一种低压开关柜馈线监控、测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交流电源监控、测量领域，尤其是涉及一种低压开关柜馈线监控、测量 装置。
【背景技术】
[0002] 长期以来，在电厂、核电或其他工矿企业的专业用户中，现有的技术方案是： 1、 仅对进线或重要的低压馈线回路采用了智能设备来监控，对次重要的馈线回路，特 别是采用了塑壳断路器的馈线回路，由于数量庞大，基本上很少监控，或由于需要的监控设 备太多、费用增加明显而放弃监控； 2、 按上述的方案，如需监控，则需要硬接点连接到后台监控装置，或后台监控装置硬接 点输出控制分闸；对于模拟量，需增加电流互感器和电流变送器等元器件。这样造成低压开 关柜安装容量降低，且需要大量的控制电缆连接低压开关柜与后台设备之间； 3、 目前，有部分厂家分别采用了开关量模块及模拟量模块。该方案需要多个类型的模 块，无法监视母线电压，如果需满足数字化变电站IEC61850通讯标准的需求，需要增加多 台通讯装置来满足要求，这对现场接线和运行维护均造成不便。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种结构简单，带通讯功能，实现四遥，可方便接入综合自 动化系统的低压开关柜馈线监控、测量装置，解决现有低压开关柜馈线存在的技术问题。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种低压开关柜馈线监控、测量装置，该装置采用嵌入式微控制器作为核心处理器， 核心处理器分析处理馈线开关状态监测元件、馈线报警脱扣状态元件采集的开关量输入数 据，馈线电流测量元件、母线电压测量元件采集的模拟量数据；并进一步控制馈线控制开关 元件进行输出，同时与通讯元件实现电连接。
[0005] 采用嵌入式微控制器作为核心处理器，作为控制低压开关柜馈线回路的多功能控 制器。
[0006] 该嵌入式微控制器作为核心处理器型号为M430F2491。
[0007] 该装置采用电阻与电容的串并联实现交流电压采样，每相电压一组，三相电压分 别采样。
[0008] 馈线开关状态监测元件、馈线报警脱扣状态元件采用芯片作为开关量输入采集元 件，采集各路开关量，其中部分作为馈线断路器的合闸状态辅助接点采样，部分作为馈线断 路器的脱扣告警辅助接点采样。
[0009] 馈线电流测量元件、母线电压测量元件采用芯片作为模拟量采样，采集各路馈线 单相电流；其中馈线使用霍尔电流传感器采样。霍尔电流传感器的输出信号为〇~4 (5)V， 经滤波后直接进入CPU读取，读取后通过CPU的编程计算得出实际模拟量的值用于保护判 断与显示输出或传输至后台处理。
[0010] 馈线控制开关元件采用芯片控制多路馈线断路器分闸输出，输出为无源接点或有 源接点；部分输出仅为隔离后输出，外加相应个数中间继电器再控制馈线断路器的分闸。
[0011] 采用多个八段式发光二极管输出显示；第一发光LED灯显示设备运行状态、第二 发光LED灯交换数据的通讯口 1、第三发光LED灯通讯口 2运行指示；采用4个按钮作设置 参数输入。
[0012] 馈线开关状态监测元件使用74HC244芯片作为开关量输入采集元件；馈线电流 测量元件、母线电压测量元件采用74HC4051芯片作为模拟量采样，馈线控制开关元件采用 ULN2803A芯片作为控制各路馈线断路器分闸输出。
[0013] 本发明具体进一步采用如下最佳技术方案： 1.本发明以16个馈线断路器为最佳技术方案，每个馈线断路器需要带OF断路器辅助 接点和SD断路器脱扣辅助接点；每个馈线回路在B相(也可其他相序)安装一个霍尔电流传 感器；如需对断路器进行操作，则需要在断路器增加MX分闸脱扣器。方案如附图1所示。
[0014] 2.采用M430F2491嵌入式微控制器作为核心处理器，集成监测16路馈线开关状 态、16路馈线报警脱扣状态、16路馈线电流测量、1路母线电压测量、16路馈线控制开出、通 讯等功能。
[0015] 3.采用M430F2491嵌入式微控制器作为核心处理器，作为控制低压开关柜馈线回 路的多功能控制器。
[0016] 4.采用电阻与电容的串并联实现交流电压采样，每相电压一组，三相电压分别采 样。
[0017] 5.采用4个74HC244芯片作为开关量输入采集元件，共可采集32路开关量，前16 路可作为馈线断路器的合闸状态辅助接点采样，后16路可作为馈线断路器的脱扣告警辅 助接点采样。
