一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，包括控制模块、A/D转换电路、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、复位电路、时钟电路、GPS校时电路、存储器、按键电路、显示电路、通信接口、电源模块、交流模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块；本实用新型有功能完善、保护配置灵活、运行可靠、维护方便、可扩充性好等特点，较好地满足了低压保护测控装置的性能要求；该装置具有灵活的保护功能配置和保护出口配置功能，简化了保护整定值的管理和使用，便于使用和维护。
【专利说明】—种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置
【技术领域】
[0001]本实用新型公开了一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，涉及电路设计【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，自动化的应用可以分为变电站自动化、调度自动化、配电自动化、电能计量自动化和电力市场等。03年以来，我国的电力供应紧张，根据国家电网的统计，电力自动化行业呈现不断增长的趋势。由此，继电保护产品的需求也急剧增长，而且对于继电保护产品的性能、新技术的应用等方面也提出了更高的要求。而变压器是电力系统自动化控制设备中普遍使用的一款电气设备，变压器的继电测控保护对于电力系统的安全可靠运行具有重要意义。
[0003]继电保护测试装置是我公司在原产品基础上开发的高智能化、多功能继电保护校验装置。本装置采用微电脑技术，由单片机、逻辑控制单元、交直流电流电压输出单元、高精度数据采集单元、LCD液晶显示器、实时时钟、打印机等组成，测量精度高、重复性好。
[0004]随着电力系统自动化程度的不断提高，继电保护测控装置数字化、智能化的趋势日益明显，并具有功能多样化、通信接口丰富化、高可靠性和高性能指标等特点。目前，传统低压保护测控装置的硬件平台大多使用ARM+DSP+FPGA的多CPU结构，该结构可以保证数据交换的实时性和保护功能的可靠性，但存在数据共享、设备间隔扩展、时钟信号同步、功耗闻等方面的问题。
[0005]同时，现有技术中的信号调理电路大多数结构复杂，电路运行功耗大。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷，提供一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，具有功能完善、保护配置灵活、运行可靠、维护方便、可扩充性好等特点，较好地满足了低压保护测控装置的性能要求。
[0007]本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0008]一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，包括控制模块、A/D转换电路、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、复位电路、时钟电路、GPS校时电路、存储器、按键电路、显示电路、通信接口、电源模块、交流模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出丰吴块；
[0009]其中，控制模块分别连接A/D转换电路、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、复位电路、时钟电路、GPS校时电路、存储器、按键电路、显示电路、通信接口、电源模块，所述A/D转换电路还与信号调理电路相连，所述第一光电隔离电路还与数字量输入模块相连，所述第二光电隔尚电路还与数字量输出模块相连；
[0010]其中，所述信号调理电路包括第一至第四电阻，第一至第二电容，运算放大器和二极管，信号输入连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别和第二电阻的一端、二极管的负极、运算放大器的正输入端相连接，第二电阻的另一端和二极管的正极均接地，第三电阻的一端接地，第三电阻的另一端分别和运算放大器的负输入端、第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端和运算放大器的输出端相连接并连接信号输出端，运算放大器的上拉电压端经过第一电容接地,运算放大器的下拉电压端经过第二电容接地。
[0011]作为本实用新型的进一步优化方案，所述控制模块采用的芯片型号为0MAP5910。
[0012]作为本实用新型的进一步优化方案，所述A/D转换电路的芯片型号为TLC3578。
[0013]作为本实用新型的进一步优化方案，所述通信接口采用的芯片型号为RTL8019AS。
[0014]作为本实用新型的进一步优化方案，所述第一光电隔离电路采用的芯片型号为EL852。
