一种微机保护装置的制作方法

专利名称：一种微机保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种电子保护装置，特别涉及的是一种适用于中、低 压变电站以及配变电场所的微机保护装置。
背景技术：
对于现代化工农业发展的需求而言，电力的作用不言而喻，从而发电厂输 送到用电处的输电网中使用的各种变压器，需要得到安全保护；因此微机保护 的技术应运而生，其存在如下的优点
(1) 可靠性高 一种微机保护单元可以完成多种保护与监测功能。代替了 多种保护继电器和测量仪表，简化了开关柜与控制屏的接线，从而减少了相关 设备的故障环节，提高了可靠性。微机保护单元采用高集成度的芯片，软件有 自动检测与自动纠错功能，也有提高了保护的可靠性；
(2) 精度高，速度快，功能多。测量部分数字化大大提高其精度。CPU速 度提高可以使各种事件以m S来计时，软件功能的提高可以通过各种复杂的算 法完成多种保护功能；
(3) 灵活性大，通过软件可以很方便的改变保护与控制特性，利用逻辑判 断实现各种互锁， 一种类型硬件利用不同软件，可构成不同类型的保护；
(4) 维护调试方便，硬件种类少，线路统一，外部接线简单，大大减少了 维护工作量，保护调试与整定利用输入按键或上方计算机下传来进行，调试简 单方便；
(5) 经济性好，性能价格比高，由于微机保护的多功能性，使变配电站测 量、控制与保护部分的综合造价降低。高可靠性与高速度，可以减少停电时间， 节省人力，提高了经济效益。
但是现有的微机保护装置仍然存在一些缺陷如现有的微机保护装置采用 的是前插式，抗干扰能力不强；采用的是数码管字母显示，人机交互能力差； 采用的是冷压接线方式，连线不方便等。
为克服上述缺陷，本实用新型创作人经过长期的研究和试验终于获得本创作。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种微机保护装置，用以克服上述缺陷。 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种微机保护装 置，其包括
一机箱； 一液晶显示器设置于所述机箱前面板内部，其提供装置的输入、 输出界面，显示装置运行的状态，所述的液晶显示器包括液晶模块和控制电路 板；
四个插件包括电源板、处理器板、继电器板以及互感器板，所述插件都 是由机箱后部依序插入； 一母板用于连接各种信号和固定插件的作用，它位于 机箱的前部，在液晶显示器和插件之间； 一后面板用来封闭机箱、固定插件和 接线端子，其设置于所述机箱的后部；
较佳的，所述的机箱包括前面板、箱体、屏蔽板、后盖板，其作为电气 元器件的支架结构，具有固定、保护内部各插件以及电磁屏蔽的作用；
较佳的，所述的电源板其为整个装置提供工作电源，其与外部电网相连， 并与所述的处理器板相连，将转化的电能传给它；
所述的处理器板对采集信号进行处理，其与所述的液晶显示器、继电器板 电连接向他们提供控制信号，同时通过互感器板、网络或液晶显示器接受操作 信号；
较佳的，所述的处理器板其包括监控CPU电路、保护CPU电路以及96针 转换电路，所述的CPU为两片， 一片完成保护功能的CPU、 一片完成监控功能的 CPU，所述的完成保护功能的CPU与所述的完成监控功能的CPU通过I2C总线进 行数据交换；
较佳的，所述的液晶显示器的控制电路板上还包括一片完成显示功能的 CPU，所述的完成监控功能CPU与完成显示功能CPU通过串行通讯方式连接；
较佳的，所述的电源板包括开关量输入电路和电源变换电路以及96针转 换电路，所述开关量输入电路其与所述的处理器板电连接，将外部的开关状态
转换成CPU能够识别的电平信号；所述的电源变换电路把输入电源经转换，为所述被保护的装置提供电源；
较佳的，还包括一光电隔离器件，设置在所述的电源板上，将开关量的输 入信号与输出信号隔离开；
