手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置制造方法
【專利摘要】一種手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,包括報警電路,所述報警電路包括交直流隔離電路、降壓電路、整流電路、穩(wěn)壓電路和警示電路,所述報警電路的輸入端機即交直流隔離電路的輸入端連接直流母線,直流母線中的交流和直流信號經(jīng)過交直流隔離電路后只剩下交流信號,然后該交流信號經(jīng)過降壓電路降壓以及整流電路整流后轉(zhuǎn)換成另一直流信號,該另一直流信號經(jīng)過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后就通過警示電路進行報警。本實用新型的裝置利用實時跟蹤處理技術(shù)集成度高、抗干擾能力強、靈敏度高、功耗低、操作簡單,所有參數(shù)均可設(shè)置,解決了交流信號竄入直流回路時的實時故障監(jiān)測報警。
【專利說明】手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種報警裝置,特別是涉及一種手持式交流串入直流回路監(jiān)測報
I=I目.0
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展使得電網(wǎng)的規(guī)模越來越大,不同區(qū)域之間的互聯(lián)也越來越復(fù)雜和緊密,這就使得系統(tǒng)中所發(fā)生的故障對系統(tǒng)本身的影響也隨之?dāng)U大,在復(fù)雜故障、自動裝置動作不正常或者信道原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)通信不正常情況下很難給出準(zhǔn)確實時的故障診斷結(jié)果。從20世紀(jì)80年代起國內(nèi)外已經(jīng)進行了大量的研究工作,除了數(shù)據(jù)采集監(jiān)控和管理系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度中得到廣泛應(yīng)用,還提出了專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化技術(shù)、Petri網(wǎng)絡(luò)、粗糙集理論、模糊集理論、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、多Agent技術(shù)和基于故障錄波器信息等電力系統(tǒng)故障診斷的技術(shù)方法,由于這些方法過于復(fù)雜、花費時間較多,所以實際應(yīng)用系統(tǒng)中問題并未得到很好解決。
[0003]廠站電源系統(tǒng)包括交流電源系統(tǒng)和直流電源系統(tǒng),其中經(jīng)過整流將交流電源變換為繼電保護、自動控制裝置需要的直流電源,以及掛在直流母線上浮充的蓄電池組構(gòu)成了直流電源系統(tǒng)。直流電源系統(tǒng)通過絕緣監(jiān)察裝置接地,交流系統(tǒng)有地線,正常運行時兩系統(tǒng)決不會連接。但是電源系統(tǒng)實際運行過程中可能會出現(xiàn)因誤接線、誤碰等造成交流串入直流回路的事故,其對交流回路的影響一般局限在該交流回路內(nèi),卻危及到全站的直流系統(tǒng)以及直流回路,除了具有直流接地所有的危害外,還會引起保護誤動、開關(guān)誤跳,甚至?xí)p壞繼電保護裝置和自動控制裝置。
[0004]目前,電力工作人員大多是通過借助于其他電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)方法和經(jīng)驗判斷是否有交流串入直流回路發(fā)生,診斷時間比較長。雖然國內(nèi)有一兩家公司生產(chǎn)相關(guān)監(jiān)測報警裝置,但是設(shè)計過于復(fù)雜、體積大不方便、反應(yīng)速度較慢大約在Is左右,完全不能滿足檢測的實時性要求。因此,開發(fā)一種專用的、便捷、高靈敏度的交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種反應(yīng)時間快、體積小并且靈敏、便捷的交流串入直流回路報警裝置。
