专利名称：一种漏电综合保护器的制作方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及一种具有通讯功能的、对偏离正常电工作情况的不希望有的变化直接起反应的自动断开紧急保护电路装置，具体地说是一种具有通讯功能的智能漏电综合保护器及其运行方法。
背景技术：
剩余电流保护装置 < 即漏电保护器 > 是低压电网中的一种重要设备，在防止漏电火灾和保护人身触电方面起着重要的作用。目前，低压电网中普遍安装了剩余电流保护装置，但是，现有的剩余电流保护装置存在如下问题(1)仅能提供基本的保护(如漏电断路器专利CN101562328A)，为防止配电变压器因过流、短路或过压损坏，在安装剩余电流保护装置的同时还要安装熔断器等其他保护电器，这样就造成了配电箱体积增大、成本提高。现有的剩余电流保护装置普遍不具备通讯功能，基本是单机运行，无法为电力部门提供电网的运行状况特别是剩余电流情况的数据；同时，电力部门对其进行管理也较为繁琐，需要派专人定期巡视。因此目前电网的剩余电流保护装置无法满足电力部门对低压电网进行监控的需求，也不能适应未来智能电网发展的要求。为了克服以上问题，许多人提出了解决方案CN1373490A提出一种结构新颖的多功能一体化智能综合漏电保护器，采用电磁铁吸合、释放来控制主开关跳闸、合闸，该结构比断路器电动合闸的结构简单，动作不受大气污染、咸湿的海风、酸雾等的腐蚀，带负载条件下电气、机械寿命可达100000次以上，与电流互感器、信号处理电路一起组装在一盒体中，使保护器可以容易地实现过流、短路、漏电保护功能，但该漏电保护器不具备电压保护功能，也不具备通讯功能，不能很好地解决现有剩余电流保护装置中存在的问题。 CN10196^88A提出了一种采用GSM无线通讯技术和电力线载波通讯技术的既可有线收发， 又可无线收发的专用多功能漏电断路器的通讯适配器，用于传递漏电断路器设定参数相关信息和操控指令，自动完成跳闸后的分闸再扣和重合闸动作，使电网及时投运。该通讯适配器虽具有通讯功能，但必须与漏电保护器配合使用才能实现保护功能，此外该通讯适配器仅能实现漏电保护器与控制设备之间的双向通讯，而不具备组建漏电保护监控网络的功能，因此其应用具有一定的局限性。总之，已有的技术都没有很好地解决剩余电流保护装置中存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有通讯功能的智能漏电综合保护器该漏电综合保护器结构紧凑、功能集成度高，既能对过流、短路、漏电、电压异常(过压或欠压)故障提供保护，又具有基于有线通讯、无线通讯和国家公众移动网络的多种通讯方式，能够灵活地组建漏电保护监控网络，克服了目前漏电保护器功能单一，不能实现网络化监控的缺点，很好地解决了目前剩余电流保护装置中存在的问题，并具有延时动作与自动重合闸功能。解决上述技术问题的技术方案是
—种漏电综合保护器，包括零序电流互感器、A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器、C相负荷电流互感器、分压器、信号调理电路、单片机、开关装置、通讯模块和电源； 其中，零序电流互感器、A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器、C相负荷电流互感器和分压器的输出与信号调理电路连接，信号调理电路的输出与单片机相连；开关装置与单片机连接；通讯模块与单片机连接；电源的输入与电网连接，电源的输出与信号调理电路、单片机和通讯模块连接。所述的开关装置为空气断路器或继电器。所述的信号调理电路由漏电电流信号调理电路、电压信号调理电路和负荷电流信号调理电路三部分功能电路组成，其中，漏电电流信号调理电路由运算放大器、电阻器、电容器、二极管构成，用于处理零序电流互感器输入的漏电电流信号，漏电电流信号调理电路的输入与零序电流互感器的输出连接，漏电电流信号调理电路的输出与单片机连接；电压信号调理电路由三个结构完全相同的部分组成，它们均由运算放大器、电阻器、电容器和二极管构成，用于处理由分压器输入的三相电压信号，电压信号调理电路的输入与分压器的输出连接，电压信号调理电路的输出与单片机连接；负荷电流信号调理电路由三个结构完全相同的部分组成，它们均由运算放大器、电阻器、电容器和二极管构成，用于处理由负荷电流互感器输入的三相负荷电流信号，负荷电流信号调理电路的输入分别与A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器、C相负荷电流互感器的输出连接，负荷电流信号调理电路的输出与单片机连接；所述的通讯模块由无线通讯电路、有线通讯电路和基于国家公众移动通讯网络的通讯电路三部分功能电路组成，其中，无线通讯电路为基于无线通讯集成电路的模块电路； 有线通讯电路为基于现场总线技术的模块电路；基于国家公众移动通讯网络的通讯电路为利用国家公众移动通讯网络的数据传输模块；所述的国家公众移动通讯网络为GSM国家公众移动通讯网络、CDMA/CDMA2000国家公众移动通讯网络、WCDMA国家公众移动通讯网络或TDSCDMA国家公众移动通讯网络；所述的漏电综合保护器还可以包括如下的辅助组成部分漏电模拟发生器、键盘 /显示电路、实时时钟电路、外部存储器和频率检测电路；这些辅助组成部分均与电源和单片机连接。