理单元(11)与保护控制单元(16)或通讯单元(15)的连接可以是有线连接、网络连接或无线连接，其中：

中央处理单元(11)经其多路的保护控制接口(112)连接多路的保护控制单元(16)，直接有线连接的后续的多路保护控制设备(20)的控制端；

或者中央处理单元(11)经其通讯接口(111)和通讯模块(15)通过网络连接远端管理计算机或上位电网智能管理***(19)；

还可无线连接，中央处理单元(11)经其通讯接口(111)和通讯模块(15)通过无线信道连接远端管理计算机或上位电网智能管理***(19)。

2.根据权利要求1所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其特征在于所述的中央处理单元(11)是带有通讯接口、多路控制接口、多路数据接口以及显示接口和键盘输入接口的单片机。

3.根据权利要求1或2所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其特征在于所述电测仪电路板(17)上安装有中央处理单元(11)、多路信号采样A/D转换模块(32)、液晶显示LCD(33)、键盘输入单元(34)、光耦隔离器组(351)和(352)、通讯模块(36)以及开关电源模块(37)，其中：

所述的多路信号采样A/D转换模块(32)为电量采集、A/D变换和传输接口，选用专用的三相电能和电力参数测量的6通道高精度多功能测量IC，它的串行口和脉冲输出连接中央处理单元(11)的数据接口，其输入端连接电网主回路的三相电量信号源(10)；

所述的光耦隔离器组(351)是多路保护控制单元，其输入端连接中央处理单元(11)的控制接口，它的输出端连接后续的多组保护控制设备的控制信号输入端；

所述的光耦隔离器组(352)也是多路保护控制单元，其输入端连接多组保护控制设备的分合闸状态信息输出端，它的输出端连接中央处理单元(11)的控制接口；

所述的通讯模块(36)是RS-485数据接口的网络通讯模块，它的发送和接收端连接中央处理单元(11)的发送和接收通讯接口，其输出经网络连接远端管理计算机(39)。

4.根据权利要求1或2所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其特征在于所述的中央处理单元(11)的显示接口连接液晶显示LCD(33)，LCD(33)可按中央处理单元(11)的程序显示三相电能测量、电力参数测量、电力监控信息，中央处理单元(11)的键盘输入接口连接键盘输入单元(34)，键盘输入单元(34)可对中央处理单元(11)的软件编程或对初始化设置参数修定。

5.根据权利要求3所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其特征在于所述的中央处理单元(11)的显示接口连接液晶显示LCD(33)，LCD(33)可按中央处理单元(11)的程序显示三相电能测量、电力参数测量、电力监控信息，中央处理单元(11)的键盘输入接口连接键盘输入单元(34)，键盘输入单元(34)可对中央处理单元(11)的软件编程或对初始化设置参数修定。

6.根据权利要求1或5所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其特征在于所述信号采样和A/D变换单元(12)还可包括三路电压互感器和三路电流互感器，构成三相的每相独立的电力和电量参数信号源。

7.根据权利要求3所述的带保护控制的可通讯数字多功能电测仪表，其特征在于所述信号采样和A/D变换单元(12)还可包括三路电压互感器和三路电流互感器，构成三相的每相独立的电力和电量参数信号源。

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