专利名称：多功能控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压供电保护装置，具体为一种能监测高压线路电流、电压，针对高压 供电过程中出现的故障进行控制和告警的多功能控制器。
背景技术：
目前，高压计量箱是电力系统的主要设备之一，其运行状态对电力系统的可靠性 有重大影响，高压计量箱发生故障，直接的危害是被高压箱所保护的线路、设备受损，电量 损失，间接的危害则是造成用户大面积停电。为确保供电的可靠性，电力部门往往采取定 期试验和检修的办法来保证系统正常运行。定期检修增加了电力设备的运行费用和停电时 间，甚至于增加了设备的故障率，并且在检修的间隔还是有故障的发生。常用的多功能控制 器存在以下缺点；一、缺乏运行状况的在线监测；2、同类产品的参数设置不够精确，一些大 型用电设备启动条件复杂，启动电流变化大且难以估算，设备存在成本高、体积大、控制精 度差，不能针对具体负荷精确设置和故障率高、可靠性差等缺陷；3、智能化、数字化水平不 高，目前国内同类型产品的电流保护还停留在传统的继电器保护和简单的模拟电子电路控 制，检测和控制精度低，调整设置方式落后或根本无法调整，不能针对具体的用电设备灵活 设置。因此迫切需要高压计量箱具备智能化、数字化、检测精度高、能够方便灵活且设置精 确的电压、电流保护；4、过压过流保护功能不够全面，目前国内的同类产品还没有能够满足 用户要求的，实现全面的过压过流保护、并在故障跳闸以后、能够根据监测到的线路情况自 动恢复并发出报警信号的同类型的智能化产品。因此，迫切需要对高压箱运行状况(包括运行时的电压、电流和合闸状态)进行实 时的在线监测，并在系统发生故障时迅速切断负载，防止线路和用户设备受损，提高系统运 行的安全可靠性及自动化程度。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种多功能控制器，以解决上述背景技术中的 缺点。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现多功能控制器采用了计算机技术、高压线路电流电压取样技术、模拟/数字信号 转换技术，由高压电流、电压取样电路、智能控制单元和主回路执行元件磁保持继电器构 成，所述的主回路执行元件磁保持继电器一端与控制电源相连，另一端与高压真空开关控 制线圈或其它受控设备相连，智能控制单元则由AD(模拟/数字)转换电路、基准电路、显 示、驱动及键盘输入电路、单片机及数据存储电路、磁保持继电器驱动电路和告警等电路构 成；高压电流、电压取样电路信号输出接至单片机的AD转换端口，智能控制单元根据高压 电流、电压取样电路信号，按照预置的设定值控制主回路执行元件磁保持继电器动作。在本发明中，所述可以对高压负荷电流的以下指标进行实时在线监控①实时在线监控各相电流，当任一相负荷电流达到或超过预先设置的电流点即执行过流延时跳闸，保护系统内线路和设备因过流造成的损坏和损失；②速断电流控制，达到或超过此项设置的电流点即执行速断延时跳闸，可以有效 防止线路和设备短路故障造成的损失；③合闸(涌流)延时时间控制，在合闸过程中过电流被忽略，但如果达到设置的速 断电流点则立即执行速断延时跳闸(防止线路和设备短路故障)，通过此项延时设置可以 针对不同的用户有效灵活的躲过设备启动时的涌流影响，保证顺利合闸。在本发明中，所述可以实时监测三相高压当前电压，当其中某一相、两相或三相全 部电压过高超过预置的设定值时显示报警信号并实现高压真空主开关延时分闸。在本发明中，所述可以实现自动合闸和报警功能。①自由设置自动合闸延时时间，过流保护分闸后自动告警，系统显示此时间的倒 计时，计时结束后自动合闸。②系统可设置自动合闸次数，自动合闸后如仍然过流跳闸则进入下次延时自动合 闸，直至完成预先设置的合间次数后如仍然过流跳间，系统将终止自动合间保持分间状态 并发出报警信号等待处理。③系统可设置断电延时附加时间，即每断电一次自动合闸延时增加的时间。