专利名称：一种基于dsp的短路检测保护装置的制作方法
技术领域：
一种基于DSP的短路检测保护装置
(一) 技术领域 本实用新型涉及一种短路检测及保护装置，尤其是一种基于DSP(Digital Signal Processing——数字信号处理器)的短路检测保护装置。
(二) 背景技术 由于电力系统的发展，负荷的增大，大容量机组和电厂及变电设备的投入，尤其是
负荷中心大电厂的出现以及电力系统的互联，使输配电网容量大为增加，同时使得短路电
流水平日益增高，如果发生短路故障时不及时切除，会对系统中原有变电所设备将产生很
大的影响，甚至会产生电压严重失稳，频率崩溃等恶性事故的发生，给电厂和用户经济和生
命安全带来严重的威胁。因此，特别是在大容量输配电网中，必须安装短路检测保护装置，
能够快速准确对线路进行检测保护。
现在主要采取的短路检测保护方法 1、基于检测短路电流大小的过流保护技术，这种过流保护按照躲过电动机的最大 启动电流的原则进行整定，在供电线路长时，线路末端短路时，短路电流很小，保护的灵敏 度受到限制。 2、基于相敏原理的短路保护技术，国内外研究较多，也比较成熟，虽然解决了保护 灵敏度的问题，但此种技术只能保护三相短路，两相短路不动作。 3、基于载频原理的短路保护技术，此种保护对线路参数(电缆截面、长度和电源 变压器等)要求严格，线路参数变化时易发生误动作，可靠性差。 目前，为克服上述缺点，也有研究基于电流变化率的短路检测保护技术，是利用线 路或用电设备发生短路时，线路电流发生突变的原理，采用单片机检测这一变化率，当电流 变化率超过规定值时，单片机发出指令，切断供电电源。此技术的特点是检测参数为线路电 流变化率，检测参数电线路参数无关，但是这一检测系统存在两个严重缺陷。 一是难以区分 短路故障电流波形变化与其他故障电流波形变化的差别。由于供电系统多呈感性负载，短 路故障电流波形变化与其他故障电流波形变化的差别，使用常规方法在某些线路参数的情 况下不易区分。二是干扰电流波形突变与短路电流波形突变的识别。利用短路电流波形突 然变化进行故障识别，电流突变是识别的要素，在供电系统中常常存在着各种干扰，如电动 机的启动、大型设备的起停、变频调速、系统操作等，这些干扰很多情况下会影响检测点的 电流波形，且干扰电流波形一般情况下也是呈突变形式，可能使检测产生错误识别。
(三) 实用新型内容 本实用新型的发明目的在于设计一种基于DSP的短路检测保护装置，该装置可以 克服现有技术的不足，是一种基于DSP的能够实时、快速、准确短路检测保护装置，它结构 简单，易于控制，并能够较好地解决谐波问题。 本实用新型的技术方案一种基于DSP的短路检测保护装置，包括电压互感器和 电流互感器，其特征在于它是由模拟通道处理单元、A/D转换器、时钟单元、DSP中央处理单
3元、光电隔离单元1、光电隔离单元n、开关量输入单元和开关量输出单元组成；其中所说
的模拟通道处理单元的输入端与电流互感器和电压互感器连接，其输出端与A/D转换器的输入端连接；所说的A/D转换器与DSP中央处理单元呈双向连接；所说的DSP中央处理单元的输入端分别与时钟单元的输出端以及光电隔离单元I的输出端连接；其输出端与光电隔离单元II的输入端连接；所说的光电隔离I的输入端与开关量输入单元的输出端连接；所说的光电隔离单元II的输出端与开关量输出单元的输入端连接。 上面所说DSP中央处理单元是由DSP芯片构成，所说的DSP芯片采用Motorola公司的数字信号处理器DSP56F807，它包括不少于一个的I/O接口 、不少于一个的外围设备、60KX 16位的程序FLASH存储器、2KX 16位的程序RAM存储器、8KX 16位的数据FLASH存储器和4KX 16位数据RAM存储器。 上述所说的模拟通道处理单元是由电感Ll、电阻Rl、电容Cl、电感L2、电阻R2、电容C2、稳压二极管D1、稳压二极管D2、电压跟随器A构成，其连接为常规连接，且其输出端按常规连接到A/D转换器上；所说的稳压二极管Dl采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，电压跟随器A采用ii A709型。 上述所说的A/D转换器是由单位14多通道高速模数转换芯片MAX125芯片构成，它包括内置同步采样/保持器，其与DSP芯片采用常规连接方法。 