所述的具有通讯功能的智能漏电综合保护器实现保护功能的运行方法包括以下步骤1)零序电流互感器感测电网中的漏电电流，A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器和C相负荷电流互感器感测线路中的负荷电流，分压器感测线路电压，它们的输出与信号调理电路连接，经过信号调理电路变换、放大后输入到单片机进行模数转换；单片机对采样值进行分析和判断(a)当漏电电流达到或超过漏电动作电流阈值时，单片机延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置动作，开关装置切断故障电路，使故障漏电得到保护；(b)当线路中的负荷电流达到或超过过流保护动作阈值时，单片机延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置动作，开关装置切断故障电路，使过载电流得到保护；(c)当线路电压高于过压保护动作阈值或低于欠压保护动作阈值时，单片机延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置动作，开关装置切断故障电路，使电压异常得到保护；当智能漏电综合保护器脱扣后，转到步骤2)，否则转到步骤3)；2)若自动重合闸功能被开启，则智能漏电综合保护器在40s 60s内自动重合闸 1次，并转到步骤1)；若1次重合闸后，线路故障仍旧存在，则再次脱扣后开关装置将被闭锁；3)若停电保护功能被开启，当线路停电时，单片机发出脱扣命令，使开关装置动作以切断电路，待电压恢复正常后自动重合闸以恢复供电；否则转到步骤1)。所述的具有通讯功能的智能漏电综合保护器实现通讯功能的运行方法包括以下步骤1)在线路未发生故障的条件下，单片机周期性地检测发送标志位和接收标志位的状态当发送标志位置1时，转到步骤2)；当接收标志位置1时，转到步骤4)；否则继续等待；2)单片机载入通讯的目标地址和发送的数据内容，并根据连接状态选择通讯方式，成功后转到步骤3)，否则报告用户通讯线路存在故障；3)将通讯数据发送到目标地址，发送完毕后转到步骤1)；4)单片机确定进行数据接收的通讯方式，成功后转到步骤5)，否则转到步骤1)；5)接收通讯数据包，并判断其通讯地址是否为本机地址如果是，则接受通讯数据包并转到步骤6)；否则，丢弃接收到的通讯数据包并转到步骤1)；6)对接受的数据包进行处理，处理完毕后转到步骤1)；所述的具有通讯功能的智能漏电综合保护器实现辅助作用的运行方法是1)在单片机未运行保护及通讯功能的条件下，单片机运行显示更新及键盘扫描程序单片机定时将漏电电流、负荷电流、线路电压以及漏电保护、过流保护和电压异常保护的额定动作值、动作时间、引起动作的原因和故障值送到显示电路，以更新显示内容；当数据更新完毕后，单片机运行键盘扫描程序，检测是否有按键按下，当有按键按下时，单片机执行按键处理程序，以完成设置及查询功能；显示更新和键盘扫描程序执行完毕后，单片机退回到保护程序中；2)在单片机未运行保护及通讯功能的条件下，单片机运行实时时间更新程序，定时读取实时时钟电路所提供的实时时间，用于故障记录和运行历史记录；实时时间更新完毕后，单片机退回到保护程序中；3)在单片机未运行保护及通讯功能的条件下，单片机运行存储程序，每隔一定时间，就将线路运行时的漏电电流、负荷电流、线路电压存储到外部存储器中，存储完毕后，单片机退回到保护程序中；在线路发生故障时，单片机亦运行存储程序，将故障信息存储到外部存储器中，待存储完毕后，单片机退回到保护程序中；4)在频率检测电路直接从电网上获取交流信号并经过零比较电路整形成方波信号输入单片机，在单片机运行保护程序前，首先运行频率检测程序，对输入的方波信号进行检测，并对一个周期的信号进行计时，检测出一个周期的时间，以实现电网频率的自动跟踪；5)漏电模拟发生电路模拟产生故障漏电，当按下漏电试验按钮时，漏电模拟发生电路产生一个模拟故障漏电电流，单片机检测到该时，发出漏电脱扣命令，用于检查本发明的保护器工作是否正常。本发明的有益效果，与现有技术相比，具有以下优点本发明的具有通讯功能的智能漏电综合保护器能够实现过流、短路、漏电、电压异常(过压或欠压)保护，具有延时动作与自动重合闸功能，并具有通讯功能，多台智能漏电综合保护器能够通过各自的通讯模块以灵活的方式组成漏电保护监控网络，实现低压电网漏电保护远程监控，同时，作为控制中心的智能漏电综合保护器还能够利用国家公众移动通讯网络(GSM、CDMA/CDMA2000、WCDMA、TDSCDMA)与用户手机或上位机通讯，用户也可以通过手机或上位机查看或修改网络中智能漏电综合保护器节点的参数设置，并能通过手机或上位机实现远程分合闸操作。因此，采用本发明的具有通讯功能的智能漏电综合保护器具有完备的保护功能，并能够进行网络通讯，使工作人员能够随时随地对电网的运行情况进行监控。而现有的漏电保护器功能较为单一，并且普遍不具备通讯功能，使用户的使用受到限制，无法满足电力部门对低压电网进行监控的需求，也不能适应电网发展的要求。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是实施例1中的漏电综合保护器各组成部分之间的连接框图。图2是实施例2中的漏电综合保护器各组成部分之间的连接框图。图3是本发明组成监控网络的连接示意图。 图4是本发明的实施例2的电路连接图，其中如为——除通讯模块外的电路组成部分，4b为——通讯模块电路。图5是本发明实现保护与通讯功能的程序框图，其中如为——漏电综合保护器实现保护功能的程序框图、图恥为——漏电综合保护器实现通讯发送功能的程序框图、图5c 为——漏电综合保护器实现通讯接收功能的程序框图。图中，1—零序电流互感器；2——A相负载电流互感器；3——B相负载电流互感器；4——C相负载电流互感器；5——分压器；6——信号调理电路；7——单片机；8—— 开关装置；9——通讯模块；10——电源；11——漏电模拟发生器；12——键盘/显示电路； 13——实时时钟电路；14——外部存储器；15——频率检测电路；16——漏电综合保护器。
