专利名称：一种微机保护装置及系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统的保护装置，特别是涉及到一种中、低压输变电 电或电动装置的微机保护装置。
背景技术：
随着计算机技术的进步，处理器的运算速度和精度不断提高，且成本不断 减低，这使得电力系统中原本由分立元件构成的保护电路逐渐被微机保护所取 代。通常，微机保护装置包括开关量和模拟量输入输出接口和与该等接口连接 的微处理器。处理器通过输入接口获取待检测的信号并根据预先编制的程序进 行运算和对电力系统的运行状况作出判断，并根据判断结果，在检测出电力系 统的装置工作异常时，通过输出接口输出相应的控制信号，对被测装置提供保 护。由于对于被测装置的运行状态判断由软件实现，因此，可通过使用性能更
好的CPU和更好的算法来改善保护装置的性能，并且可以很容易的根据被测装
置的不同，通过调整软件的参数而实现广泛的适应性。可实现测量、控制与保 护的一体化。
但是，现有的微机保护装置在实际使用中也有其不足。例如当有多个设备 需要监控时，事实上，绝大多数的工业应用情况均属此类，大量复杂的二次连 接电缆集中在配电室内，其接触不良是导致配电室发生恶性事故的重要原因之 一。因此，有必要改进集中控制的方式，减少二次接线。
同时，现有的微机保护装置还存在抗电磁干扰能力差，操作不便等问题。
发明内容
本实用新型的目的即在于提供一种可用于分散式系统的微机保护装置，以 克服现有技术的上述问题，实现监控保护系统的高精度控制、灵活安装，并减 少复杂的配线。
为达此目的，本实用新型提供了一种微机保护装置，包括机箱、置于其中的微处理器模块和与微处理器模块相耦合的输入、输出接口模块，所述装置还
包括通信接口模块，其与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总线与其 它设备进行通信；光电隔离电路，其耦合于所述微处理器模块和所述输入、输 出接口模块之间，用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离。
同时，本实用新型还提供了一种微机保护系统，其包括多个微机保护装置 和一主机，各个微机保护装置通过通信总线与所述主机进行通信，其中，每一 微机保护装置包括输入、输出接口模块，其用于对被保护设备的电信号进行 检测和根据微处理器的控制信号对被保护设备进行控制；光电隔离电路，其耦 合于所述输入、输出接口模块与微处理器模块之间，用于进行外部信号与微处 理器之间的电气隔离；微处理器模块，其对来自输入、输出接口模块的输入信 号进行处理，并产生相应的输出信号给所述输入、输出接口模块，以及通过通 信接口模块与所述主机通信；通信接口模块，其与所述微处理器模块通信连接， 并通过通信总线与主机进行通信。
本实用新型的有益效果在于应用本新型的保护装置和系统，可以将监控保 护分散到就地完成，仅由通信缆线进行连接，避免了现有技术中将所有的测量、 控制、保护、信号线等全部接入主控室而带来的安全隐患，极大地简化了二次 接线，节省了布线成本且提高了系统的可靠性及易维护性，减少了安全隐患。
图1是本实用新型微机保护装置实施例一的电路模块示意图； 图2是本实用新型微机保护装置实施例二的结构模块示意图。
具体实施方式
本实用新型的微机保护装置包括机箱和电路部分，下面将分别从机械和电 路部分的构成角度进行详细说明。其中一具体实施方式
的电路结构如图l所示， 从图中可见，其包括微处理器模块、输入、输出接口模块，通信接口模块和 光电隔离电路。
其中，为描述方便，以本实用新型作为电动机保护装置为例，要说明的是， 通过适当设定相应的参数，本实用新型亦可作为小型发电机、变压器等电气设
进行阐明，当不能以此限定其保护范围。其中，所述输入输出接口模块通常包括对被保护的设备如电动机的电流和 电压进行采样的互感输入单元和对其进行控制的继电输出单元以及进行数字和 或/模拟通信信号输入/输出的信号单元。
光电隔离电路，耦合于所述微处理器模块和所述输入、输出接口模块之间， 用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离，优选地，光电隔离电路包括在 互感输入单元和微处理器模块的输入接口之间设有的输入隔离电路和设于微处 理器模块的输出接口与继电输出单元之间的输出隔离电路。其中，互感输入单 元可由一定数量的电压互感器和电流互感器实现，而光电隔离电路则由光耦元 件实现信号隔离。
为了实现开关量输入、开关量输出对交直流信号的通用，所述输入隔离电
路优选使用双向光电耦合芯片实现，并且串联一RC滤波电路。从而对相应的信 号进行"取模"获得其幅值信息和进行滤波处理，从而增大装置的适用范围。
这里微处理器模块包括微处理器、给微处理器供电的电源电路和微处理器 相应的外围电路。例如，为使该保护装置便于工业应用，电源电路最好具备将 220V交流工频(50Hz)输入转换为始于相应微处理器工作的电压输出。而该微 处理器则可由单片机、CPLD、或DSP等具有数据处理功能的元件实现，在本实 施例中，优选以DSP作为微处理器，以充分利用其数据处理功能。而所述外围 电路则包括例如存储器、A/D(D/A)转换电路，输出锁存电路等。