[0006]本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,包括報警電路,其特征在于:所述報警電路包括交直流隔離電路、降壓電路、整流電路、穩(wěn)壓電路和警示電路,所述報警電路的輸入端機即交直流隔離電路的輸入端連接直流母線,直流母線中的交流和直流信號經(jīng)過交直流隔離電路后只剩下交流信號,然后該交流信號經(jīng)過降壓電路降壓以及整流電路整流后轉(zhuǎn)換成另一直流信號,該另一直流信號經(jīng)過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后就通過警示電路進行報警。
[0007]優(yōu)選地,所述降壓電路包括變壓器。[0008]為了便于使用者選擇,所述穩(wěn)壓電路分為兩組,每組分別將整流電路輸出的直流信號穩(wěn)壓成兩個不同高低的電壓,其中第一組輸出連續(xù)可調(diào)電壓IV?25V,第二組輸出直流電壓5V。
[0009]優(yōu)選地,整流電路的其中第一組包括第一穩(wěn)壓芯片,該第一穩(wěn)壓芯片為LM317,另外第二組包括第二穩(wěn)壓芯片,該第二穩(wěn)壓芯片為78L05。
[0010]優(yōu)選地,所述警示電路包括燈以及蜂鳴器。
[0011]為了實時監(jiān)測串入直流回路的交流信號的情況,還包括一交流監(jiān)測輸出電路,該交流監(jiān)測輸出電路包括隔離采樣電路、電壓偏移電路、電壓跟隨電路、限幅保護電路以及輸出顯示電路,該交流監(jiān)測輸出電路的輸入端即隔離采樣電路的輸入端連接直流母線,串入了交流信號的直流母線信號經(jīng)過隔離采樣電路后將交流直流信號進行隔離,隔離后的交流信號經(jīng)過降壓后被采樣,然后通過電壓偏移電路增加偏移量后輸出至電壓跟隨電路,電壓跟隨電路對電壓進行跟隨后輸出至限幅保護電路,該限幅保護電路為之后輸出顯示電路中的輸入DSP的電壓進行二極管箝位限幅,輸出顯示電路將采樣后的信號進行處理、輸出和顯不O
[0012]為了便于顯示、控制和通信,所述輸出顯示電路包括一觸摸顯示屏和所述DSP芯片,所述DSP芯片選擇32位DSP芯片,電壓經(jīng)DSP芯片A/D采樣、處理后直接將數(shù)據(jù)信息輸出顯示在觸摸液晶屏上,該DSP芯片并且預(yù)留RS232、RS485串行數(shù)據(jù)通訊接口方便與外部設(shè)備進行通信。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型的裝置利用實時跟蹤處理技術(shù),采用32位DSP芯片為主控芯片,集成度高、抗干擾能力強、靈敏度高、功耗低、操作簡單,所有參數(shù)均可設(shè)置,不僅解決了交流信號竄入直流回路時的實時故障監(jiān)測報警,并可在觸摸液晶屏上調(diào)用顯示捕捉到的交流電壓幅值、波形、交流竄入直流時間等信息數(shù)據(jù),或者通過串口將信息數(shù)據(jù)輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型報警裝置的原理框圖。
[0015]圖2為本實用新型報警裝置中的報警電路的原理框圖。
[0016]圖3為本實用新型報警裝置中的交流監(jiān)測輸出電路的原理框圖。
[0017]圖4為本實用新型220V交流串入直流回路的等效電路圖。
[0018]圖5為本實用新型報警裝置中的報警電路的電路圖。
