專利名稱：綜合數(shù)字繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型所涉及的是一種綜合數(shù)字繼電器，屬繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，綜合數(shù)字繼電器已成為繼電保護(hù)的發(fā)展方向，已逐步取代了傳統(tǒng)的電磁的繼電器保護(hù)。綜合數(shù)字繼電器的出現(xiàn)使電力系統(tǒng)保護(hù)的二次設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，可靠性更高，保護(hù)功能更完善，便于信息的管理與交換，維護(hù)調(diào)試工作量小。因我國(guó)電力系統(tǒng)的控制電路大多采用直流電源，斷開點(diǎn)的拉弧能力很重要。隨著綜合數(shù)字繼電器的體積日趨緊湊，對(duì)繼電器的拉弧能力就顯得更重要，更為迫切。但現(xiàn)有的這類綜合數(shù)字繼電器的拉弧能力普遍都較差，常出現(xiàn)接點(diǎn)燒壞現(xiàn)象。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種工作可靠，拉弧能力強(qiáng)，適合于我國(guó)應(yīng)用的保護(hù)功能齊全的綜合數(shù)字繼電器。本綜合數(shù)字繼電器的組成是，電壓電流互感器連于電壓電流采樣電路再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路連于單片機(jī)，看門狗電路、開關(guān)量輸入電路、脈沖量輸入電路各自分別連于單片機(jī)，顯示器通過(guò)顯示控制器與單片機(jī)相連，分合閘電路及信號(hào)繼電器通過(guò)驅(qū)動(dòng)接口與單片機(jī)相連，串行通訊接口、狀態(tài)信號(hào)電路、位置信號(hào)電路分別與單片機(jī)相連。
本綜合數(shù)字繼電器與現(xiàn)有技術(shù)相比，系統(tǒng)的運(yùn)行情況一目了然，工作可靠。同時(shí)還有經(jīng)光電隔離的串行通訊接口與單片機(jī)相連，可實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方調(diào)度中心進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)功能，并可實(shí)現(xiàn)定值的遠(yuǎn)方查詢及整定，遠(yuǎn)方保護(hù)壓板投退等遠(yuǎn)方控制功能。


圖1、綜合數(shù)字繼電器組成方框圖。
圖2、綜合數(shù)字繼電器的分合閘電路原理圖。
圖3-9為該綜合數(shù)字繼電器的實(shí)施例圖。
圖1中標(biāo)號(hào)名稱1、電壓互感器PT，2、電流互感器CT，3、電壓電流采樣電路，4、脈沖量輸入電路，5、開關(guān)量輸入電路，6、看門狗電路，7、A/D轉(zhuǎn)換電路，8、單片機(jī)，9、顯示控制器，10、顯示器，11、驅(qū)動(dòng)接口，12、分合閘電路及信號(hào)繼電器，13、串行通訊接口，14、狀態(tài)信號(hào)電路，15、位量信號(hào)電路。
圖2中符號(hào)名稱J1、控制繼電器，J2、自保持繼電器，D1、D2是二極管。
圖3是單片機(jī)(CPU)電路組成圖。圖中各方框圖名稱(A)是阻容濾波電路，(B)是上拉電阻，(C)是E2PROM存儲(chǔ)器，(D)是運(yùn)放器，(E)是看門狗電路，U1是單片機(jī)(CPU)，U5是鎖存器，U15是RAM貯存器，U16是ROM貯存器。
圖4中各方框圖名稱(F)是串行通信接口電路，(G)是信號(hào)繼電器控制電路，(H)是可編程邏輯電路。
圖5是開關(guān)量輸入電路。
圖6是電壓電流采樣電路。
圖7中各方框圖名稱(I)是指示燈驅(qū)動(dòng)電路，(J)是鍵盤控制電路。
圖8是電壓電流互感器。
圖9是電源電路。
具體實(shí)施方式
根據(jù)附圖敘述本綜合數(shù)字繼電器的具體實(shí)施方式
