专利名称：一种变电室配电监测与保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于对变电室的配电设MS行检测与保护的装置，属f對户技术领域。
背景技术：
变电室是供电网络的重要组成部分，由于过压、欠压、过载、短路、，器异常等故障在供电 网络中时有发生，必须在变电室设置监测和i^户装置，以及时发现和切断故障支路，保护线路和变
压器，防止故障进一步扩大。现有的配电f對户装置(如油田的转油站、注M占变电室的配电f斜户装 置)， 一般是采用分散式仪表和断路器实现^ffi器^^、低压线斷斜户和电流、电压监测。这种监测 傲户装置的最大的缺陷是只戯寸低压线路而不戯寸进线高压线路进行监测、保护，不能协调管理， 也不能上传数据，不能给维修人员提供必要的故障信息。 发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种监测功能完备，而且便于对所有保护和 数据进行统一管理的变电室配电监测与保护装置。
本实用新型的目的^Sii下述技术方案解决的
一种变电室配 测与保护装置，由依次连接的信号采集电路、单片机m、驱动电路和真空断 路器k组成，所述信号采集电路包括变压器状劍言号输入电路、 一次侧参数检测电路和二次侧参数 检测电路，它们的输入端分别銜班器状态开关、顿器一次线路和顿器二次线路，输出端接单 片机ui的输入端，所述真空断路器k串联于变压器的一次回路中。
上述变电室配TO测与保护装置，所述二次侧参数检测电路由三个结构相同的二次侧参数检测
单元组成，齡二次侧参数检测单7^寸应二次侧三相交流电中的一相，均由一个电虹麟PT、两 个电流互,和一个电能计量芯片U2组成，所述电压互感器PT的输入端接相电压，输出端接电能 计量芯片U2的Vin+端，第一电流互感器CT1的输入端接相线，输出端接第二流互感器CT2的输入
端，第二'^5繊CT2的输出端接电會3慢芯片U2的Iin+端，电能计量芯片U2的^^ 、幼/、 5a,和幼(9端分别接单片机Ul的P3.9、 P0.6、 P0.4、 P0.5端，三个二次侧参数检测单元的三个电 能计量芯片U2的片选信号输入端^分别接单片机U1的P1.25、 P3.14、 P3.15端。
上述变电室配 测与{尉户装置，戶脱一次侧参类嫩观他路由四个结构相同的一次电流检测单 元组成，每+—次电流检测单元均由电^E繊CT3组成，戶脱电箭ls繊CT3的输出信号经两个电阻分压后再经耦合电阻R9接单片机U1的输入端，四个一次电流检测单元的输出端分别接单片机 Ul的P2. 31、 P2. 30、 P0. 28和P0. 27端，三^次电流检测单元的电^S繊CT3的输入端分别经 一个外部电箭L5S^—次侧的三个相线，另一t次侧电流检测单元的电tiE麟CT3的输A^ 接零序电流传,LX的信号输出端。
上述变电室配M测与傲户装置，所述^Em)t劍言号输入电路由三个结构相同的状态信号输
入单元纟賊，它们的输入端分别接舰激鹏报警开关、重瓦报警开关和轻瓦报警开关，針状态 信号输入单元由光电耦合器U3和电阻组成，各报警开关的输出信号经两个电阻分压后接光电耦合器 U3的输入端，光电耦合器U3的输出端经耦合电阻R9接单片机U1的输入端，三个二次参i(^测单 元的三个电能计量芯片U2的片选信号输入端&分别接单片机m的P1.25、 P3.14、 P3.15端。
上述变电室配TO测与《斜户装置，所述驱动电路由，达林顿阵列U6和两个继电器组成，单片机 Ul的P2.19端经光电耦合器U4接戶; ^ii林顿阵列U6的输A^皿，P2.18端经光电耦合器U5接 达林顿阵列U6的输入端IN2，达林顿阵列U6的0UT1端接第一继电器Jl的控制线圈，0UT2端接第 二继电器J2的控制线圈，第一继电器Jl和第二继电器J2的常开触点分别控制真空断路器K的分闸 线圈和合闸线圈。
J^变电室配fei讫测与保护装置，增设GPRS通i报势央，所述GPRS通讯模i;^妾单片机m的P0. 8、 P0. 9端。