[0019]圖6為本實用新型報警裝置中的交流監(jiān)測輸出電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0021]如圖4所示,為220V交流串入直流回路的等效電路圖,串入的220V交流電源與廠用電380V相連,內(nèi)阻可看作0,將其等效為理想交流電源;C為直流母線間的等效電容;直流母線由浮充電裝置及蓄電池組同時供電,在直流母線間等效為理想220V直流電壓源;將電纜對地阻抗等效為對地分布電容與對地電阻并聯(lián),Cl、C2為直流母線對地等效分布電容,由于直流供電范圍的較大,饋線電纜較長,那么直流母線的對地分布電容偏大,R1、R2為直流母線對地等效電阻,C3、C4為保護回路電纜對地分布電容;掛在直流母線上的微機保護裝置直流逆變電源中,往往在正、負直流母線之間并接大量的濾波電容器;光耦1、2代表2個保護開入量。
[0022]當(dāng)交流電源串入直流母線的正極時,交流電源相當(dāng)于短路,從而將Cl、Rl并聯(lián)回路短接,故直流母線正極對地的等效電阻為0,相當(dāng)于正極直接接地。另外,根據(jù)線形電路疊加原理可知,在交流等效電路中直流電源220V相當(dāng)于短路,因而直流正、負母線對地交流電壓為220V。這就是會出現(xiàn)中央控制信號屏“直流系統(tǒng)故障”光字牌亮、直流監(jiān)控屏“直接接地”燈亮,以及切換對地電壓為220V、“ + ”對地電壓為OV的原因。
[0023]由于電纜中存在對地電容,則交流回路可經(jīng)燈泡、電纜、電纜對地電容、大地形成回路,從而屏的故障光字牌和故障燈會亮。
[0024]在正常情況下直流回路不存在交流電源,要相應(yīng)繼電保護動作或中間繼電器勵磁,只有閉合回路上的接點回路才會導(dǎo)通,光耦得到開入量,微機保護才會啟動,進而發(fā)出跳閘、遠跳等命令和執(zhí)行。然而在交流串入直流系統(tǒng)的異常情況下,由于回路電纜的長度較大,光耦的動作電壓又比較低,一般為24V,遠低于交流電壓220V,交流電源經(jīng)電纜對地分布電容C3、C4繞過接點串入直流系統(tǒng),在交流電正半波時候一旦電壓脈沖幅值超過光耦動作電壓,就會致使光耦誤動作,造成保護誤動、開關(guān)誤跳等嚴重后果。
[0025]經(jīng)過上述分析可知,交流串入直流回路相當(dāng)于在直流母線直接接地的基礎(chǔ)上又施加了 一個交流電源,它比直流直接接地造成的破壞惡劣的多,因此交流串入直流回路故障出現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)盡快地被監(jiān)測出來并采取相應(yīng)措施將損失減到最低。
[0026]當(dāng)出現(xiàn)直流接地、大部分光字牌信號暗亮、頻繁燒控制保險,以及頻繁跳、合線圈時,應(yīng)首先考慮是否是交流串入直流回路。通常為證實推斷,最簡單的方法是將萬用表的電壓檔打至交流檔,測量正、負直流母線對地交流電壓,若測得220V,則是普通交流電源串入直流系統(tǒng);若測得為60V或100V,則為電壓互感器二次回路交流源串入直流系統(tǒng),考慮到實際電壓偏差,測得值會有所偏差。本實用新型正是利用這個原理設(shè)計了一種手持式交流電源串入直流系統(tǒng)的監(jiān)測報警裝置,該裝置利用實時跟蹤處理技術(shù),采用32位DSP芯片為主控芯片,集成度高、抗干擾能力強、靈敏度高、功耗低、操作簡單,所有參數(shù)均可設(shè)置,不僅解決了交流信號竄入直流回路時的實時故障監(jiān)測報警,并可在觸摸液晶屏上調(diào)用顯示捕捉到的交流電壓幅值、波形、交流竄入直流時間等信息數(shù)據(jù),或者通過串口將信息數(shù)據(jù)輸出。
