实用新型内容
本实用新型的目的是提供了一种供电线路保护装置,可同时完成测量、故障检测、保护、遥控功能。
一种供电线路保护装置,包括供电线路控制开关,供电线路控制开关包括合闸脱扣器、分闸脱扣器,其中:该供电线路保护装置还包括数据处理器、供电线路检测电路、参数设定电路、手动合闸控制电路、手动分闸控制电路、遥控接收器、合闸遥控信号输入电路、分闸遥控信号输入电路、合闸控制输出电路、分闸控制输出电路、合闸脱扣器控制电路、分闸脱扣器控制电路,其中,供电线路检测电路、参数设定电路的信号输出端分别连接所述数据处理器的供电线路检测信号输入端、参数设定输入端口,手动合闸控制电路、合闸遥控信号输入电路的信号输出端均连接所述数据处理器的合闸信号输入端,所述手动分闸控制电路、分闸遥控信号输入电路的信号输出端均连接所述数据处理器的分闸信号输入端,合闸遥控信号输入电路、分闸遥控信号输入电路的信号输入端分别对应连接遥控接收器的合闸控制按键、分闸控制按键;所述数据处理器的合闸信号输出端、分闸信号输出端分别对应连接合闸控制输出电路、分闸控制输出电路的信号输入端,合闸控制输出电路、分闸控制输出电路分别对应控制合闸脱扣器控制电路、分闸脱扣器控制电路。
所述的供电线路保护装置,其中:供电线路控制开关还包括开关辅助触点;该保护装置还包括供电线路控制开关辅助触点控制电路,该控制电路包括第一滤波器、第一光电隔离器,所述开关辅助触点的一端连接电源、另一端通过第一滤波器连接第一光电隔离器的信号输入端,第一光电隔离器信号输出端的第一端分两路,其第一路通过分压电路连接电源,其第二路连接所述数据处理器的供电线路控制开关辅助信号输入端,第一光电隔离器的信号输出端的第二端接地。
所述的供电线路保护装置,其中:所述的手动合闸控制电路包括一常开开关、第二滤波器、第二光电耦合器,其中,该常开开关的一端连接电源、另一端通过第二滤波器连接第二光电耦合器的输入端,第二光电耦合器输出端的第一端连接电源,第二端连接所述数据处理器的合闸信号输入端。
所述的供电线路保护装置,其中:所述的手动分闸控制电路包括一常闭开关、第三滤波器、第三光电耦合器,其中,常闭开关的一端连接电源、另一端通过第三滤波器连接第三光电耦合器的输入端,第三光电耦合器输出端的第一端连接电源,第二端连接所述数据处理器的分闸信号输入端。
所述的供电线路保护装置,其中:所述的合闸控制输出电路包括第一开关三极管、第一继电器,第一开关三极管的基极连接所述数据处理器的合闸信号输出端,第一开关三极管的集电极通过第一继电器的线圈连接电源,第一开关三极管的发射极接地;第一继电器的常开接点与所述合闸脱扣器串接于供电线路上。
所述的供电线路保护装置,其中:所述的分闸控制输出电路包括第二开关三极管、第二继电器,第二开关三极管的基极连接所述数据处理器的分闸信号输出端,第二开关三极管的集电极通过第二继电器的线圈连接电源,第二开关三极管的发射极接地;第二继电器的常开接点与所述分闸脱扣器串接于供电线路上。
所述的供电线路保护装置,其中:所述的供电线路检测电路包括与供电线路的各相线一一对应连接的电流互感器,各电流互感器的初级绕组分别与各对应相线连接,所述的供电线路检测电路还包括与各电流互感器一一对应、并连接于各对应电流互感器次级绕组的整流滤波稳压电路,各整流滤波稳压电路的信号输出端分别连接所述数据处理器供电线路检测信号输入端的对应相线检测信号输入端。
所述的供电线路保护装置,其中:所述各电流互感器以星型接法与供电线路各相线连接。
