本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成保護(hù)電流采樣和電源的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，為了適應(yīng)電力系統(tǒng)的快速化、智能化發(fā)展，達(dá)到低成本，高可靠性的目的，需要配合使用繼電保護(hù)裝置。在國內(nèi)電力電網(wǎng)中無需電源且需要保護(hù)功能的場所中，現(xiàn)有的具有保護(hù)電流和電源的繼電保護(hù)裝置，主要采用的方案為增加一次電流互感器的繞制難度，使其輸出2路獨立的電流或者電壓；這就導(dǎo)致了相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置也必須分成兩路分別采樣電流和供電電源，方能正常工作。因此，上述現(xiàn)有的方案中仍存在以下不足：

其一，增加了一次互感器的繞制難度；

其二，現(xiàn)有保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性不夠，為電力系統(tǒng)添加了隱患；

其三，因為多路的電流或者電壓輸出也意味著電力系統(tǒng)故障率增加了一倍，同時外部引線也由每相2根增加到4根，增加了電力系統(tǒng)的成本，裝置的多路電流引入也增加了成本和故障率。

所以既要達(dá)到降低電力成本又要增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須采用本發(fā)明的集成保護(hù)電流采樣和電源的系統(tǒng)的技術(shù)方案。該技術(shù)方案中僅僅采樣普通的2線輸出的一次電流互感器，保護(hù)電流和電源均通過每相2根線完成了裝置的保護(hù)工作。對于6～35kV開閉所，配電所、環(huán)網(wǎng)柜等無電源且需要保護(hù)功能的場所，可配合斷路器完全取代熔斷器加負(fù)荷隔離開關(guān)的保護(hù)模式，可顯著提高配電網(wǎng)負(fù)載保護(hù)功能；而且裝置可以選擇自供電即由電流互感器取電的方式，免除因安裝直流屏或UPS而帶來的額外負(fù)擔(dān)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集成保護(hù)電流采樣和電源的系統(tǒng)，滿足在無需電源且需要保護(hù)功能的場所中，可配合斷路器完全取代熔斷器加負(fù)荷隔離開關(guān)的保護(hù)模式，可顯著提高配電網(wǎng)負(fù)載保護(hù)功能，免除因安裝直流屏或UPS而帶來的額外負(fù)擔(dān)。既降低電力成本又增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實用性更強(qiáng)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種集成保護(hù)電流采樣和電源的系統(tǒng)，包括電流主回路控制模塊、多路電流動態(tài)采集模塊、有源開出開入模塊、標(biāo)準(zhǔn)通訊模塊、人機(jī)交互模塊和主CPU模塊，所述電流主回路控制模塊、多路電流動態(tài)采集模塊、有源開出開入模塊、標(biāo)準(zhǔn)通訊模塊、人機(jī)交互模塊分別與主CPU模塊連接，其中：所述電流主回路控制模塊包括二線整流采集回路和穩(wěn)壓隔離回路；

所述二線整流采集回路包括整流橋4BD1、IGBT 5V1、IGBT 5V2、大功率電阻4R1、4R2、瞬態(tài)抑制管4D1、高頻濾波電容4C1和防雷管4RE1；I0 /I0＇端口分別與整流橋4BD1的交流輸入端正引腳、負(fù)引腳連接，整流橋4BD1的直流輸出端正引腳與IGBT 5V1連接，IGBT 5V1與IGBT 5V2并聯(lián)， IGBT 5V1與大功率電阻4R2連接，大功率電阻4R2與大功率電阻4R1并聯(lián)，大功率電阻4R1的一端與瞬態(tài)抑制管4D1的正引腳連接，另一端與整流橋4BD1的直流輸出端負(fù)引腳連接，瞬態(tài)抑制管4D1的正、負(fù)引腳之間并聯(lián)有高頻濾波電容4C1，防雷管4RE1并聯(lián)于I0 /I0＇端口之間，大功率電阻4R2和IGBT 5V2分別接地；

所述穩(wěn)壓隔離回路包括二極管D2、D3、電容C1、C2、三極管 5V4、穩(wěn)壓管5D1、5D2和電阻5R3、5R4、5R5；二極管D2與D3串聯(lián)，二極管D3的負(fù)引腳與電容C1的正引腳連接，電容C1的負(fù)引腳接地，電容C1與C2并聯(lián)，二極管D3的負(fù)引腳與三極管5V4的發(fā)射極E連接，三極管5V4的發(fā)射極E和基極B之間并聯(lián)有電阻5R3，三極管5V4的基極B與穩(wěn)壓管5D1的負(fù)引腳連接，穩(wěn)壓管5D1的正引腳與電阻5R4連接，電阻5R4接地，三極管5V4的集電極C與電阻5R5連接，電阻5R5與穩(wěn)壓管5D2的負(fù)引腳連接，穩(wěn)壓管5D2的正引腳接地；