上述所说光电耦合单元I和光电耦合单元II分别是由电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1、稳压二极管D2、光电隔离器E1构成，其与DSP芯片的连接采用常规连接方式；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，光电隔离器El采用ii A709型。 本实用新型的工作原理该短路检测保护方法，能自动检测短路电流，保护线路。幅值较高的工频电流、电压信号经过电流、电压互感器变为幅值较小的交流信号，然后进行数/模(A/D转换)在转换。在一个周期内对11路信号(6路电压信号、5路电流信号)进行同步采样，每路信号每个周波采集24个点。DSP对这些数据进行处理，通过傅立叶变换得到电压信号和电流信号的有效值和相对角度。根据保护判据，把这些采集的模拟量和设定值进行比较，从而判断继电器是否动作。 本实用新型的优越性在于(1)本实用新型对6路电压信号和5路电流信号进行处理，克服了对短路电流信号进行处理时，易受其它故障电流波形的影响，提高了装置检测的准确性；(2)该装置以DSP为中心处理芯片，数据量处理量大，实时性和精度高，使得装置
结构简单，性价比高，提高装置的快速性。
图1为本实用新型所涉一种基于DSP的短路检测保护装置的结构框图。 图2为本实用新型所涉一种基于DSP的短路检测保护装置中模拟通道处理单元电路图。[0018][0019]
图3为本实用新型所涉一种基于DSP的短路检测保护装置中MAX125芯片引脚图。图4为本实用新型所涉一种基于DSP的短路检测保护装置中光电耦合单元I和光
电耦合单元II的电路结构图。
具体实施方式
实施例一种基于DSP的短路检测保护装置(见图1)，包括电压互感器和电流互 感器，其特征在于它是由模拟通道处理单元、A/D转换器、时钟单元、DSP中央处理单元、光
电隔离单元1、光电隔离单元n、开关量输入单元和开关量输出单元组成；其中所说的模拟
通道处理单元的输入端与电流互感器和电压互感器连接，其输出端与A/D转换器的输入端 连接；所说的A/D转换器与DSP中央处理单元呈双向连接；所说的DSP中央处理单元的输入 端分别与时钟单元的输出端以及光电隔离单元I的输出端连接；其输出端与光电隔离单元 II的输入端连接；所说的光电隔离I的输入端与开关量输入单元的输出端连接；所说的光 电隔离单元II的输出端与开关量输出单元的输入端连接。 上面所说DSP中央处理单元是由DSP芯片构成，所说的DSP芯片采用Motorola公 司的数字信号处理器DSP56F807，它包括不少于一个的I/O接口 、不少于一个的外围设备、 60KX 16位的程序FLASH存储器、2KX 16位的程序RAM存储器、8KX 16位的数据FLASH存储 器和4KX 16位数据RAM存储器。 上述所说的模拟通道处理单元(见图2)是由电感L1、电阻R1、电容C1、电感L2、 电阻R2、电容C2、稳压二极管Dl、稳压二极管D2、电压跟随器A构成，其连接为常规连接，且 其输出端按常规连接到A/D转换器上；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2 采用1N746型，电压跟随器A采用ii A709型。 上述所说的A/D转换器(见图3)是由单位14多通道高速模数转换芯片MAX125
芯片构成，它包括内置同步采样/保持器，其与DSP芯片采用常规连接方法。 上述所说光电耦合单元I和光电耦合单元II(见图4)分别是由电阻R1、电阻R2、
电阻R3、稳压二极管D1、稳压二极管D2、光电隔离器E1构成，其与DSP芯片的连接采用常规
连接方式；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，光电隔离器
El采用yA709型。 图1中，经电流互感器和电压互感器变换得到的三相交流电压和电流ll路模拟信 号，模拟输入信号首先经过滤波电路及电压跟随器，采用常规接发连接到A/D转换器上，A/ D转换器采用常规接法连接到DSP上.DSP采集经过光电耦合单元处理的开关量输入单元信 号，最后DSP发出的信号经光电耦合单元到开关量输出单元。 图2以第一通道模拟信号为例，给出模拟通道处理单元电路。在图2中，D1、D2(双 向稳压管)把输入电压限制在± (UZ+UD)范围内，当输入电压超过± (UZ+UD)时，输入电压 为(UZ+UD)或-(Uz+U。)时。其中，Uz表示稳压二极管中的电流为规定电流时，稳压二极管两 端的电压；U。