[0027]本實用新型的報警裝置,如圖1所示,該報警裝置的輸入端輸入交流和直流信號,進行交流信號的采集,然后將交流信號進行信號數(shù)據(jù)的處理,然后根據(jù)處理后的信號進行故障報警,同時也可以將處理后的交流信號進行監(jiān)測輸出。該報警裝置,主要包括一對信號進行故障報警的報警電路,如圖2、5所示,該報警電路包括交直流隔離電路11、降壓電路12、整流電路13、穩(wěn)壓電路14和警示電路15。該報警電路的輸入端機即交直流隔離電路11的輸入端連接直流母線,直流母線中的交流和直流信號經(jīng)過交直流隔離電路11后只剩下交流信號,然后交流信號經(jīng)過降壓電路12降壓以及整流電路13整流后轉(zhuǎn)換成直流信號,直流信號經(jīng)過穩(wěn)壓電路14穩(wěn)壓后就通過警示電路15進行報警。具體地,如圖2所示,該交直流隔離電路11包括一串聯(lián)的電容C和電阻R,電容C的一端接直流母線,電阻R的一端接地,電阻R和電容C之間連接降壓電路12,降壓電路12為一變壓器Fl,變壓器Fl的輸出端連接整流電路13,該整流電路13可以為一由四個整流二極管Dl、D2、D3和D4組成的橋式整流電路,整流電路13的輸出端連接穩(wěn)壓電路14,該穩(wěn)壓電路14可以分為兩組,每組分別將整流電路13輸出的直流信號穩(wěn)壓成兩個不同高低的電壓,其中一組包括第一穩(wěn)壓芯片Ul,該第一穩(wěn)壓芯片Ul為LM317,另外一組包括第二穩(wěn)壓芯片U2,該第二穩(wěn)壓芯片U2為78L05。其中LM317的第一端串聯(lián)一電阻Rl和電容Cl后接地,電阻Rl為2.2 Ω/2W,電容Cl為1000uF/50V,電阻Rl和電容Cl之間即接整流電路13的輸出端;LM317的第二端通過一可變電阻RW接地,該可變電阻RW為0-4.7ΚΩ ;LM317的第三端和第二端之間連接一電阻R2,R2為220 Ω,第三端與地之間連接一電容C2,C2為470uF/50V ;該第三端即為輸出端,通過調(diào)節(jié)可變電阻RW,該穩(wěn)壓電路的第一組可輸出1V-25V的可變電壓。穩(wěn)壓電路的第二組包括一第二穩(wěn)壓芯片U2為78L05,該78L05的第一端也通過串聯(lián)的電阻Rl和電容Cl接地,第二端直接接地,第三端即為輸出端,該第三端通過一電容C3接地,電容C3為470uF/50V,該穩(wěn)壓電路的第二組輸出5V的電壓。警示電路15包括一燈H和一蜂鳴器BL,該燈H和蜂鳴器BL分別并聯(lián),兩者的一端接地,另一端均通過一開關(guān)K連接至穩(wěn)壓電路的任意一組的輸出端。
[0028]假設(shè)傳入的交流電壓為220V、50Hz、0.5A,報警電路首先經(jīng)過高速交流信號采樣將交直流信號隔離,交流信號經(jīng)變壓器變?yōu)?7V~22V交流小信號,再經(jīng)過整流和穩(wěn)壓處理可輸出電壓5V和連續(xù)可調(diào)電壓IV~25V兩組直流電壓,輸出端接燈、蜂鳴器即可實現(xiàn)聲光報警。實際中,直流回路可能會混入電壓值比220V小的其他交流信號,可以在負載端的信號保護設(shè)備中設(shè)定門限值,選擇好輸出電壓分組后,一旦外部竄入的交流電壓脈沖大于所設(shè)定門限值就會報警。
[0029]該報警電路還可包括一交流監(jiān)測輸出電路,如圖3、6所示,該交流監(jiān)測輸出電路包括隔離采樣電路21、電壓偏移電路22、電壓跟隨電路23、限幅保護電路24以及輸出顯示電路25。該交流監(jiān)測輸出電路的輸入端即隔離采樣電路21的輸入端連接直流母線,串入了交流信號的直流母線信號經(jīng)過隔離采樣電路21后將交流直流信號進行隔離,隔離后的交流信號經(jīng)過降壓后被采樣,然后通過電壓偏移電路22增加偏移量后輸出至電壓跟隨電路23,電壓跟隨電路23對電壓進行跟隨后輸出至限幅保護電路24,該限幅保護電路24主要用于為之后輸出顯示電路25中的輸入DSP的電壓進行二極管箝位限幅,以防止信號異常導(dǎo)致DSP芯片損壞,輸出顯示電路25用于將DSP芯片采樣后的信號進行輸出和顯示。
[0030]具體地,該隔離采樣電路21包括--串聯(lián)的電容C和電阻R,電容C的一端接直流
