一种小电流接地系统单相接地选线保护装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，包括数据检测单元和控制单元，所述数据检测单元包括第一微控制器和通信电路，所述第一微控制器的输入端接有A/D转换电路、弧光检测电路和时钟电路，所述控制单元包括第二微控制器、数据存储器和Ethernet模块，所述第二微控制器的输入端接有按键操作电路，所述第二微控制器的输出端接有报警电路、液晶显示屏和继电器保护电路，所述A/D转换电路的输入端接有零序电压检测模块和零序电流检测模块。本实用新型电路简单，设计合理，及时确定接地故障线路并断开，防止形成短路回路影响负载供电，提高小电流接地系统的安全性和可靠性，实用性强。
【专利说明】
一种小电流接地系统单相接地选线保护装置
技术领域
[0001]本实用新型属于电力系统中单相接地选线保护装置技术领域，具体涉及一种小电流接地系统单相接地选线保护装置。
【背景技术】
[0002]我国的配电网多采用小电流接地系统，小电流接地系统包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地或经高阻接地系统。在配电网故障中多为单相接地故障，在工况企业供电系统中，对供电可靠性提出更高要求。小电流接地系统发生单相接地故障时，非故障相电压升高，线路绝缘要求高；同时，如果不能及时确定故障线路完成对故障线路处理，容易扩大为两相或多相对地短路，威胁电力系统的安全运行。甚至会出现间歇性弧光过电压，容易导致绝缘击穿，严重时会击穿设备，引发相间短路，引发事故扩大。单相接地故障是配电网发生几率最多的故障，故障发生时，必须准确的判断故障支路，即选线;并切除故障支路。目前，对于单相接地故障的处理，需要进行人工判定，并需要人工排除故障。因此，现如今缺少一种结构简单、成本低、设计合理、易操作的小电流接地系统单相接地选线保护装置，通过设置零序电压检测模块和零序电流检测模块实时检测零序电压和零序电流，确定接地故障线路，并予以选择性切除，以确保不形成短路回路，不影响负载供电，通过设置弧光检测电路实时检测弧光，通过继电器保护电路及时断开故障线路，避免发事故的扩大，提高小电流接地系统的安全性和可靠性。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，本实用新型设计电路简单，设计合理，通过设置零序电压检测模块和零序电流检测模块，实时检测零序电压和零序电流，确定接地故障线路，防止形成短路回路影响负载供电，通过设置弧光检测电路实时检测弧光，通过继电器保护电路及时断开故障线路，避免发事故的扩大，提高小电流接地系统的安全性和可靠性，实用性强，便于推广使用。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:包括数据检测单元和与所述数据检测单元连接的控制单元，所述数据检测单元包括第一微控制器和与第一微控制器相接的通信电路，所述第一微控制器的输入端接有A/D转换电路、弧光检测电路和时钟电路，所述控制单元包括第二微控制器和与第二微控制器相接的数据存储器和用于与上位机进行通信的Ethernet模块，所述第二微控制器的输入端接有按键操作电路，所述第二微控制器的输出端接有报警电路、液晶显示屏和继电器保护电路，所述第一微控制器通过通信电路与第二微控制器进行数据通信，所述A/D转换电路的输入端接有零序电压检测模块和零序电流检测模块，所述零序电压检测模块包括电压互感器和与电压互感器输出端相接的第一信号调理电路，所述零序电流检测模块包括电流互感器和与电流互感器输出端相接的第二信号调理电路，所述第一信号调理电路的输出端和第二信号调理电路的输出端均与A/D转换电路的输入端相接；
[0005]所述第一信号调理电路包括运放Ul和运放U2，所述运放Ul的同相输入端分两路，一路与电阻R4的一端相接，另一路经电容C6接地;所述电阻R4的另一端分两路，一路经电容C4接地，另一路经电阻R3与电压互感器的信号输出端相接;所述运放Ul的输出端分两路，一路与所述运放Ul的反相输入端相接，另一路与电阻R5的一端相接;所述电阻R5的另一端分两路，一路经电阻Rl与3.3V电源输出端相接，另一路与运放U2的同相输入端相接;所述运放U2的输出端分两路，一路与所述运放U2的反相输入端相接，另一路与电阻R2的一端相接;所述电阻R2的另一端分三路，一路经电容C5接地，另一路与稳压二极管DWl的阴极相接，第三路与A/D转换电路的输入端相接。
