一种工频过电流判断保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种工频过电流判断保护装置。
【背景技术】
[0002] 快速、准确地获取被保护电力电气设备中的超过额定值或整定值的电流数值，并 对其进行准确的判断以便及时采取相应措施防止故障发生、在故障发生后及时制止故障的 扩大，是电流继电保护装置的首要任务，是满足保护装置的选择性、速动性、灵敏性和可靠 性这四个基本要求的先决条件。
[0003] 为了获取被保护电力电气设备中的这种超限的电流幅值并判断其是否为短时过 载电流或是故障电流、故障是否已经或即将发生，此前的方法和设备大多是使用电流互感 器的二次电流去驱动一个继电器或是采用对电流互感器二次电流经整流后与预先设定的 电流整定值比对的办法，或是对二次电流经过转换形成的电压信号进行一个周波内的多点 采样、应用傅氏算法获取其有效值再与电流整定值进行比较以确认故障是否发生(参考专 利号ZL200810024070.5,发明名称24KV真空断路器中电流保护控制方法和专利号 ZL101494374B，发明名称真空断路器中电流保护控制方法），或是将电流互感器二次电流经 转换形成的电压波形与多个基准电压进行比较并进行四个要素的逻辑和以及逻辑乘运算 来确定其故障是否发生(参考授权公告号CN102401869B发明名称用于快速确定电力系统中 的故障的装置和方法），或利用对一个交流电量，在相角增量为A a的两个端点上的两次采 样数据和该A a值进行反正切运算得到该电量相对于测量时刻的初相角a和预测到的幅度 Am(参考审定号CN1013307B发明名称交流电量瞬间测量方法及其装置），进而可以依此来判 断其幅度的A m是否为故障电流;或基于波形形状识别、将采自电力系统普遍使用的电流互 感器的信号，使用波形偏斜度和波形陡峭度度量电流半周波的波形形状并映射到模式识别 空间来实现故障判断，作为供电线路的暂态保护，（参考授权公告号CN101872963B发明名称 基于波形形状识别的供电线暂态保护方法及其装置），等等。现有的这些技术对故障电流判 断的方法复杂、判断准确度低，无法实现故障电流的多时段的时间精确控制，且无法覆盖负 载电流的低过载区域，存在保护的"死区"，无法满足当今电力保护市场的广泛需求。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种判断方法简单、保护范围 广、控制时间准确且时段多的工频过电流判断保护装置。
[0005] 本实用新型采用的技术方案是：
[0006] 本实用新型的一种工频过电流判断保护装置应用到一种工频过电流判断方法，该 工频过电流判断方法包括一个过电流判断公式、通过该公式计算得到数据、以及对这些数 据的应用方法，其包括以下步骤：
[0007] (1)由正弦电流的数学表达式推导得到一个工频过电流判断公式：
[0009] 式中，1^是被测正弦电流波形的幅值，Izd是电流整定值，t是被测正弦电流波形过 零后到达电流整定值的时间值，其单位为us，f是电力系统的额定频率;依据该公式，只要知 道电力系统频率并获得时间t值、即可得知
的比值，即被测正弦电流波形幅值对电流整 定值的倍数，从而判断出被测电流的大小；
[0010] (2)额定频率的正弦电流波形在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的时间 为Hus，
?其中H取正整数，f是电力系统的额定频率，把t由lus开始、按每次递增 lus，一直到Hus为止，把t按照由小到大的顺序分别一一代入过电流判断公式中的t计算得 到H个
比值即被测正弦电流波形幅值对电流整定值的倍数；
[0011] (3)按照大短路电流幅值是整定值的高倍数、小短路电流幅值是整定值的次高倍 数、大过载电流幅值是整定值的较高倍数、小过载电流幅值是整定值的较低倍数、微过载电 流幅值是整定值的极低倍数的档次，把H个不同的倍数数据根据具体的保护需要依照其数 值由大到小的次序进行归类划分成N个倍数区间，N个区间的倍数都大于1，用十进制数由小 到大、即由1、2……N依次按过电流的高倍数到低倍数的顺序对划分成的区间编号，划分的 区间为4个以上，区间内的倍数范围是可变的，但是每个区间都有一个倍数上限值和一个倍 数下限值，倍数上限值对应一个时间起点值，倍数下限值对应一个时间终止值，表示该区间 的过电流从倍数上限值向倍数下限值变化时其与时间值之间的一一对应的关系，即每个区 间由一个时间起点值和一个时间终止值界定该区间的时间范围和对应的倍数范围，时间起 点值较小在前，时间终止值较大在后，各区间之间的时间值是顺序连接的，上一个区间的时 间终止值的下一个us就是下一个区间的时间起点值，将被测正弦电流波形的幅值小于电流 整定值，其波形和整定值没有交点，倍数小于1，其对应的时间值大于Hus的倍数区间编为第 N+1个区间，称为"零值区间"；
