CN203261125U - 自供电数字继电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种自供电数字继电器，主要由自供电电源、电流泄放电路、远方跳闸输入电路、***复位电路、信号调理电路、采样运算与逻辑处理单元、人机界面模块、故障信息记录模块、跳闸脉冲输出电路和通信接口电路构成。自供电电源与电力线路上的专用电流互感器连接；电流泄放电路通过导线接地；远方跳闸输入通过导线与外部230V或115V交流电源连接；跳闸脉冲输出电路通过导线与脱扣器连接；通信接口电路可通过相应接口线与上位机连接。本实用新型具有安全可靠、智能化程度高、其无需操作电源的特点。

Description

自供电数字继电器

技术领域

本实用新型涉及一种数字继电器，特别涉及一种35KV自供电时间过流和接地电流的自供电数字继电器。

背景技术

在我国电力***中，开关设备的电流保护方法有很多，有传统电流继电器、数字式继电器、功能全面的微机继电保护装置等，对要求不高的场合还有在断路器上直接按照过流脱扣线圈进行过流保护的，对应变压器保护应用较多的还有负荷开关与熔断器的组合电器，利用熔断器切除故障电流等。传统电流保护方法，如过流脱扣器、电流继电器、负荷开关也熔断器的组合电器，都不需要操作电源，结构简单，成本低，但是精度较低，且整定复杂。为此，现行较先进的电流保护方法是采用微机综合保护装置和数字继电器，虽然微机综合保护装置和数字继电器具有数字化、功能强和精度高的特点，但因其需要提供操作电源，因此不适于35KV及以下电压等级无操作电源的变电站、架空线路柱上开关以及带开关的电缆分接箱等不需要外加辅助电源和直流屏的特殊应用场合。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种安全可靠、智能化程度高、其无需操作电源的自供电数字继电器。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的：

一种自供电数字继电器，主要由自供电电源、电流泄放电路、远方跳闸输入电路、***复位电路、信号调理电路、采样运算与逻辑处理单元、人机界面模块、故障信息记录模块、跳闸脉冲输出电路和通信接口电路构成。其中自供电电源的三相整流输入端与外部电力线路上A、B、C三相的电流互感器连接。自供电电源的电源输出端连接***复位电路、信号调理电路、跳闸脉冲输出电路、以及采样运算与逻辑处理单元。自供电电源的***复位信号输出端经***复位电路连接采样运算与逻辑处理单元。自供电电源的正弦电流信号输出端经信号调理电路连接采样运算与逻辑处理单元。自供电电源的泄放电流输出端与电流泄放电路的输入端连接，电流泄放电路的控制端连接采样运算与逻辑处理单元，电流泄放电路的输出端通过导线接地。远方跳闸输入电路的输入端连接外部跳闸输入的接入信号，远方跳闸输入电路的输出端连接自供电电源，远方跳闸输入电路的监控端连接采样运算与逻辑处理单元。采样运算与逻辑处理单元的一输出端通过跳闸脉冲输出电路与外部脱扣器连接。采样运算与逻辑处理单元的一输出端通过通信接口电路与外部上位机连接。人机界面模块和故障信息记录模块连接在采样运算与逻辑处理单元上。

上述方案中，所述信号调理电路最好包括阻容分压电路、滤波电路、模拟程控放大器、逻辑控制开关电路。阻容分压电路的输入端与自供电电源的正弦电流信号输出端连接，逻辑控制开关电路的输入端与采样运算与逻辑处理单元的IO控制端口连接，阻容分压电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路和逻辑控制开关电路的输出端均连接在模拟程控放大器的输入端上，模拟程控放大器的输出端与采样运算与逻辑处理单元相连。

上述方案中，所述自供电电源的电源输出端最好包括24V电源输出端、5V电源输出端和3.3V电源输出端，其中24V电源输出端连接跳闸脉冲输出电路，5V电源输出端连接***复位电路和信号调理电路，3.3V电源输出端连接采样运算与逻辑处理单元。

上述方案中，所述远方跳闸输入电路的输入端接入的外部跳闸输入信号最好为230V和115V交流电源。

上述方案中，所述通信接口电路最好为RS-485串行通信接口电路。

与现有技术相比，本实用新型无需额外安装操作电源便能够提供快速可靠的继电保护功能；能够及时保存电力线路故障信息，为预测电力网络发生的各种故障提供数据基础；能够通过上位机进行通信组网，实现故障信息显示、数据分析、故障定位、打印报表等功能的智能配电网继电保护***；其次该实用新型可进行一体化封装，实现小型化、少维护（或免维护）；由于本实用新型因不需要外加操作电源，并具有现代微机综合保护装置数字化、功能强和精度高等优点，因此更适于在35KV及以下电压等级无操作电源的变电站、架空线路柱上开关以及带开关的电缆分接箱等特殊应用场合安装。