例如 设置为自动合闸延时时间1分钟，自动合闸次数3次，断电延时附加时间为3分钟，此时如 过流状态一直未解除，则过流跳闸后第一次延时1分钟后自动合闸，继续过流延时跳闸后 第二次延时4分钟后自动合闸，直到第三次延时7分钟后自动合闸。在本发明中，所述具有停电前状态记忆功能，系统上电5秒钟后即会自动保存分 合闸状态，如遇停电，在再次来电时会自动恢复停电前的分合闸状态。在本发明中，所有的参数均以两位数字化形式预置设定值，按Set键进入设置状 态，设置时LED显示a——开头，后两位数表示要设置的数。(a表示正在设置的参数名称)。 在设置状态下。按“ + ”键数据增1，按“_”键数据减1，所改变的位为实际显示的最后一位。有益效果本发明有以下优点⑴保护功能齐全，能够满足供电部门对供电系统电压、电流 的全面保护要求；(2)智能化、数字化，能够精确设置参数并在无人值守环境下工作；(3)通 过模数转换，将取样的模拟信号转换成数字信号进行监测，大大提高了检测精度；(4)转换 成数字信号的监测使抗干扰能力和可靠性大大提高；(5)成本低、体积小、结构简单、易操 作易安装。
图1是本发明电流取样电路图；图2是本发明电压取样电路图；图3是本发明单片机及数据存储电路图；图4是本发明显示、驱动及键盘电路图；图5是本发明磁保持继电器控制电路。图6是本发明告警和分合闸指示灯电路。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本实用新型。多功能微电脑控制器主要包括以下几个单元电路电流、电压取样电路；AD (模拟/数字)转换电路；基准电路；显示、驱动及键盘电路；单片机及数据存储电路；磁保持继电器驱动电路和告警电路等。多功能控制器首先要解决的是电流取样的问题，当高压线路电流从0变化到最大 值时，多功能控制器的电流取样电路从高压电流互感器二次线圈外接的0.1欧姆取样电阻 两端可以取得O 0. 5VAC有效值电压，对应的峰值电压为0 0. 707V。要将这样小的交流 正弦波电压变换成AD转换需要的正向直流脉动电压是一个技术难题，硅二极管的正向压 降为0. 7V，在这样低的电压下根本导通不了，所以不可能使用传统的整流电路。图1所示多功能控制器的电流取样电路，U12B、U12C为接成跟随器形式的运算放 大器，其输入阻抗非常高，可以解决对取样电阻的影响。利用肖特基二极管SD103A正向压 降特别小(S0.2V)的特点对正弦波取样电压的负半周限幅后再输入到3M运算放大器， 由于运算放大器在反向电压低于0. 2V时没有响应，这样在3M输出端就得到了理想的正向 脉动直流波形，这个脉动直流电压与取样电阻取得的正弦波交流电压保持了固定的比例关 系，从而满足了 AD转换电路的要求，用简单电路很好的解决了电流取样的难题。图2所示是多功能控制器的电压取样电路，高压电压互感器二次输出的交流电压 经D13整流二极管整流后，由一系列贴片电阻组成的分压电路，在R38上得到与高压交流电 压成固定比例的正向脉动直流取样电压，再经运算放大器U6C输出到AD转换电路，完成电 压取样。图3所示是单片机、单片机外围及存储器电路。为提高抗干扰能力和可靠性，主芯 片采用MICROCHIP的16C73，16C73是OTP芯片，抗干扰能力极强，程序不易丢失。存贮芯片 也采用MICROCHIP的MLC01B，IK位容量。1 字节。实际使用了观个字节X2。校准的数据在EEPROM中保留有三份，一般情况下只会更新前两份，第三份只有在 厂家校准时才会被写入。如有意外原因导致校准数据与设置数据丢失，可通过开机时按住 “_”键，强制恢复出厂的校准数据。但用户设置数据需要重新设置。保留此功能方便现场解 决问题(现场不方便重新校准)。预置的设定值数据也保存在MLCOl中，24LC01的存贮区分为两个区A区与B区， A区与B区内容是一样的。但当出问题时(程序会多次检测MLC01B，如检测失败或无法读 出校准及设置数据，为避免事故，输出会断开并报警)内容就会不一致，程序会自动选择最 新的来装载。当设置改变后(如延时时间修改等参数改变)，无操作5秒程序会自动保存当前数 据，以免在设置时不停地写EEPROM而减少使用寿命。基准采用TI的REF3033，3. 