本实用新型禾,信号采集电路对顿器状态、 一次电流、二次电压电流波形及有功功率、无功 功率、功率因数、电M^f旨息进行实时检测，由单片tfW所采集的信息进行处理，并根据具体瞎况 向驱动电路输出控制信号，由驱动电路驱动真空断路器完)^诉见场一次高压线路的^t刀，实:E似寸高 压线路及低压线路的可靠、有效保护，GPRS模i央用于无线上传数据。本实用新型不ttJ^测功能完 备，而且便于对所有保护和数据进行统一管理，易于实现单元互耳M远禾Mi!5控。
图1是本实用新型的电原理框图2是本实用新型的变压微劍言号输入电路和一次侧参类嫩测电路的电原理图3是二次侧参数检测电路的电原理图4是驱动电路的电原理图。
图中各标号为Ul、单片机，U2、电能计量芯片，U3、， U4、 U5、光电耦合器，U6、达林顿阵列， Jl、 J2、继电器，CTA、 CTB、 CTC、 CT1、 CT2、 CT3、电流互離，PT、电H5麟，Kt、舰:f^显 度报警开关，KG1、重瓦报警开关，KG2、轻瓦报警开关，K、真空断路器，Ks、真空断路器合闸线圈， Kr、真空断路器分闸线圈，LX、零序电流传自，T、变压器，XS、显示器，Hl、 H2、 H3、 H4、 一次电流检测单元，Ll、 L2、 L3、 二次参 集单元，Zl、 Z2、 Z3、舰微^{言号输入单元。 具体实M^"式
本实用新型主要应用于油田的转油站、注M占变电室的配电监测保护，本实用新型可同时对高/ 低压线路进行监测、f尉户，对所有的f斜户统1理，并记录故障波形，舰GPRS无线上传,。
参看图2，电流互繊CTA、 CTB、 CTC以及零序电流传感器LX是真空断路器K中的部件，本 实用新翻以采集一次电流信号，具体实施时也可以采用3拉的电流互繊和零序电流传繊。图 2中，Vref为参考电压，电阻R1、 R2为电流互繊CT3输出信号的分压电阻，电阻R3为耦合电阻， 稳压管D1起钳位作用。电阻R7、 R8为舰TO^f言号的分压电阻，电容器C1起澹波作用，电阻 R9为光电耦合器U3的输出耦合电阻，电阻R6为下拉电阻。
参看图3，电压互感器PT的输出信号接电^ifM芯片U2的Vin+端，电阻R4有调节信号量的作 用；二极管D2、 D3起钳位作用。电流信号由电流互麟CT1采集，再经电箭L5繊CT2变换后输入 到电能计量芯片U2的Iin+端，电阻R5有调节信号量的作用；二极管D4、 D5起钳位作用。三个电
能计量芯片的idg线并联连接后接单片机ui的输入端，由片选信号选择要读取数据的芯片。
参看图4，单片机Ul输出的控制信号经光电耦合器隔离，再经达林顿阵列U6放大后控制继电 器J丄、J2，继电器J1闭合时，真空断路器分闸线圈Kr得电，使真空断路器K断开，继电器J2闭 合时，真空断路器合闸线圈Ks得电，使真空断路器K闭合。
具体实施时，还可以设置显示器xs、 m和其它通讯接口，增加本实用新型的的功能。
系统工作原理本实用新型由真空断路器作为保护的司—控部件，由ARM单片机及外围电路組成 监控及f斜户部分，并可MM讯接口实现集中监控。单片机将采集到的电流瞬时值保存在循环队列 中，根据当前采样电流大小及设定的保护参数做出实时判断，从而在线路故障时做出快速响应，控 制真空断路器分断故障线路，并保存循环队列中的电流数据作为故障状劍呆护电流的波形，单片机 同时实时采集顿器运行状态，在'舰器异常时做出反应，达到f斜户线路和变压器的目的。单片机 通过电能测量芯片监测低压侧电参数为用户樹共线路电压电流波形及电压、电流、有功功率、无功 功率、功率因数、电量劐言息。采用高性能的32位ARM单片饥作为主控芯片，l系统完全满足硬实 时需求。系统可3iJi485接口进行腿巨离集中监控，也可ilJlGPRS通i辩势央进行^巨离监控。
各集成电路的信号是U1采用LPC2214， U2采用CS5460A， U3、 U4、 U5采用TLP521， U6采用 UL腦03A。