附图说明

图1为本实用新型一种自供电数字继电器的结构原理框图；

图2为自供电电源结构原理框图；

图3为信号调理电路结构原理框图；

图4为本实用新型应用***示意图。

具体实施方式

一种自供电数字继电器如图1所示，其主要由自供电电源、电流泄放电路、远方跳闸输入电路、***复位电路、信号调理电路、采样运算与逻辑处理单元、人机界面模块、故障信息记录模块、跳闸脉冲输出电路和通信接口电路构成。其中自供电电源的三相整流输入端与外部电力线路上A、B、C三相的电流互感器连接。自供电电源的电源输出端连接***复位电路、信号调理电路、跳闸脉冲输出电路、以及采样运算与逻辑处理单元。自供电电源的***复位信号输出端经***复位电路连接采样运算与逻辑处理单元。自供电电源的正弦电流信号输出端经信号调理电路连接采样运算与逻辑处理单元。自供电电源的泄放电流输出端与电流泄放电路的输入端连接，电流泄放电路的控制端连接采样运算与逻辑处理单元，电流泄放电路的输出端通过导线接地。远方跳闸输入电路的输入端连接外部跳闸输入的接入信号，远方跳闸输入电路的输出端连接自供电电源，远方跳闸输入电路的监控端连接采样运算与逻辑处理单元。采样运算与逻辑处理单元的一输出端通过跳闸脉冲输出电路与外部脱扣器连接。采样运算与逻辑处理单元的一输出端通过通信接口电路与外部上位机连接。人机界面模块和故障信息记录模块连接在采样运算与逻辑处理单元上。

自供电电源通过导线与电力线路上A、B、C三相的专用电流互感器连接，为继电器提供电源。电流泄放电路由采样运算与逻辑处理单元控制，当储能电容电压超过设定阀值时泄放电流。远方跳闸输入电路通过导线与外部230V或115V交流电源连接。当电力***发生故障需要进行远方跳闸而24V电源输出的能量不足以驱动远方脱扣器跳闸时，采样运算与逻辑处理单元发出示警信号，并根据需要控制远方跳闸输入电路输入230V或115V交流电源。当外部230V或115V交流电源经过远方跳闸输入电路接入自供电电源时采样运算与逻辑处理单元将检测到相应的远方跳闸输入的接入信号，并显示相应的提示信号。信号调理电路连接在自供电电源与采样运算与逻辑处理单元之间，将电流信号进行变换调理后输入到采样运算与逻辑处理单元。采样运算与逻辑处理单元对输入的电流信号进行AD采样和数据处理，计算A、B、C三相电流有效值、零序电流有效值、相电流突变量和储能电容电压，分别监控故障启动元件的状态、三相电流、零序电流和储能电容电压的大小。当电力***发生故障时，判别故障类型，等待故障延时到达，启动故障跳闸。采样运算与逻辑处理单元控制跳闸脉冲输出电路输出跳闸脉冲使脱扣器跳闸。***复位电路保证继电器在起动和保护跳闸瞬间，继电器能够稳定可靠工作。人机界面模块用于设定各种保护的阀值和选择反时限特性曲线。故障信息记录模块及时保存故障信息，该信息可通过上位机读取。采样运算与逻辑处理单元通过通信接口与上位机连接。所述通信接口电路为RS-485串行通信接口电路。

在本实用新型优选实施例中，所述自供电电源如图2所示，其包括A、B、C相整流输入电路，24V电源输出电路，5V电源输出电路，3.3V电源输出电路及正弦电流信号输出电路，***复位信号输出电路，泄放电流信号输出电路，以及跳闸信号输入电路。A、B、C相整流输入电路将电流互感器和自供电电流继电器内部电路串联起来，当发生故障跳闸时即采样运算与逻辑处理单元检测到电力***故障驱动跳闸脉冲输出电路输出跳闸脉冲时，24V电源输出电路通过跳闸脉冲输出电路为脱扣器提供跳闸脉冲，5V电源输出电路给***复位电路和信号调理电路供电，5V电源输出电路经过电压转换得到3.3V电源给采样运算与逻辑处理单元供电，正弦电流信号输出电路与信号调理电路连接，***复位信号输出电路与***复位电路连接，泄放电流输出电路与电流泄放电路连接。

在本实用新型优选实施例中，所述信号调理电路如图3所示，其包括阻容分压电路、滤波电路、模拟程控放大器、逻辑控制开关电路。阻容分压电路的输入端与自供电电源的正弦电流信号输出端连接，逻辑控制开关电路的输入端与采样运算与逻辑处理单元的IO控制端口连接，阻容分压电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路和逻辑控制开关电路的输出端均连接在模拟程控放大器的输入端上，模拟程控放大器的输出端与采样运算与逻辑处理单元相连。

在本实用新型优选实施例中，所述采样运算与逻辑处理单元（单片机***）主要由超低功耗处理器构成；采样运算与逻辑处理单元至少实现以下运算控制功能：①A、B、C三相电流信号和储能电容电压信号的AD采样；②计算三相电流和零序电流的有效值；③故障保护参数的整定和反时限特性曲线的选择；④监控储能电容电压、三相电流有效值和零序电流有效值的大小，实现故障启动元件、故障判别和故障信息记录；⑤实现上位机通信，及时读取故障信息。

