专利名称：防越级跳闸系统的制作方法
技术领域：
本发明属于一种矿用高压微机保护装置，尤其涉及一种供电网络中的防越 级跳闸系统。
背景技术：
在变电所中，经常是一个总开关控制多个分开关，目前在总开关和分开关 上都安装有高压保护器，检测开关中的三相电压，两相电流，以及零序电流和 零序电压，当电路中出现短路或过流等故障时，高压保护器工作，通过判断电 流整定值的大小，控制电路中相应的开关跳闸。但开关的机械响应速度比较慢， 总开关与分开关距离较近时，分开关还未完全执行跳闸命令，总开关因判断为 短路故障而动作，出现越级跳闸，扩大停电范围。
现有技术的缺点在于没有有效的保护装置来防止越级跳闸事故， 一旦发 生越级跳闸，影响其他未发生故障支路的正常工作，扩大停电范围，带来不必 要的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效防止越级跳闸系统，即使某分开关因短路 故障引起跳闸，保护装置也能很好的识别，不会引起总开关的跳闸，保障其他 支路的正常工作。
本发明的具体方案是 一种防越级跳闸系统，包括总开关和分丌关，在所 述总开关和所述分开关上都安装有高压综合保护器，所述高压综合保护器由信 号采集模块、信号处理模块、控制器模块和执行模块组成；所述信号采集模块 采集信号并发送给所述信号处理模块，所述信号处理模块对采集信号进行处理 后送入所述控制器模块，所述控制器模块对信号进行判别，输出判别结果给所述执行模块，所述执行模块分别控制其所在的所述总开关和所述分开关工作；
其关键在于在所述分开关的控制器模块输出端P0. 25和TD1连接有第一CNA芯片的接收端RXD和TXD;在所述总开关的控制器模块输入端P0. 25和TD1连接有第二 CAN芯片的发送端RXD和TXD;所述第一 CAN芯片输出端CANH和CANL分别与所述第二 CAN芯片的接收端CANH和CANL相连。
第一CAN芯片和第二CAN芯片传递闭锁信号，更稳定，更迅速。
所述分开关中的控制器模块包括
用于判断是否有短路信号的装置；控制器模块获取信号采集模块釆集的三 个相电压，两个相电流，零序电流以及零序电压信号，并对采集的信号进行判 断；
如果没有短路信号，则进入用于返回的装置；即进入主程序中，继续系统 其他工作，以系统其他工作任务为一个工作周期，再次重新执行所述用于判断 是否有短路信号的装置；
如果有短路信号，则进入用于发送闭锁信号的装置；向总开关发送闭锁信号；
用于发出跳闸指令的装置；控制分开关跳闸；
并进入所述用于返回的装置；即进入主程序，继续系统其他工作； 所述总开关中控制器模块包括
用于判断是否有短路信号的装置；控制器模块获取信号采集模块采集的三 个相电压，两个相电流，零序电流以及零序电压信号，并对采集的信号进行判断；
如果没有短路信号，则进入变量i=0， j=0的装置；设置该过程判断的初值， 为下一次重新判断做准备；
并进入用于返回的装置；即返回主程序，继续系统其它工作，以系统其他工作任务为一个工作周期，再次重新执行所述用于判断是否有短路信号的装置；
如果有短路信号，则进入变量i=i+l的装置；i是用来等待接收闭锁信号的延时变量；
用于判断变量i是否大于10的装置;判断等待延时时间是否达到设定时间， 即系统的10个工作周期；
如果变量i不大于10，则进入所述用于返回的装置；即返回主程序，继续系统其它工作；
如果变量i大于10，则进入用于判断是否接收到闭锁信号的装置；延时达 到既定时间后，判断总开关是否收到分开关发送的闭锁信号；
如果没有接收到闭锁信号，则进入用于发出跳闸指令的装置；即认为总开 关的控制电路部分发生了短路或过流故障，总开关跳闸以保护整个线路；
如果接受到闭锁信号，则进入变量j=j+l的装置；收到闭锁信号，即表示 分开关发生短路或过流故障，需要等待分开关跳闸，j是用来等待分开关跳闸的 延时变量；