具体实施例方式实施例1图1表明，本发明的具有通讯功能的智能漏电综合保护器包括零序电流互感器 (1)、A相负荷电流互感器O)、B相负荷电流互感器(3)、C相负荷电流互感器0)、分压器 (5)、信号调理电路(6)、单片机(7)、开关装置(8)、通讯模块(9)和电源(10)。其连接关系是零序电流互感器(1)感测电网中的漏电电流，A相负荷电流互感器O)、B相负荷电流互感器(3)和C相负荷电流互感器(4)感测线路中的负荷电流，分压器( 感测线路电压；零序电流互感器(1)、A相负荷电流互感器O)、B相负荷电流互感器 (3)、C相负荷电流互感器(4)和分压器(5)的输出与信号调理电路(6)连接，信号调理电路(6)的输出与单片机(7)相连，单片机(7)负责信号的分析与处理；开关装置(8)与单片机(7)连接，在单片机(7)的控制下完成脱扣动作以切断故障电路；通讯模块(9)与单片机 (7)连接，在单片机(7)的控制下完成通讯功能；电源(10)为信号调理电路(6)、单片机(7) 和通讯模块(9)供电。如图如和图4b所示，实施例中零序电流互感器RCT(I)、A相负荷电流互感器 O)、B相负荷电流互感器(3)、C相负荷电流互感器0)、分压器(5)分别与信号调理电路 (6)连接，信号调理电路(6)的输出连接到单片机(7)，为单片机(7)提供漏电电流、负荷电流和线路电压信号；通讯模块(9)与单片机(7)连接，在单片机(7)的控制下完成通讯功能；按键/显示电路(1 与单片机(7)连接并受单片机(7)的控制，显示电路(1 循环显示漏电电流、负荷电流和线路电压，并显示漏电保护、过流保护和电压异常保护的额定动作值、动作时间及引起动作的原因与故障值，键盘(12)用于选择额定动作值、动作时间以及查询历史记录；实时时钟电路(13)与单片机(7)连接并受单片机(7)的控制，为智能漏电综合保护器提供实时时间；外部存储器(14)与单片机(7)连接并受单片机(7)的控制，用于存储线路运行时的漏电电流、负荷电流、线路电压及故障信息；频率检测电路(15)与单片机(7)连接，将电网频率信号输入单片机(7)；漏电模拟发生电路(11)模拟产生故障漏电；电源(10)为单片机(7)、信号调理电路(6)、通讯模块(9)、按键/显示电路(12)、实时时钟电路(13)、外部存储器(14)和频率检测电路(15)供电。如图如所示，实施例中零序电流互感器(1)为1J85坡莫合金制造的漏电互感器，其内径为40mm ；A相负荷电流互感器0)、B相负荷电流互感器(3)和C相负荷电流互感器⑷为硅钢片制造的电磁式电流互感器，额定电流为100A ；分压器(5)由电阻器串联构成；信号调理电路(6)由运算放大器、电阻器、电容器和二极管组成，分为三个功能电路 运算放大器U6A及与之相连的电阻器、电容器和二极管组成漏电电流信号调理电路；运算放大器U3A、U4A、U4B及与它们相连的电阻器、电容器和二极管组成电压信号调理电路；运算放大器U3B、U4C、U4D及与它们相连的电阻器、电容器和二极管组成负荷电流信号调理电路；信号调理电路(6)中运算放大器的型号为MCP6004;电源(10)由工频变压器、二极管 1N4007.220微法电解电容器和集成电路LM7805构成；单片机(7)为AI~mega32单片微处理器；开关装置⑶是额定电流100A的空气断路器，也可以为继电器。漏电电流信号调理电路、电压信号调理电路和负荷电流信号调理电路这三部分功能电路均为本领域公知电路， 其组成及连接关系为本领域普通技术人员公知。漏电信号调理电路由运算放大器、电阻器、 电容器和二极管构成，用于处理零序电流互感器输入的漏电电流信号；电压信号调理电路由三个结构完全相同的部分组成，它们均由运算放大器、电阻器、电容器和二极管构成，用于处理由分压器输入的三相电压信号；负荷电流信号调理电路由三个结构完全相同的部分组成，它们均由运算放大器、电阻器、电容器和二极管构成，用于处理由负荷电流互感器输入的三相负荷电流信号。如图4b所示，实施例中通讯模块(9)由集成电路、SIM卡插槽、电阻器、电容器、电感线圈、二极管、三极管、晶体振荡器和射频天线组成，分为三个功能电路集成电路 U15nRFM01、电阻器、电容器、晶体振荡器、电感线圈和射频天线RF ANT构成通讯模块(9) 的无线通讯电路；集成电路U7MAX485、光电耦合器TO、U9、U10 (PS2501)、电阻器和三极管构成通讯模块(9)的有线通讯电路；集成模块U14SIM300C、SIM卡插槽U16、电阻器、电容器、 三极管和二极管构成通讯模块(9)的基于国家公众移动通讯网络的通讯电路，实施例中，采用GSM国家公众移动通讯网络。