母線,電阻R的一端接地,電阻R和電容C之間連接變壓器Fl,變壓器Fl為降壓器件,變壓器Fl的輸出端通過一電阻R4連接至一放大器Al的負極,在變壓器Fl的輸出端和地之間連接有電阻R3,該R3為101(0,電阻1?4為IOK Ω,放大器Al的負極和正極之間連接一電容C4,該電容為0.01uF,放大器Al的負極通過電容C4接地,正極直接接地;并且該放大器Al的負極和輸出端之間連接電阻R5,R5為10ΚΩ ;其中電阻R4和電容C4是為了抑制干擾。該放大器Al的輸出端連接電阻R6,電阻R6連接電壓偏移電路22的輸入端,該電壓偏移電路22包括電3.3V直流電源和電阻R7,電阻R7 —端連接一 3.3V的電壓,另一端連接至該電壓偏移電路的輸出端,其中R6和R7均為IOK Ω。電壓偏移電路22的輸出端連接至電壓跟隨電路23,電壓跟隨電路23包括放大器A2和電阻R8,電壓偏移電路22的輸出端連接至放大器A2的正極,放大器A2的負極直接連接放大器A2的輸出端,該放大器A2的輸出端連接電阻R8后輸出,R8為1ΚΩ。電壓跟隨電路23的輸出端連接至限幅保護電路24,限幅保護電路24包括兩個串聯(lián)的二極管D5、D6以及一電容C5,C5為0.0luF,該兩個串聯(lián)的二極管一端接3.3V的直流電,另一端接地,該限幅保護電路24的輸入端位于該兩個二極管之間,輸出端也位于該兩個二極管之間,該兩個二極管之間與地之間連接有電容C5。輸出顯示電路25包括DSP芯片以及顯示屏,限幅保護電路24的輸出端連接至該DSP芯片的A/D采樣端。該DSP芯片選擇32位DSP芯片,電壓經(jīng)DSP芯片A/D采樣、處理后直接將數(shù)據(jù)信息輸出顯示在觸摸液晶屏上,所選液晶屏可以保存、查看200條以上的事故報警信息和波形記錄,另外預(yù)留RS232、RS485串行數(shù)據(jù)通訊接口方便與外部設(shè)備進行通信。上述兩個放大器A1、A2可由內(nèi)置具有兩個放大器的芯片LF353來實現(xiàn)。
[0031]該交流監(jiān)測輸出電路中的DSP部分程序設(shè)計包括初始化程序、交流采集處理程序、屏顯程序。初始化程序主要是配置DSP的A/D采集通道、定時器和顯示屏;DSP進行A/D采樣時需要在I個工頻周期內(nèi)采集50個點,即時間間隔為400us,采集程序使用定時器中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn),在定時器中斷里讀出數(shù)據(jù),當(dāng)采集完50個點的數(shù)據(jù)后設(shè)置一個標(biāo)志通知主程序已經(jīng)采集完數(shù)據(jù),主程序通過全局的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與定時器中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的交互;信號處理時將送到DSP芯片的A/D采樣值減去直流偏置電壓的大小就是當(dāng)前的交流采樣瞬時值;可通過通信接口將交流電壓波形、幅值、相位、紋波系數(shù)、交流竄入直流時間等信息輸出;選用工業(yè)級觸摸液晶顯示屏,利用自帶軟件二次開發(fā)了人性化的操作界面,使操作更簡單。
[0032]當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以了解到,不一定要采用如上所述的具體結(jié)構(gòu)的交流監(jiān)測輸出電路和報警電路,只要能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能,采用其他元器件的電路亦可。
[0033]本實用新型的手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置不改變原有直流接地巡檢儀,采用32位DSP芯片為主控芯片,集成度高,運算速度快,抗干擾能力強,功耗低;實現(xiàn)交流串入直流故障實時聲光報警,還可輸出交流信號信息;另外通過對所用液晶屏進行二次開發(fā),使操作界面更加人性化,還可以保存、查看200條以上的事故報警信息和波形,另外該裝置還提供串行數(shù)據(jù)通訊接口(RS232、RS485)和外部設(shè)備聯(lián)系??梢杂糜?80V、220V或IlOV的直流電體系中,可以測量交流電的范圍為0-400V ;而且對于母線電壓測量的精度為±3%,對于交流竄入的反應(yīng)時間小于0.2秒。