[0006]上述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述第二信号调理电路包括运放U3和运放U4，所述运放U3的同相输入端分两路，一路与电阻Rll的一端相接，另一路经电容C13接地;所述电阻Rl I的另一端分两路，一路经电容Cl I接地，另一路与电阻RlO的一端相接，所述电阻RlO的另一端分两路，一路经电阻R13接地，另一路与电流互感器的信号输出端相接;所述运放U3的输出端分两路，一路与所述运放U3的反相输入端相接，另一路与电阻R12的一端相接;所述电阻R12的另一端分两路，一路经电阻R8与3.3V电源输出端相接，另一路与运放U4的同相输入端相接;所述运放U4的输出端分两路，一路与所述运放U4的反相输入端相接，另一路与电阻R9的一端相接;所述电阻R9的另一端分三路，一路经电容Cl 2接地，另一路与稳压二极管DW2的阴极相接，第三路与A/D转换电路的输入端相接。
[0007]上述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述电压互感器包括传感器ZMPT1IB，所述电流互感器包括传感器ACS712ELC-20A。
[0008]上述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述弧光检测电路包括硅光电二极管I3Dl和三极管Q2，所述硅光电二极管PDl的阴极与+5V电源输出端相接，所述硅光电二极管roi的阳极分两路，一路经电阻R16接地，另一路与三极管Q2的基极相接;所述三极管Q2的集电极分两路，一路经电阻R14与+5V电源输出端相接，另一路与第一微控制器相接;所述三极管Q2的发射极接地。
[0009]上述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述A/D转换电路包括芯片MAXl 25。
[0010]上述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述继电器保护电路包括继电器Kl和三极管Q1，所述三极管Ql的基极经电阻R15与第二微控制器相接，所述三极管Ql的发射极与+5V电源输出端相接，所述三极管Ql的集电极分三路，一路经电容C14接地，另一路与整流二极管Dl的阳极相接，第三路与继电器Kl的线圈的一端相接;所述继电器Kl的线圈的另一端和整流二极管Dl的阴极均接地。
[0011]上述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述通信电路为RS232串口通信电路。
[0012]上述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述时钟电路包括芯片DS1302。
[0013]上述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述第一微控制器为DSP微控制器，所述第二微控制器为ARM微控制器。
[0014]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0015]1、本实用新型通过设置零序电压检测模块和零序电流检测模块，实时检测并采集小电流接地系统中的零序电压信号和零序电流信号，当出现单相接地故障时，确定接地故障线路，并予以选择性切除，防止短路回路影响负载供电。
[0016]2、本实用新型通过设置弧光检测电路，实时检测小电流接地系统中的弧光，当检测到弧光时，且通过继电器保护电路，及时切断故障线路，避免发事故的扩大，提高小电流接地系统的安全性和可靠性。
[0017]3、本实用新型通过设置第一微控制器负责零序电流、零序电压和弧光信号等数据采集，并通过通信电路将采集到的零序电流、零序电压和弧光信号数据发送至第二微控制器，第二微控制器负责数据的处理，通过液晶显示屏进行实时显示，同步存储至数据存储器中，对不符合设定值的参数通过报警电路报警提示，并通过Ethernet模块与上位机进行数据通信，方便监控室内的工作人员远距离监控。