表示稳压二级管正向导通电压。L1，R1，C1组成低通滤波电路。滤波后提高了 带负载能力，加电压跟随器，提高了对模拟输入信号的滤波效果，电压跟随器后再连接一个 R2， C2组成的滤波电路。模拟信号经处理后输入到A/D转换器，变为数字信号。 图3为A/D转换器(MAX125芯片)引脚图。该装置与DSP直接连接，将数字信号 送入DSP装置。 数字信号经由图4所示处理电路，该处理电路为光电隔离器。当DI1为低电平时， 光电隔离器不导通，当DI2为高电平。当DI1为高电平时，光电隔离器导通，DI2为低电平。 所以当输入量为高电平时，检测到低电平。经光电隔离后的数字信号送到DSP， DSP对这些 数据进行处理，通过傅立叶变换得到ll路交流信号的有效值和相对角度。根据保护判据，把这些采集的模拟量和设定值进行比较，从而判断继电器是否动作，完成检测保护任务c
权利要求一种基于DSP的短路检测保护装置，包括电压互感器和电流互感器，其特征在于它是由模拟通道处理单元、A/D转换器、时钟单元、DSP中央处理单元、光电隔离单元I、光电隔离单元II、开关量输入单元和开关量输出单元组成；其中所说的模拟通道处理单元的输入端与电流互感器和电压互感器连接，其输出端与A/D转换器的输入端连接；所说的A/D转换器与DSP中央处理单元呈双向连接；所说的DSP中央处理单元的输入端分别与时钟单元的输出端以及光电隔离单元I的输出端连接；其输出端与光电隔离单元II的输入端连接；所说的光电隔离I的输入端与开关量输入单元的输出端连接；所说的光电隔离单元II的输出端与开关量输出单元的输入端连接。
2. 根据权利要求1中所述一种基于DSP的短路检测保护装置，其特征在于所说DSP 中央处理单元是由DSP芯片构成，所说的DSP芯片采用Motorola公司的数字信号处理 器DSP56F807，它包括不少于一个的I/O接口 、不少于一个的外围设备、60KX 16位的程序 FLASH存储器、2KX 16位的程序RAM存储器、8KX 16位的数据FLASH存储器和4KX 16位数 据RAM存储器。
3. 根据权利要求1中所述一种基于DSP的短路检测保护装置，其特征在于所说的模拟 通道处理单元是由电感Ll、电阻Rl、电容Cl、电感L2、电阻R2、电容C2、稳压二极管Dl、稳 压二极管D2、电压跟随器A构成，其连接为常规连接，且其输出端按常规连接到A/D转换器 上；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，电压跟随器A采用 ii A709型。
4. 根据权利要求1或3中所述一种基于DSP的短路检测保护装置，其特征在于所说的 A/D转换器是由单位14多通道高速模数转换芯片MAX125芯片构成，它包括内置同步采样/ 保持器，其与DSP芯片采用常规连接方法。
5. 根据权利要求1中所述一种基于DSP的短路检测保护装置，其特征在于所说光电耦 合单元I和光电耦合单元II分别是由电阻Rl、电阻R2、电阻R3、稳压二极管Dl、稳压二极 管D2、光电隔离器El构成，其与DSP芯片的连接采用常规连接方式；所说的稳压二极管Dl 采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，光电隔离器E1采用yA709型。
专利摘要一种基于DSP的短路检测保护装置，包括电压互感器和电流互感器，其中模拟通道处理单元的输入端与电流互感器和电压互感器连接，其输出端与A/D转换器的输入端连接；A/D转换器与DSP中央处理单元呈双向连接；DSP中央处理单元的输入端分别与时钟单元的输出端以及光电隔离单元I的输出端连接；其输出端与光电隔离单元II的输入端连接；光电隔离I的输入端与开关量输入单元的输出端连接；光电隔离单元II的输出端与开关量输出单元的输入端连接。其优越性在于①克服了对短路电流信号进行处理时，易受其它故障电流波形的影响，提高了装置检测的准确性；②以DSP为中心处理芯片，数据量处理量大，实时性和精度高，使得装置结构简单，性价比高，提高装置的快速性。
文档编号G01R19/25GK201527449SQ200920250018
公开日2010年7月14日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者刘欣, 周宣征, 周雪松, 张海涛, 朱毅然, 谷海青, 马幼捷, 齐鸣 申请人:天津理工大学