一种电力系统线路保护装置的制作方法

本实用新型涉及电路保护技术领域，更具体地，涉及一种电力系统线路保护装置。

背景技术：

继电保护系统是电力系统自动化的重要组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的主要措施之一。随着新能源和分布式能源的发展，逐渐出现了各种微电网并成为了一种趋势，为了对这些微电网进行保护和控制，国家对配电网络的保护方法、保护装置提出了更多更新的要求。目前针对微网的配电微机保护装置存在硬件能力不足，可靠性不高等缺点。

技术实现要素：

本实用新型为克服上述现有技术所述的硬件能力不足、可靠性低的缺陷，提供一种电力系统线路保护装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种电力系统线路保护装置，包括主板模块、采集模块、开出单元、人机交互模块、电源模块、继电保护启动元件，其中主板模块包括控制器和模数转换器，采集模块包括开入单元、交流量输入单元；

采集模块中，开入单元、交流量输入单元与电力系统连接设置；开入单元的输出端与控制器的输入端连接；交流量输入单元的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与控制器的输入端连接；开出单元的输入端与控制器的输出端连接，开出单元的输出端与继电保护启动元件的输入端连接，继电保护启动元件与电力系统中的继电器连接设置；电源模块分别对主板模块、采集模块供电。

本技术方案中，电源模块用于与外接电源连接并将其输入电压转换为适用于主板模块、采集模块的电压，并分别与主板模块、采集模块连接进行供电；开入单元用于采集线路保护和断路器运行状态，其中线路保护和断路器运行状态通过开入量数据来反映，开入量数据包括输电线路保护的检查状态、断路器辅助触点状态、接地刀位置数据、隔离开关的辅助触点状态、外部装置闭锁重合闸触点状态以及本地执行远方选择的状态；交流量输入单元用于采集电力系统线路的电压信号和电流信号；主板模块用于对采集模块所采集的开入量数据和交流量数据进行逻辑判断及运算，判断当前电力系统是否存在故障，然后向开出单元发送开出量信号，开出单元将开出量信号发送至继电保护启动元件中实现电力系统线路保护功能。

优选地，电源模块包括用于将外部电源输入的电源电压转换为应用于主板模块、采集模块供电的电压转换电路，电压转换电路的输入端与外部电源的输出端电连接，电压转换电路的输出端作为电源模块的输出端与主板模块连接；电压转换电路包括电源转换主芯片u1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、开关s1、开关s2，其中：

电容c1的一端作为电压转换电路的输入端与外部电源的正极电连接，电容c1的另一端作为电压转换电路的输出端与外部电源的负极电连接；

开关s1的一端与电容c1的一端电连接，开关s1的另一端与电容c4的一端电连接；

电容c1的另一端与开关s2的一端电连接，开关s2的另一端接地；

电容c4的另一端接地；

电容c2的一端与电容c4的一端电连接，电容c2的另一端接地；

电容c2的一端与电源转换主芯片u1的输入端电连接；

电源转换主芯片u1的输出端与电容c5的一端电连接，电容c5的另一端接地；

电源转换主芯片u1的输出端与电容c3的一端电连接，电容c3的另一端接地。

优选地，开入单元包括光电耦合器和反向施密特触发器，其中光电耦合器的输入端作为开入单元的输入端，反向施密特触发器的输出端作为开入单元的输出端，光电耦合器的输出端与反向施密特触发器的输入端连接。其中，开入单元中每一路开入信号都经过光电耦合器的隔离后再经过反向施密特触发器整形，再传送到控制器中进行检测处理。