[0018]综上所述，本实用新型电路简单，设计合理，通过设置零序电压检测模块和零序电流检测模块，实时检测零序电压和零序电流，确定接地故障线路，防止形成短路回路影响负载供电，通过设置弧光检测电路实时检测弧光，通过继电器保护电路及时断开故障线路，避免发事故的扩大，提高小电流接地系统的安全性和可靠性，实用性强，便于推广使用。
[0019]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0021]图2为本实用新型第一信号调理电路的电路原理图。
[0022]图3为本实用新型第二信号调理电路的电路原理图。
[0023]图4为本实用新型弧光检测电路的电路原理图。
[0024]图5为本实用新型继电器保护电路的电路原理图。
[0025]附图标记说明:
[0026]! 一第一微控制器； 2—电压互感器；3—第一信号调理电路；
[0027]4 一 A/D转换电路；5—电流互感器；6—第二信号调理电路；
[0028]7—弧光检测电路； 8—时钟电路；9 一通信电路；
[0029]10—按键操作电路； 11 一数据存储器；12—液晶显示屏；
[0030]13—第二微控制器； 14 一报警电路；15—继电器保护电路；
[0031]16一Ethernet 模块； 17—上位机。
【具体实施方式】
[0032]如图1所示，本实用新型包括数据检测单元和与所述数据检测单元连接的控制单元，所述数据检测单元包括第一微控制器I和与第一微控制器I相接的通信电路9，所述第一微控制器I的输入端接有A/D转换电路4、弧光检测电路7和时钟电路8，所述控制单元包括第二微控制器13和与第二微控制器13相接的数据存储器11和用于与上位机17进行通信的Ethernet模块16，所述第二微控制器13的输入端接有按键操作电路10，所述第二微控制器13的输出端接有报警电路14、液晶显示屏12和继电器保护电路15，所述第一微控制器I通过通信电路9与第二微控制器13进行数据通信，所述A/D转换电路4的输入端接有零序电压检测模块和零序电流检测模块，所述零序电压检测模块包括电压互感器2和与电压互感器2输出端相接的第一信号调理电路3，所述零序电流检测模块包括电流互感器5和与电流互感器5输出端相接的第二信号调理电路6，所述第一信号调理电路3的输出端和第二信号调理电路6的输出端均与A/D转换电路4的输入端相接。
[0033]如图2所示，所述第一信号调理电路3包括运放Ul和运放U2，所述运放Ul的同相输入端分两路，一路与电阻R4的一端相接，另一路经电容C6接地;所述电阻R4的另一端分两路，一路经电容C4接地，另一路经电阻R3与电压互感器2的信号输出端相接;所述运放Ul的输出端分两路，一路与所述运放Ul的反相输入端相接，另一路与电阻R5的一端相接;所述电阻R5的另一端分两路，一路经电阻Rl与3.3V电源输出端相接，另一路与运放U2的同相输入端相接;所述运放U2的输出端分两路，一路与所述运放U2的反相输入端相接，另一路与电阻R2的一端相接;所述电阻R2的另一端分三路，一路经电容C5接地，另一路与稳压二极管DWl的阴极相接，第三路与A/D转换电路4的输入端相接。
[0034]如图3所示，本实施例中，所述第二信号调理电路6包括运放U3和运放U4，所述运放U3的同相输入端分两路，一路与电阻Rll的一端相接，另一路经电容C13接地;所述电阻Rll的另一端分两路，一路经电容Cll接地，另一路与电阻RlO的一端相接，所述电阻RlO的另一端分两路，一路经电阻R13接地，另一路与电流互感器5的信号输出端相接;所述运放U3的输出端分两路，一路与所述运放U3的反相输入端相接，另一路与电阻R12的一端相接;所述电阻R12的另一端分两路，一路经电阻R8与3.3V电源输出端相接，另一路与运放U4的同相输入端相接;所述运放U4的输出端分两路，一路与所述运放U4的反相输入端相接，另一路与电阻R9的一端相接;所述电阻R9的另一端分三路，一路经电容Cl 2接地，另一路与稳压二极管DW2的阴极相接，第三路与A/D转换电路4的输入端相接。
[0035]本实施例中，所述电压互感器2包括传感器ZMPT101B，所述电流互感器5包括传感器ACS712ELC-20A。