图1表明，零序电流互感器(1)、A相负荷电流互感器O)、B相负荷电流互感器 (3)、C相负荷电流互感器(4)和分压器( 的输出信号经过信号调理电路(6)调理、放大后输入到单片机(7)进行模数转换，单片机(7)对采集的电参量进行分析和判断，完成漏电、 过载、电压异常保护，其工作过程和运行方法是(a)当漏电电流达到或超过漏电动作电流阈值时，单片机(7)延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使故障漏电得到保护。(b)当线路中的负荷电流达到或超过过流保护动作阈值时，单片机(7)延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使过载电流得到保护。(c)当线路电压高于过压保护动作阈值或低于欠压保护动作阈值时，单片机(7) 延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使电压异常得到保护。图1表明，每台智能漏电综合保护器均具有通讯模块(9)，通讯模块(9)在单片机 (7)的控制下实现通讯功能，其工作过程和运行方法是多台智能漏电综合保护器通过各自的通讯模块(9)相互连接组成漏电保护监控网络，这种连接方式可以是有线方式，也可以是无线方式，还可以是有线方式和无线方式的组合；每台漏电综合保护器都是网络节点， 并且任何一个网络节点都能够作为网络的控制中心，但同一时间内控制中心是唯一的；控制中心控制整个网络的运行，负责收集各个网络节点所保护线路的实时运行数据及故障信息，同时也控制网络节点的工作状态，控制中心还能够利用国家公众移动通讯网络与用户手机或上位机通讯，告知用户网络节点的运行状态，用户也可以通过手机或上位机查看或修改网络中任意节点的参数设置，并能通过手机或上位机对其进行远程分合间操作。实施例2图2表明，添加有辅助电路的本发明的具有通讯功能的智能漏电综合保护器，包括零序电流互感器(1)、A相负荷电流互感器( 、B相负荷电流互感器C3)、C相负荷电流互感器(4)、分压器( 、信号调理电路(6)、单片机(7)、开关装置(8)、通讯模块(9)和电源 (10)、漏电模拟发生器(11)、键盘/显示电路(12)、实时时钟电路(13)、外部存储器(14)和频率检测电路(15)。其连接关系是零序电流互感器(1)感测电网中的漏电电流，A相负荷电流互感器O)、B相负荷电流互感器(3)和C相负荷电流互感器(4)感测线路中的负荷电流，分压器( 感测线路电压；零序电流互感器(1)、A相负荷电流互感器O)、B相负荷电流互感器 (3)、C相负荷电流互感器(4)和分压器(5)的输出与信号调理电路(6)连接，信号调理电路(6)的输出与单片机(7)相连，单片机(7)负责信号的分析与处理；开关装置(8)与单片机(7)连接，在单片机(7)的控制下完成脱扣动作以切断故障电路；通讯模块(9)与单片机(7)连接，在单片机(7)的控制下完成通讯功能；漏电模拟电路与单片机连接，用于检查本发明的保护器工作是否正常；键盘/显示电路(12)与单片机(7)连接，在单片机(7)的控制下完成对线路实时电参量及保护器设置参数的循环显示，并通过键盘(12)将用户的个性化设置传递给单片机(7)；实时时钟(13)与单片机连接，为单片机(7)提供实时时钟信号；外部存储器(14)与单片机(7)连接，用于定时存储线路运行时的漏电电流、负荷电流、线路电压及故障信息；频率检测电路(15)直接从电网上获取交流信号并经过零比较电路整形成方波信号输入单片机(7)；电源(10)为信号调理电路(6)、单片机(7)、通讯模块 (9)、漏电模拟发生器(11)、键盘/显示电路(12)、实时时钟电路(13)、外部存储器(14)和频率检测电路(15)供电。添加有辅助功能扩展实施例中漏电综合保护器的基本功能，有助于用户更方便地使用本装置。零序电流互感器⑴、A相负荷电流互感器(2)、B相负荷电流互感器(3)、C相负荷电流互感器(4)和分压器(5)的输出信号经过调理电路(6)调理、放大后输入到单片机 (7)进行模数转换，单片机(7)对这些电参量进行分析和判断，完成漏电、过载、电压异常保护，其工作过程和运行方法是(a)当漏电电流达到或超过漏电动作电流阈值时，单片机(7)延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使故障漏电得到保护。(b)当线路中的负荷电流达到或超过过流保护动作阈值时，单片机(7)延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使过载电流得到保护。(c)当线路电压高于过压保护动作阈值或低于欠压保护动作阈值时，单片机(7) 延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使电压异常得到保护。智能漏电综合保护器因漏电、过流或电压异常脱扣后，当自动重合闸功能被开启， 则在40s 60s内自动重合闸一次，若重合闸后故障仍旧存在则再次脱扣并使开关装置(8) 闭锁。此外，若停电保护功能被开启，当线路停电时，单片机(7)将发出脱扣命令，使开关装置(8)动作以切断电路，待电压恢复正常后将自动重合闸以恢复供电。每台智能漏电综合保护器均具有通讯模块(9)，通讯模块(9)在单片机(7)的控制下实现通讯功能，其工作过程和运行方法是多台智能漏电综合保护器通过各自的通讯模块(9)相互连接组成漏电保护监控网络，这种连接方式可以是有线方式，也可以是无线方式，还可以是有线方式和无线方式的组合；每台漏电综合保护器都是网络节点，并且任何一个网络节点都能够作为网络的控制中心，控制整个网络的运行，但同一时间内控制中心是唯一的；控制中心负责收集各个网络节点所保护线路的实时运行数据及故障信息，同时也控制网络节点的工作状态，控制中心还能够利用国家公众移动通讯网络与用户手机或上位机通讯，用户可以通过短消息或上位机查看或修改网络中任意一个节点的参数设置，并能通过短消息或上位机对其进行远程分合闸操作。