在图4本实用新型实用***结构示意图中，本实用新型与断路器和熔断器结合使用。本实用新型有很宽的电流适应范围与断路器结合使用无论是小负荷电流还是大的故障电流均可由断路器开断，跳闸后又能快速恢复供电，不用停电更换器件，本实用新型内设有多种反时限保护曲线，通过人机界面的拨码开关进行选择，能够实现多种保护要求。熔断器作为远动后备保护。使用时，将自供电数字继电器的自供电电源与电力线路上的专用电流互感器连接；电流泄放电路通过导线接地；远方跳闸输入电路通过导线与外部230V和115V交流电源连接；跳闸脉冲输出电路通过导线与脱扣器连接；通信接口电路可通过相应接口线与上位机连接。

自供电电源从专用电流互感器二次侧获取电路工作能量，为电路提供24V、5V、3.3V电源。当电路中能量过盛时，通过电流泄放电路泄放掉多余能量，保证装置稳定可靠工作。当跳闸机构所需的跳闸能量远超过自供电电源提供的跳闸能量时，可通过远方跳闸输入电路接入外部230V或115V交流电源。信号调理电路从自供电电源获取A、B、C三相电流信号经过变换调理输入到采样运算与逻辑处理单元进行采样计算，并根据***运行状态及时调整模拟程控放大器的增益倍数，使装置有很好的电流适应能力。采样运算与逻辑处理单元实时监测A、B、C三相电流有效值和零序电流有效值的大小，并实时进行故障判别和故障处理，当发生故障时控制跳闸脉冲输出电路输出跳闸脉冲，打开脱扣器；实时监测电路能量是否过盛，当电路能量过盛时控制电流泄放电路泄放能量；及时保存将故障数据保存至故障信息记录模块。当有上位机通过通信接口电路与采样运算与逻辑处理单元进通信时，上位机可以读取***工作状态的相关信息和故障记录信息。工作人员可以根据故障信息分析电力***的运行状况，从而能够对电网运行进行全局调控。

本自供电数字继电器能够实现定时限/反时限过流保护、接地电流保护等保护功能，无须外加电源而直接从电流互感器的二次侧获得装置工作的能量，工作性能接近于微机综合保护装置，因此它要解决以下问题：①实现自供电电源模式；②起动与跳闸瞬间对装置工作的可靠性影响；③在轻负荷和过负荷（或短路故障）状态下稳定地从二次回路中取得装置工作能量和驱动跳闸能量，即有很好的电流适应能力；④为了尽可能地降低整机电源损耗，电路设计及元器件的选择均要满足高效率低能耗的原则；⑤与断路器的配套应用。

Claims (5)

1.自供电数字继电器，其特征在于：主要由自供电电源、电流泄放电路、远方跳闸输入电路、***复位电路、信号调理电路、采样运算与逻辑处理单元、人机界面模块、故障信息记录模块、跳闸脉冲输出电路和通信接口电路构成；其中自供电电源的三相整流输入端与外部电力线路上A、B、C三相的电流互感器连接；自供电电源的电源输出端连接***复位电路、信号调理电路、跳闸脉冲输出电路、以及采样运算与逻辑处理单元；自供电电源的***复位信号输出端经***复位电路连接采样运算与逻辑处理单元；自供电电源的正弦电流信号输出端经信号调理电路连接采样运算与逻辑处理单元；自供电电源的泄放电流输出端与电流泄放电路的输入端连接，电流泄放电路的控制端连接采样运算与逻辑处理单元，电流泄放电路的输出端通过导线接地；远方跳闸输入电路的输入端连接外部跳闸输入的接入信号，远方跳闸输入电路的输出端连接自供电电源，远方跳闸输入电路的监控端连接采样运算与逻辑处理单元；采样运算与逻辑处理单元的一输出端通过跳闸脉冲输出电路与外部脱扣器连接；采样运算与逻辑处理单元的一输出端通过通信接口电路与外部上位机连接；人机界面模块和故障信息记录模块连接在采样运算与逻辑处理单元上。

2.根据权利要求1所述的自供电数字继电器，其特征在于：所述信号调理电路包括阻容分压电路、滤波电路、模拟程控放大器、逻辑控制开关电路；阻容分压电路的输入端与与自供电电源的正弦电流信号输出端连接，逻辑控制开关电路的输入端与采样运算与逻辑处理单元的IO控制端口连接，阻容分压电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路和逻辑控制开关电路的输出端均连接在模拟程控放大器的输入端上，模拟程控放大器的输出端与采样运算与逻辑处理单元相连。

3.根据权利要求1或2所述的自供电数字继电器，其特征在于：所述自供电电源的电源输出端包括24V电源输出端、5V电源输出端和3.3V电源输出端，其中24V电源输出端连接跳闸脉冲输出电路，5V电源输出端连接***复位电路和信号调理电路，3.3V电源输出端连接采样运算与逻辑处理单元。

4.根据权利要求1或2所述的自供电数字继电器，其特征在于：所述远方跳闸输入电路的输入端接入的外部跳闸输入的接入信号为230V和115V交流电源。

5.根据权利要求1或2所述的自供电数字继电器，其特征在于：所述通信接口电路为RS-485串行通信接口电路。

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