所述多路電流動態(tài)采集模塊包括動態(tài)采樣回路和RC濾波回路，所述動態(tài)采樣回路，用于準(zhǔn)確快速地采樣電力系統(tǒng)的ABC相信號，并將每一項電力信號分解為多路電力信號，所述RC濾波回路，用于在每一路中濾波干擾信號；

所述有源開出開入模塊包括出口回路，所述出口回路包括出口控制回路和2個并聯(lián)出口回路，所述出口控制回路控制2個并聯(lián)出口回路，出口控制回路與主CPU模塊連接；

所述標(biāo)準(zhǔn)通訊模塊包括通訊回路，所述通訊回路用于與其他系統(tǒng)組網(wǎng)；

所述人機(jī)交互模塊，用于和主CPU模塊之間進(jìn)行信息的交流與通信，方便各模塊之間的管理；

所述主CPU模塊，用于輸出指令對各個模塊進(jìn)行控制。

進(jìn)一步的，所述RC濾波回路包括一級RC濾波回路和二級RC濾波回路，所述動態(tài)采樣回路包括運放芯片IU1，運放芯片IU1的前端與一級RC濾波回路連接，其后端連接有二級RC濾波回路，一級RC濾波回路和二級RC濾波回路均包括若干個大功率電阻、電容。

進(jìn)一步的，所述出口回路包括三極管6V42，三極管6V42的發(fā)射極E和基極B均連接有并聯(lián)出口回路，三極管6V42的發(fā)射極E與可控三極管6V43的基極B連接，可控三極管6V43的集電極C與二極管6D42的正引腳連接，二極管6D42與6D43串聯(lián)，二極管6D43與可變電阻器RV1并聯(lián)；所述三極管6V42的基極B與穩(wěn)壓管6D41的負(fù)引腳連接，穩(wěn)壓管6D41的正引腳與三極管6V41的集電極C連接，三極管6V41的發(fā)射極E接地。

進(jìn)一步的，所述大功率電阻4R1、4R2為1歐姆5瓦電阻。

進(jìn)一步的，所述IGBT 5V1、IGBT 5V2為二線大功率IGBT。

進(jìn)一步的，所述動態(tài)采樣回路為8路采樣。

本發(fā)明的有益效果是：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種集成保護(hù)電流采樣和電源的系統(tǒng)，可配合斷路器完全取代熔斷器加負(fù)荷隔離開關(guān)的保護(hù)模式，可顯著提高配電網(wǎng)負(fù)載保護(hù)功能。該系統(tǒng)組成的保護(hù)裝置，突破了傳統(tǒng)的采用一次互感器提取保護(hù)裝置電源的4線方案，采用了2線制的集成整流與保護(hù)采樣的方案，實現(xiàn)了真正意義上的電力的無源保護(hù)；既降低電力成本又增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實用性更強(qiáng)。

1、該系統(tǒng)可以選擇自供電即由電流互感器取電的方式，免除因安裝直流屏或UPS而帶來的額外負(fù)擔(dān)。

2、本發(fā)明僅僅采用普通的2線輸出的一次電流互感器，保護(hù)電流和電源均通過每相2根線就能完成該系統(tǒng)的保護(hù)工作，大大降低了電力系統(tǒng)的硬件成本，而且也大大降低了電力系統(tǒng)出現(xiàn)的故障率，實用性更強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中各回路的連接流程示意圖；

圖2為本發(fā)明中二線整流采集回路的電路原理圖；

圖3為本發(fā)明中穩(wěn)壓隔離回路的電路原理圖；

圖4為本發(fā)明中動態(tài)采樣回路的電路原理圖；

圖5為本發(fā)明中RC濾波回路的電路原理圖；

圖6為本發(fā)明中出口回路的電路原理圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明最佳實施例來作為參考，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1-6所示，本發(fā)明一種集成保護(hù)電流采樣和電源的系統(tǒng)，包括電流主回路控制模塊、多路電流動態(tài)采集模塊、有源開出開入模塊、標(biāo)準(zhǔn)通訊模塊、人機(jī)交互模塊和主CPU模塊，所述電流主回路控制模塊、多路電流動態(tài)采集模塊、有源開出開入模塊、標(biāo)準(zhǔn)通訊模塊、人機(jī)交互模塊分別與主CPU模塊連接；如圖1中各回路的連接流程示意圖所示，整個系統(tǒng)采用模塊化組裝方案，各個模塊里的多個回路相互緊密配合，完成了該系統(tǒng)的集中保護(hù)電流采樣和電源的目的；其中，整個殼體由后插拔方式組成，方便維護(hù)，整體的金屬殼體構(gòu)造也增加了電磁兼容性能；其中：所述電流主回路控制模塊包括二線整流采集回路和穩(wěn)壓隔離回路；