【權(quán)利要求】
1.一種手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,包括報警電路,其特征在于:所述報警電路包括交直流隔離電路(11)、降壓電路(12)、整流電路(13)、穩(wěn)壓電路(14)和警示電路(15),所述報警電路的輸入端機即交直流隔離電路(11)的輸入端連接直流母線,直流母線中的交流和直流信號經(jīng)過交直流隔離電路(11)后只剩下交流信號,然后該交流信號經(jīng)過降壓電路(12)降壓以及整流電路(13)整流后轉(zhuǎn)換成另一直流信號,該另一直流信號經(jīng)過穩(wěn)壓電路(14)穩(wěn)壓后就通過警示電路(15)進行報警。
2.如權(quán)利要求1所述的手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,其特征在于:所述降壓電路(12)包括變壓器。
3.如權(quán)利要求1所述的手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,其特征在于:所述穩(wěn)壓電路(14)分為兩組,每組分別將整流電路(13)輸出的直流信號穩(wěn)壓成兩個不同高低的電壓,其中第一組輸出連續(xù)可調(diào)電壓IV?25V,第二組輸出直流電壓5V。
4.如權(quán)利要求3所述的手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,其特征在于:整流電路(13)的其中第一組包括第一穩(wěn)壓芯片(Ul),該第一穩(wěn)壓芯片(Ul)為LM317,另外第二組包括第二穩(wěn)壓芯片(U2),該第二穩(wěn)壓芯片(U2)為78L05。
5.如權(quán)利要求4所述的手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,其特征在于:所述警示電路(15)包括燈以及蜂鳴器。
6.如權(quán)利要求1所述的手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,其特征在于:還包括一交流監(jiān)測輸出電路,該交流監(jiān)測輸出電路包括隔離采樣電路(21)、電壓偏移電路(22)、電壓跟隨電路(23)、限幅保護電路(24)以及輸出顯示電路(25),該交流監(jiān)測輸出電路的輸入端即隔離采樣電路(21)的輸入端連接直流母線,串入了交流信號的直流母線信號經(jīng)過隔離采樣電路(21)后將交流直流信號進行隔離,隔離后的交流信號經(jīng)過降壓后被采樣,然后通過電壓偏移電路(22)增加偏移量后輸出至電壓跟隨電路(23),電壓跟隨電路(23)對電壓進行跟隨后輸出至限幅保護電路(24),該限幅保護電路為之后輸出顯示電路中的輸入DSP的電壓進行二極管箝位限幅,輸出顯示電路將采樣后的信號進行處理、輸出和顯示。
7.如權(quán)利要求6所述的手持式交流串入直流回路監(jiān)測報警裝置,其特征在于:所述輸出顯示電路(25)包括一觸摸顯示屏和所述DSP芯片,所述DSP芯片選擇32位DSP芯片,電壓經(jīng)DSP芯片A/D采樣、處理后直接將數(shù)據(jù)信息輸出顯示在觸摸液晶屏上,該DSP芯片并且預(yù)留RS232、RS485串行數(shù)據(jù)通訊接口方便與外部設(shè)備進行通信。
【文檔編號】G01R31/40GK203396920SQ201320444546
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】亓常松, 賈成龍, 潘洪軍 申請人:浙江海洋學(xué)院