所述的供电线路保护装置,其中:所述的参数设定电路包括过流定值设定单元、速断定值设定单元、零序电流定值设定单元、过流延时时间定值设定单元、重合次数设定单元、重合时间间隔参数设定单元,所述各设定单元的信号输出端分别连接所述数据处理器参数设定输入端口的过流定值设定输入端、速断定值设定输入端、零序电流定值设定输入端、过流延时时间定值设定输入端、重合次数设定输入端、重合时间间隔参数设定输入端。
所述的供电线路保护装置,其中:所述的数据处理器采用单片机PIC16F887A。
本实用新型采用上述技术方案将达到如下的技术效果:
本实用新型的供电线路保护装置,对数据处理器编程,可准确、快捷地对输入的信号进行处理、计算等并输出相应的控制信号,供电线路检测电路用于检测供电线路各相线的电流、电压等信息、参数设定电路可自由设定需要的限值,手动合闸控制电路、手动分闸控制电路可手动控制供电线路控制开关的合闸、分闸、遥控发射器、遥控接收器以及合闸遥控信号输入电路、分闸遥控信号输入电路可通过遥控远距离控制供电线路控制开关的合、分闸,综上可见,本实用新型的供电线路保护装置可同时完成测量、故障检测、保护、遥控功能;此外,本实用新型还可包括供电线路控制开关辅助触点控制电路,可进一步提高供电线路保护装置的检测准确度。
具体实施方式
本实用新型一种供电线路保护装置,如图1所示的电路原理图,包括供电线路控制开关,供电线路控制开关包括合闸脱扣器J11、分闸脱扣器J12、辅助触点DL1,该供电线路保护装置还包括数据处理器U1(采用单片机PIC16F887A)、供电线路检测电路、参数设定电路、手动合闸控制电路、手动分闸控制电路、遥控发射器(图中未示出)、遥控接收器、合闸遥控信号输入电路、分闸遥控信号输入电路、合闸控制输出电路、分闸控制输出电路、供电线路控制开关辅助触点控制电路、合闸脱扣器控制电路、分闸脱扣器控制电路,其中,供电线路检测电路、参数设定电路的信号输出端分别连接所述数据处理器U1的供电线路检测信号输入端、参数设定输入端口,手动合闸控制电路、合闸遥控信号输入电路的信号输出端均连接所述数据处理器U1的合闸信号输入端,所述手动分闸控制电路、分闸遥控信号输入电路的信号输出端均连接所述数据处理器U1的分闸信号输入端,合闸遥控信号输入电路、分闸遥控信号输入电路的信号输入端分别对应连接遥控接收器的合闸控制按键、分闸控制按键;所述数据处理器U1的合闸信号输出端、分闸信号输出端分别对应连接合闸控制输出电路、分闸控制输出电路的信号输入端,合闸控制输出电路、分闸控制输出电路分别对应控制合闸脱扣器控制电路、分闸脱扣器控制电路。供电线路控制开关辅助触点控制电路的信号输出端连接所述数据处理器U1的供电线路控制开关辅助信号输入端。
本实施例供电线路保护装置的电源模块包括一交流变压器TF1,该交流变压器TF1的初级绕组用于连接在市电电源上,该交流变压器TF1的次级绕组先通过整流桥D10、滤波器C10、第一三端稳压器G1进行整流、滤波、稳压处理后,再由电容C11滤波即输出直流+12V电源;该直流12V电源再经第二三端稳压器G2稳压、电容C12滤波后输出+5V电源;+5V电源用于为数据处理器U1(单片机PIC16F887)、数据处理器U1的16M晶振U5、遥控接收器DZ1供电。
所述的手动合闸控制电路包括一常开开关S2、第二片状滤波器EMI2、第二光电耦合器U3,其中,该常开开关S2的一端连接+12电源、另一端通过第二片状滤波器EMI2连接第二光电耦合器U3的输入端,第二光电耦合器U3输出端的第一端连接+5V电源,第二端连接所述数据处理器U1的合闸信号输入端21脚。
所述的手动分闸控制电路包括一常闭开关S3、第三片状滤波器EMI3、第三光电耦合器U4,其中,常闭开关S3的一端连接+12V电源、另一端通过第三片状滤波器EMI3连接第三光电耦合器U4的输入端,第三光电耦合器U4输出端的第一端连接+5V电源,第二端连接所述数据处理器U1的分闸信号输入端22脚。