用于判断变量j是否大于35的装置；判断延时是否达到既定时间，即系统的35个工作周期；
如果变量j不大于35，则进入所述用于返回的装置；即返回主程序，继续系统其它工作；
如果j大于35，则进入所述用于发出跳闸指令的装置；等待分开关跳闸的 机械响应时间到达，若分开关出现故障，未在响应时间内跳闸，则总开关跳闸， 以保护整个线路；并进入所述用于返回的装置，即返回主程序，继续系统其它工作。 所述信号采集模块由 一至七个结构相同的采集电路并连组成；所述采集电 路由微型电流、电压变换器、第一稳压二极管、第二稳压二极管、电感、反馈 电容、电容、输出电阻组成，所述微型电流、电压变换器的输入端获取采集信 号，浮地信号端接收浮地电压，该微型电流、电压变换器的第一输出端0UT1接所述电感的一端，电感的另一端与所述输出电阻的一端连接，该电感的另一端 还连接所述反馈电容的一端，该反馈电容的另一端与所述微型电流、电压变换器的浮地信号端连接，所述微型电流、电压变换器的第二输出端0UT2串接所述 电容后，与所述输出电阻的一端连接，该电容的两端还串接所述第一稳压二极 管和第二稳压二极管，该第一稳压二极管和第二稳压二极管的阴极相连，阳极 分别连所述电容的两端，所述输出电阻的另一端输出信号给所述信号处理模块。
所述采集电路分别采集总开关或分开关的三个相电压、两个相电流、零序 电流和零序电压，该信号采集模块还可以增加一路电阻信号采集器，采集开关 的电阻信号，与所述采集信号可组成八路信号，八路信号转换成电压信号后被 送入信号处理模块。
所述信号处理模块由A/D转换模块和一至七个结构相同的跟随器并连组成-， 所述跟随器由运算放大器、电容组成，该运算放大器的正向输入端接受所述信 号采集模块的输出信号，该正向输入端串所述电容后与地连接，所述运算放大 器的负向输入端与输出端连接，接收输出端的反馈信号，该输出端输出模拟信 号，一至七个跟随器的输出端分别连接所述A/D转换模块的七个输入端CH0、CH1、CH2、 CH3、 CH4、 CH5、 C朋，所述A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号，其 输出端DO、 Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、 D7将数字信号发送给所述控制器模块。
跟随器使该信号处理模块的输入信号更稳定，隔离前面信号采集模块对处理信号的影响，A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号后送入控制器模块。
所述控制器模块是一微处理器，该微处理器的输入端P0. 16、 P0. 17、 P0. 18、 P0. 19、 P0.20、 P0.21、 P0.22、 PO. 23接收所述信号处理模块输出的数字信号， 该控制器模块输出端PO. 12、 PO. 13、 P1.24、 P1.25输出处理信号到所述执行模块。
控制器模块判断、识别各路信号，发出相应的控制指令，实现开关间的数 据和信息传输。
所述执行模块由光电隔离模块、第一继电器和第二继电器组成；所述光电 隔离模块由第一、第二、第三、第四光耦组成，所述四个光耦的阳极输入端接 正电源，阴极输入端获取所述处理信号，其中第一光耦的集电极输出端串所述 第一继电器的线圈绕组后与高电平连接，第一光耦输出第一控制信号给所述第 一继电器，发射极输出端连接所述第二光耦集电极输出端，该第二光耦的发射 极输出端接地；所述第三光耦和所述第四光耦的发射极输出端并连接地，两集 电极输出端并连在一起，并串所述第二继电器的线圈绕组后与高电平连接，输 出第二控制信号给所述第二继电器；
所述第一继电器常开开关的两端输出控制信号给所述总开关或所述分开 关；所述第二继电器常开开关和常闭开关的两端都输出控制信号给所述总开关 或所述分开关；控制总开关或分开关的跳闸。