优选地，开出单元为8路开出单元，其中4路为设置有继电器常开触点，4路设置有继电器的常闭触点和常开触点。

优选地，交流量输入单元包括电流调理电路，电流调理电路包括电流互感器ct1、运算放大器u2、采样电阻r1、采样电阻r2、电容c6，其中：

电流互感器ct1用于感应电力系统线路的电流信号；

电流互感器ct1的正极输出端与运算放大器u2的负极输入端电连接，电流互感器ct1的负极输出端接地；

电流互感器ct1的负极输出端与运算放大器u2的正极输入端电连接；

运算放大器u2的输出端与交流量输入单元的输入端电连接；

电流互感器ct1的正极输出端与采样电阻r1的一端电连接，采样电阻r1的另一端与交流量输入单元的输入端电连接；

电流互感器ct1的正极输出端与电容c7的一端电连接，电容c7的另一端与采样电阻r2的一端电连接，采样电阻r2的另一端与交流量输入单元的输入端电连接。

优选地，交流量输入单元包括电压调理电路，电压调理电路包括电压互感器pt1、运算放大器u3、采样电阻r3、采样电阻r4、采样电阻r5、电容c7，其中：

采样电阻r5的一端与电力系统线路的一次侧的正极电连接，采样电阻r5的另一端与电压互感器pt1的第一输入端电连接；

电压互感器pt1的第二输入端与电力系统线路的一次侧的负极电连接；

电压互感器pt1的第一输出端与运算放大器u3的负极输入端电连接，运算放大器u3的输出端与交流量输入单元的输入端电连接；

电压互感器pt1的第一输出端与采样电阻r3的一端电连接，采样电阻r3的另一端与交流量输入单元的输入端电连接；

电压互感器pt1的第一输出端与电容c7的一端电连接，电容c7的另一端与采样电阻r4的一端电连接，采样电阻r4的另一端与交流量输入单元的输入端电连接；

电压互感器pt1的第二输出端与运算放大器u3的正极输入端电连接；

电压互感器pt1的第二输出端接地。

优选地，模数转换器为ad7606型号的8通道同步采样模数数据采集设备。

优选地，装置还包括人机交互模块，人机交互模块包括显示屏和输入单元，显示屏的输入端与控制器的输出端连接，输入单元的输出端与控制器的输入端连接。

优选地，人机交互模块还包括pc通信接口，人机交互模块通过pc通信接口与pc端连接，且pc通信接口与控制器连接，用于通过usb线与pc端进行数据交互。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：本装置通过采集模块对电力系统线路的开入数据和交流量数据进行采集后传送至控制器进行数据处理及保护判断，通过开出单元对继电保护启动元件输出开出量信号，从而实现电力系统线路保护功能，有效增强电力系统线路保护装置的可靠性；通过整合主板模块、采集模块、开出单元、人机交互模块、电源模块、继电保护启动元件，有效提高电力系统线路保护装置的硬件性能。

附图说明

图1为实施例1的电力系统线路保护装置的结构示意图。

图2为实施例1的交流量输入单元电流调理电路的电路图。

图3为实施例1的交流量输入单元电压调理电路的电路图。

图4为实施例1的电源模块中电压转换电路的电路图。

图5为实施例2的电力系统线路保护装置的结构示意图。

图6为实施例2的显示屏的电路图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，为本实施例的电力系统线路保护装置的结构示意图。

本实施例的一种电力系统线路保护装置中，包括主板模块1、采集模块2、开出单元3、电源模块4、继电启动保护元件5，其中主板模块1包括控制器11和模数转换器12，采集模块2包括开入单元21、交流量输入单元22。

本实施例中，主板模块1中的控制器11采用stm32f429zgt6型号微控制器，模数转换器12采用8通道同步采样同步转换的ad7606型号模数转换芯片，其中模数转换器12的通信方式采用16位并行通信方式，并与控制器11通过fmc接口连接。

本实施例中，采集模块2中的开入单元21、交流量输入单元22与电力系统线路连接设置，其中开入单元21用于采集电力系统线路保护和断路器运行状态，其中线路保护和断路器运行状态通过开入量数据来反映，开入量数据包括输电线路保护的检查状态、断路器辅助触点状态、接地刀位置数据、隔离开关的辅助触点状态、外部装置闭锁重合闸触点状态以及本地执行远方选择的状态；交流量输入单元22用于感应采集电力系统线路的电压数据和电流数据，获得交流量数据。采集模块2中的开入单元21的输出端与控制器的输入端连接，交流量输入单元22的输出端与模数转换器12的输入端连接，模数转换器12的输出端与控制器11的输入端连接。

本实施例中，开入单元21包括光电耦合器211和反向施密特触发器212，其中光电耦合器211的输入端作为开入单元的输入端，反向施密特触发器212的输出端作为开入单元21的输出端，光电耦合器211的输出端与反向施密特触发器212的输入端连接。在本实施例中，开入单元21设置为12路开入单元，每路开入都经由采用tlp421型号的光电耦合器211隔离后再采用74hc14d型号的反向施密特触发器212整形后送入控制器11中进行逻辑判断处理。