及工作原理。
由圖1的組成框圖可知，本綜合數(shù)字繼電器的組成是，電壓互感器1與電流互感器2連于電壓電流采樣電路3再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器7連于單片機(jī)(CPU)8；脈沖量輸入電路4，并關(guān)量輸入電路5，看門狗電路6以及串行通信接口電路13，狀態(tài)信號(hào)電路14和位置信號(hào)電路15分別各自連于單片機(jī)8；顯示器10通過(guò)顯示控制器9連于單片機(jī)8；分合閘電路及信號(hào)繼電器12通過(guò)驅(qū)動(dòng)接口11連于單片機(jī)。
分合閘電路如圖2所示。即在分合閘電路出口串聯(lián)一個(gè)控制繼電器J1，直接利用繼電器觸點(diǎn)作為分合閘控制接點(diǎn)，在分合閘回路中還串聯(lián)一個(gè)自保持繼電器J2，控制繼電器常開觸點(diǎn)與自保持繼電器的常開觸點(diǎn)并聯(lián)，同時(shí)連于自保持繼電器的線圈一端。因自保持繼電器釋放電壓電流很小，必須是控制回路有明顯斷開點(diǎn)才能釋放。如斷路器輔助接點(diǎn)未斷開，控制回路中沒(méi)有斷開點(diǎn)，則保持繼電器一直吸合，其觸點(diǎn)與控制繼電器的觸點(diǎn)并聯(lián)，控制繼電器觸點(diǎn)不會(huì)拉弧，直到控制回路有斷點(diǎn)后，自保持繼電器才釋放。這樣就使斷路器輔助接點(diǎn)未斷開時(shí)裝置的分閘出口就不會(huì)釋放，保證不會(huì)因?yàn)橛|點(diǎn)燒壞而無(wú)法使用。為了使自保持繼電器有一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓，在繼電器上并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的非線性二極管D1與D2，當(dāng)正向?qū)〞r(shí)使二極管上的壓降正好可保證自保持繼電器正常工作。PA200綜合數(shù)字繼電器，控制繼電器可選用松下繼電器ST2-12V，觸頭容量為380VAC，8A。自保持繼電器可選用松下繼電器ST2-1.5V，啟動(dòng)電壓約為0.9V，釋放電壓約0.35V。二極管可選用大功率二極管6A10。
圖3～9是以PA200為例的綜合數(shù)字繼電器實(shí)施圖，分述如下，圖3是單片機(jī)(CPU)電路組成圖，其中，單片機(jī)(CPU)U1，具有A/D轉(zhuǎn)換功能，采用16位80C196單片機(jī)。阻容濾波電路A共有8路，每路由電阻與電容并聯(lián)后分別連于單片機(jī)U1，阻容濾波電路A的輸入信號(hào)AINB1～AINB8來(lái)自于圖6所示的電壓電流采樣電路。上拉電阻B有6路，每路電阻的一端分別與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)放器D的運(yùn)放器相連后連于單片機(jī)，運(yùn)放器D的輸出TXDEN1連于圖4中的串行通信接口電路F，SIG1～SIG4及SIGQD連于圖4中的信號(hào)繼電器控制電路G，6個(gè)上拉電阻的另一端均與電壓為+5V的電源相連。與單片機(jī)U1相連的看門狗電路E，定時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，以防止單片機(jī)U1中程序亂跑時(shí)能自動(dòng)復(fù)位，采用MAX705芯片(其中FIN接點(diǎn)連于圖6左下角運(yùn)放器2262輸出端)。單片機(jī)外擴(kuò)的程序貯存器ROM和數(shù)據(jù)貯存器RAM及鎖存器U5通過(guò)總線AD連于單片機(jī)，(ADSS總線連于液晶顯示電路屬現(xiàn)有技術(shù))，程序貯存器ROM采用27512芯片，數(shù)據(jù)貯存器RAM采用62256芯片。為實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)線復(fù)用，鎖存器U5，采用74HC573芯片.與單片機(jī)相連的貯存器C是兩片E2PROM，采用25F016芯片。
