一种电压型二次重合闸微机装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统继电保护与自动化领域，涉及一种重合闸类型继电保护微机 装置及控制方法，具体为一种电压型二次重合闸微机装置及控制方法。
【背景技术】
[0002] 输电线路经常因为自然因素和人类活动因素发生故障，其中瞬时性故障占90%。 重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。它能够检测故障 电路信息，并能在给定时间内切断故障电流以及按设定次数进行重合闸。传统的重合闸装 置多采用模拟电路进行一次合闸操作，一方面装置接线复杂，辅助设备多，误操作率高，另 一方面不能合闸于故障点恢复较慢的瞬时性故障和无法进行上位机实时监测和控制。
[0003] 重合闸装置如果多次重合于永久性故障，将使系统遭受多次冲击，导致严重后果， 所以从安全性和合闸成功率上说二次重合闸将是最适合的。近年来一种二次重合闸已广泛 应用于广州地区，它是利用配电系统中馈线断路器与柱上开关的动作配合，进行故障定位 与隔离并迅速恢复供电的技术，但没能实现上位机显示与控制。目前重合闸微机装置的设 计在国内外均处于热门研究方向，其具有高可靠性，高精度，高速度，智能通信，方便快捷， 结构简单等优点。使用时只需对其控制字进行一定的设置，便可构成多种工作方式，因此二 次重合闸微机装置具有很大的研究及应用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述现有技术存在的传统重合闸接线复杂，一次重合闸安全 性和合闸成功率低，没有有效的上位机显示与控制等问题，提出一种电压型二次重合闸微 机装置及控制方法。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种电压型二次重合闸微机装置，包括：电压采集单元、数字处理单元、上位机显 示控制单元和电源单元。它们之间的位置连接关系及信号走向是：电压采集单元与数字处 理单元连接，数字处理单元与上位机显示控制单元连接，电源单元分别与电压采集单元和 数字处理单元连接。电压采集单元采集线路中电压信号，传给数字处理单元进行判断和控 制，同时电压值通过串口传给上位机显示控制单元进行显示，上位机显示控制单元可以对 数字处理单元进行设置和控制。
[0007] 电压采集单元包括稳压调节模块、整流模块和滤波模块。电压信号依次经过稳压 调节模块、整流模块和滤波模块传输到数字处理单元。
[0008] 数字处理单元包括MSP430F149单片机、继电器模块、电压信息显示模块和报警模 块。数字处理单元接收电压采集单元传输的电压信号，经过判断和处理对继电器模块进行 控制，同时分别将电压值传送给上位机显示控制单元并在电压信息显示模块中进行电压显 示，如果过电压则控制报警模块报警。
[0009] 上位机显示控制单元包括后台数据处理部分和主界面部分。接收到的电压值数据 经过后台数据处理部分在主界面部分进行显示。通过主界面可以进行控制，通过后台数据 处理部分将控制信息传送给数字处理单元。
[0010] 电源单元为电压采集单元和数字处理单元提供工作电压。通过变压器和电源转换 芯片将 220V 交流电转换为+12V、-12V、+5V、-5V、+3.3ViS。
[0011] -种电压型二次重合闸微机装置的控制方法，包括以下步骤：
[0012] (1)启动上位机软件，加载窗体；
[0013] ⑵串口通信初始化；
[0014] (3)进行模式选择，包括:电压显示模式，参数设置模式，重合闸控制模式；
[0015] ⑷进入参数设置模式，在textbox中设置电压上限阀值、电压下限阀值和延时时 间，上位机后台数据处理获取textbox中更新的电压上限阀值、电压下限阀值和延时时间并 通过RS232串口发送给MSP430F149单片机；
[0016] (5)进入电压显示模式，正式测量线路电压值，MSP430F149单片机控制电压信息显 示模块显示电压值并通过RS232串口发送给上位机，通过电压值(有效值)显示窗口显示。当 测量的电压位于电压上限阀值Vh和电压下限阀值V下之间时，继电器上和心保持常闭触点，显 示窗口字体颜色为黑色，继电器指示灯常灭，报警模块不报警。当测量的电压大于电压上限 阀值或小于电压下限阀值时，单片机控制继电器JdPJ 2变为常开触点(跳闸），显示窗口字体 颜色为红色，继电器指示灯亮，报警模块鸣响；
[0017] (6)经过设定的延时时间，单片机控φ赚电器JjPJ^为常闭触点进行一次合闸， 并进行电压判断:若电压值恢复正常，继电器保持合闸状态，电路正常运行;若仍然不在电 压阀值上下限之间，继电器再次跳闸。显示现象如步骤(5)所示；