所述的合闸遥控信号输入电路包括第一二极管D7,该第一二极管D7的正极连接遥控接收器DZ1的合闸按键的信号输出端1脚上,该第一二极管D7的负极连接所述数据处理器U1的合闸信号输入端21脚。
所述的分闸遥控信号输入电路包括第二二极管D8,该第二二极管D8的正极连接遥控接收器DZ1的分闸按键的信号输出端4脚上,该第二二极管D8的负极连接所述数据处理器U1的分闸信号输入端22脚。
所述的合闸控制输出电路包括第一开关三极管Q1、第一继电器J1,第一开关三极管Q1的基极连接所述数据处理器U1的合闸信号输出端23脚,第一开关三极管Q1的集电极通过第一继电器J1的线圈连接+12V电源,第一开关三极管Q1的发射极接地;第一继电器J1的常开接点J1-1与所述合闸脱扣器J11串接构成合闸脱扣器控制电路,该合闸脱扣器控制电路用于串接在供电线路上。
所述的分闸控制输出电路包括第二开关三极管Q2、第二继电器J2,第二开关三极管Q2的基极连接所述数据处理器U1的分闸信号输出端24脚,第二开关三极管Q2的集电极通过第二继电器J2的线圈连接+12V电源,第二开关三极管的发射极接地;第二继电器J2的常开接点J2-1与所述分闸脱扣器J12串接构成分闸脱扣器控制电路,该分闸脱扣器控制电路用于串接在供电线路上。
所述的供电线路检测电路包括与供电线路(本实施例中供电线路为三线制电路)的A相、B相、C相三条相线一一对应连接的过流互感器T1、T3、T2,本实施例中,所述各过流互感器T1、T3、T2以星型接法与供电线路的A相、B相、C相连接:当A、B、C三相电流相等时,其三相电流矢量和为零,即流过T3的电流Io为零,当A、B、C三相电流不相等时,其三相电流矢量和产生一个不平衡电流,即有一个不平衡电流Io流过T3。电流互感器T1、T2、T3的次级绕组分明连接第一、第二、第三整流滤波稳压电路,各整流滤波稳压电路均相同,以第一整流滤波稳压电路为例,其由滤波器C1、整流桥D1、电容C4、电阻R1、电位器W3依次连接构成,其输出端连接所述数据处理器U1的2脚,第二、第三整流滤波稳压电路的输出端分别连接所述数据处理器U1的3、5脚。
所述的参数设定电路包括过流定值设定拨码开关BK1、速断定值设定拨码开关BK2、零序电流定值设定拨码开关BK3、过流延时时间定值设定拨码开关BK4、重合次数设定拨码开关BK5、重合时间间隔参数设定拨码开关BK6,所述过流定值设定拨码开关BK1的4、5、6脚连接所述数据处理器U1的过流定值设定输入端7、6、4脚;速断定值设定拨码开关BK2的4、5、6脚连接所述数据处理器U1的速断定值设定输入端10、9、8脚;零序电流定值设定拨码开关BK3的6、7、8、9、10脚分别对应连接所述数据处理器U1的零序电流定值设定输入端19、18、17、16、15脚;所述过流定值设定拨码开关BK1的1、2、3脚、所述速断定值设定拨码开关BK2的1、2、3脚、所述零序电流定值设定拨码开关BK3的1、2、3、4、5脚均连接于+5V直流电源上;所述过流延时时间定值设定拨码开关BK4的1、2、3、4脚分别对应连接所述数据处理器U1的40、39、38、37脚;所述重合次数设定拨码开关BK5的1、2脚分别对应连接所述数据处理器U1的36、35脚;所述重合时间间隔参数设定拨码开关BK6的1、2、3、4、5、6脚分别对应连接34、33、30、29、28、27脚;所述过流延时时间定值设定拨码开关BK4的5、6、7、8脚、所述重合次数设定拨码开关BK5的3、4脚、所述重合时间间隔参数设定拨码开关BK6的7、8、9、10、11、12脚均连接于+5V直流电源上。图2所示为上述六个参数设定拨码开关BK1、BK2、BK3、BK4、BK5、BK6的各拨码状态与相应设定参数之间的对照展示图,如需将过流定值设定拨码开关BK1设定为5A时,将由左到右顺序的三个拨码键分别对应下拨状态、下拨状态、上拨状态即可,其余不再一一详细赘述。