圖4中三個(gè)電路分別是串行通信接口電路F，信號(hào)繼電器控制電路G和可編程邏輯電路H。其中串行通信接口電路F中的輸入信號(hào)TXD1、RXD、YXDEN1來(lái)自于單片機(jī)，各自經(jīng)光電隔離芯片521-2、521-2、521-1實(shí)現(xiàn)光電隔離，發(fā)送至兩片專用通訊芯片MAX487輸入端，輸出端連至通訊接口，實(shí)現(xiàn)通訊功能。信號(hào)繼電器控制電路G的5個(gè)輸入信號(hào)來(lái)自于圖3中運(yùn)放器D的輸出信號(hào)，經(jīng)光電隔離芯片隔離后，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片MC1413驅(qū)動(dòng)圖8中右邊各信號(hào)繼電器DSP2A?？删幊踢壿嬰娐稨包括一片PAL22V10芯片和兩片74HC245芯片通過(guò)總線AD連于單片機(jī)，其中PAL22V10以擴(kuò)展單片機(jī)的外圍接口，輸出ROM、RAM芯片的控制信號(hào)。兩片74HC245芯片分別用來(lái)引入來(lái)自于圖5開關(guān)量輸入電路的開關(guān)量信號(hào)和圖7中的鍵盤控制電路J的控制信號(hào)。
圖5是開關(guān)量輸入電路，其輸入端的XIN1～CIN8連于圖4中可編程邏輯電路H中U13這一芯片74HC245的輸出端，此各輸入信號(hào)經(jīng)各自的光電隔離芯片分別連于二極管D2～D9正極，而這8個(gè)二極管的負(fù)極均與光電隔離芯片中的發(fā)光二極管正極COM1相連。電阻VR1A～VR1H的一端均連于電壓為+5V的電源，另一端分別連于各自的光電隔離芯片。電容C12～C25并聯(lián)后連于電壓+5V的電源與接地之間。即開關(guān)量信號(hào)經(jīng)濾波和光電隔離后送入單片機(jī)中進(jìn)行控制。
圖6是電壓電流采樣電路，其輸入端信號(hào)ADIN1～ADIN8來(lái)自于圖8的電壓電流互感電路的電壓電流信號(hào)，此電壓電流信號(hào)經(jīng)各自的運(yùn)放器放大后送入圖3單片機(jī)電路中的阻容濾波電路A的輸入端。
圖6中左下角的兩個(gè)運(yùn)放器2262是用于連接測(cè)頻儀器，其中FIN接點(diǎn)連于圖3中看門狗電路E的FIN接點(diǎn)。
圖7中有指示燈驅(qū)動(dòng)電路I和鍵盤控制電路J。鍵盤控制電路中的KEY1～KEY8鍵盤的芯片SN74LS245與指示燈驅(qū)動(dòng)電路I中的驅(qū)動(dòng)芯片SN74LS273對(duì)應(yīng)相連，驅(qū)動(dòng)芯片SN74LS273的輸出端與發(fā)光二極管D1～D6的負(fù)極相連接。鍵盤控制電路J中的鍵盤S1～S2連于圖3單片機(jī)電路中的上拉電阻B。
圖8是電壓互感器PT和電流互感器CT電路。電網(wǎng)中采樣的電壓信號(hào)一般為100V、電流信號(hào)一般為5A，保護(hù)電流最大可至100A，要讓單片機(jī)能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，需將電壓電流信號(hào)經(jīng)電壓電流變換器轉(zhuǎn)換成小電壓、小電流信號(hào)，經(jīng)放大后送至單片機(jī)。
圖8右邊電路是信號(hào)繼電器DSP2A，連于圖4中信號(hào)繼電器控制電路G的MC1413芯片輸出端。
圖8中間的電路是控制回路斷線監(jiān)測(cè)電路，并聯(lián)在圖2TJ+與TJ之間。
圖9是電源電路，為提高電源的抗干擾能力，該電源電路由市電經(jīng)抗雷電路連于抗干擾電路再連于專用電源模塊4NIC-KM10，其輸出經(jīng)濾波電路獲得-12V、+5V和+12V的輸出電壓。
未提到的電路均為現(xiàn)有技術(shù)。