本发明的具有通讯功能的智能漏电综合保护器的辅助组成部分实现辅助作用的运行方法是单片机(7)将漏电电流、负荷电流和线路电压送到显示电路(12)，显示电路 (12)循环显示漏电电流、负荷电流和线路电压，并显示漏电保护、过流保护以及电压异常保护额定动作值、动作时间及引起动作的原因和故障值。键盘(12)用于选择额定动作值、动作时间以及查询历史记录。实时时钟电路(13)为智能漏电综合保护器提供实时时间，用于故障记录和运行历史记录，使用户能够更详细地了解线路的运行状态。外部存储器(14)用于定时存储线路运行时的漏电电流、负荷电流以及线路电压以及故障信息，方便用户查询。 频率检测电路(1 直接从电网上获取交流信号并经过零比较电路整形成方波信号输入单片机(7)，单片机(7)对输入信号进行检测，并对一个周期的信号进行计时，检测出一个周期的时间，实现电网频率的自动跟踪。漏电模拟发生电路(11)模拟产生故障漏电，当单片机(7)检测到模拟故障漏电时，发出漏电脱扣命令，用于检查本发明的保护器工作是否正常。电源(10)同时为这些电路供电。图3表明，多台本发明的具有通讯功能的智能漏电综合保护器及用户手机和上位机能够组成漏电保护监控网络。图3给出的示意图由五台漏电综合保护器、一部用户手机和一台上位机组成，实际应用中联网设备的个数还能够根据需要增加。图3中，每台漏电综合保护器都是网络节点，其中节点1为控制中心，节点间的通讯方式可以是有线的方式，也可以是无线的方式，单片机将自动选择合适的通讯方式。控制中心控制整个网络的运行，但同一时间内控制中心是唯一的；控制中心负责收集各个网络节点所保护线路的实时运行数据及故障信息，同时也控制网络节点的工作状态，控制中心还能够利用国家公众移动通讯网络与用户手机或上位机通讯，用户可以通过手机或上位机查看或修改网络中任意一个节点的参数设置，并能通过手机或上位机对其进行远程分合间操作。如图如所示，零序电流互感器RCT(I)穿过电力线路的A、B、C相线与中性线N，包括由两个线圈分别构成的两个副边，其中一个副边连接到信号调理电路(6)，另一个副边与按钮Sl和电阻Rl构成漏电模拟发生电路(11)。如图如所示，A相负荷电流互感器O) CTl、B相负荷电流互感器(3)CT2和C相负荷电流互感器G)CT3分别穿过电力线路的A、B、C相线，它们的输出与信号调理电路(6)相连接。如图如所示，分压器(5)由1 2、1 4、1 5、1 7、1 8和1 9构成，分压器(5)的输入端连接到A、B、C三相电压，输出端与信号调理电路(6)连接。如图如所示，信号调理电路(6)中(a)漏电电流信号调理。R26、C15与零序电流互感器RCT(I)的输出连接，将漏电电流信号变换为电压信号；运算放大器TOA、C14、R23、 R24.R30和R32构成漏电信号放大电路，放大后的信号经R35输入单片机(7)。(b)负荷电流信号调理。负荷电流信号调理电路由三个结构相同的电路构成A相负荷电流互感器(2) CTl的输出信号接信号调理电路(6)的R40，将A相负荷电流信号变换为电压信号，经由运算放大器U3B、R34、R37、D12和D13构成的放大电路放大后输入到D14、R39、R41和C16构成的整流电路，信号被整流成直流后经R38输入到单片机(7)。B相负荷电流互感器(3)CT2 的输出信号接信号调理电路(6)的R46，将B相负荷电流信号变换为电压信号，经由运算放大器U4C、R42、R43、D15和D16构成的放大电路放大后输入到D17、R45、R48和C20构成的整流电路，信号被整流成直流后经R44输入到单片机(7)。C相负荷电流互感器(3)CT3的输出信号接信号调理电路(6)的R52，将C相负荷电流信号变换为电压信号，经由运算放大器U4D、R49、R50、D18和D19构成的放大电路放大后输入到D20、R5UR53和以6构成的整流电路，信号被整流成直流后经R47输入到单片机(7)。(c)线路电压信号调理。线路电压信号调理电路由三个结构相同的电路构成分压器(5)的R2、R4感测A相电压，它的输出信号连接到D5、ClO和R6构成的整流电路，整流后的直流信号经运算放大器U3A构成的电压跟随器后通过R3输入单片机(7)。分压器(5)的R5、R7感测B相电压，它的输出信号连接到D6、C12和R12构成的整流电路，整流后的直流信号经运算放大器U4A构成的电压跟随器后通过Rll输入单片机(7)。分压器(5)的R8、R9感测C相电压，它的输出信号连接到D7、C13和R17构成的整流电路，整流后的直流信号经运算放大器U4B构成的电压跟随器后通过R16输入单片机(7)。如图如所示，开关装置⑶通过R18、Ql和继电器Kl受单片机(7)的控制，在漏电电流、负荷电流或线路电压达到或超过动作阈值时单片机(7)延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置⑶动作，开关装置⑶切断故障电路。其中，D3、D4和Cll构成的电源电路为脱扣装置供电，以保证即使是在线路停电的条件下装置仍能够完成脱扣动作。