如圖2所示，圖中標(biāo)記的1、2、3、4分別表示元器件的正、負(fù)引腳，1處為正引腳，2處為負(fù)引腳；圖2-6中可以以此類推，特此說明；

所述二線整流采集回路包括整流橋4BD1、IGBT 5V1、IGBT 5V2、大功率電阻4R1、4R2、瞬態(tài)抑制管4D1、高頻濾波電容4C1和防雷管4RE1；其中，IGBT為絕緣柵雙極晶體管，I0 /I0＇端口表示I0 I0＇輸入/輸出；I0 /I0＇端口分別與整流橋4BD1的交流輸入端正引腳、負(fù)引腳連接，整流橋4BD1的直流輸出端正引腳與IGBT 5V1連接，IGBT 5V1與IGBT 5V2并聯(lián)， IGBT 5V1與大功率電阻4R2連接，大功率電阻4R2與大功率電阻4R1并聯(lián)，大功率電阻4R1的一端與瞬態(tài)抑制管4D1的正引腳連接，另一端與整流橋4BD1的直流輸出端負(fù)引腳連接，瞬態(tài)抑制管4D1的正、負(fù)引腳之間并聯(lián)有高頻濾波電容4C1，防雷管4RE1并聯(lián)于I0 /I0＇端口之間，大功率電阻4R2和IGBT 5V2分別接地；如圖2所示，所述二線整流采樣回路采樣大功率，抗高壓的元器件，他可以把電力系統(tǒng)的50Hz交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)榘氩ǖ闹绷餍盘?，直流信號通過大功率的IGBT元器件，在通過1歐姆5瓦的大電阻組成一個回路；如圖2中所示，2線電流從I0 I0’輸入/輸出,經(jīng)過4BD1整流橋后，信號由交流變換為直流信號，直流信號進(jìn)過并聯(lián)的5V1和5V2的IGBT后形成高頻震蕩的直流信號，此直流信號再經(jīng)過并聯(lián)的大功率電阻4R1和4R1后，再經(jīng)過整流橋輸出構(gòu)成這個電氣回路；而整個回路中為了增強(qiáng)抗干擾性，在I0 I0’處并聯(lián)了4RE1防雷管，直流信號中又并聯(lián)了4D1瞬態(tài)抑制管和高頻濾波電容4C1；二線整流采樣回路采用了大功率、大電流的元器件，其中引入的高頻IGBT元器件的控制回路采用了硬件控制與軟件控制相互配合的方案，確保了保護(hù)主回路的正常運行；高頻隔離的元器件采用的多級串聯(lián)方式，這樣不僅可以增加功率，而且可以抗住4級電力干擾信號；突破了傳統(tǒng)的采用互感器提取保護(hù)裝置電源的4線方案。

如圖3所示，所述穩(wěn)壓隔離回路包括二極管D2、D3、電容C1、C2、三極管 5V4、穩(wěn)壓管5D1、5D2和電阻5R3、5R4、5R5；二極管D2與D3串聯(lián)，二極管D3的負(fù)引腳與電容C1的正引腳連接，電容C1的負(fù)引腳接地，電容C1與C2并聯(lián)，二極管D3的負(fù)引腳與三極管5V4的發(fā)射極E連接，三極管5V4的發(fā)射極E和基極B之間并聯(lián)有電阻5R3，三極管5V4的基極B與穩(wěn)壓管5D1的負(fù)引腳連接，穩(wěn)壓管5D1的正引腳與電阻5R4連接，電阻5R4接地，三極管5V4的集電極C與電阻5R5連接，電阻5R5與穩(wěn)壓管5D2的負(fù)引腳連接，穩(wěn)壓管5D2的正引腳接地；如圖3所示，穩(wěn)壓隔離回路采用二線直流后的電信號，回路串聯(lián)二極管，主要為隔離前后的高頻震蕩的直流信號與后端的穩(wěn)定直流信號，直流信號的產(chǎn)生有三極管回路啟動，啟動的信號值有三極管旁的穩(wěn)壓管決定，即一旦有信號產(chǎn)生則就產(chǎn)生穩(wěn)定的直流值；如圖3所示，二極管D2與D3前段信號為高頻震蕩直流信號，后極為穩(wěn)定的直流24V信號，此24V信號由電阻5R3、5R4、5D1和5V4組成，其中為了穩(wěn)定5V4短腳2的電平信號為一穩(wěn)定的低電平，則必須采用后接5D2穩(wěn)壓，其中串聯(lián)的5R5起限流的作用；電路中為了保證24V的直流穩(wěn)定，需要濾出多余的諧波，而電容C1和C2則分別濾除高頻諧波和低頻諧波；