供电线路控制开关辅助触点控制电路包括第一片状滤波器EMI1、第一光电隔离器U2,所述开关辅助触点DL1的一端连接+12V电源、另一端通过第一片状滤波器EMI1连接第一光电隔离器U2的信号输入端,第一光电隔离器U2信号输出端的第一端分两路,其第一路通过分压电阻R10连接+5V电源,其第二路连接所述数据处理器U1的供电线路控制开关辅助信号输入端20脚,第一光电隔离器U2的信号输出端的第二端接地。
本实施例供电线路保护装置还包括复位电路,状态指示电路,所述复位电路包括一复位按键S1与两电阻R7、R8依次串接,电阻R8的自由端连接+5V电源,复位按键S1的自由端接地,两电阻R7、R8的中间接点连接所述数据处理器U1的复位端1脚,按键S1用于复位控制,(本实施例中,复位按键S1为常开按键,按下接通,松开断开)按下复位按键S1,数据处理器UI的1脚就得到一个低电位信号,数据处理器U1复位一次。
所述状态指示电路包括一分压电阻R15、一LED发光二极管LED1,发光二极管LED1的负极接地、正极通过电阻R15连接所述数据处理器U1的状态信号输出端口25脚。
电源接通后,本实施例供电线路保护装置进入工作状态,此时发光二极管LED1闪烁;通过拨码开关BK1、BK2、BK3、BK4、BK5、BK6设定需要的过流定值、速断定值、零序电流(小电流)定值、过流延时时间定值、重合次数、重合时间间隔。当供电线路控制开关处于分闸状态,此时供电线路控制开关的辅助触点DLI是断开的,光电耦合器U2处于截止状态,数据处理器U1的20脚是高电位,若需合闸,按遥控发射器合闸键,遥控接收器DZ1的1脚输出高电位,通过二极管D7输入到所述数据处理器U1的21脚(或接通合闸按钮S2,电流通过片状滤波器EMI2、电阻R11使光耦U3导通,通过电阻R12节点使数据处理器U1的21脚得到一个高电位),这时数据处理器U1的合闸信号输出端23脚输出时长最长500ms的脉冲,通过电阻R17使三极管Q1导通,继电器J1动作,继电器触点J1-1闭合,合闸脱扣器J11得电动作,供电线路控制开关动作合闸,同时供电线路控制开关的辅助触点DL1接通,数据处理器U1的20脚由高电位变成低电位,这时数据处理器U1的23脚终止脉冲输出,供电线路控制开关合闸完成,供电线路接通;辅助触点DL1接通时,供电线路控制开关处在合闸状态,辅助触点DL1断开时,供电线路控制开关处在分闸状态;如果供电线路控制开关合闸不成功,则数据处理器U1的25脚输出信号驱动发光二极管LED1长亮以示警,再按遥控发射器或手动合闸按钮S2,数据处理器U1不响应,这样,就防止了由于供电线路控制开关的机械故障而发生的供电事故,同时避免由于供电线路控制开关机械故障造成合闸脱扣器长期通电烧毁和其他相关设备(如高压PT设备等)损坏,5分钟后告警自动解除,或按下复位按键S1解除告警。