通信接口模块与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总线与其它设备 进行通信；例如，所述通信接口模块为支持RS-485总线通信，并通过双绞线连 接到其它设备。如此以便于多个保护装置以分散式的形式下放到一次设备附近 安装。当然，所述通信接口模块亦可使用其他有线或无线的通信协议形式。并 连接不同的总线。例如，所述通信接口电路支持以太网通信协议并通过光纤与 其它设备连接；或支持如蓝牙等无线通信协议，并通过无线方式与其它设备进 行通信。
根据使用目的的不同，每个保护装置可选择性地配置显示和人机交互模块。 例如，当微机保护装置单机使用时，所述的微机保护装置通常还包括 一液晶 显示模块，其与所述微处理器模块连接，用于显示被保护对象的工作状态和/或 在微机保护装置的参数设置过程中进行显示；以及一人机交互模块，其与所述 微处理器模块连接，用于进行微机保护装置的参数设置。
其中，所述液晶显示模块包括一液晶显示屏以及显示控制电路，其实形式可为现有技术的任何方式，只要能提供根据微处理器的显示内容输出进行显示 的功能即可。而所述人机交互模块则可用键盘、鼠标、麦克风中的一种或几种 的组合作为输入接口。考虑到其实际的应用环境，优选方式为通过一旋转鼠标 实现人机交互。所述旋转鼠标是一种通过旋钮实现类似鼠标功能的装置，所述 旋转鼠标具有一旋转盘和一确认按钮，以及与之连接的鼠标电路，旋转所述旋 转盘可以使屏幕光标在在所述液晶显示模块显示的菜单栏的不同选项间进行切 换，而按下确认按钮则执行选中的选项。所述确认按钮可以是单个按钮，也可 以是如现有鼠标般设置左键和右键，并执行相应功能，其实现原理类似现有的 鼠标，而优点在于可集成到一面板之上，从而避免现有的鼠标需能自由移动且 需要垫板进行光标定位，所需空间大且不便集成的不足。
在上述电路结构实际实施时，可将微处理器模块和通信接口模块集成于一
第一PCB(印刷电路板)板上，所述输入、输出接口模块与所述光电隔离电路集 成于一个或两个PCB板，且所述各个PCB板以可拆装的方式固定于所述机箱内。 如将互感输入单元与输入隔离电路集成在一第二 PCB板上，而将所述继电输出 单元与所述输出隔离电路集成在第三电路板上，其中，所述第二、第三电路板 亦可以一块电路板实现，各个电路板之间以数据线进行连接。从而便于强电与 弱电的隔离。
而所述液晶显示模块和所述人机交互模块则可封装为具有第二壳体的单独 结构，且此第二壳体与所述机箱之间以可拆装的方式连接，所述单独结构与所 述微处理器模块之间通过通信电缆进行通信连接。这样的优点在于，用户可视 实际需要选择采用或不采用显示及人机交互；以及是将其与机箱安装在同一位 置或分别安装。例如，当开关面板的安装空间宽裕时，可使用"一体式"安装， 即将所述第二壳体和机箱一同安装，而在空间有限时，则可将显示与装置主体 分离安装，仅通过通信总线连接，从而使组合更加灵活。
从机械机构角度来说，本实用新型的微处理器模块、输入、输出接口模块， 通信接口模块和光电隔离电路均设置于机箱之内。为具有良好的抗电磁干扰 (EMI)能力，机箱优选为金属材料制成的全密闭结构，例如铝合金，其包括前 盖、后盖和一体成型的箱体，前、后盖与箱体以可拆装的方式连接在一起，例 如通过螺丝固定。且所述箱体内侧成型有平行排列的凹槽，以供电路板固定之 用。并且，为了适应不同规格的电路板，如2层、4层、6层板，所述凹槽可设 计为具有不同宽度。上述各个PCB板即滑设于所述凹槽中，并通过螺丝固定于凹槽边缘的螺孔，这样的设计使得电路板的拆装均十分方便，便于元件更换。 根据微处理器模块预先存储的程序，其可具有下述一项或几项或全部功能，
例如电气参数测量、无延时速断保护、负序过流(不平衡、断相或反相)保 护、零序过流(接地)保护、轻载保护、低电压保护、过电压保护、堵转保护、 防爆电机Te时间保护、启动时间过长保护、自启动控制、PT断线报警等功能。
根据不同的使用环境，可选择不同的功能组合。
如图2所示的实施例中，输入输出接口模块连接模拟量输入三相电压UA、 UB、 UC、以及零序UN输入以及电流IA、 IB、 IC、 10，开关量输入电才几正向运 行、反向运行、停止运行以及开关位置信号，以及4个继电输出分别连接到跳 闸、合闸、报警和切换出口。通信接口模块为支持RS-485,通过引脚485A、 485B、 485D与其它设备通信。
同时，根据本新型的一个实施例，多个上述微机保护装置可用于和一主机 共同构成微机保护系统。各个微机保护装置通过通信总线与所述主机进行通信， 其中，每一微机保护装置包括输入、输出接口模块，其用于对被保护设备的 电信号进行检测和根据微处理器的控制信号对被保护设备进行控制；光电隔离 电路，其耦合于所述输入、输出接口模块与微处理器模块之间，用于进行外部 信号与微处理器之间的电气隔离；微处理器模块，其对来自输入、输出接口模 块的输入信号进行处理，并产生相应的输出信号给所述输入、输出接口模块， 以及通过通信接口模块与所述主机通信；通信接口模块，其与所迷微处理器模 块通信连接，并通过通信总线与主机进行通信。