该发明的显著效果是能综合检测总开关和分开关处的电压、电流、零序 电流、零序电压和电阻信号，有效识别不同开关处的线路故障，防止越级跳闸 的装置，即使某分开关因短路故障引起跳闸，保护装置也能很好的识别，不会 引起总开关的跳闸，保障其他支路的正常工作。
图l是本发明的结构框图2是本发明的分开关保护程序流程图3是本发明的总开关保护程序流程图4是信号采集模块的电路原理图5是信号处理模块的电路原理图6是控制器模块的电路原理图7是执行模块的电路原理图8是C認芯片电路原理具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图l所示
一种防越级跳闸系统，包括总开关1和分开关2，在所述总开关l和所述分 开关2上都安装有高压综合保护器，所述高压综合保护器由信号采集模块3、信 号处理模块4、控制器模块5和执行模块6组成；所述采集模块3采集信号并发 送给所述信号处理模块4，所述信号处理模块4对采集信号进行处理后送入所述 控制器模块5，所述控制器模块5对信号进行判别，输出判别结果给所述执行模 块6，所述执行模块6分别控制其所在的所述总开关1和所述分开关2工作；
其中，如图8所示
在所述分开关2的控制器模块5输出端P0. 25和TD1连接有第一 CAN芯片 C頂1050T7的接收端RXD和TXD;在所述总开关1的控制器模块5输入端PO. 25 和TD1连接有第二 CAN芯片CTM1050T8的发送端RXD和TXD;所述第一 C認芯片 CTM1050T7输出端CANH和C認L分别与所述第二 CAN芯片CTM1050T8的接收端 CANH和CANL相连。
第一 CAN芯片CTM1050T7和第二 C緒芯片CTM1050T8传递闭锁信号，更稳 定，更迅速。
如图2所示
所述分开关2中的控制器模块5包括
用于判断是否有短路信号的装置；控制器模块5获取信号采集模块3采集 的三个相电压，两个相电流，零序电流以及零序电压信号，并对这七个信号进 行判断；
如果没有短路信号，则进入用于返回的装置；即进入主程序中，继续系统 其他工作，以系统其他工作任务为一个工作周期，再次重新执行所述用于判断 是否有短路信号的装置；
如果有短路信号，则进入用于发送闭锁信号的装置；向总开关发送闭锁信
号；
用于发出跳闸指令的装置；控制分开关跳闸；
并进入所述用于返回的装置；即进入主程序，继续系统其他工作； 如图3所示
所述总开关1中控制器模块5包括
用于判断是否有短路信号的装置；浪制器模块5获取信号采集模块3采集 的三个相电压，两个相电流，零序电流以及零序电压信号，并对这七个信号进 行判断；
如果没有短路信号，则进入变量&0， >0的装置；设置该过程判断的初值， 为下一次重新判断做准备；
并进入用于返回的装置；即返回主程序，继续系统其它工作，以系统其他 工作任务为一个工作周期，再次重新执行所述用于判断是否有短路信号的装置；如果有短路信号，则进入变量i = i + l的装置；i是用来等待接收闭锁信号的
延时变量；
用于判断变量i是否大于10的装置;判断等待延时时间是否达到设定时间， 即系统的10个工作周期；
如果变量i不大于10，则进入所述用于返回的装置；即返回主程序，继续 系统其它工作；
如果变量i大于10，则进入用于判断是否接收到闭锁信号的装置；延时达 到既定时间后，判断总开关1是否收到分开关2发送的闭锁信号；
如果没有接收到闭锁信号，则进入用于发出跳闸指令的装置；即认为总开 关1的控制电路部分发生了短路或过流故障，总开关1跳闸以保护整个线路；
如果接受到闭锁信号，则进入变量j=j+l的装置；收到闭锁信号，即表不 分开关2发生短路或过流故障，需要等待分开关2跳闸，j是用来等待分开关2 跳闸的延时变量；
用于判断变量j是否大于35的装置；判断延时是否达到既定时间，即系统 的35个工作周期；