如圖4-5所示，所述多路電流動態(tài)采集模塊包括動態(tài)采樣回路和RC濾波回路，所述動態(tài)采樣回路，用于準(zhǔn)確快速地采樣電力系統(tǒng)的ABC相信號，并將每一項電力信號分解為多路電力信號，所述RC濾波回路，用于在每一路中濾波干擾信號；動態(tài)采樣回路為模擬多路元器件，他可以準(zhǔn)確的反映出前后的模擬信號，保證不失真，而控制的8路信號，保證了信號的不削峰；每一路的RC回路的作用為信號的干擾信號的濾波作用，保證信號的精確度；

如圖6所示，所述有源開出開入模塊包括出口回路，所述出口回路包括出口控制回路和2個并聯(lián)出口回路，所述出口控制回路控制2個并聯(lián)出口回路，出口控制回路與主CPU模塊連接；即出口回路，它由2個并聯(lián)出口，均由大功率元器件組成，出口并聯(lián)的防雷管可以起到防干擾的作用，出口的控制信號為三極管，起開關(guān)控制作用，關(guān)鍵點是為了保證出口的準(zhǔn)確性，在出口回路前段有一個出口啟動開關(guān)，此開關(guān)有一個可控的三極管組成，正確的動作順序為：先控制啟動開關(guān)動作，然后再控制出口開關(guān)動作；

所述標(biāo)準(zhǔn)通訊模塊包括通訊回路，所述通訊回路提供通用的標(biāo)準(zhǔn)Modbus規(guī)約，方便于與其他系統(tǒng)組網(wǎng)；

所述人機(jī)交互模塊，用于和主CPU模塊之間進(jìn)行信息的交流與通信，方便各模塊之間的管理；

所述主CPU模塊，用于輸出指令對各個模塊進(jìn)行控制。

進(jìn)一步優(yōu)化，所述RC濾波回路包括一級RC濾波回路和二級RC濾波回路，所述動態(tài)采樣回路包括運放芯片IU1，運放芯片IU1的前端與一級RC濾波回路連接，其后端連接有二級RC濾波回路，一級RC濾波回路和二級RC濾波回路均包括若干個大功率電阻、電容。如圖4所示，運放芯片IU1有16個引腳，第7、8引腳VEE、VSS均接地，第16引腳VDD接0.3V電壓并串聯(lián)一個電容C6，電容C6的負(fù)引腳接地；運放芯片IU1的第1-6引腳、第9-15引腳分別連接有大功率電阻、電容，進(jìn)而組成RC濾波回路；該回路中采用了高阻抗、低零漂和高精度的運放芯片，并且為了保證信號的精確度，運放芯片的前后分別采用了一級RC和二級RC濾波回路。

進(jìn)一步優(yōu)化，所述出口回路包括三極管6V42，三極管6V42的發(fā)射極E和基極B均連接有并聯(lián)出口回路，三極管6V42的發(fā)射極E與可控三極管6V43的基極B連接，可控三極管6V43的集電極C與二極管6D42的正引腳連接，二極管6D42與6D43串聯(lián)，二極管6D43與可變電阻器RV1并聯(lián)；所述三極管6V42的基極B與穩(wěn)壓管6D41的負(fù)引腳連接，穩(wěn)壓管6D41的正引腳與三極管6V41的集電極C連接，三極管6V41的發(fā)射極E接地。出口回路全部采用了大功率元器件，為了增加出口動作的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)采用了增加出口啟動信號相，即只有出口啟動后，方可再有有源的低電平24V的電壓出口信號輸出，從而驅(qū)動一次回路的斷路器跳閘。

進(jìn)一步優(yōu)化，所述大功率電阻4R1、4R2為1歐姆5瓦電阻。

進(jìn)一步優(yōu)化，所述IGBT 5V1、IGBT 5V2為二線大功率IGBT。

進(jìn)一步優(yōu)化，所述動態(tài)采樣回路為8路采樣。為了準(zhǔn)確的快速采樣電力系統(tǒng)的A B C 相信號，本裝置采用了多路模擬開關(guān)元器件，他可以快讀的把每一項電力信號，分解為8段電力信號，這樣就可以更加精確的反映電力信號的小電流和大電流的電流值，每一個小段的電力信號的采樣都是精確的，這樣就提高了電流的精度等級，保證了電力系統(tǒng)的動作靈敏性。

本發(fā)明一種集成保護(hù)電流采樣和電源的系統(tǒng)，其主要的工作流程為：二線整流采集回路為抗干擾強(qiáng)電設(shè)計，即為整流也為采樣回路；后續(xù)分出穩(wěn)壓隔離回路，給整改系統(tǒng)提供可靠電源；分出的動態(tài)采樣回路供給主CPU精確采樣，然后，主CPU根據(jù)人機(jī)交互模塊的定值和時間，控制出口回路；通訊回路提供通用的標(biāo)準(zhǔn)Modbus規(guī)約，方便與其他系統(tǒng)組網(wǎng)。