专利名称：24kV真空断路器中电流保护控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于微机继电保护领域，尤其涉及24kV线路过流、短路三段式电流 保护以及躲过线路涌流的电流保护控制装置。
背景技术：
随着社会经济和科学技术的高速发展，城市负荷密度越来越大，12kV配网 己出现许多不适应性，而24kV配网具有投资低、节约线损、供电能力强等特点， 其社会效益和经济效益都是非常明显的。为此，我国目前正投以巨资对24kV电 网进行建设，其中已经对江苏省地区部分进行了 24kV配网线路的全面建设。配 电系统能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的通畅，而且涉 及到电力系统能否正常的运行，因此，当配电网络中某条线路处于非正常运行状 态时，线路断路器应该能及时、可靠地将它切除，以防故障的进一步发生和扩大。 另外，当线路中存在变压器空载合闸时，会在线路上出现一个瞬时性涌流。由于 其不是故障性的，线路断路器不需动作，但是其幅值很大，会造成线路一次合闸 不成功或上级线路断路器误跳的情况。因此，在实际运行中，需要线路断路器既 能切断处于过流、短路状态的线路，又可以对线路的过流、短路状态和线路上瞬 时出现的涌流进行区分。
目前，线路断路器用电流保护控制装置较少，且现有的装置对于线路过流、 短路的判断采取了基于电流的峰值作为整定值的判断方法，对于躲过线路涌流采 取了线路断路器突然合闸时加入一定的延时时间来实现。这样判断线路的过流、 短路状态存在一定的缺陷，并且上级线路断路器在下级线路突然合闸时有可能会 因为涌流而误跳。
发明内容
为了解决技术中存在的上述问题，本发明提供一种适合于24 kV真空断路器 中电流保护控制装置，具体技术方案如下
一种24kV真空断路器中电流保护控制装置，包括电源模块、单片机、A、 C 相电流互感器、电量信号采集模块、拨码开关状态输入模块、继电器输出模块和 脱扣线圈驱动模块；所述电源模块的输出连接单片机的电源输入端；A、 C相电 流互感器的输出分别连接电量信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端经 A/D转换后连接单片机的采集信号输入端；拨码开关状态输入模块的输出端连接 单片机的输入端；单片机的输出端连接继电器输出模块的输入端，继电器输出模 块的输出端连接脱扣线圈驱动模块的控制端，脱扣线圈驱动模块的电源端连接到 A、 C互感器的输出端；脱扣线圈驱动模块的输出端连接外部脱扣线圈。
所述电量信号采集模块包括两个电流互感器CT1、 CT2，它们的输入端分别 连接A、 C相电流互感器的输出端，两个电流互感器的输出信号分别经可调电阻、 组容滤波电路调理后再经A/D转换传入单片机的采集信号输入端。所述A、 C相 电流互感器输出电流在电流互感器CT1和CT2取样后并联接到一起连接微型电流 互感器CT3的输入端、电流互感器CT3的输出端连经电源模块的输入端。所述拨 码开关状态输入模块是10路拨码开关。
所述脱扣线圈驱动模块包括升压电路、储能电容和整流桥，升压电路与储能
电容串联，为储能电容充电；储能电容和整流桥并联接在一起连接控制装置外部 的脱扣线圈，控制脱扣线圈脱扣。
所述单片机是美国Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列单片机 C8051F206，它的管脚9、 IO连接相应的晶振电路，频率是16MHz;单片机的复 位输入端还连接复位电路，单片机的输出端还连接LED组成的显示模块。
所述时钟模块是由I2C总线接口实时时钟芯片DS1307和+ 3V的纽扣电池组 成，选用32. 768kHz晶振。具体接线方式按照DS1307使用说明书要求接线。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下
采用高性能单片机，可以直接应用于只装设A、 C两相电流互感器的24kV 线路断路器，作为切断过流、短路线路，躲过涌流的电流保护控制装置。它的电 源直接取自线路电流互感器，不需要额外的电压互感器等设备。
在电量信号检测方面，它包含电磁干扰抑制电路，具有很高的可靠性；并且 免整定，对电流互感器二次侧电流识别范围在3A—50A之间。
在保护时间配合方面，其过流延时时间有16档可选、速断电流倍数4档可 选、速断延时时间4档可选、合闸延时时间4档可选，可以充分满足实际运行的 需要。
在对线路断路器的分闸控制方面，它的脱扣线圈驱动电路采用的是充电电容 和线路电流同时提供电流的方式；由于有了充电电容，线路上电流互感器的功率 要求不大，5VA即可，这样电流互感器的尺寸可以做的较小一些，精度也会提高， 使其更容易安装和使用。
在线路过流、短路与涌流的识别方面，其采用通过计算电流有效值启动故障 判别程序，基于差动电流波形特征的励磁涌流识别新方法来识别线路过流、短路 状态和涌流。即在装置突然上电时加入延时，避开本级线路突然合闸时出现的 涌流；在稳定运行后如果计算出电流有效值超过整定值，利用差动电流波形特征 的励磁涌流识别新方法来识别线路过流、短路或是涌流，以避开下级线路出现的 涌流，并对本级线路实施保护。