而每一微机保护装置的微处理器模块则可根据其需要载入不同的程序，以
使其具有相应的监测、保护或控制功能。 一种较佳的实施方式是，各个微机保 护装置使用相同的硬件结构，仅在软件上加以区别。这样可以增加系统各部分 的可互换性，只需额外冗余购置较少的硬件设备，即可在系统的任何部分发生 故障时及时更换和修复。
此外，该系统更主要的优点是在于可以按照每个功能单元进行小机箱设计， 将装置下放到一次设备附近安装，同主机之间仅以通信线缆连接，如此构成的 分散式系统，可使监控和保护就地完成，避免了现有技术中将所有的测量、控 制、保护、信号线等全部接入主控室而带来的安全隐患，极大地简化了二次接 线，节省了布线成本且提高了系统的可靠性及易维护性，减少了事故隐患。
权利要求1、一种微机保护装置，包括机箱、置于其中的微处理器模块和与微处理器模块相耦合的输入、输出接口模块，其特征在于，所述装置还包括通信接口模块，其与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总线与其它设备进行通信；光电隔离电路，其耦合于所述微处理器模块和所述输入、输出接口模块之间，用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离。
2、 根据权利要求1所述的微机保护装置，其特征在于，所述光电隔离电路 包括双向光电耦合芯片，以实现交直流通用。
3、 根据权利要求1所述的微机保护装置，其特征在于，所述通信接口模块 为支持RS-485总线通信。
4、 根据权利要求1所述的微机保护装置，其特征在于，所述装置还包括 一液晶显示模块，其与所述微处理器模块连接，用于显示被保护对象的工作状态和/或在微机保护装置的参数设置过程中进行显示；一人机交互模块，其与所述微处理器模块连接，用于进行微机保护装置的 参数设置。
5、 根据权利要求4所述的微机保护装置，其特征在于，所述液晶显示模块 和所述人机交互模块封装为具有第二壳体的单独结构，且此第二壳体与所述机 箱之间以可拆装的方式连接，所述单独结构与所述微处理器模块之间通过通信 电缆进行通信连接。
6、 根据权利要求4所述的微机保护装置，其特征在于，所述人机交互模块 包括一旋转鼠标，所述旋转鼠标具有一旋转盘和一确认按钮，以及与之连接的 鼠标电路，旋转所述旋转盘以在所述液晶显示模块显示的菜单栏的不同选项间 进行切换。
7、 根据权利要求1或2或3或4所述的微机保护装置，其特征在于，所述 机箱为金属材料制成的全密闭结构，包括前盖、后盖和一体成型的箱体，且所 述箱体内侧成型有平行排列的凹槽，以供电路板固定。
8、 根据权利要求1所述的微机保护装置，其特征在于，所述微处理器模块 和通信接口模块集成于一第一PCB板，所述输入、输出接口模块与所述光电隔离电路集成于一个或两个PCB板，且所述各个PCB板以可拆装的方式固定于所 述机箱内。
9、 一种微机保护系统，其特征在于，包括多个微机保护装置和一主机，各 个微机保护装置通过通信总线与所述主机进行通信，其中，每一微机保护装置 包括输入、输出接口模块，其用于对被保护设备的电信号进行检测和根据微处 理器的控制信号对被保护设备进行控制；光电隔离电路，其耦合于所述输入、输出接口模块与微处理器模块之间， 用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离；微处理器模块，其对来自输入、输出接口模块的输入信号进行处理，并产 生相应的输出信号给所述输入、输出接口模块，以及通过通信接口模块与所述 主机通信；通信接口模块，其与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总线与主机 进行通信。
专利摘要一种微机保护装置，包括机箱、置于其中的微处理器模块和与微处理器模块相耦合的输入、输出接口模块，所述装置还包括通信接口模块，其与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总线与其它设备进行通信；光电隔离电路，其耦合于所述微处理器模块和所述输入、输出接口模块之间，用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离。以及一种微机保护系统其包括多个微机保护装置和一主机，各个微机保护装置通过通信总线与所述主机进行通信。本新型的保护装置和系统，可以将监控保护分散到就地完成，仅由通信缆线进行连接，避免了测量、控制、保护、信号线全部接入主控室而带来的安全隐患，简化了二次接线，节省了布线成本且提高了系统的可靠性及易维护性。
文档编号G08C19/36GK201327996SQ20082012380
公开日2009年10月14日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者侯其峰, 侯红民, 刘太华, 常红旗, 鉴 张, 张维民, 李增利, 李慧勇, 梁丽娟, 迅 王, 王敬仁, 田秀红, 翟富昌, 赵长兵 申请人:北京德威特电力系统自动化有限公司