当供电线路控制开关处于合闸状态,数据处理器U1的20脚是低电位,供电线路控制开关的辅助触点DL1是闭合状态,若需分闸,按遥控发射器分闸键或手动分闸按钮S3,数据处理器U1的22脚会得到一个高电位,这时数据处理器U1的24脚输出最长500ms的脉冲,通过电阻R18使三极管Q2导通,继电器J2动作,继电器触点J2-1闭合,分闸脱扣器J12得电动作,供电线路控制开关分闸,同时供电线路控制开关的辅助触点DL1断开,数据处理器U1的20脚由低电位变成高电位,这时数据处理器U1的24脚终止脉冲输出,分闸完成,供电线路停止供电;如果供电线路控制开关分闸不成功,数据处理器U1的24脚会继续发出脉冲,同时发光二极管LED1长亮以示警,防止由于供电线路控制开关机械故障(开关拒分)发生的供电事故,同时避免由于开关机械故障造成分闸脱扣器长期通电烧毁和其他相关设备(如高压PT设备)损坏,5分钟后告警自动解除,或按复位按键S1解除告警。
所述供电线路控制开关合闸即供电线路接通后,数据处理器U1的3路A/D转换端口2脚、3脚、5脚分别对过流互感器T1、T2、T3输出的电流Ia、Ic、Io分别经第一、第二、第三整流滤波稳压电路转换成的电压信号Ua、Uc、Uo进行数据采集。在每个周期(20mS),三路A/D转换端口每路分别采集20个瞬时值为一组并进行平均运算(将采集的连续的20个数据相加再除以20),每一路分别得到1个有效值,同时程序采用对每路A/D采样端所采得的20个瞬时值依次更新,20个瞬时值又分为2组,每得到10个新瞬时值就替换掉最前面的10个瞬时值,再对被更新后的20个数值进行运算,从而提高了实时准确度。同时执行程序周期性(180mS)对六个拨码开关BK1、BK2、BK3、BK4、BK5、BK6的设定输出信号以及数据处理器U1的20脚、21脚、22脚I/O管脚进行高低电位检测,从而判断各拨码开关所设置的功能、参数及开关状态、接收分、合闸指令;对以上各I/O管脚检测采取了3取2原则进行判断(是取三个中两个相同的值采用:如数据处理器U1的20、22脚均为高电平,即可判断供电线路控制开关处于分闸状态;如数据处理器U1的20、22脚均为低电平,即可判断供电线路控制开关处于合闸状态),提高了本保护装置的抗干扰能力。同时采用了片状滤波器EMI1、EMI2、EMI3滤波和光耦U2、U3、U4进行光电隔离,可进一步降低干扰,提高本保护装置的抗干扰能力。为了保证得到更及时的电网的实时数值,我们采取了A/D采集与程序并行的方法,即A/D采集用中断的方式,无论何时、程序运行何处只要A/D采集时间到,立即产生中断进行A/D采集。
当供电线路控制开关合闸完成时,流经该开关A相的电流Ia经过过流互感器T1变换成交流电压信号,经电容C1滤去高次波和尖波经整流桥D1整流、电容C4滤波再经电阻R1、电位器W3限压得到直流脉动电压Ua;数据处理器U1的A/D转换端口2脚对该直流脉动电压Ua进行A/D采样,当采样值大于所设置的过流值时,进入过流延时程序,若在延时时间内的采集值均大于设定值,则数据处理器U1的24脚输出高电位,通过电阻R18使三极管Q2导通,继电器J2动作,继电器J2的触点J2-1闭合,分闸脱扣器J12得电动作,供电线路控制开关分闸,供电线路控制开关的辅助触点DL1断开,数据处理器U1的20脚得到高电位,数据处理器U1的24脚停止输出,从而使三极管Q2截止,继电器J2失电复位,保护动作完成。如果有一次至三次重合,则保护动作完成后经过重合间隔时间后,数据处理器U1的23脚输出高电位,通过三极管Q1、继电器J1使合闸脱扣器J11动作,供电线路控制开关合闸。供电线路控制开关合闸后,如果故障电流未消除,供电线路控制开关继续分闸,如此完成三次重合后故障仍未消除,则供电线路控制开关分闸,同时发光二极管LED1指示灯常亮,以示告警。本保护装置进入闭锁状态,这时无论遥控操作合闸还是手动操作合闸,本保护装置都不响应,这样避免了线路故障未消除又合闸送电事故。