專利名稱：一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力系統(tǒng)用開關(guān)柜的過載和短路進(jìn)行控制保護(hù)的裝置，具體地說，是指一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能發(fā)生各種故障或不安全的運(yùn)行狀態(tài)，一般采用繼電保護(hù)裝置將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，以保證非故障部分的繼續(xù)運(yùn)行。對(duì)于在12kV配電網(wǎng)終端用戶變電站和戶內(nèi)外環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線開關(guān)及400V進(jìn)線開關(guān)，通常采用斷路器保護(hù)，但從體積、維修性及經(jīng)濟(jì)性考慮，不設(shè)置直流屏和繼電保護(hù)屏，這樣在發(fā)生過流及短路故障時(shí)繼電保護(hù)裝置就要求其自具電源。傳統(tǒng)的電磁式過流繼電器無需外接電源，但可靠性低，過流保護(hù)選擇性差。國(guó)內(nèi)公開了一種具有直流自供電源的真空斷路器，公開號(hào)CN2403117，
公開日2000.10.25，技術(shù)方案是經(jīng)主回路一相電流互感器取電流經(jīng)變換對(duì)蓄電池充電作為供給斷路器完成電動(dòng)操作之目的，該裝置適合于戶外柱上開關(guān)的產(chǎn)品，而適用于戶內(nèi)無蓄電池的相關(guān)開關(guān)柜未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是公開一種自具電源的適合于我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地特點(diǎn)的開關(guān)柜的過載和短路電流控制保護(hù)的微機(jī)保護(hù)裝置。
本實(shí)用新型是一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，該裝置的CTa、CTb、CTc三相主回路電流經(jīng)電流互感器CTa’、CTb’、CTc’變?yōu)樾‰娏骱筝斎氲秸麟娐氛鳛槊}動(dòng)直流輸出至斬波穩(wěn)壓電路，經(jīng)斬波穩(wěn)壓電路變換成保護(hù)裝置所需的直流電源；同時(shí)，斬波穩(wěn)壓電路輸出相序電流信號(hào)至動(dòng)作值選擇電路，根據(jù)用戶的不同需要設(shè)定相序動(dòng)作值，經(jīng)濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路輸入到單片機(jī)采樣；CTa、CTb、CTc三相主回路電流互感器并聯(lián)后合成零序電流或者采用外部零序互感器CT0形成的零序電流，經(jīng)零序電流選擇電路輸入到小零序電流互感器CT0’，經(jīng)動(dòng)作值選擇電路選擇動(dòng)作值，再經(jīng)濾波放大電路輸入到單片機(jī)采樣；單片機(jī)對(duì)采樣的故障信息進(jìn)行處理后輸出至功率放大電路進(jìn)行放大處理后控制脫扣器的跳閘。
所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其斬波穩(wěn)壓電路由三極管T1、電阻R1～R8、電容C1～C3、二極管D1、D2和比較器U1組成，T1的集電極與D1的陽極接，D1的陰極接R5，R5的另一端接R3、R6、R7的一端，R6的另一端接R8的一端，C2的陽極接電源，R4的兩端分別接R3、R6的一端，C3的一端、C2的陰極、D2陰極、R8的一端、C1的一端接地，U1的+輸入端與R6、R8的相連點(diǎn)連接，U1的-輸入端與R7、D2相連點(diǎn)連接，U1的輸出端與R2、R3、R4一端接，T1的基極與R2、R1的一端接，R1與C1的一端接。
所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其單片機(jī)選取MC68HC711E9芯片。
所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分別與零序電流互感器CT0輸出端相連，接線端子排Jxa的10端接電流互感器CT0’的P4和P2端，接線端子排Jxb的13、14端相連成短路，接線端子排Jxb的12端接電流互感器CT0’的P1端，形成外部零序電流。
本實(shí)用新型的自具電源保護(hù)控制器與傳統(tǒng)的保護(hù)控制器的最大區(qū)別在于它不需要不間斷的操作電源(如蓄電池)對(duì)控制器進(jìn)行供電，直接通過系統(tǒng)的互感器從電力系統(tǒng)取得電能。另一方面，采用本實(shí)用新型的保護(hù)裝置減少了線路故障排除時(shí)間，以及停電區(qū)域和停電時(shí)間，提高了供電質(zhì)量。