较佳的，所述的互感器板包括电路板、互感器电路以及96针转换电路； 所述的互感器电路焊接在所述的电路板上，所述的互感器电路包括大电流端 子与互感器电连接，所述的互感器与所述的96针转换电路电连接；
较佳的，所述的互感器至多12个；
较佳的，所述的继电器板包括出口电路、驱动和保持电路、控制回路监
视电路以及96针转换电路，其都与所述的96针欧式插头电连接，所述的驱动 和保持电路都与所述的继电器电连接，接收所述CPU产生的控制信号并经放大 后驱动继电器动作，继电器输出节点控制外部操作电路；
本实用新型的优点在于，抗干扰能力强、人机交互方便、插接线方便、操 作方便、运行状态明确，汉字显示指示灯和大屏幕液晶显示相配合，能够快速、 准确的判断装置的运行状态、功耗低，适合长时间连续运行，不需要考虑通风 或降温散热、智能化高，能记忆事件记录、故障记录，实时远传运行数据、功 能齐全，全系列装置能涵盖变电站所有功能要求。


图1为本实用新型微机保护装置的结构分解示意图； 图2为本实用新型机保护装置的电路功能结构框图； 图3为本实用新型机保护装置的处理器板的电路结构图； 图4为本实用新型机保护装置的电源板的电路结构图； 图5为本实用新型机保护装置的继电器板的电路结构图； 图6为本实用新型机保护装置的互感器板的电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图，对本新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 请参阅图1所示，其为本实用新型微机保护装置的结构分解示意图，其包 括， 一机箱，其包括由金属材料制成的前面板ll、箱体13、屏蔽板12、后盖
板14，作为电气元器件的支架结构，主要起到固定、保护内部各插件的作用，
同时也有电磁屏蔽的电气作用。整个机箱外形美观、结构整洁、配合严密；机 箱箱体和后面版由铝型材加工制成，前面版为压铸件，全部为金属材料，并紧 密接触，有很好的电磁屏蔽作用，适合应用在电磁干扰比较强烈的环境中；机 箱外表面经过喷漆、晶蚀等工艺处理，耐腐蚀、氧化，可以应用在湿热环境中； 一液晶线显示器2设置于所述机箱前面板11内部，其提供装置的输入、输出界 面，显示装置运行的状态，所述的液晶显示器包括液晶模块和控制电路板；四 个插件从后侧观看，由左至右分别是电源板44、处理器板43、继电器板42以 及互感器板41，其都是由机箱后部插入，与母板通过欧式插头连接并固定；
一母板3用于连接各种信号和固定插件的作用，它位于机箱的前部，在液 晶显示器2和插件之间，所述母板3上装有4个96针欧式插头分别与四个插件 板上的96针转换电路电连接，每一个插头与安装在插件上的插座相连后，可以 连通各插件间的电气信号；
一后面板14用来封闭机箱、固定所述插件和接线端子，其设置于所述机箱 的后部；
机箱前面板11与箱体13之间通过旋转轴131进行联接，而且可以绕轴旋 转90度以上，二者闭合后通过侧面的螺钉使之固定；后面板14镶嵌在机箱后 部，通过螺钉固定。当机箱安装到屏柜时，在屏柜背面从机箱后部两侧插入特 制导轨条，然后用螺钉旋紧，可以使机箱固定在屏柜上。在屏柜正面可以打开 机箱门，进行调试液晶显示器的操作，在屏柜背面可以拆卸后面板，进行更换 插件等操作。
请参阅图2所示，其为本实用新型机保护装置的电路功能结构框图，其核 心部分就是所述的4个插件，外部输入信号(模拟量和开关量)通过互感器板 41和电源板44电路的处理被转化为CPU能够识别的信号，此信号通过背板5的 转接传到处理器板43上，然后经过滤波、放大、选择等电路被传给了 CPU, CPU 把采集到的输入信号经过预定程序计算后把数值存到存储器中，然后按照程序 预定的逻辑关系把计算数值与整定值比较，如果满足逻辑关系设置的各项条件， 则处理器板43会发出一信号，此信号经过放大、滤波后经背板转接传给继电器 板42，继电器板42收到信号后会驱动继电器动作，从而接通外部电路，并点亮 装置面板上相应的指示灯；如果不能满足逻辑关系设置的各项条件，则处理器 板43的工作程序会返回到采集输入信号状态，重新计算下一时间段采集的数据