如果变量j不大于35，则进入所述用于返回的装置；即返回主程序，继续 系统其它工作；
如果j大于35，则进入所述用于发出跳闸指令的装置；等待分开关跳闸的 机械响应时间到达，若分开关出现故障，未在响应时间内跳闸，则总开关跳闸， 以保护整个线路；
并进入所述用于返回的装置，即返回主程序，继续系统其它工作。
如图4所示
所述信号采集模块3由七个结构相同的采集电路并连组成；所述采集电路
由微型电流、电压变换器U1、第一稳压二极管D1、第二整形二极管D2、电感L、 反馈电容C1、电容C2、 4.3K输出电阻R1组成，所述微型电流、电压 变换器IUT选用LXY0/WGSL0/LXLC系列芯片，该芯片的输入端获取采集信号， 浮地信号端接收浮地电压，第一输出端0UT1接所述电感L的一端，所述电感L 的另一端与所述4. 3K输出电阻Rl的一端连接，该电感L的另一端还连接所述 反馈电容C1的一端，该反馈电容C1的另一端与所述微型电流、电压变换器U1 的浮地信号端连接，所述微型电流、电压变换器Ul的第二输出端0UT2串接所 述电容C2后，与所述4.3K输出电阻R1的一端连接，该电容C2的两端还串接 所述第一稳压二极管Dl和第二稳压二极管D2，该第一稳压二极管Dl和第二稳 压二极管D2的阴极相连，阳极分别连所述电容C2的两端，所述4.3K输出电阻 Rl的另一端输出信号给所述信号处理模块4。
所述采集电路分别采集总开关1或分开关2的三个相电压、两个相电流、 零序电流和零序电压，该信号采集模块3还可以增加一路电阻信号采集器，采 集开关的电阻信号，与所述采集信号可组成八路信号，八路信号转换成电压信 号后被送入信号处理模块4。
如图5所示
所述信号处理模块4由A/D转换模块MAX197BCA1ADT和七个结构相同的跟 随器并连组成；所述跟随器由运算放大器TL084BCDTS和电容C3组成，该运算 放大器TL084BCDTS的正向输入端接受所述信号采集模块3的输出信号，该正向 输入端串所述电容C3后与地连接，所述运算放大器TL084BCDTS的负向输入端 与输出端连接，接收输出端的反馈信号，该输出端输出模拟信号，七个跟随器 的输出端分别连接所述A/D转换模块ADT的七个输入端CHO、 CH1、 CH2、 CH3、 CH4、 CH5、 CH6，所述A/D转换模块MAX197BCA1ADT将模拟信号转换为数字信号， 其输出端D0、 Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、 D7将数字信号发送给所述控制器模块 5。
跟随器使该信号处理模块4的输入信号更稳定，隔离前面信号采集模块3对处理信号的影响，A/D转换模块ADT将模拟信号转换为数字信号后送入控制器 模块5。
如图6所示
所述控制器模块5是一微处理器ARM7，其输入端PO. 16、 PO. 17、 PO. 18、 PO. 19、 PO. 20、 PO. 21、 PO. 22、 PO. 23接收所述信号处理模块4输出的数字信号， 该控制器模块5输出端P0. 12、 PO. 13、 P1.24、 P1.25输出处理信号到所述执行 模块6。
控制器模块5判断、识别各路信号，发出相应的控制指令，实现开关间的 数据和信息传输。
如图7所示
所述执行模块6由光电隔离模块GP、第一继电器JP1和第二继电器JP2组 成；所述光电隔离模块GP由第一、第二、第三、第四光耦GC1、 GC2、 GC3、 GC4 组成，所述四个光耦GC1、 GC2、 GC3、 GC4的阳极输入端接正电源，阴极输入端 获取所述处理信号，其中第一光耦GC1的集电极输出端串所述第一继电器JP1 的线圈绕组后与高电平连接，第一光耦GC1输出第一控制信号给所述第一继电 器JP1，发射极输出端连接所述第二光耦GC2集电极输出端，该第二光耦GC2的 发射极输出端接地；所述第三光耦GC3和所述第四光耦GC4的发射极输出端并 连接地，两集电极输出端并连在一起，并串所述第二继电器JP2的线圈绕组后 与高电平连接，输出第二控制信号给所述第二继电器JP2;