本实施例中，交流量输入单元22中包括电流调理电路，如图2所示，为本实施例的交流量输入单元电流调理电路的电路图。

电流调理电路包括电流互感器ct1、运算放大器u2、采样电阻r1、采样电阻r2、电容c6，其中：

电流互感器ct1用于感应电力系统线路的电流信号；电流互感器ct1的正极输出端与运算放大器u2的负极输入端电连接，电流互感器ct1的负极输出端接地；电流互感器ct1的负极输出端与运算放大器u2的正极输入端电连接；运算放大器u2的输出端与交流量输入单元的输入端电连接；电流互感器ct1的正极输出端与采样电阻r1的一端电连接，采样电阻r1的另一端与交流量输入单元的输入端电连接；电流互感器ct1的正极输出端与电容c7的一端电连接，电容c7的另一端与采样电阻r2的一端电连接，采样电阻r2的另一端与交流量输入单元的输入端电连接。

此外，交流量输入单元22中还包括用于将一次侧的高电压降低为小电压，并对降压后的低电压信号进行滤波去噪的电压调理电路，使所采集的电压信号调理为适用于控制器11进行逻辑判断的电压信号。如图3所示，为本实施例的交流量输入单元电压调理电路的电路图。

电压调理电路包括电压互感器pt1、运算放大器u3、采样电阻r3、采样电阻r4、采样电阻r5、电容c7，其中：

采样电阻r5的一端与电力系统线路的一次侧的正极电连接，采样电阻r5的另一端与电压互感器pt1的第一输入端电连接；电压互感器pt1的第二输入端与电力系统线路的一次侧的负极电连接；电压互感器pt1的第一输出端与运算放大器u3的负极输入端电连接，运算放大器u3的输出端与交流量输入单元的输入端电连接；电压互感器pt1的第一输出端与采样电阻r3的一端电连接，采样电阻r3的另一端与交流量输入单元的输入端电连接；电压互感器pt1的第一输出端与电容c7的一端电连接，电容c7的另一端与采样电阻r4的一端电连接，采样电阻r4的另一端与交流量输入单元的输入端电连接；电压互感器pt1的第二输出端与运算放大器u3的正极输入端电连接；电压互感器pt1的第二输出端接地。

本实施例中，电源模块4包括用于将外部电源输入的电源电压转换为应用于主板模块1和采集模块2的电压转换电路。如图4所示，为本实施例的电源模块中电压转换电路的电路图。

电压转换电路包括电源转换主芯片u3、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、开关s1、开关s2，其中：

电容c1的一端作为电压转换电路的输入端与外部电源的正极电连接，电容c1的另一端作为电压转换电路的输出端与外部电源的负极电连接；

开关s1的一端与电容c1的一端电连接，开关s1的另一端与电容c4的一端电连接；

电容c1的另一端与开关s2的一端电连接，开关s2的另一端接地；

电容c4的另一端接地；

电容c2的一端与电容c4的一端电连接，电容c2的另一端接地；

电容c2的一端与电源转换主芯片u3的输入端电连接；

电源转换主芯片u3的输出端与电容c5的一端电连接，电容c5的另一端接地；

电源转换主芯片u3的输出端与电容c3的一端电连接，电容c3的另一端接地。

本实施例所采用的外部电源为220v的市电，其输入电压范围为ac176v～226v，输入频率为50hz或60hz，通过电压转换电路将输入电压转换为小电压分别给主板模块1和采集模块2进行供电，其中电源转换主芯片u3采用ams1117系列稳压器。

本实施例中，开出单元3设置为8路开出单元，其中4路只提供继电器常开触点，另外4路同时对外提供继电器的常闭触点和常开触点。

在具体实施过程中，电源模块4将接入的220v高压市电转换为适用于主板模块1、采集模块2的小电压并向主板模块1、采集模块2进行供电，主板模块1、采集模块2导通并工作，其中，采集模块2中的开入单元21采集电力系统线路的采集电力系统中输电线路保护的检查状态、断路器辅助触点状态、接地刀位置数据、隔离开关的辅助触点状态、外部装置闭锁重合闸触点状态以及本地执行远方选择的状态等开入量数据，然后传送到控制器11中进行处理，控制器11根据所接受的开关量数据判断电力系统的工作状态，并经过逻辑判断后，从预设在控制器11中的选择保护动作指令；交流量输入单元22采集电力系统线路的电压信号和电流信号后，传送到模数转换器12中进行模数转换处理，然后传送到控制器11中进行运算处理以及保护动作优先级的判断，并从预设在控制器11中的选择保护动作指令，然后发送到开出单元3中，开出单元3根据所接收的保护动作指令向继电保护启动元件6输出相应的开出量信号来驱动继电器动作，从而实现相关的保护功能，包括三段式电流保护和低电压保护、零序电流保护、过负荷保护等。