[0015]本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:本实用新型设置有丰富的保护功能，包括三段式带复压闭锁的定时限过流保护、三段式过负荷保护、反时限过流保护、零序电流保护、负序电流保护、低电压保护、过电压保护和PT断线告警等；保护测控装置按照模块化的设计思想，将不同的保护功能给划分为独立的模块，各个模块具有独立的入口条件和出口状态，并且每个模块设置有控制软压板，可以通过控制软压板的投入或退出来配置装置的保护功能，各保护功能的整定值和出口方式(跳闸或告警)可以通过按键或通信网络来配置；这种模块化的设计使保护功能具有极强的可读性和移植性，各模块间的协作关系清晰明了，有利于提高保护的可靠性。同时，进一步简化信号调理电路，降低整体电路的功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的模块连接示意图。
[0017]图2是本实用新型中改进的信号调理电路电路图，
[0018]其中:R1至R4为第一至第四电阻，Cl至C2为第一至第二电容，ARl为运算放大器，Zl为二极管。
【具体实施方式】
[0019]下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
[0020]本【技术领域】技术人员可以理解的是，本实用新型中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本实用新型的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
[0021]本【技术领域】技术人员可以理解的是，本实用新型中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
[0022]本【技术领域】技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0023]本【技术领域】技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0024]下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0025]本实用新型的模块连接示意图如图1所示，一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，包括控制模块、A/D转换电路、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、复位电路、时钟电路、GPS校时电路、存储器、按键电路、显示电路、通信接口、电源模块、交流模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块；
[0026]其中，控制模块分别连接A/D转换电路、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、复位电路、时钟电路、GPS校时电路、存储器、按键电路、显示电路、通信接口、电源模块，所述A/D转换电路还与信号调理电路相连，所述第一光电隔离电路还与数字量输入模块相连，所述第二光电隔尚电路还与数字量输出模块相连。
[0027]本实用新型中改进的信号调理电路电路图如图2所示，其中，所述信号调理电路包括第一至第四电阻，第一至第二电容，运算放大器和二极管，信号输入连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别和第二电阻的一端、二极管的负极、运算放大器的正输入端相连接，第二电阻的另一端和二极管的正极均接地，第三电阻的一端接地，第三电阻的另一端分别和运算放大器的负输入端、第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端和运算放大器的输出端相连接并连接信号输出端，运算放大器的上拉电压端经过第一电容接地，运算放大器的下拉电压端经过第二电容接地。
[0028]作为本实用新型的进一步优化方案，所述控制模块采用的芯片型号为0MAP5910。多核处理器0MAP5910是TI公司推出的开放式多媒体应用平台，片内集成了 DSP处理器和ARM处理器，DSP处理器基于TMS320C55X核，提供2个乘累加(MAC)单元，I个40位的算术逻辑单元和I个16位的算术逻辑单元，由于DSP采用了双ALU结构，大部分指令可以并行运行，其工作频率达150MHz，并且功耗更低。ARM处理器是基于ARM9核的TI925T处理器，包括了 I个16KByte的指令cache和8KByte的数据cache, I个协处理器,指令长度可以是16位或者32位。0MAP5910具有集成度高、硬件可靠性和稳定性强、数据处理能力强、低功耗等优点。
[0029]作为本实用新型的进一步优化方案，所述A/D转换电路的芯片型号为TLC3578。交流模拟量输入模块包括电压互感器、电流互感器，并依次连接信号调理电路和A/D转换电路，用于将交流模拟信号转换为能被0MAP5910处理的数字信号；数字量输入模块用于采集负荷开关位置信号、低压断路器位置信号、熔断器熔断信号等普通开关量信号，还可以采集重瓦斯动作跳闸、轻瓦斯动作告警等非电量信号；数字量输出模块主要用于各种保护装置的出口跳闸、信号报警等功能；按键和显示模块主要用于人机交互；通信模块用于与其它智能设备和监控中心进行通信。
[0030]低压保护测控装置采集的交流模拟信号包括三相测量电流、三相保护电流、零序电流和三相电压，三相测量电流使用5A/3.53V的线性电流互感器采样，三相保护电流信号使用100A/7.07V的电流互感器采样，零序电流使用20A/7.07V的电流互感器采样，三相电压使用220V/7.07V的电压互感器采样，共需要10路A/D转换通道。