所述第一继电器JP1常开开关的两端输出控制信号给所述总开关1或所述 分开关2;所述第二继电器JP2常开开关和常闭开关的两端都输出控制信号给所 述总开关1或所述分开关2;控制总开关1或分开关2的跳闸。
本发明的工作原理如下如果某分开关控制支路发生短路故障，分开关保护器就会马上发出一个闭锁信号，同时向分开关发出跳闸命令，通过CAN总线， 闭锁信号快速传输到总开关的保护器；总开关保护器在较短时间内判断是否收 到闭锁信号，如果收到，则延时等待一段时间后，判断分开关是否跳闸，如果 分开关在这段时间内未跳闸，则总开关保护器向总开关发出跳闸指令，保护整 个线路，如果分开关己经跳闸，总开关保护器因为故障电流的消失也就不会发 出跳闸命令，起到防止越级跳闸的作用。
如果总开关控制的分开关个数在两个及以上，各分开关与总开关的连接及工作方式与本实施例相同。
权利要求
1、一种防越级跳闸系统，包括总开关(1)和分开关(2)，在所述总开关(1)和所述分开关(2)上都安装有高压综合保护器，所述高压综合保护器由信号采集模块(3)、信号处理模块(4)、控制器模块(5)和执行模块(6)组成；所述采集模块(3)采集信号并发送给所述信号处理模块(4)，所述信号处理模块(4)对采集信号进行处理后送入所述控制器模块(5)，所述控制器模块(5)对信号进行判别，输出判别结果给所述执行模块(6)，所述执行模块(6)分别控制其所在的所述总开关(1)和所述分开关(2)工作；其特征在于在所述分开关(2)的控制器模块(5)输出端P0.25和TD1连接有第一CAN芯片(7)的接收端RXD和TXD；在所述总开关(1)的控制器模块(5)输入端P0.25和TD1连接有第二CAN芯片(8)的发送端RXD和TXD；所述第一CAN芯片(7)输出端CANH和CANL分别与所述第二CAN芯片(8)的接收端CANH和CANL相连。所述分开关(2)中的控制器模块(5)包括用于判断是否有短路信号的装置；如果没有短路信号，则进入用于返回的装置；如果有短路信号，则进入用于发送闭锁信号的装置；用于发出跳闸指令的装置；并进入所述用于返回的装置；所述总开关(1)中的控制模块(5)包括用于判断是否有短路信号的装置；如果没有短路信号，则进入变量i＝0，j＝0的装置；并进入用于返回的装置；如果有短路信号，则进入变量i＝i+1的装置；用于判断变量i是否大于10的装置；如果变量i不大于10，则进入所述用于返回的装置；如果变量i大于10，则进入用于判断是否接收到闭锁信号的装置；如果没有接收到闭锁信号，则进入用于发出跳闸指令的装置；如果接受到闭锁信号，则进入变量j＝j+1的装置；用于判断变量j是否大于35的装置；如果变量j不大于35，则进入所述用于返回的装置；如果j大于35，则进入所述用于发出跳闸指令的装置；并进入所述用于返回的装置。
2、根据权利要求1所述防越级跳闸系统，其特征在于所述信号采集模块(3)由一至七个结构相同的采集电路并连组成；所述采集电路由微型电流、电 压变换器(Ul)、第一稳压二极管(Dl)、第二稳压二极管(D2)、电感(L)、反 馈电容(Cl)、电容(C2)、输出电阻(Rl)组成，所述微型电流、电压变换器(Ul)的输入端获取采集信号，浮地信号端接收浮地电压，该微型电流、电压 变换器(Ul)的第一输出端0UT1接所述电感(L)的一端，电感(L)的另一端 与所述输出电阻(Rl)的一端连接，该电感(L)的另一端还连接所述反馈电容(Cl)的一端，该反馈电容(Cl)的另一端与所述微型电流、电压变换器(Ul) 的浮地信号端连接，所述微型电流、电压变换器(Ul)的第二输出端0UT2串接 所述电容(C2)后，与所述输出电阻(Rl)的一端连接，该电容(C2)的两端 还串接所述第一稳压二极管(Dl)和第二稳压二极管(D2),该第一稳压二极管(Dl)和第二稳压二极管(D2)的阴极相连，阳极分别连所述电容(C2)的两 端，所述输出电阻(Rl)的另一端输出信号给所述信号处理模块(4)。