[0012] ⑷用一个N位的二进制数代码即显示代码表示N个区间以及零值区间的时间和其 对应的倍数范围；设定显示代码起始状态为全1，设定显示代码右边第一位为最高位，从最 高位开始向左边的最低位方向、依次把1变为0,那么到该显示代码状态全为0时就有N+1个 状态表示，用显示代码的第一种全1状态表示区间1的时间和倍数范围，用显示代码的第二 种即右起第一位为〇而其他位全为1的状态表示区间2的时间和倍数范围，依顺序地，用显示 代码的第N种即左起第一位、即最低位为1而其他位全为0的状态表示第N个区间的时间和倍 数范围；用显示代码的第N+1种、即全为0的状态来表示第N+1区间即零值区间的时间和倍数 范围;把显示代码及时间数据存到可编程只读存储器中；
[0013] (5)采用时间查询方式存取并使用显示代码和时间数据；当采用时间查询方式时 把正弦电流波形在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的时间Hus中的每一个us都以 一个二进制数表示、按由小到大的顺序依次一一对应作为存储器的存储地址存入所属区间 的显示代码；
[0014]所述步骤(5)中在时间查询方式中存入显示代码的方法是，把用二进制数表示的 从lus起到Hus为止的H个时间值一一对应作为存储器的地址，在与存储器地址对应的存储 单元中存入相应的显示代码，也就是说，按照划分成的N个区间，依次地从区间1起到区间N， 把各区间的时间起点值起到时间终止值为止、包含起点值和终止值在内的以二进制数表示 的时间值作为存储器的存储地址，在这个地址范围内对应的所有存储单元中存入与该区间 相应的同一个显示代码，另外把存储器的第零个地址作为第N+1区间或称为零值区间的地 址，在第零个地址中存入第N+1种、即全为0的显示代码;在时间查询方式中采用8KX8位可 编程只读存储器，它通过8条数据输入输出口线来实现N+1个显示代码的存入及读出，设定 口线从高位I/O?起依顺序向低位1/〇〇排列，把表示时间和倍数范围的N位显示代码的右起第 一位作为高位与口线1/〇 7对齐以保持数据存入、读出时顺序一致，当存入的显示代码的位 数少于8位时，可在N位显示代码的低位方向填入0以补齐一个字节；当存入的显示代码位数 大于8位时，则扩展一个存储器，两个存储器的地址线并联，确定两个存储器中的共16条I/O 口线从高字节的I/O?起向低字节1/〇〇的排列顺序方向，存入的N位显示代码的右起第一位也 作为高位与16条I/O 口线中的高位1/〇7对齐以保持数据存入、读出时顺序一致，当存入的显 示代码位数少于16位时，可在低字节中的低位方向填入0以补齐低字节的8位；
[0015]受控设备延迟动作的预定时间延迟脉冲个数、简称"预定个数"设定预定个数有一 个原则，即:过电流倍数越大设定的预定个数越少，过电流倍数越小设定的预定个数越多，1 < m<n2<n3......<nn，其中，n为正整数，通过对预定时间延迟脉冲个数的计数转换成动作 执行时间的延迟，当被测电流超过电流整定值时其第一个脉冲的延迟时间由电流波形过零 的时刻起计算，该延迟时间最多不超过1/4个周波的时间，从第二个脉冲起，其延迟时间距 上一个延迟脉冲出现的时间点都是1/2个周波的时间。
[0016] 一种工频过电流判断保护装置，其包括一个前置的电压跟随器；一个正弦电流波 形过零时产生时间计数启动脉冲的时间启动模块，其输出时间启动脉冲;一个正弦电流波 形到达电流整定值Izd时产生时间截获脉冲的时间截获模块，其输出时间截获脉冲；以及一 个受时间启动脉冲和时间截获脉冲控制的、用来获取被测正弦电流波形过零后到达电流整 定值时的采样时间t值并把该采样时间t值同与该模块连接的存储器中已存入的内容数据 进行过电流的快速判断及多时段延迟操作的时间数据应用模块;该工频过电流判断保护装 置的输入信号连接前置的电压跟随器的同相输入端，前置的电压跟随器的输出端分别连接 时间启动模块和时间截获模块，时间启动模块的输出端连接时间数据应用模块，时间截获 模块的输出端连接时间数据应用模块；