如图如所示，零序电流互感器RCT(I)的另一个副边与按钮Sl和电阻Rl构成漏电模拟发生电路(11)，当按下Sl时，零序电流互感器RCT(I)将产生一个模拟的漏电信号， 单片机(7)检测到此信号后，将发出漏电保护指令，即单片机(7)输出高电平，通过R18、Q1 驱动继电器K1，使开关装置(8)动作，用于检查保护器漏电保护性能是否正常。如图如所示，本发明中的单片机Ull(7)接受信号调理电路(6)放大后的信号和频率检测电路(15)的信号，控制按键/显示电路(12)、实时时钟电路(13)、外部存储器 (14)和开关装置(8)。单片机Ull (7)对采样值进行分析和判断，其过程和方法是(a)当漏电电流达到或超过漏电动作电流阈值时，单片机(7)延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使故障漏电得到保护。(b)当线路中的负荷电流达到或超过过流保护动作阈值时，单片机(7)延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使过载电流得到保护。(c)当线路电压高于过压保护动作阈值或低于欠压保护动作阈值时，单片机(7) 延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置(8)动作，开关装置(8)切断故障电路，使电压异常得到保护。如图4a 所示，按键 / 显示电路(12)由 U2、C5、C6、C7、C8、C9、DSl DS25、S2 S7、S11、S12、R13、R14、R15、R19、R27构成，与单片机(7)连接并受单片机(7)控制。显示电路(12)循环显示漏电电流、负荷电流和线路电压，并显示漏电保护、过流保护以及电压异常保护额定动作值、动作时间及引起动作的原因和故障值。键盘(12)用于选择额定动作值、动作时间以及查询历史记录。如图如所示，实时时钟电路(13)由U12、C18、C19、Y1、BT1和C17构成，与单片机 (7)连接并受单片机(7)控制。实时时钟电路(13)为智能漏电综合保护器提供实时时间， 用于故障记录和运行历史记录，使用户更详细地了解线路的运行状态。如图如所示，外部存储器U13(14)与单片机(7)连接并受单片机(7)控制。外部存储器用于定时存储线路运行时的漏电电流、负荷电流以及线路电压以及故障信息，方便用户查询。如图如所示，频率检测电路(15)由R29、D10、DlU U8A构成，电网频率信号被整形成方波后经R31输入到单片机(7)，单片机Ull(7)采用内部定时器对电源信号进行计时测量，当电网频率变化时，单片机(7)的定时器值也就改变，实现对电网频率的自动跟踪， 使得单片机(7)在进行信号采集时周期内采集的数据恒定，降低了数据处理的误差，提高了测量精度。如图如所示，电源电路(10)由变压器Tl、二极管D1、D2、集成稳压器Ul和C1、C2、 C3、C4构成，Tl输出的电压经二极管D1、D2整流后输出到Ul进行稳压，C1、C2、C3、C4对电源进行滤波。电源电路(10)为单片机和其他电路供电。如图4b所示，通讯模块(9)由集成电路1(U15)、集成电路2(U7)、光电耦合器(U5、 U9、U10)、集成模块(U14)、SIM 卡插槽(U16)、R20、R21、R22、R25、R28、R33、R36、R54 R62、 C27 C36、L2、L3、Y3、天线 RF ANT、D21、Q2 和 Q3 组成。其中集成电路 1 (U15)、R54、C27、 C30、C31、C33、C34、C35、Y3和天线RF ANT构成通讯模块(9)的无线通讯电路；集成电路 2(U7)、光电耦合器(U5、U9、U10)、R20、R21、R22、R25、R33、R36、I^8 和 Q2 构成通讯模块(9) 的有线通讯电路；集成模块(U 14)、SIM卡插槽(U16)、R55 R62、C28、C29、C36、Q3和D21 构成通讯模块(9)的基于国家公众移动通讯网络的通讯电路。通讯模块(9)通过连接座Pl 与单片机(7)连接，在单片机(7)的控制下实现通讯功能多台智能漏电综合保护器通过各自的通讯模块(9)相互连接组成漏电保护监控网络，这种连接方式可以是通过通讯模块 (9)的连接座P2以有线方式进行的连接，也可以是通过通讯模块(9)的无线通讯电路以无线方式进行的连接。每台漏电综合保护器都是网络节点，并且任何一个网络节点都能够作为网络的控制中心，控制整个网络的运行，但同一时间内控制中心是唯一的；控制中心负责收集各个网络节点所保护线路的实时运行数据及故障信息，同时也控制网络节点的工作状态，控制中心通过基于国家公众移动通讯网(GSM、CDMA/CDMA2000、WCDMA、TDSCDMA)的通讯电路与用户手机或上位机建立通讯，告知用户网络节点的运行状态，用户也可以通过手机或上位机查看或修改网络中任意节点的参数设置，并能通过手机或上位机对其进行远程分合闸操作。