3V电压基准，为16C73的A/D提供基准电压，复位电路采用MC34164-5复位芯片，保障数据的安全和稳定。图4所示是显示、驱动和键盘电路，74HC164是带异步清零的8位串行输入/并行 输出移位寄存器，单片机显示输出端口的8位串行数据经过该芯片之后输出8位并行的数 据，驱动4位七段LED数码管进行轮显。74HC165是8位移位寄存器(并行输入，互补串行输出)，组成扩展的4位B⑶码 键盘电路，完成按键与单片机连接。ULN2003是集成达林顿管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，采用 集电极开路输出，输出电流大，可直接驱动继电器、低压灯泡等负载，这里用来驱动多功能 控制器的指示灯和LED数码管。图5是主回路执行元件磁保持继电器的控制电路，磁保持继电器是近几年发展起 来的一种新型继电器，也是一种自动开关，和其他电磁继电器一样，对电路起着自动接通和 切断作用，所不同的是，磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢的作用，其开 关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的，具有功耗小、性能稳定、体积小、 承载能力大，比一般电磁继电器性能优越的特点，控制触点转换时，需要在线圈两端输入一 定宽度的正向或反向直流脉冲就可以实现磁保持继电器的接通或切断。理论吸合脉冲宽度 为20ms ；释放脉冲宽度为15ms，为了可靠吸合或释放，多功能控制器程序设计时选定的是 IOOms的脉冲宽度。图中Ql Q6完成正向或反向直流脉冲的极性转换。图6是告警和分合闸指示灯电路，单片机输出端口控制的三个继电器JDQ1、JDQ2、 JDQ3分别在告警、合闸、分闸状态时吸合，将220V电源接通机箱外部所接的告警、合闸、分 闸指示灯和外接报警器。在高压多功能计量箱中，作为回路主控元件通过该磁保持继电器接通或断开高压 真空开关的控制电源，完成高压真空开关合闸、分闸动作。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
1.多功能控制器采用了计算机技术、高压线路电流电压取样技术、模拟/数字信号转 换技术，由高压电流、电压取样电路、智能控制单元和主回路执行元件磁保持继电器构成， 其特征在于，所述的主回路执行元件磁保持继电器一端与控制电源相连，另一端与高压真 空开关控制线圈或其它受控设备相连，智能控制单元则由AD (模拟/数字)转换电路、基准 电路、显示、驱动及键盘电路、单片机及数据存储电路、磁保持继电器驱动电路和告警等电 路构成，高压电流、电压取样电路信号输出接至单片机的AD转换端口。
2.根据权利要求1所述的多功能控制器，其特征在于，所述智能控制单元设有高压线 路电流、电压监装置。
3.根据权利要求1所述的多功能控制器，其特征在于，所述智能控制单元设有高压线 路电流、电压异常时主回路执行元件磁保持继电器能够执行分间保护装置。
4.根据权利要求1所述的多功能控制器，其特征在于，所述智能控制单元设有高压线 路电流、电压异常时能够执行告警装置。
全文摘要
多功能控制器采用了计算机技术、高压线路电流电压取样技术、模拟/数字信号转换技术，由高压电流、电压取样电路、智能控制单元和主回路执行元件磁保持继电器构成，所述的主回路执行元件磁保持继电器一端与控制电源相连，另一端与高压真空开关控制线圈或其它受控设备相连，智能控制单元则由AD转换电路、基准电路、显示、驱动及键盘电路、单片机及数据存储电路、磁保持继电器驱动电路和告警等电路构成，高压电流、电压取样电路信号输出接至单片机的AD转换端口。本发明能够满足供电部门对供电系统电压、电流的全面保护要求，具有体积小、结构简单、易操作易安装的特点。
文档编号H02H3/07GK102044858SQ20091004409
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者周健, 张琳琼, 李政, 王年富, 邓红泉, 陈海霞 申请人:郴州郴电科技有限公司