然后再作逻辑分析，周而复始，从不间断。
处理器板43电路中有两个CPU芯片，每一个都能得到上面描述的输入信号， 其中一个(保护CPU)按照上面的描述运转，另一个(监控CPU)的运转方式则 有所不同，它计算的数据不参与逻辑分析，而是把数据作适当的分析后还原成 采样的原始数值，并传给前面板11上的液晶显示器2，这样，就可以统过液晶 显示器2方便的査看实际输入的数值或主线路数值。同时，监控CPU会把数据 打包，传给通讯CPU，通讯CPU会按照预定的程序把数据放到CAN通讯网络上， 这样，后台管理机(主站)就可以才接收到装置上的数据。
保护CPU运转所需要的整定值存在一个存储器中，此存储器具有掉电后不 丢失原有数据的特性，可以避免装置掉电后重新输入整定值。向装置存入整定 值的方式有两种， 一种是通过前面板ll上的按键输入，另一种是通过网络从主 站输入。
从互感器板41和电源板44上输入的信号种类不同，程序的分析方法和判 断逻辑也会不相同，这样，通过简单的更换装置的程序芯片，就可以在同一个 硬件平台上实现不同种类的保护、监控功能，比如，实现线路、变压器、电抗 器、电容器、母线、电动机、发电机等种类的保护、监控功能。
请参阅图3所示，其为本实用新型机保护装置的处理器板的电路结构图， 所述的处理器板其包括监控CPU电路431、保护CPU电路432以及96针转换 电路433，所述的CPU为两片， 一片完成保护功能的CPU、 一片完成监控功能的 CPU，所述的完成保护功能的CPU与所述的完成监控功能CPU的通过I2C总线进 行数据交换；所述的液晶显示器2的控制电路板上还包括一片完成显示功能的 CPU(图中未视)，所述的完成监控功能CPU与完成显示功能CPU通过串行通讯 方式连接。
请参阅图4所示，其为本实用新型机保护装置的电源板的电路结构图；其 为整个装置提供工作电源，其包括开关量输入电路442和电源变换电路443 以及96针转换电路441组成，开关量输入电路442将外部的开关状态转换成CPU 能够识别的电平信号(5V或0V);电源变换电路443把输入电源(AC/DC220) 转换成5V和12V电源。DC220V、 DC110V开关量的电源由外部提供，DC24V由此 电源板44提供，接入的电压等级可以从DC220V、 DC110V、 DC24V中任意选择。 开关量的输入信号与输出信号通过光电隔离器件隔离，保证装置可靠运行。电
源变换电路采用开关电源技术，变换效率高，输入范围广。
请参阅图5所示，其为本实用新型机保护装置的继电器板的电路结构图，
所述的继电器板42包括出口电路421、驱动和保持电路422、控制回路监视 电路424以及96针转换电路423，所述的驱动和保持电路422都与所述的继电 器电连接，接收所述CPU产生的控制信号并经放大后驱动继电器动作，继电器 输出节点控制外部操作电路；它接收CPU产生的控制信号并经放大后驱动继电 器动作，继电器输出节点控制外部操作电路来达到设计目的。继电器板中的信 号保持电路实现信号的保持功能，除非外部有复归信号，否则CPU产生的控制 信号将一直保持。
请参阅图6所示，其为本实用新型机保护装置的互感器板的电路结构图， 所述的互感器板包括电路板、互感器电路411以及96针转换电路412;所述 的互感器电路411焊接在所述的电路板上，所述的互感器电路包括大电流端 子与互感器电连接，所述的互感器与所述的96针转换电路412电连接；能够焊 接到电路板上的互感器个数最多至12个，具体种类和数量依据装置的功能来确 定。互感器原边(一次测)输入信号的额定值可以根据实际情况改动，副边(二 次测)的输出值不变。