[0018] 6.采用2个74HC4051芯片作为模拟量采样，共可输出16路馈线单相电流。其中 馈线采用霍尔电流传感器采样，霍尔电流传感器的输出信号为〇~4 (5)V，可以经滤波后直 接进入CPU读取，读取以后通过CPU的编程计算得出实际模拟量的值用于保护判断与显示 输出或传输至后台处理。
[0019] 7.采用2个ULN2803A芯片作为控制16路馈线断路器分闸输出，共可输出16路有 源开关接点或无源开关接点。由于受馈线模块的尺寸限制，16路输出仅为隔离后输出，需在 外加16个中间继电器再控制馈线断路器的分闸。
[0020] 8.采用4个八段式发光二极管显示；采用3个发光LED分别作运行、通讯口 1、通 讯口 2运行指示；采用4个按钮作设置输入。
[0021]M430F2491处理器采用16位精简指令系统，集成有16位寄存器和常数发生器，发 挥了最高的代码效率，它采用数字控制振动器，低功耗模式转换时间小于6ys，设计有16 位定时器，比较器，96段IXD驱动器和48个通用I/O引脚。捕获传感器的模拟信号转换为 数据加以处理后发送至主机。
[0022] 74HC4051芯片八选一模拟开关电路，内置3个地址选择端（A0~A2)，低有效的使能 输入端：(麗|，8路独立的输入/输出端（Y0~Y7)及公共输入/输出端（Z)。电路内部有8个 双向模拟开关，每个开关的一端连接到独立的输入/输出端（Y0~Y7)，另一端连接到公共输 入/输出端（Z)。当ill为低电平时，通过A0~A2选择一个通路的开关处于低阻导通状态。 当^:|为高电平时，A0~A2设置无效，所有开关处于高阻关断状态。如果需要切换开关状态， 就必须使能输入端d;。
[0023] 74HC244芯片244为三态输出的八组缓冲器和总线驱动器，其电器特性的典型值 如下： 引出端符号：
1A1-1A4,2A1-2A4 输入端 /IG, /2G 三态允许端（低电平有效） 1Y1-1Y4,2Y1-2Y4 输出端 逻辑图见附图9。 ULN2803A芯片是专为符合标准TTL。该电路为反向输出型，即输入低电平电压，输出端 才能导通工作，参见附图10。
[0024] 本发明提供的一种低压开关柜馈线监控、测量装置的增益效果是： 1、由于低压开关柜馈线监控、测量装置集成了监测16路馈线开关状态、16路馈线报 警脱扣状态、16路馈线电流测量、1路母线电压测量、16路馈线控制开出，在智能变电站中 低压开关柜馈线监控的应用，集成了原多个馈线测量监控设备的功能，可降低了对馈线监 控的成本，且大大减少了相关监测的设备，使低压开关柜馈线监控更加简洁，自动化水平提 高。一台低压开关柜塑壳出线的数量不会超过16路，这样一台柜只需一台装置即可实现监 控及控制；即使是在微断出线数量超过16的情况下，也只需要再增加一台装置就可实现32 路的监控控制。
[0025] 2、由于低压开关柜馈线监控、测量装置，可以轻松地实现通讯功能，特别是实现数 字化变电站中采用IEC61850通讯协议的要求，且大大减少了从低压开关柜到后台监控设 备的控制电缆，节约了铜的使用量及施工周期，只需要两根通讯线即可。
[0026] 3、集成了通讯功能，使运行人员可轻松监控低压开关柜馈线的电量和状态，并通 过远程控制馈线支路的分闸。
[0027] 4、M430F2491控制器是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC)结构，具有 丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及 大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表 处理指令；由于其低功耗的出色性能，远优于其他常规单片机，这些特点保证可编制出高效 率的源程序。74HC244及74HC4051芯片是一种高速CMOS器件，具有静态功耗极低、电源电 压范围宽、抗干扰能力强、逻辑摆幅大、输入电阻极高、集成度可很高、抗辐射能力强、成本 低等优点，用于数字量及模拟量的采集既能满足数据数量的需要也能保证数据的准确性， 同时还可以很好的控制成本。ULN2803A芯片属于达林顿晶体管矩阵类型，用作控制输出，该 芯片可应用在实现有负载要求的较大电流、较高电压器件与低逻辑电平数字电路