3、 根据权利要求1所述防越级跳闸系统，其特征在于所述信号处理模块(4)由A/D转换模块(ADT)和一至七个结构相同的跟随器并连组成；所述跟 随器由运算放大器(TS)、电容(C3)组成，该运算放大器(TS)的正向输入端 接受所述信号采集模块(3)的输出信号，该正向输入端串所述电容(C3)后与 地连接，所述运算放大器(TS)的负向输入端与输出端连接，接收输出端的反 馈信号，该输出端输出模拟信号， 一至七个跟随器的输出端分别连接所述A/D 转换模块(ADT)的七个输入端CHO、 CH1、 CH2、 CH3、 CH4、 CH5、 CH6，所述A/D 转换模块(ADT)将模拟信号转换为数字信号，其输出端DO、 Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、 D7将数字信号发送给所述控制器模块(5)。
4、 根据权利要求1所述防越级跳闸系统，其特征在于所述控制器模块(5) 是一微处理器，该微处理器的输入端PO. 16、 PO. 17、 PO. 18、 PO. 19、 P0. 20、 P0. 21 、 P0.22、 PO. 23接收所述信号处理模块(4)输出的数字信号，该控制器模块(5) 输出端PO. 12、 PO. 13、 P1.24、 P1.25输出处理信号到所述执行模块(6)。
5、 根据权利要求1所述防越级跳闸系统，其特征在于所述执行模块(6) 由光电隔离模块(GP)、第一继电器(JP1)和第二继电器(JP2)组成；所述光 电隔离模块(GP)由第一、第二、第三、第四光耦(GC1、 GC2、 GC3、 GC4)组 成，所述四个光耦(GC1、 GC2、 GC3、 GC4)的阳极输入端接正电源，阴极输入 端获取所述处理信号，其中所述第一光耦(GC1)的集电极输出端串所述第一继 电器(JP1)的线圈绕组后与高电平连接，该第一光耦(GC1)输出第一控制信 号给所述第一继电器(JP1)，发射极输出端连接所述第二光耦(GC2)集电极输 出端，该第二光耦(GC2)的发射极输出端接地；所述第三光耦(GC3)和所述 第四光耦(GC4)的发射极输出端并连接地，两集电极输出端并连在一起，并串 所述第二继电器(JP2)的线圈绕组后与高电平连接，输出第二控制信号给所述 第二继电器(JP2);所述第一继电器(JP1)常开开关的两端输出控制信号给所述总开关(1) 或所述分开关(2);所述第二继电器(JP2)常开开关和常闭开关的两端都输出 控制信号给所述总开关(1)或所述分开关(2);控制总开关(1)或分开关(2) 的跳闸。
全文摘要
本发明涉及一种防越级跳闸系统，在总开关和分开关上都安装有高压综合保护器装置，高压综合保护器中信号采集模块采集开关内电压、电流信号并发送给控制器模块，控制器模块对信号进行判别，输出结果控制总开关和分开关的工作，其特征在于在总开关和分开关的控制器模块间连接有CAN总线结构传输分开关发出的闭锁信号。如果分开关支路发生短路故障，保护器发出闭锁信号的同时，发出跳闸命令，总开关在收到闭锁信号后延时一段时间等待分开关跳闸，如果分开关未跳闸，则总开关跳闸，以保护整个线路，防止产生越级跳闸。
文档编号H02H7/26GK101207279SQ20071009318
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年12月20日
发明者于乐泉, 安文斗, 徐育军, 利 槐, 荣 樊 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院