[0036]如图4所示，本实施例中，所述弧光检测电路7包括硅光电二极管H)I和三极管Q2，所述硅光电二极管roi的阴极与+5V电源输出端相接，所述硅光电二极管roi的阳极分两路，一路经电阻R16接地，另一路与三极管Q2的基极相接;所述三极管Q2的集电极分两路，一路经电阻R14与+5V电源输出端相接，另一路与第一微控制器I相接;所述三极管Q2的发射极接地。
[0037]本实施例中，所述A/D转换电路4包括芯片MAX125。
[0038]如图5所示，本实施例中，所述继电器保护电路15包括继电器Kl和三极管Ql，所述三极管Ql的基极经电阻R15与第二微控制器13相接，所述三极管Ql的发射极与+5V电源输出端相接，所述三极管Ql的集电极分三路，一路经电容Cl 4接地，另一路与整流二极管DI的阳极相接，第三路与继电器Kl的线圈的一端相接;所述继电器Kl的线圈的另一端和整流二极管Dl的阴极均接地。
[0039]本实施例中，所述通信电路9为RS232串口通信电路。
[0040]本实施例中，所述时钟电路8包括芯片DS1302。
[0041 ]本实施例中，所述第一微控制器I为DSP微控制器，所述第二微控制器13为ARM微控制器。
[0042]本实用新型使用时，第一微控制器I和第二微控制器13进入工作状态，通过按键操作电路10预先设定零序电压阈值和零序电流阈值，电压互感器2实时检测小电流接地系统中的零序电压信号并将采集到的零序电压信号送入第一信号调理电路3，经过第一信号调理电路3的处理转换为A/D转换电路4可处理的数值范围，电流互感器5实时检测小电流接地系统中的零序电流信号并将采集到的零序电流信号送入第二信号调理电路6，经过第二信号调理电路6的处理转换为A/D转换电路4可处理的数值范围，经过A/D转换电路4的处理转化为数字零序电压值和数字零序电流值并发送至第一微控制器1，弧光检测电路7实时检测小电流接地系统中是否存在弧光信号，当存在弧光时，硅光电二极管PDl反向电流增加，三极管Q2导通，弧光检测电路7输出低电平并发送至第一微控制器1，时钟电路8实时记录零序电压信号、零序电流信号和弧光信号的采集时间，方便查看，第一微控制器I将接收到的数字零序电压值、数字零序电流值和存在弧光信号通过通信电路9发送至第二微控制器13，第二微控制器13将接收到的数字零序电压值和数字零序电流值分别与预先设定的零序电压阈值和零序电流阈值进行比较，通过液晶显示屏12实时显示并同步存储至数据存储器11中，当第二微控制器13接收到的数字零序电压值不符合预先设定的零序电压阈值或第二微控制器13接收到的数字零序电流值不符合预先设定的零序电流阈值时，第二微控制器13通过报警电路14报警提示，同时，第二微控制器13根据得到的数字零序电压值和数字零序电流值确定接地故障线路，以确保不形成短路回路影响负载供电，当第二微控制器13确定存在单相故障时或弧光检测电路7检测到弧光存在时，第二微控制器13控制继电器保护电路15工作，继电器Kl的常闭触点断开，断开故障线路，防止事故的扩大;第二微控制器13并通过Ethernet模块16与设置在监控室内的上位机17进行数据通信，方便工作人员的远距离监控，操作简单，提高小电流接地系统的安全性和可靠性。
[0043]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:包括数据检测单元和与所述数据检测单元连接的控制单元，所述数据检测单元包括第一微控制器(I)和与第一微控制器(I)相接的通信电路(9)，所述第一微控制器(I)的输入端接有A/D转换电路(4)、弧光检测电路(7)和时钟电路(8)，所述控制单元包括第二微控制器(13)和与第二微控制器(13)相接的数据存储器(11)和用于与上位机(17)进行通信的Ethernet模块(16)，所述第二微控制器(13)的输入端接有按键操作电路(10)，所述第二微控制器(13)的输出端接有报警电路(14)、液晶显示屏(12)和继电器保护电路(15)，所述第一微控制器(I)通过通信电路(9)与第二微控制器(13)进行数据通信，所述A/D转换电路(4)的输入端接有零序电压检测模块和零序电流检测模块，所述零序电压检测模块包括电压互感器(2)和与电压互感器(2)输出端相接的第一信号调理电路(3)，所述零序电流检测模块包括电流互感器(5)和与电流互感器(5)输出端相接的第二信号调理电路(6)，所述第一信号调理电路(3)的输出端和第二信号调理电路(6)的输出端均与A/D转换电路(4)的输入端相接； 