[0017] 其中，前置的电压跟随器是由一个单运放构成的；
[0018] 存储器采用电擦除可编程只读存储器EEPR0M;
[0019]时间启动模块包括第一、第二、第三和第四电路单元;第三电路单元是一个零点电 压调整电路单元，它有两个零点电压输出端；
[0020] 时间截获模块包括第五、第六、第七和第八电路单元;第七电路单元是一个绝对值 相等的正、负整定电压值可同时调整的电压输出电路单元，它有一个正整定电压输出端和 一个负整定电压输出端；
[0021] 时间启动模块中的第一、第二电路单元和时间截获模块中的第五、第六电路单元 是四个元件参数及连接方法完全一样的电路单元，都是由运算放大器构成具有开环增益的 电压比较电路并后接TTL电平转换接口电路的电路单元;时间启动模块中，第三电路单元的 一个零点电压输出端通过电阻和第一电路单元中的电压比较器的反相输入端相连接，另一 个零点电压输出端通过电阻和第二电路单元中的电压比较器的同相输入端相连接;时间截 获模块中，第七电路单元的正整定电压输出端通过电阻和第五电路单元的电压比较器的反 相输入端相连接，负整定电压输出端通过电阻和第六电路单元的电压比较器的同相输入端 相连接;前置电压跟随器的输出端分别通过电阻和第一电路单元中的电压比较器的同相输 入端、第二电路单元中的电压比较器的反相输入端、第五电路单元的电压比较器的同相输 入端和第六电路单元的电压比较器的反相输入端相连接;当被测正弦电流波形幅值高于电 流整定值时第一、二、五、六电路单元输出的都是高电平矩形波脉冲；当被测正弦电流波形 幅值低于电流整定值时第五、六电路单元没有输出；第一电路单元和第二电路单元输出的 高电平矩形波脉冲分别和第四电路单元的两个输入端相连接，第四电路单元的两个输入端 分别对输入的两个高电平矩形波脉冲微分、分别通过二极管输入到一个电压比较器进行调 整后从该比较器的输出端输出、经耦合到反相器输出，该反相器的输出端是第四电路单元 的输出端、也是时间启动模块的输出端，其输出的是时间宽度为u s级别的尖、窄的低电平脉 冲、即时间启动脉冲，每周波两个；当被测正弦电流波形幅值高于电流整定值时，第五和第 六电路单元输出的高电平矩形波脉冲分别输入到第八电路单元、即一个或门电路的两个输 入端，其或门输出端即是时间截获模块的输出端，其输出高电平矩形波脉冲、即时间截获脉 冲，在稳态电流下每周波两个；
[0022] -个时间数据应用模块，包括时间查询方式的时间数据应用模块，当时间数据应 用模块中连接的是采用时间查询方式存取的存储器时，即是时间查询方式的时间数据应用 模块，所述时间查询方式的时间数据应用模块用于处理采用时间查询方式存取的存储器的 情况，时间查询方式的时间数据应用模块包括第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四 和第十五电路单元;第九电路单元是10MHZ脉冲产生及十分频电路，其输出的1MHZ脉冲输入 到第十电路单元四个计数器的CP端;第十电路单元是四个四位二进制同步计数器依次连接 成的时间脉冲计数电路，其四个计数器共16个数据输出端和第十一电路单元的16个数据输 入端一一对应相连接，其输出的是一个由零开始的、依次递增lus的16位的二进制数;第十 一电路单元是四个以并入-并出方式工作的4位双向移位寄存器依次连接成的时间数据暂 存电路，四个寄存器的CP端和时间截获模块的输出端相连接，四个寄存器共16个数据输出 端和第十二电路单元的16个数据输入端一一对应相连接;第十二电路单元也是四个以并 入-并出方式工作的4位双向移位寄存器依次连接成的时间数据保持电路，四个寄存器的 ^端和第一消抖动开关的输出端相连接，四个寄存器的CP端和第一或门的输出端相连接， 四个寄存器的16个数据输出端中的前十三个输出端和第十三电路单元的13条地址线端脚 一一对应相连接，余下的高三位数据输出端弃之不用；第十三电路单元是一个设置成只读 工作方式的存储器，其存储单元中已按时间查询方式存入N+1个显示代码，显示代码输出时 占用存储器的自高位1/〇7起、依次为1/〇6、1/0 5……I/〇n的N条口线，占用的每条口线的输出 分成两路，一路连接第十四电路单元中对应的一个反相器，另一路连接第十五电路单元中 对应的时间延迟计数器的沒端；第十四电路单元是显示电路，由N个反相器分别串联N个 LED灯，每一个LED灯分别串联一个限流电阻并把限流电阻的另一端与+5V电源相连接;第十 五电路单元由N段的时间延迟计数