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實(shí)用新型內(nèi)部零序電流選擇電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型外部零序電流選擇電路原理圖。
圖4是本實(shí)用新型斬波穩(wěn)壓電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
本實(shí)用新型的保護(hù)裝置無需外接電源，可對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)及小電阻接地系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)，并通過無線短消息方式將故障信息上傳給控制監(jiān)控中心，從而為終端用戶變電所及箱式變電站的保護(hù)提供了一種新型實(shí)用的解決方案。
請(qǐng)參見圖1所示，本實(shí)用新型的一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，該包括MC68HC711E9高性能單片機(jī)、整流電路、斬波穩(wěn)壓電路、直流電源、設(shè)定相序動(dòng)作值的動(dòng)作值選擇電路、以及對(duì)設(shè)定的相序電流信號(hào)進(jìn)行處理的濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路、參數(shù)設(shè)置電路、設(shè)定零序動(dòng)作值的動(dòng)作值選擇電路、以及對(duì)設(shè)定的零序電流信號(hào)進(jìn)行處理的濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路、功率放大電路、指示燈及磁記憶顯示電路，以及電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’。CTa、CTb、CTc為三相主回路電流互感器輸出的電流，經(jīng)電流互感器CTa’、CTb’、CTc’變?yōu)樾‰娏鬏斎氲秸麟娐分小耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)上看似乎是三相電流串聯(lián)，實(shí)際上輸出電流是三相電流絕對(duì)值的最大值，為脈動(dòng)直流。此電流經(jīng)過斬波穩(wěn)壓電路變換成保護(hù)裝置所需的直流電源，直流電源包括5V和12V。同時(shí)相電流信號(hào)輸入到動(dòng)作值選擇電路，用戶可以根據(jù)該裝置的面板上的調(diào)節(jié)鈕根據(jù)不同需要設(shè)定零序和相序動(dòng)作值，經(jīng)過濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路輸入到單片機(jī)采樣。
零序電流檢測(cè)有兩種途徑可供選擇，一種是直接將三相主回路電流互感器并聯(lián)后合成零序電流，另外一種是采用外部零序互感器CT0’。這兩種信號(hào)經(jīng)零序電流選擇電路輸入到小零序互感器，經(jīng)動(dòng)作值選擇電路選擇動(dòng)作值，再經(jīng)濾波放大電路輸入到單片機(jī)采樣。請(qǐng)參見圖2、3所示。當(dāng)用戶選擇外部零序電流時(shí)，零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分別與零序電流互感器CT0輸出端相連，接線端子排Jxa的10端接電流互感器CT0’的P4和P2端，接線端子排Jxb的13、14端相連成短路，接線端子排Jxb的12端接電流互感器CT0’的P1端，形成外部零序電流。當(dāng)用戶選擇內(nèi)部零序電流時(shí)，零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端相連成短路，電流互感器CTa’、CTb’、CTc’輸出的相電流經(jīng)合成后形成內(nèi)部零序電流選擇電路。
參數(shù)設(shè)置電路完成諸如相電流曲線選擇，相電流和零序電流動(dòng)作電流值及延時(shí)時(shí)間等選擇功能。
指示燈及磁記憶顯示電路用于完成工作狀態(tài)指示及故障狀態(tài)指示。磁記憶顯示電路的關(guān)鍵器件是磁記憶顯示器，這是一種記憶元件，有兩個(gè)控制線圈，分別控制顯示片的正反兩個(gè)方向，當(dāng)達(dá)到觸發(fā)電壓和電流時(shí)，可在極短的時(shí)間內(nèi)使磁性記憶片翻轉(zhuǎn)，在失電情況下，由永磁體保持觸發(fā)后的顯示狀態(tài)，實(shí)際使用中記憶片的顏色可根據(jù)不同的目的進(jìn)行選擇。由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)所需電流有幾百毫安，單片機(jī)發(fā)出的指令需經(jīng)過三極管構(gòu)成的放大電路放大后驅(qū)動(dòng)磁記憶顯示器。