本实施例中，通过采集模块2对电力系统线路的开入数据和交流量数据进行采集后传送至控制器11进行数据处理及保护判断，通过开出单元3对继电启动保护元件5输出开出量信号，从而实现电力系统线路保护功能，有效增强电力系统线路保护装置的可靠性。

实施例2

本实施例在实施例1提出的一种电力系统线路保护装置的基础上，增设了人机交互模块6。如图5所示，为本实施例的电力系统线路保护装置的结构示意图。

其中人机交互模块6包括显示屏61、输入单元62和pc通信接口63。具体地，显示屏61的输入端与控制器11的输出端连接，用于将控制器11进行数据处理以及保护动作指令选择结果输出到显示屏61中进行显示，作业人员可通过显示屏61观察当前电力系统以及本实施例的电力系统线路保护装置的运行状态；输入单元62的输出端与控制器11的输入端连接，用于向控制器11发送简单的指令信号，控制器11根据所接收的指令信号从预设的保护动作指令中选取相应的指令信息并向相应的模块发送信号；pc通信接口63设置在人机交互模块6上，且pc通信接口63与控制器连接，用于pc端与控制器进行数据传输、存储。

本实施例中，显示屏6采用内置有r61529型号液晶驱动芯片的全彩trt液晶显示屏，其硬件电路图如图6所示。输入单元62采用4+2个独立按键组成的简约键盘，用于向控制器11发送相关的保护指令调取信号。

在具体实施过程中，电源模块4将接入的220v高压市电转换为适用于主板模块1、采集模块2以及人机交互模块6的小电压并向主板模块1、采集模块2以及人机交互模块6进行供电，主板模块1、采集模块2以及人机交互模块6导通并工作，其中，采集模块2中的开入单元21采集电力系统线路的采集电力系统中输电线路保护的检查状态、断路器辅助触点状态、接地刀位置数据、隔离开关的辅助触点状态、外部装置闭锁重合闸触点状态以及本地执行远方选择的状态等开入量数据，然后传送到控制器11中进行处理，控制器11根据所接受的开关量数据判断电力系统的工作状态，并经过逻辑判断后，从预设在控制器11中的选择保护动作指令，然后发送到开出单元3中，开出单元3根据所接收的保护动作指令向继电保护启动元件6输出相应的开出量信号来驱动继电器动作；交流量输入单元22采集电力系统线路的电压信号和电流信号后，传送到模数转换器12中进行模数转换处理，然后传送到控制器11中进行运算处理以及保护动作优先级的判断，并从预设在控制器11中的选择保护动作指令，然后发送到开出单元3中，开出单元3根据所接收的保护动作指令向继电保护启动元件6输出相应的开出量信号来驱动继电器动作，从而实现相关的保护功能，包括三段式电流保护和低电压保护、零序电流保护、过负荷保护等，控制器11将进行的数据处理结果以及保护动作指令选择结果传送到人机交互模块6中的显示屏61进行显示。

此外，当人机交互模块6中的输入单元62有输入操作时，输入单元62将其输入信号传送到控制器11中，控制器11根据所接受的输入信号，调用预设的与输入信号相匹配的保护动作指令，然后发送到开出单元3中，开出单元3根据所接收的保护动作指令向继电保护启动元件6输出相应的开出量信号来驱动继电器动作，从而实现相关的保护功能。

本实施例的电力系统线路保护装置能够与pc端连接使用，pc端通过usb先与人机交互模块6中设置的pc通信接口63连接，实现pc端与电力系统线路保护装置的数据交互。

在本实施例中，通过增设的人机交互模块6中的显示屏61实现数据的显示，供作业人员更好地了解当前电力系统以及本实施例的电力系统线路保护装置的运行状态，同时，作业人员能够通过输入单元62对电力系统线路保护装置进行操控，能够通过pc通信接口63与pc端连接，实现电力系统线路保护装置与pc端的数据交互，并通过pc端对当前电力系统线路保护装置所采集的数据进行更好地处理判断，或通过pc端对控制器11中设置的保护动作指令进行修改及配置。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。