图fe表明本发明中单片机实现保护功能的操作程序(1)单片机上电后，对寄存器及变量进行初始化，初始化完成后转第( 步；(2)根据采样频率和窗口周期对漏电电流、A相负荷电流、B相负荷电流、C相负荷电流和线路电压信号进行采集；完成一个周期的采样后，计算漏电电流、三相负荷电流和线路电压的值，计算完毕后转入第C3)步；(3)根据刚检测的漏电电流的大小，判断漏电电流值是否大于或等于漏电动作阈值，当漏电电流大于或等于漏电动作阈值时，转入延时程序，延时设定时间后发出脱扣指令；当漏电电流小于漏电动作阈值时转入第⑷步；(4)根据刚检测的三相负荷电流的大小，判断各相负荷电流值是否大于或等于过流动作阈值，当某一相或几相负荷电流大于或等于过流动作阈值时，转入延时程序，延时设定时间后发出脱扣指令；当三相负荷电流均小于过流动作阈值时转入第(5)步；(5)根据刚检测的线路电压的大小，判断各相电压值是否大于或等于过压动作阈值，当某一相或几相电压大于或等于过压动作阈值时，转入延时程序，延时设定时间后发出脱扣指令；当三相电压均小于过压动作阈值时转入第(6)步；(6)根据刚检测的线路电压的大小，判断各相电压值是否小于或等于欠压动作阈值，当某一相或几相电压小于或等于欠压动作阈值时，转入延时程序，延时设定时间后发出脱扣指令；当三相电压均大于欠压动作阈值时转入第(7)步；(7)单片机等待下一周期采样开始的触发信号，一旦该触发信号到来，单片机即转入步骤O)的采样程序进行下一周期采样；图恥表明本发明中单片机实现通讯发送功能的操作程序(1)在线路未发生故障的条件下，单片机周期性地检测发送标志位的状态，当检测到发送标志位置1时转入第(2)步；(2)单片机载入通讯的目标地址和发送的数据内容，转入第C3)步；(3)单片机根据连接状态自动选择通讯方式首先判断通讯目标地址是否为用户手机，如果通讯目标为用户手机则选择基于公众移动通讯网(GSM、CDMA/CDMA2000、WCDMA, TDSCDMA)的通讯方式并转入第(4)步；如果通讯目标不是用户手机，则检测有线通讯方式是否可用，如果可用，则选择有线通讯方式并转入第(4)步；如果有线通讯方式不可用，再检测无线通讯方式是否可用，如果可用，则选择无线通讯方式并转入第(4)步；如果无线通讯方式仍不可用，则向用户报告通讯线路存在故障；(4)采用选择的通讯方式将通讯数据发送给目标地址，当数据发送完毕后转入第 ⑴步。图5c表明本发明中单片机实现通讯接收功能的操作程序(1)在线路未发生故障的条件下，单片机周期性地检测接收标志位的状态，当检测到接收标志位置1时转入第(2)步；(2)单片机依次扫描各种通讯方式下是否有数据接收首先扫描基于公众移动通讯网的通讯方式下是否有数据接收，如果有数据接收，则转入第( 步；如果基于公众移动通讯网的通讯方式下没有数据接收，则扫描有线通讯方式下是否有数据接收，如果有数据接收，则转入第(3)步；如果有线通讯方式下没有数据接收，则扫描无线通讯方式下是否有数据接收，如果无线通讯方式下有数据接收，则转入第( 步；如果无线通讯方式下仍没有数据接收则转入第(1)步；(3)接收通讯数据包，当数据包接收完毕后，判断通讯地址是否为本机地址，如果是则转入第(4)步；如果通讯地址不是本机地址，则丢弃接收到的通讯数据并转入第(1)
步；(4)对接受的数据包进行处理，当处理完毕后转入第(1)步。本发明未述及之处适用于现有技术。以上所述，仅是根据本发明技术方案提出的两个实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。凡未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种漏电综合保护器，其特征为包括零序电流互感器、A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器、C相负荷电流互感器、分压器、信号调理电路、单片机、开关装置、通讯模块和电源；其中，零序电流互感器、A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器、C相负荷电流互感器和分压器的输出与信号调理电路连接，信号调理电路的输出与单片机相连；开关装置与单片机连接；通讯模块与单片机连接；电源的输入与电网连接，电源的输出与信号调理电路、单片机和通讯模块连接；所述的开关装置为空气断路器或继电器。
2.如权利要求1所述漏电综合保护器，其特征为所述的信号调理电路由漏电电流信号调理电路、电压信号调理电路和负荷电流信号调理电路三部分功能电路组成，其中，漏电电流信号调理电路由运算放大器、电阻器、电容器、二极管构成，漏电电流信号调理电路的输入与零序电流互感器的输出连接，漏电电流信号调理电路的输出与单片机连接；电压信号调理电路由三个结构完全相同的部分组成，它们均由运算放大器、电阻器、电容器和二极管构成，用于处理由分压器输入的三相电压信号，电压信号调理电路的输入与分压器的输出连接，电压信号调理电路的输出与单片机连接；负荷电流信号调理电路由三个结构完全相同的部分组成，它们均由运算放大器、电阻器、电容器和二极管构成，用于处理由负荷电流互感器输入的三相负荷电流信号，负荷电流信号调理电路的输入分别与A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器、C相负荷电流互感器的输出连接，负荷电流信号调理电路的输出与单片机连接；
3.如权利要求1所述漏电综合保护器，其特征为所述的通讯模块由无线通讯电路、有线通讯电路和基于国家公众移动通讯网络的通讯电路三部分功能电路组成，其中，无线通讯电路为基于无线通讯集成电路的模块电路；有线通讯电路为基于现场总线技术的模块电路；基于国家公众移动通讯网络的通讯电路为利用国家公众移动通讯网络的数据传输模块；
4.如权利要求1所述漏电综合保护器，其特征为所述的国家公众移动通讯网络为GSM 国家公众移动通讯网络、CDMA/CDMA2000国家公众移动通讯网络、WCDMA国家公众移动通讯网络或TDSCDMA国家公众移动通讯网络；