在本實(shí)用新型中單片機(jī)為Motorola公司生產(chǎn)的MC68HC711E9高性能單片機(jī)。微處理器是微機(jī)繼電保護(hù)裝置的核心，在處理器的選用上要充分考慮運(yùn)算速度、模擬信號(hào)采集、精度輸入輸出能力和較強(qiáng)的中斷能力，同時(shí)還要兼顧到系統(tǒng)的可靠性。此單片機(jī)具有豐富的I/O功能，包括5個(gè)8位并行I/O口，9功能16定時(shí)器系統(tǒng)、SCI、SPI、八路8位A/D、脈沖累加器、實(shí)時(shí)中斷、計(jì)算機(jī)正常監(jiān)視系統(tǒng)等。內(nèi)部有12K字節(jié)EPROM、512字節(jié)EEPROM、512字節(jié)RAM。既可以單片方式工作，也可以擴(kuò)展方式工作。微處理器自帶8通道8位A/D轉(zhuǎn)換器可完成模擬信號(hào)的輸入和轉(zhuǎn)換，具有5個(gè)輸出比較功能可執(zhí)行定時(shí)功能，每個(gè)輸出比較功能具有一個(gè)16位比較寄存器和一個(gè)16位比較器，可滿足系統(tǒng)的定時(shí)功能和定時(shí)精度。選用此單片機(jī)后系統(tǒng)工作在單片方式下便可滿足設(shè)計(jì)要求，由于程序寄存器及數(shù)據(jù)寄存器在片內(nèi)，數(shù)據(jù)總線和地址總線不出芯片，大大的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠度。
在本實(shí)用新型中，自具電源電路的設(shè)計(jì)為電流互感器輸入給斬波穩(wěn)壓電路的電流為脈動(dòng)直流電壓，此電流經(jīng)過斬波穩(wěn)壓電路變換成20V直流電源，圖4中，整流電路輸出脈動(dòng)直流信號(hào)，通過二極管D1，電阻R5對(duì)電容C2、C3充電及為負(fù)載供電。當(dāng)R6、R8上的分壓值高于穩(wěn)壓管D2的穩(wěn)壓值10V時(shí)，比較器U1輸出高電平T1導(dǎo)通，電流I經(jīng)T1流入地，二極管D1反偏截止，C2、C3對(duì)負(fù)載供電，當(dāng)R6、R8上的分壓值低于穩(wěn)壓管D2的穩(wěn)壓值時(shí)，比較器U1輸出低電平T1截止，脈動(dòng)直流I通過二極管D1，電阻R5恢復(fù)對(duì)電容C2、C3充電及為負(fù)載供電，以上過程周而復(fù)始。在電容C2、C3上電壓VCC便形成紋波很小的直流電壓。當(dāng)R6＝R8＝47k，則VCC平均電壓值為20V。R4為正反饋電阻，使得比較器LM239構(gòu)成有回差比較器，防止輸入信號(hào)因干擾造成輸出電壓頻繁跳變。R4小T1開關(guān)頻率低，損耗小，紋波大。反之，則T1開關(guān)頻率高，損耗大，紋波低。紋波電壓控制在0.4V滿足設(shè)計(jì)要求。保護(hù)裝置可以在15％～20倍額定電流的寬范圍內(nèi)正常工作。
權(quán)利要求1.一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，至少包含一可以檢測(cè)斷相故障并進(jìn)行相應(yīng)處理，提供多條標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限曲線和定時(shí)限曲線進(jìn)行繼電延時(shí)保護(hù)，其控制單元采用高可靠的單片機(jī)；一對(duì)CTa、CTb、CTc三相主回路電流互感器輸入的電流，經(jīng)CTa’、CTb’、CTc’后進(jìn)行整流的整流電路；一可以根據(jù)用戶的不同需要設(shè)定相序動(dòng)作值的動(dòng)作值選擇電路；一對(duì)上述相序電流信號(hào)進(jìn)行濾波、放大處理的濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路；一對(duì)電流進(jìn)行變換成開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置所需的直流電源的斬波穩(wěn)壓電路；一輸入至上述單片機(jī)中進(jìn)行相電流曲線選擇、相電流和零序電流動(dòng)作電流值以及延時(shí)時(shí)間參數(shù)的參數(shù)設(shè)置電路；一可以根據(jù)用戶的不同需要設(shè)定零序動(dòng)作值的動(dòng)作值選擇電路；一對(duì)上述零序電流信號(hào)進(jìn)行濾波、放大處理的濾波電路；一對(duì)上述單片機(jī)輸出的高電平信號(hào)進(jìn)行放大處理的功率放大電路；一用于完成工作狀態(tài)指示及故障狀態(tài)指示的指示燈及磁記