[0018] (7)经过延时时间后二次合闸，并进行(6)中电压判断:若电压值恢复正常，继电器 保持合闸状态，电路正常运行;若仍然不在电压阀值上下限之间，继电器维持跳闸状态等待 工作人员处理。显示现象如步骤(5)所示；
[0019] (8)重合闸控制模式可用于日常线路测试或者在继电器维持跳闸状态时，进行人 工远程合闸。人工控制合闸或跳闸，上位机后台数据处理获得信息并通过RS232串口发送给 MSP430F149 单片机。
[0020] 有益效果:本发明是一种基于MSP430F149+上位机架构的电压型二次重合闸微机 装置及控制方法，克服了传统的一次重合闸装置接线复杂，辅助设备多，易出现误动、拒动 情况的缺点，使用MSP430F149单片机进行控制，具有体积小，结构简单，低功耗，低成本，数 据实时显示，单片机重合闸控制，上位机交互控制等特点，提高了重合闸成功率和系统安全 稳定性，本发明有效可行，具有一定的研究前景与应用价值。
【附图说明】
[0021] 图1装置整体结构图 [0022]图2电压采集模块结构框图 [0023]图3继电器模块结构框图 [0024]图4上位机软件设计流程图 [0025]图5继电器模块控制流程图
【具体实施方式】
[0026] 一种电压型二次重合闸微机装置如图1所示，包括：电压采集单元、数字处理单元、 上位机显示控制单元和电源单元。它们之间的位置连接关系及信号走向是：电压采集单元 与数字处理单元连接，数字处理单元与上位机显示控制单元连接，电源单元分别与电压采 集单元和数字处理单元连接。电压采集单元采集线路中电压信号，传给数字处理单元进行 判断和控制，同时电压值通过串口传给上位机显示控制单元进行显示，上位机显示控制单 元可以对数字处理单元进行设置和控制。
[0027] 电压采集单元如图2所示包括稳压调节模块、整流模块和滤波模块。电压采集模块 在整个装置中起着至关重要的作用，电路的放大特性、抗干扰能力以及稳定性直接影响采 集到数据的准确性。为了满足单片机MSP430内置模数转换单元ADC12的OV~3.3V直流电压 的输入模拟信号要求，先由DL-PTOl电压互感器从市电220V交流电感应出OV~IOV交流电， 再经稳压调节模块转换为OV~3.3V交流电，最后通过整流模块及滤波模块，得到纹波较小 的直流信号。
[0028] 在稳压调节模块中，电压互感器输出交流信号首先经过电压调节单元进行降压调 节，通过设置电阻RdPR2的比值，来改变同相比例放大器输入信号的电压幅值，进而改变输 出电压幅值。
[0029] 整流模块输入电压为Vn，输出电压V。，相关公式如（1)至(4):
[0030] 当VilX)时，D1导通，D2截止，运算放大器U3构成差分放大器。此时，
[0031]
[0032] ⑵
[0033]当Vu〈0时，Di截止，D2导通，运算放大器U2构成同相比例放大器，运算放大器U 3构成 差分放大器。此时，
[0034] (.3).
[0035] ⑷.
[0036] 滤波模块由两个二阶有源低通滤波电路级联组成。二阶有源低通滤波电路由两节 RC滤波电路和同相比例放大电路组成，具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。同相比例放大 器的电压增益就是低通滤波器的通带电压增益。
[0037]数字处理单元包括MSP430F149单片机、继电器模块、电压信息显示模块和报警模 块。数字处理单元接收电压采集单元传输的电压信号，经过判断和处理对继电器模块进行 控制，同时分别将电压值传送给上位机显示控制单元并在电压信息显示模块中进行电压显 示，如果过电压则控制报警模块报警。
[0038]电网输电线路的电压，电流通常较高，不易直接进行控制操作，同时存在一定危 险。故本发明采用单片机输出低压信号控制高压线路，采用继电器电路隔离方式，实现更好 的电气隔呙。
[0039] 如图3所示为继电器模块结构框图，选用HK4100F-DC3V-SHG型继电器作为隔离控 制继电器Ji，MY2N-J型继电器作为220V电路主控制继电器J2,将220V/100W白炽灯L1作为用 电器接入220V供电电路。隔离控制继电器控制端的电源为3.3V，D2为黄色发光二极管，用做 电源指示灯。D 3为红色发光二极管，用做继电器动作指示灯，继电器心常开触点闭合时即发 光。由MSP430F149单片机输出继电器控制信号，当输出信号高电平时，PNP型三极管&关断， 继电器动作指示灯D 3不发光，继电器心和心保持常闭触点，220V供电电路导通，白炽灯1^常 亮。当输出信号低电平时，三极管Qi饱和导通，继电器动作指示灯D 3发光，继电器心和心变为 常开触点，220V供电电路断开，白炽灯1^熄灭。
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