5.如权利要求1所述漏电综合保护器，其特征为还包括如下的辅助组成部分漏电模拟发生器、键盘/显示电路、实时时钟电路、外部存储器和频率检测电路；这些辅助组成部分均与电源和单片机连接。
6.如权利要求1所述漏电综合保护器实现保护功能的运行方法，其特征为包括以下步骤1)零序电流互感器感测电网中的漏电电流，A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器和C相负荷电流互感器感测线路中的负荷电流，分压器感测线路电压，它们的输出与信号调理电路连接，经过信号调理电路变换、放大后输入到单片机进行模数转换；单片机对采样值进行分析和判断(a)当漏电电流达到或超过漏电动作电流阈值时，单片机延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置动作，开关装置切断故障电路，使故障漏电得到保护；(b)当线路中的负荷电流达到或超过过流保护动作阈值时，单片机延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置动作，开关装置切断故障电路，使过载电流得到保护；(C)当线路电压高于过压保护动作阈值或低于欠压保护动作阈值时，单片机延时设定时间后发出脱扣命令，使开关装置动作，开关装置切断故障电路，使电压异常得到保护； 当智能漏电综合保护器脱扣后，转到步骤2)，否则转到步骤3)；2)若自动重合闸功能被开启，则智能漏电综合保护器在40s 60s内自动重合闸1次， 并转到步骤1)；若1次重合间后，线路故障仍旧存在，则再次脱扣后开关装置将被闭锁；3)若停电保护功能被开启，当线路停电时，单片机发出脱扣命令，使开关装置动作以切断电路，待电压恢复正常后自动重合闸以恢复供电；否则转到步骤1)。
7.如权利要求1所述漏电综合保护器实现通讯功能的运行方法，其特征为包括以下步骤1)在线路未发生故障的条件下，单片机周期性地检测发送标志位和接收标志位的状态当发送标志位置1时，转到步骤2)；当接收标志位置1时，转到步骤4)；否则继续等待；2)单片机载入通讯的目标地址和发送的数据内容，并根据连接状态选择通讯方式，成功后转到步骤3)，否则报告用户通讯线路存在故障；3)将通讯数据发送到目标地址，发送完毕后转到步骤1)；4)单片机确定进行数据接收的通讯方式，成功后转到步骤5)，否则转到步骤1)；5)接收通讯数据包，并判断其通讯地址是否为本机地址如果是，则接受通讯数据包并转到步骤6)；否则，丢弃接收到的通讯数据包并转到步骤1)；6)对接受的数据包进行处理，处理完毕后转到步骤1)；
8.如权利要求5所述漏电综合保护器实现辅助作用的运行方法，其特征为包括以下步骤1)在单片机未运行保护及通讯功能的条件下，单片机运行显示更新及键盘扫描程序 单片机定时将漏电电流、负荷电流、线路电压以及漏电保护、过流保护和电压异常保护的额定动作值、动作时间、引起动作的原因和故障值送到显示电路，以更新显示内容；当数据更新完毕后，单片机运行键盘扫描程序，检测是否有按键按下，当有按键按下时，单片机执行按键处理程序，以完成设置及查询功能；显示更新和键盘扫描程序执行完毕后，单片机退回到保护程序中；2)在单片机未运行保护及通讯功能的条件下，单片机运行实时时间更新程序，定时读取实时时钟电路所提供的实时时间，用于故障记录和运行历史记录；实时时间更新完毕后， 单片机退回到保护程序中；3)在单片机未运行保护及通讯功能的条件下，单片机运行存储程序，每隔一定时间，就将线路运行时的漏电电流、负荷电流、线路电压存储到外部存储器中，存储完毕后，单片机退回到保护程序中；在线路发生故障时，单片机亦运行存储程序，将故障信息存储到外部存储器中，待存储完毕后，单片机退回到保护程序中；4)在频率检测电路直接从电网上获取交流信号并经过零比较电路整形成方波信号输入单片机，在单片机运行保护程序前，首先运行频率检测程序，对输入的方波信号进行检测，并对一个周期的信号进行计时，检测出一个周期的时间，以实现电网频率的自动跟踪；5)漏电模拟发生电路模拟产生故障漏电，当按下漏电试验按钮时，漏电模拟发生电路产生一个模拟故障漏电电流，单片机检测到该时，发出漏电脱扣命令，用于检查本发明的保护器工作是否正常。
全文摘要
本发明是一种具有通讯功能的智能漏电综合保护器。该保护器包括零序电流互感器、A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器、C相负荷电流互感器、分压器、信号调理电路、单片机、开关装置、通讯模块和电源；其中，零序电流互感器、A相负荷电流互感器、B相负荷电流互感器、C相负荷电流互感器和分压器的输出与信号调理电路连接，信号调理电路的输出与单片机相连；开关装置与单片机连接；通讯模块与单片机连接。本发明的漏电综合保护器能够实现过流、短路、漏电、电压异常(过压或欠压)保护，具有延时动作与自动重合闸功能，多台智能漏电综合保护器能够通过各自的通讯模块以灵活的方式组成漏电保护监控网络，实现低压电网漏电保护远程监控。
文档编号H02H3/20GK102255278SQ20111018312
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者刘明生, 李奎, 武一, 牛峰, 王尧, 郭志涛, 陆俭国 申请人:河北工业大学