由于使用了时钟模块，该时钟芯片可独立于CPU工作，计时准确，月累计误 差一般小于10s。对故障的报警和记录都需要对时间的精确记录，以方便故障查 询。
继电器输出模块，采用了光藕器件隔离，稳定性大大提高，继电器的开断是 通过光藕器件的开断所决定的。
图l为本发明装置电路原理图2为本发明装置正视图3为本发明装置电源电路原理图4为本发明装置复位电路原理图5为本发明装置中A、 C两相电流采集测量原理图6为本发明装置中开关量输入拨码开关状态输入、单片机模块原理图； 图7为本发明装置继电器输出模块、LED显示原理图； 图8为本发明装置中脱扣线圈驱动电路原理图； 图9时钟电路原理图2中A是10路拨码开关、B是A相可调电阻、C是C相可调电阻、D是LED灯、1 5是外部连线具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步说明。
一种24kV真空断路器中电流保护控制装置，包括电源模块、单片机、A、 C 相电流互感器、电量信号采集模块、拨码开关状态输入模块、继电器输出模块和 脱扣线圈驱动模块；所述电源模块的输出连接单片机的电源输入端；A、 C相电 流互感器的输出分别连接电量信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端经 A/D转换后连接单片机的采集信号输入端；拨码开关状态输入模块的输出端连接 单片机的输入端；单片机的输出端连接继电器输出模块的输入端，继电器输出模 块的输出端连接脱扣线圈驱动模块的控制端，脱扣线圈驱动模块的电源端连接到 A、 C互感器的输出端；脱扣线圈驱动模块的输出端连接外部脱扣线圈。
所述电量信号采集模块包括两个电流互感器CT1、 CT2,它们的输入端分别 连接A、 C相电流互感器的输出端，两个电流互感器的输出信号分别经可调电阻、 组容滤波电路调理后再经A/D转换传入单片机的采集信号输入端。所述A、 C相 电流互感器输出电流在电流互感器CT1和CT2取样后并联接到一起连接微型电流 互感器CT3的输入端、电流互感器CT3的输出端连经电源模块的输入端。所述拨 码开关状态输入模块是10路拨码开关。
所述脱扣线圈驱动模块包括升压电路、储能电容和整流桥，升压电路与储能 电容串联，为储能电容充电；储能电容和整流桥并联接在一起连接控制装置外部 的脱扣线圈，控制脱扣线圈脱扣。
所述单片机是美国Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列单片机 C8051F206，它的管脚9、 10连接相应的晶振电路，频率是16MHz;单片机的复 位输入端还连接复位电路，单片机的输出端还连接LED组成的显示模块。
所述时钟模块是由I2C总线接口实时时钟芯片DS1307和+ 3V的纽扣电池组 成，选用32. 768kHz晶振。具体接线方式按照DS1307使用说明书要求接线。
如图3、 4所示，电源模块由电流互感器、全波整流电路、稳压电路、瞬态 过压抑制电路、共模和差模抑制电路组成。线路A、 C两相电流互感器输出电流 在微型电流互感器取样后并联接到一起，经过控制器内部另一微型电流互感器、 全波整流电路、稳压电路，使得交流电压变为波动不大的12V直流电压，即可为 继电器供电。集成稳压芯片7805内部含有启动电路、串联稳压电路、保护电路， 把+12V直流电压变为稳定的+5V电压，为运放等器件供电，稳压二极管Zl将电 路的过电压限制在一定水平，保护继电器线圈和后级7805等器件；电容C2可以 抑制因负载变化而产生的噪声，起着一个低频骚扰滤波器的作用。再把+5V直流 电压变为稳定的+3.3V电压，为控制器内部单片机供电，输出接10uF电容来保 证输出的稳定性，如图4所示，这里采用的电压检测芯片是飞利浦公司的 MAX708RD。 MAX708RD是一款用于+3. 3V电源系统的电压监测芯片，复位门槛电压 为+2.63V，具有双路电源监控、电源失效告警和复位功能和手动复位功能。当复 位按钮SW1闭合、系统刚上电或MAX708RD的电源电压降到+2.63V—下时，低有 效复位输出引脚变低，芯片C8051F206可靠复位。
显示模块是由LED显示灯组成，作为整定值设定的标志，即在用户在控制器 输入端施加5A电流时，调节可调电阻，当LED显示器由不亮变为均匀闪烁时， 整定值设定完毕。LED显示灯并接在继电器线圈两端。
如图5， 6所示，电量信号采集模块分为A、 C两相采集，每一相由一只电
流互感器、 一路可调电阻、阻容滤波电路，运放组成，分别接入单片机的P0.2、 P0.3引脚。
如图6所示，拨码开关状态输入模块采用IO路拨码开关，分别连接单片机 的P2.0、 P2.1、 P2.2、 P2.3、 P2.4、 P2.5、 Pl.O、 Pl.l、 P1.2、 P1.3弓l脚。