[0031]A/D转换芯片使用TI公司生产的TLC3578，它是8通道14位串行模数转换器，采用单5V模拟电源和3V飞V数字电源供电，模拟量输入范围为-lOV'lOV，完全可以满足同时接多个互感器的设计要求。TLC3578同0MAP5910的串行接口主要由片选信号、时钟信号SCLK、串行数据输入SDI和三态串行数据输出SDO四个引脚组成，/EOC端连接至0MAP5910的中断输入端，当TLC3578内部FIFO存储区满时产生相应的外部中断，触发相应中断程序将数据读走。
[0032]数字量输入模块不但可以采集低压供电系统中的负荷开关位置信号、熔断器熔断信号、低压断路器位置信号等普通开关量信号，而且还可以采集低压变压器的重瓦斯跳闸、轻瓦斯告警、超高温跳闸、高温告警等非电量信号。该装置设有20路强电数字量输入接口，并提供有4路可编程的备用非电量输入接口，便于非电量功能扩展。
[0033]数字量输出模块采用启动继电器闭锁形式，启动继电器的控制信号由0MAP5910的ARM内核控制，出口继电器的控制信号由0MAP5910的DSP内核控制，只有启动继电器动作后，才能开放出口继电器的正电源，从而实现数字量输出控制的部分解耦，避免由于器件损坏而引起保护误动作。当需要输出时，首先使启动继电器的DOENH置高电平，DOENL置低电平，光电耦合器EL852导通，启动继电器动作，其常开触点闭合，使+24VE连接到+24V;然后将DOOUT置为低电平，光电耦合器EL852导通，出口继电器动作，其常开触点闭合，使跳闸或告警电路导通。
[0034]保护测控装置设置有丰富的保护功能，包括三段式带复压闭锁的定时限过流保护、三段式过负荷保护、反时限过流保护、零序电流保护、负序电流保护、低电压保护、过电压保护和PT断线告警等。保护测控装置按照模块化的设计思想，将不同的保护功能给划分为独立的模块，各个模块具有独立的入口条件和出口状态，并且每个模块设置有控制软压板，可以通过控制软压板的投入或退出来配置装置的保护功能，各保护功能的整定值和出口方式(跳闸或告警)可以通过按键或通信网络来配置。这种模块化的设计使保护功能具有极强的可读性和移植性，各模块间的协作关系清晰明了，有利于提高保护的可靠性。
[0035]作为本实用新型的进一步优化方案，所述通信接口采用的芯片型号为RTL8019AS。
[0036]作为本实用新型的进一步优化方案，所述第一光电隔离电路采用的芯片型号为EL852。
[0037]本实用新型提出了以0MAP5910为核心处理器的低压保护测控装置设计方案，使整个装置的硬件结构更加简洁和优化，有效地降低了装置的整体功耗，提提高了装置的可靠性和可扩展性。同时，装置具有灵活的保护功能配置和保护出口配置功能，简化了保护整定值的管理和使用，便于使用和维护。
[0038]上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，其特征在于:包括控制模块、A/D转换电路、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、复位电路、时钟电路、GPS校时电路、存储器、按键电路、显示电路、通信接口、电源模块、交流模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块； 其中，控制模块分别连接A/D转换电路、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、复位电路、时钟电路、GPS校时电路、存储器、按键电路、显示电路、通信接口、电源模块，所述A/D转换电路还与信号调理电路相连，所述第一光电隔离电路还与数字量输入模块相连，所述第二光电隔尚电路还与数字量输出模块相连； 其中，所述信号调理电路包括第一至第四电阻，第一至第二电容，运算放大器和二极管，信号输入连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别和第二电阻的一端、二极管的负极、运算放大器的正输入端相连接，第二电阻的另一端和二极管的正极均接地，第三电阻的一端接地，第三电阻的另一端分别和运算放大器的负输入端、第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端和运算放大器的输出端相连接并连接信号输出端，运算放大器的上拉电压端经过第一电容接地,运算放大器的下拉电压端经过第二电容接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，其特征在于:所述控制模块采用的芯片型号为0MAP5910。
3.根据权利要求1所述的一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，其特征在于:所述A/D转换电路的芯片型号为TLC3578。
4.根据权利要求1所述的一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，其特征在于:所述通信接口采用的芯片型号为RTL8019AS。
5.根据权利要求1所述的一种基于简易光电隔离电路的继电低压保护测控装置，其特征在于:所述第一光电隔离电路米用的芯片型号为EL852。
【文档编号】H02J13/00GK204118712SQ201420654050
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】杨定蕾, 姚健东 申请人:金陵科技学院