以上说明对本新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人 员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许 多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1、一种微机保护装置，其特征在于，其包括一机箱；一液晶显示器设置于所述机箱前面板内部，其提供装置的输入、输出界面，显示装置运行的状态，所述的液晶显示器包括液晶模块和控制电路板；四个插件包括电源板、处理器板、继电器板以及互感器板，所述插件都是由机箱后部依序插入；一母板用于连接各种信号和固定插件的作用，它位于机箱的前部，在液晶显示器和插件之间；一后面板用来封闭机箱、固定插件和接线端子，其设置于所述机箱的后部。
2、 根据权利要求l所述的微机保护装置，其特征在于，所述的机箱包括 前面板、箱体、屏蔽板、后盖板，其作为电气元器件的支架结构，具有固定、 保护内部各插件以及电磁屏蔽的作用。
3、 根据权利要求l所述的微机保护装置，其特征在于，所述的电源板其为整个装置提供工作电源，其与外部电网相连，并与所述的处理器板相连，将转化的电能传给它；所述的处理器板对采集信号进行处理，其与所述的液晶显示器、继电器板 电连接向他们提供控制信号，同时通过互感器板、网络或液晶显示器接受操作 信号。
4、 根据权利要求1或3所述的微机保护装置，其特征在于，所述的处理器 板其包括监控CPU电路、保护CPU电路以及96针转换电路，所述的CPU为两片， 一片完成保护功能的CPU、一片完成监控功能的CPU，所述的完成保护功能的CPU 与所述的完成监控功能的CPU通过I2C总线进行数据交换。
5、 根据权利要求4所述的微机保护装置，其特征在于，所述的液晶显示器 的控制电路板上包括一片完成显示功能的CPU，所述的完成监控功能CPU与完成 显示功能CPU通过串行通讯方式连接。.
6、 根据权利要求1或3所述的微机保护装置，其特征在于，所述的电源板 包括开关量输入电路和电源变换电路以及96针转换电路，所述开关量输入电 路其与所述的处理器板电连接，将外部的开关状态转换成CPU能够识别的电平 信号；所述的电源变换电路把输入电源经转换，为所述被保护的装置提供电源。
7、 根据权利要求6所述的微机保护装置，其特征在于，还包括一光电隔离 器件，设置在所述的电源板上，将开关量的输入信号与输出信号隔离开。
8、 根据权利要求1或3所述的微机保护装置，其特征在于，所述的互感器 板包括电路板、互感器电路以及96针转换电路；所述的互感器电路焊接在所 述的电路板上，所述的互感器电路包括大电流端子与互感器电连接，所述的互感器与所述的96针转换电路电连接。
9、 根据权利要求8所述的微机保护装置，其特征在于，所述的互感器至多 12个。
10、 根据权利要求1或3所述的微机保护装置，其特征在于，所述的继电 器板包括出口电路、驱动和保持电路、控制回路监视电路以及96针转换电路， 所述的驱动和保持电路都与所述的继电器电连接，接收所述CPU产生的控制信 号并经放大后驱动继电器动作，继电器输出节点控制外部操作电路。
专利摘要本实用新型为一种微机保护装置，其包括一机箱；一液晶显示器设置于所述机箱前面板内部，其提供装置的输入、输出界面，显示装置运行的状态，所述的液晶显示器包括液晶模块和控制电路板；四个插件包括电源板、处理器板、继电器板以及互感器板，所述插件都是由机箱后部依序插入；一母板用于连接各种信号和固定插件的作用，它位于机箱的前部，在液晶显示器和插件之间；一后面板用来封闭机箱、固定插件和接线端子，其设置于所述机箱的后部；从而达到适用于中、低压变电站以及配变电场的目的。
文档编号H02H1/00GK201069852SQ200720149438
公开日2008年6月4日 申请日期2007年6月4日 优先权日2007年6月4日
发明者刘太华, 鉴 张, 李增利, 翟富昌, 赵长兵 申请人:北京德威特电力系统自动化有限公司