憶顯示電路，其特征在于還包括一對(duì)外部零序電流互感器輸入的零序電流和內(nèi)部由相序電流互感器CTa’、CTb’、CTc’合成的零序電流經(jīng)零序電流選擇電路后轉(zhuǎn)換成小零序電流的零序電流互感器CT0’；CTa、CTb、CTc三相主回路電流經(jīng)電流互感器CTa’、CTb’、CTc’變?yōu)樾‰娏骱筝斎氲秸麟娐氛鳛槊}動(dòng)直流輸出至斬波穩(wěn)壓電路，經(jīng)斬波穩(wěn)壓電路變換成保護(hù)裝置所需的直流電源；同時(shí)，經(jīng)采樣電阻輸出的相序電流信號(hào)至動(dòng)作值選擇電路，根據(jù)用戶的不同需要設(shè)定相序動(dòng)作值，經(jīng)濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路輸入到單片機(jī)采樣；CTa、CTb、CTc三相主回路電流互感器并聯(lián)后合成零序電流或者采用外部零序互感器CT0形成的零序電流，經(jīng)零序電流選擇電路輸入到小零序電流互感器CT0’，經(jīng)動(dòng)作值選擇電路選擇動(dòng)作值，再經(jīng)濾波放大電路輸入到單片機(jī)采樣；單片機(jī)對(duì)采樣的故障信息進(jìn)行處理后輸出至功率放大電路進(jìn)行放大處理后控制脫扣器的跳閘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于所述的單片機(jī)選取MC68HC711E9芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于所述的斬波穩(wěn)壓電路由三極管T1、電阻R1～R8、電容C1～C3、二極管D1、D2和比較器U1組成，T1的集電極與D1的陽極接，D1的陰極接R5，R5的另一端接R3、R6、R7的一端，R6的另一端接R8的一端，C2的陽極接電源，R4的兩端分別接R3、R6的一端，C3的一端、C2的陰極、D2陰極、R8的一端、C1的一端接地，U1的+輸入端與R6、R8的相連點(diǎn)連接，U1的-輸入端與R7、D2相連點(diǎn)連接，U1的輸出端與R2、R3、R4一端接，T1的基極與R2、R1的一端接，R1與C1的一端接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于所述的零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分別與零序電流互感器CTO輸出端相連，接線端子排Jxa的10端接電流互感器CT0’的P4和P2端，接線端子排Jxa的12端接地，接線端子排Jxb的13、14端相連成短路，接線端子排Jxb的13端接電流互感器CT0’的P1端，形成外部零序電流選擇電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于所述的零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端相連成短路，電流互感器CTa’、CTb’、CTc’輸出的相電流經(jīng)合成后形成內(nèi)部零序電流選擇電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于所述的斬波穩(wěn)壓電路輸出20V直流電源，所述的直流電源電路輸出5V和12V的直流電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置延時(shí)時(shí)間誤差在±2％或±20ms以內(nèi)，斷相故障判別率為100％。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置適用于我國(guó)配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的終端用戶。三相主回路電流經(jīng)電流互感器CTa’、CTb’、CTc’變?yōu)樾‰娏骱筝斎氲秸麟娐氛鳛槊}動(dòng)直流輸出至斬波穩(wěn)壓電路，經(jīng)斬波穩(wěn)壓電路變換成保護(hù)裝置所需的直流電源。該裝置根據(jù)用戶的不同需要在殼體的面板上進(jìn)行設(shè)定相序和零序動(dòng)作值，經(jīng)單片機(jī)采樣、并對(duì)采樣的故障信息進(jìn)行處理后輸出至功率放大電路進(jìn)行放大處理后控制脫扣器的跳閘。該保護(hù)裝置減少了線路故障排除時(shí)間，以及停電區(qū)域和停電時(shí)間，提高了供電質(zhì)量。
文檔編號(hào)H02H3/08GK2710223SQ20042004809
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者武建文 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué), 珠海市可利電氣有限公司, 益和電氣集團(tuán)股份有限公司