本綜合數(shù)字繼電器的基本工作原理是，從電網(wǎng)一次設(shè)備電流互感器CT及電壓互感器PT采樣來(lái)的電壓電流信號(hào)，經(jīng)電壓電流采樣電路的精密電壓電流變換器采樣，經(jīng)低通濾波后，再經(jīng)8選1多路開關(guān)，高精度運(yùn)算放大器放大，即幅保護(hù)，變換成一定幅度的交流電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過(guò)單片機(jī)運(yùn)算、處理，同時(shí)，單片機(jī)接收經(jīng)光電隔離的脈沖信號(hào)和遙控輸入信號(hào)量以及通過(guò)鍵盤查詢，整定定值等候輸入信號(hào)，所有信號(hào)經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算、處理后，發(fā)出相應(yīng)的跳合閘信號(hào)和告警信號(hào)到驅(qū)動(dòng)接口電路，驅(qū)動(dòng)接口電路將這些信號(hào)送到出口繼電器板，出口繼電器板上的跳合閘繼電器觸點(diǎn)接通斷路器的跳合閘回路，告警信號(hào)繼電器接通告警回路。同時(shí)單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的位置，狀態(tài)信號(hào)，所有信號(hào)測(cè)量，保護(hù)動(dòng)作值，跳合閘變位記錄，整定過(guò)程，查詢過(guò)程，故障，遙控量，時(shí)間等均在顯示器上顯示。
權(quán)利要求1.一種綜合數(shù)字繼電器，其特征在于，電壓電流互感器分別連于電壓電流采樣電路，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路連于單片機(jī)；看門狗電路、開關(guān)量輸入電路、脈沖量輸入電路各自分別連于單片機(jī)，顯示器通過(guò)顯示控制器與單片機(jī)相連，分合閘電路及信號(hào)繼電器通過(guò)驅(qū)動(dòng)接口與單片機(jī)相連，串行通訊接口、狀態(tài)信號(hào)電路、位置信號(hào)電路均各自分別連于單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合數(shù)字繼電器，其特征在于分合閘電路出口串聯(lián)一個(gè)控制繼電器，直接利用繼電器觸點(diǎn)作為分合閘控制接點(diǎn)，在分合閘回路中串聯(lián)一個(gè)自保持繼電器，控制繼電器的常開觸點(diǎn)與自保持繼電器的常開觸點(diǎn)并聯(lián)，同時(shí)連于自保持繼電器線圈，自保持繼電器還并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的二極管。
專利摘要一種綜合數(shù)字繼電器屬繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，其組成是電壓、電流互感器(1)、(2)連于電壓電流采樣電路(3)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路(7)連于單片機(jī)(8)，脈沖量輸入電路(4)、開關(guān)量輸入電路(5)、看門狗電路(6)分別連于單片機(jī)，顯示器(10)通過(guò)顯示控制器(9)與單片機(jī)相連，單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)接口(11)連于分合閘電路及信號(hào)繼電器(12)，單片機(jī)還分別連于串行通訊接口(13)、狀態(tài)信號(hào)電路(14)及位置信號(hào)電路(15)。具有工作可靠，拉弧能力強(qiáng)，功能齊全的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H3/00GK2539274SQ01272780
公開日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2001年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月12日
發(fā)明者雷沛, 王俊峰, 毛慶, 林川 申請(qǐng)人:南京因泰萊電器股份有限公司