所述第一信号调理电路(3)包括运放Ul和运放U2，所述运放Ul的同相输入端分两路，一路与电阻R4的一端相接，另一路经电容C6接地;所述电阻R4的另一端分两路，一路经电容C4接地，另一路经电阻R3与电压互感器(2)的信号输出端相接;所述运放Ul的输出端分两路，一路与所述运放Ul的反相输入端相接，另一路与电阻R5的一端相接;所述电阻R5的另一端分两路，一路经电阻Rl与3.3V电源输出端相接，另一路与运放U2的同相输入端相接;所述运放U2的输出端分两路，一路与所述运放U2的反相输入端相接，另一路与电阻R2的一端相接；所述电阻R2的另一端分三路，一路经电容C5接地，另一路与稳压二极管DWl的阴极相接，第三路与A/D转换电路(4)的输入端相接。2.按照权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述第二信号调理电路(6)包括运放U3和运放U4，所述运放U3的同相输入端分两路，一路与电阻Rll的一端相接，另一路经电容C13接地;所述电阻Rll的另一端分两路，一路经电容Cll接地，另一路与电阻RlO的一端相接，所述电阻RlO的另一端分两路，一路经电阻R13接地，另一路与电流互感器(5)的信号输出端相接;所述运放U3的输出端分两路，一路与所述运放U3的反相输入端相接，另一路与电阻R12的一端相接;所述电阻R12的另一端分两路，一路经电阻R8与3.3V电源输出端相接，另一路与运放U4的同相输入端相接;所述运放U4的输出端分两路，一路与所述运放U4的反相输入端相接，另一路与电阻R9的一端相接;所述电阻R9的另一端分三路，一路经电容C12接地，另一路与稳压二极管DW2的阴极相接，第三路与A/D转换电路(4)的输入端相接。3.按照权利要求1或2所述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述电压互感器(2)包括传感器ZMPT1IB，所述电流互感器(5)包括传感器ACS712ELC-20A。4.按照权利要求1或2所述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述弧光检测电路(7)包括硅光电二极管HH和三极管Q2，所述硅光电二极管roi的阴极与+5V电源输出端相接，所述硅光电二极管PDl的阳极分两路，一路经电阻R16接地，另一路与三极管Q2的基极相接;所述三极管Q2的集电极分两路，一路经电阻R14与+5V电源输出端相接，另一路与第一微控制器(I)相接;所述三极管Q2的发射极接地。5.按照权利要求1或2所述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述A/D转换电路(4)包括芯片MAX125。6.按照权利要求1或2所述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述继电器保护电路(15)包括继电器Kl和三极管Ql，所述三极管Ql的基极经电阻R15与第二微控制器(13)相接，所述三极管Ql的发射极与+5V电源输出端相接，所述三极管Ql的集电极分三路，一路经电容C14接地，另一路与整流二极管Dl的阳极相接，第三路与继电器Kl的线圈的一端相接;所述继电器Kl的线圈的另一端和整流二极管Dl的阴极均接地。7.按照权利要求1或2所述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述通信电路(9)为RS232串口通信电路。8.按照权利要求1或2所述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述时钟电路(8)包括芯片DS1302。9.按照权利要求1或2所述的一种小电流接地系统单相接地选线保护装置，其特征在于:所述第一微控制器(I)为DSP微控制器，所述第二微控制器(13)为ARM微控制器。
【文档编号】H02H7/26GK205724867SQ201620643836
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】赵建文, 张广骁, 梁静, 方子朝, 张乃元, 李春辉, 张军明
【申请人】西安科技大学