如图7所示，继电器输出模块由继电器、光耦TLP521、驱动三极管和保护 电路组成，单片机输出引脚P1.7与三极管的控制极连接，继电器两端反相并联 快速二极管IN4148。
如图8所示，脱扣线圈驱动模块由升压电路、储能电容、整流桥组成，作为 输出端口连接控制装置外部的脱扣线圈。
时钟模块的接线如图9所示。
装置采用单片机C8051F206作为控制芯片，利用片内A/D转换器采集A、 C 两相电流，由单片机进行处理。
装置的内部结构和外部连接方式如图l所示。装置有5根外部引出线，其中 3根连接A、 C相电流互感器，电流互感器的公共端连接机壳，接入大地；另外 2根连接脱扣线圈，控制断路器分闸。虚线框内为装置的内部结构，连接方式为 导线连接。
装置的正视图如图2所示。通过对可调电阻B、 C的调节，可以将整定值调 整为5A。调节方法如下将装置与A相电流互感器连接好，并将互感器输出电 流调整为5A，然后逆着图中箭头方向调节可调电阻B。当LED灯D由不亮变为 均匀闪烁，A相整定值即已调整为5A。 C相整定值调整方法同A相的调整方法。
在结构上，装置采用插件式结构，独立封闭单元机箱，密封性好，抗干扰、 坚固可靠，抗振动能力强。
权利要求1、一种24kV真空断路器中电流保护控制装置，包括电源模块、单片机、A、C相电流互感器、电量信号采集模块和脱扣线圈驱动模块；所述电源模块的输出连接单片机的电源输入端；A、C相电流互感器的输出分别连接电量信号采集模块的输入端；信号采集模块的输出端经A/D转换后连接单片机的采集信号输入端；脱扣线圈驱动模块的电源端连接到A、C相电流互感器的输出端；脱扣线圈驱动模块的输出端连接外部脱扣线圈，其特征是还包括拨码开关状态输入模块、继电器输出模块和时钟模块；时钟模块的输出端连接单片机的时钟信号端；拨码开关输入模块的输出端连接单片机的输入端；单片机的输出端连接继电器输出模块的输入端，继电器输出模块的输出端连接脱扣线圈驱动模块的控制端。
2、 根据权利要求1所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述 电量信号采集模块包括两个电流互感器CT1、 CT2，它们的输入端分别连接A、 C 相电流互感器的输出端，两个电流互感器CT1、 CT2的输出信号分别经可调电阻、 组容滤波电路调理后再经A/D转换传入单片机的采集信号输入端。
3、 根据权利要求2所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述 A、 C相电流互感器输出电流在电流互感器CT1和CT2取样后并联接到一起连接 微型电流互感器CT3的输入端、电流互感器CT3的输出端连接经电源模块的输入 端。
4、 根据权利要求3所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述 脱扣线圈驱动模块包括升压电路、储能电容和整流桥，升压电路与储能电容串联， 为储能电容充电；储能电容和整流桥并联接在一起连接控制装置外部的脱扣线 圈，控制脱扣线圈脱扣。
5、 根据权利要求1或4所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是 所述单片机是美国Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列单片机 C8051F206，它的管脚9、 IO连接相应的晶振电路，频率是16MHz;单片机的复 位输入端还连接复位电路，单片机的输出端还连接LED组成的显示模块。
6、 根据权利要求1所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述 拨码状态开关输入模块是10路拨码开关。
7、 根据权利要求1所述的24kV真空断路器中电流保护控制装置，其特征是所述 时钟模块是由I2C总线接口实时时钟芯片DS1307和+ 3V的纽扣电池组成，选用 32. 768kHz晶振。
专利摘要一种24kV真空断路器中电流保护控制装置，包括电源模块、单片机、A、C相电流互感器、电量信号采集模块、拨码开关状态输入模块、继电器输出模块和脱扣线圈驱动模块。所述电源模块的输出连接单片机的电源输入端；A、C相电流互感器的输出分别连接电量信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端经A/D转换后连接单片机的采集信号输入端；拨码开关状态输入模块的输出端连接单片机的输入端；单片机的输出端连接继电器输出模块的输入端，继电器输出模块的输出端连接脱扣线圈驱动模块的控制端，脱扣线圈驱动模块的电源端连接到A、C互感器的输出端；脱扣线圈驱动模块的输出端连接外部脱扣线圈。本装置控制精确，容易实现。
文档编号H02H7/00GK201191761SQ200820034428
公开日2009年2月4日 申请日期2008年4月24日 优先权日2008年4月24日
发明者莘 林, 博 王, 闫鸿魁 申请人:南京因泰莱配电自动化设备有限公司