权利要求1、一种变电室配电监测与保护装置，其特征是，它由依次连接的信号采集电路、单片机(U1)、驱动电路和真空断路器(K)组成，所述信号采集电路包括变压器状态信号输入电路、一次侧参数检测电路和二次侧参数检测电路，它们的输入端分别接变压器状态开关、变压器一次线路和变压器二次线路，输出端接单片机(U1)的输入端，所述真空断路器(K)串联于变压器的一次回路中。
2、 根据权利要求i所述变电室配电监测与《尉户装置，其特征是，戶腿二次侧参 测电路由三 个结构相同的二次侧参m^测单元组成，針二次侧参数检测单7^t应二次侧三相交流电中的一相，均由一个电压互殿l (PT)、两个电流互繊和一个电能计量芯片(U2)组成，戶腐电J5S感器(PT) 的输入端接相电压，输出端接电能计量芯片他)的Vin+端，第一电流互感器(CT1)的输入端接 相线，输出端接第二》fS自(CT2)的输入端，第二流互感器(CT2)的输出端接电倉a十量芯片(U2) 的Iin+端，电能计量芯片(U2)的愿￡7\幼/、 6TZ,和5W端分别接单片机(III)的P3. 9、 P0. 6、 P0.4、 P0.5端，三个二次侧参数检测单元的三个电能计量芯片(U2)的片选信号输入端^分别接 单片机(Ul)的P1.25、 P3.14、 P3. 15端。
3、 根据权禾腰求l或2所述变电室配电监观ij与^斜户装置，其特征是，所述一次侧参数检测电路 由四个结构相同的一次电流检测单元组成，每个一次电流检测单元均由电流互fi^ (CT3)组成，所 述电流互感器(CT3)的输出信号经两个电阻分压后再经耦合电阻R9接单片机(Ul)的输入端，四 个一次电流检测单元的输出端分别接单片机(Ul)的P2.31、 P2.30、 P0.28和P0.27端，三个一次 电流检测单元的电2ifE離(CT3)的输入端分别经一个外部电流互/i^l妾一次顶啲三个相线，另一 个一次侧电流检测单元的电流互感器(CT3)的输入端接零序电流传感器(LX)的信号输出端。
4、 根据权禾腰求3戶; ^变电室配电监测与傲户装置，其特征是，戶脱变压m劍言号输入电路由三个结构相同的状劍言号输入单元组成，它们的输入端分别銜舰器鹏报警开关、重瓦报警开 关和轻瓦报警开关，*状劍言号输入单元由光电耦合器(U3)和电阻组成，射艮警开关的输出信 号经两个电阻分压后接光电耦合器(U3)的输入端，光电耦合器(U3)的输出端经耦合电阻(R9) 接单片机(Ul)的输入端，三个二次参数检测单元的三个电能计量芯片(U2)的片选信号输A^^ 分别接单片机(m)的P1.25、 P3.14、 P3.15端。
5、 根据权利要求4所述变电室配鹏测与{斜户装置，其特征是，所述驱动电路由达林顿阵列(U6) 和两个继电器组成，单片机(Ul)的P2.19端经光电耦合器(U4)接Mayi林顿阵列(U6)的输入 端IN1， P2.18端经光电耦合器(U5)接达林顿阵列(U6)的输入端IN2，达林顿阵列(U6)的0UT1端接第一继电器(Jl)的控制线圈，0UT2端接第二继电器(J2)的控制线圈，第一继电器(Jl)和 第二继电器(J2)的常开触点分别控制真空断路器(K)的分闸线圈和合闸线圈。
6、根据权利要求5戶;M变电室配TO测与f對户装置，其特征是，增设GPRS通i辩莫块，戶7M GPRS 通mt穀娥单片机(Ul)的P0.8、 P0.9端。
专利摘要一种变电室配电监测与保护装置，属保护技术领域，用于解决线路保护问题。其技术方案是它由依次连接的信号采集电路、单片机、驱动电路和真空断路器组成，所述信号采集电路包括变压器状态信号输入电路、一次侧参数检测电路和二次侧参数检测电路，它们的输入端分别接变压器状态开关、变压器一次线路和变压器二次线路，输出端接单片机的输入端，所述真空断路器串联于变压器的一次回路中。本实用新型不仅监测功能完备，而且便于对所有保护和数据进行统一管理，易于实现单元互联及远程监控。
文档编号H02H7/26GK201222650SQ200820077588
公开日2009年4月15日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者智兆华, 李文朝 申请人:石家庄博发科技有限公司