专利名称：短波紫外光母线保护装置的制作方法
技术领域：
本发明短波紫外光母线保护装置，属于高压母线保护技术领域，具体涉及一种可以安全快速的实现对35 KV及以下的变电站母线故障设备隔离的保护装置。
背景技术：
中低压母线弧光短路故障是配电系统中一种非常严重的故障，它的发生往往会造成灾难性的后果，其内部电弧燃烧释放的巨大能量所产生的各种故障电弧效应，严重烧毁昂贵的开关设备，短路电流冲击可损坏主变压器，造成长时间停电；更严重的是它还会造成附近工作人员的人身伤亡事故。现有的保护装置因为故障判据及选择性等方面的考量，切除或隔离故障的设计一般在I秒到2秒之间，而断路器柜耐受弧光故障的设计时间为0.1秒，所以现有的保护装置均不能满足快速切除故障或保护覆盖范围的要求，迫切需要一种快速的，经济而适用性强的新型中低压母线保护系统，以 解决中低压母线发生故障概率较高，延迟切除故障导致故障发展、扩大，从而造成巨大经济损失的问题。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是:提供一种灵敏度高、精度高、工作可靠的母线保护装置。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:短波紫外光母线保护装置，包括:多个短波紫外光检测传感器、多个扩展控制单元和短波紫外光母线保护主单元，所述短波紫外光检测传感器安装在母线弧光监测部位采集短波紫外线，短波紫外光检测传感器通过扩展控制单元与短波紫外光母线保护主单元相连；
所述短波紫外光母线保护主单元包括:单片机、短波紫外光信号输入单元、AD采样单元、输出控制单元、通讯单元、人机界面单元和电源电路单元，所述单片机分别与短波紫外光信号输入单元、AD采样单元、输出控制单元、通讯单元和人机界面单元相连，上述电源电路单元为整个短波紫外光母线保护主单元供电；
所述短波紫外光母线保护主单元通过短波紫外光信号输入单元与扩展控制单元相连，所述AD采样单元与采集母线电流信号的信号采集单元相连；所述输出控制单元的输出端与母线断路器相连。所述单片机、短波紫外光信号输入单元、AD采样单元、输出控制单元、通讯单元、人机界面单元和电源电路单元均采用模块化集成，上述集成模块安装在箱体中，所述人机界面单元集成在箱体的前面板上，所述单片机、短波紫外光信号输入单元、AD采样单元、输出控制单元、通讯单元和电源电路单元集成在箱体的背板上。所述单片机包括第一中央处理器模件和第二中央处理器模件，所述第一中央处理器模件和第二中央处理器模件通过单片机内部的总线相连。所述人机界面单元包括有液晶屏、指示灯和操作按键，所述液晶屏安装在上述前面板的中上部，液晶屏的右侧设置有指示灯，液晶屏的下方设置有操作按键。所述背板的上部自左至右依次设置有电源模件、第一中央处理器模件、第二中央处理器模件、交流电流变换模件、信号模件，背板的下部自左至右依次设置有通讯接口模件、第一短波紫外光接口模件、第二短波紫外光接口模件、第三短波紫外光接口模件、第四短波紫外光接口模件和跳合闸出口模件。所述短波紫外光检测传感器包括有短波紫外光检测传感器件、光电信号转换器、信号放大电路和电流信号输出电路，所述短波紫外光检测传感器件依次串接光电信号转换器和信号放大电路后与电流信号输出电路相连，所述电流信号输出电路与扩展控制单元相连。本发明与现有技术相比具有的有益效果是:
一、本发明采用了主判据(短波紫外光探测)加辅助判据(进线电流)的新原理，能够迅速准确的判断母线故障并切断故障；克服了外界光线对故障判断的影响，达到精确动作的目的；
二、本发明所有功能单元都模块化和标准化，以插件的方式集成在箱体上，箱体上只有内部使用的5V和24V电压等级回路连线，强弱电完全分开，可大大减少外部电磁干扰在弱电侧的耦合，增强了本装置的抗干扰能力，提高其可靠性和安全性，整个装置结构简洁，安装使用维护方便；
三、本发明在功能配置上具有很强的灵活性，配备双以太网通信接口，可以根据用户需求更换或增加部分模件，扩充或更改本装置的功能，可实现距离保护、零序保护和三相一次重合闸的保护功能，同时还可以实现变送器功能，所有遥测量提供4_20mA模拟量输出，整个装置功能强大，实用性强。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明:
图1是本发明的电路结构示意 图2是本发明中箱体的结构示意 图3是本发明中箱体背板的结构示意 图中:1为短波紫外光检测传感器、2为扩展控制单元、3为短波紫外光母线保护主单元、4为单片机、5为短波紫外光信号输入单元、6为AD采样单元、7为输出控制单元、8为通讯单元、9为人机界面单元、10为电源电路单元、11为信号采集单元、12为母线断路器、13为箱体、14为前面板、15为背板、16为电源模件、17为交流电流变换模件、18为信号模件、19为通讯接口模件、20为第一短波紫外光接口模件、21为第二短波紫外光接口模件、22为第三短波紫外光接口模件、23为第四短波紫外光接口模件、24为合闸出口模件、101为短波紫外光检测传感器件、102为光电信号转换器、103为信号放大电路、104为电流信号输出电路、401为第一中央处理器模件、402为第二中央处理器模件、901为液晶屏、902为指示灯、903为操作按键。
具体实施例方式如图1至图3所示，本发明短波紫外光母线保护装置，包括:多个短波紫外光检测传感器1、多个扩展控制单元2和短波紫外光母线保护主单元3，所述短波紫外光检测传感器I安装在母线弧光监测部位采集短波紫外线，短波紫外光检测传感器I通过扩展控制单元2与短波紫外光母线保护主单元3相连。所述短波紫外光母线保护主单元3包括:单片机4、短波紫外光信号输入单元5、AD采样单元6、输出控制单元7、通讯单元8、人机界面单元9和电源电路单元10，所述单片机4分别与短波紫外光信号输入单元5、AD采样单元6、输出控制单元7、通讯单元8和人机界面单元9相连，上述电源电路单元10为整个短波紫外光母线保护主单元3供电。所述短波紫外光母线保护主单元3通过短波紫外光信号输入单元5与扩展控制单元2相连，所述AD采样单元6与采集母线电流信号的信号采集单元11相连；所述输出控制单元7的输出端与母线断路器12相连。所述短波紫外光检测传感器I包括有短波紫外光检测传感器件101、光电信号转换器102、信号放大电路103和电流信号输出电路104，所述短波紫外光检测传感器件101依次串接光电信号转换器102和信号放大电路103后与电流信号输出电路104相连，所述电流信号输出电路104与扩展控制单元2相连。日常环境中有大量的可见光和中长波紫外光，短波紫外光UVC(波长200 275纳米)却很少，而开关柜发生内部弧光故障时会产生大量的短波紫外光，利用这一特征物理量可以在故障发生几毫秒以内做出准确的判断，在加上断路器的固有动作时间就可以再100毫秒内断开故障，对开关柜内部故障保护来说，这样就能够实现超高速动作性能；本发明中采用短波紫外光探测，能够避免自然光对弧光判断的影响，避免了由于自然光引起的误动作，达到准确响应的目的，在实际应用中可以采用短波紫外光探测的单独判断，也可以采用主判据(短波紫外光探测)加辅助判据(进线电流)的新原理，通过弧光和过流双判断，进一步提高系统动作的可靠性。上述单片机4获得采样的数字信号后，进行数字滤波和算法运算获得模拟量的幅值信息，分别经保护软件模块的逻辑判断、显示处理、报告存储、录波等环节，当电流满足保护动作条件且短波紫外光也同时动作后向出口回路发出跳闸、信号等命令；由于单片机4内部无存放程序的空间，保护程序是存放在快速闪存FLASH中，单片机4通过总线来读取程序令并执行。主程序在软件中是一个管理者，负责将不同功能的模块组织在一起，主程序中的初始化主要是整个系统为正常工作做好准备。本发明中主程序主要包括:CPU初始化和对必要的参数设置默认值；初始化完成后主程序进入工作状态，液晶屏上显示相关的菜单，首先判断是否需要进行定值整定工作，如果需要则转入定值整定模块，否则继续向下执行；在采集开关量和检测键盘环节中，如果检测到开关量变位或有按键被按下，则由主程序发出信息并转入信息处理模块进行处理，信息处理的结果再传送到显示打印模块进行显示、打印，否则程序继续向下执行信号采集与计算模块，逻辑判断模块根据电压电流的计算值和其他有关条件判断是否需要动作，当逻辑判断模块产生动作指令后，通过检测装置出口继电器是否动作，以及检测被测量设备的状态来判断动作指令是否得到正确执行，如果正确执行则转入下一次循环，否则将此异常信息传送到信息处理模块进行处理，再将结果送给显示输出模块；上电复位以后，首先对(PU及其外围芯片进行初始化，同时初始化控制状态，接下来显示主菜单，最后采用查询方式处理键盘和Α/D转换、并与智 能模块通信，获取信息，与上位机通信采用中断形式，且中断级别设为最高，开关量的输入采取先产生中断，后查询的方法。上述AD采样单元6实现多路交流模拟信号的模数转换，并向单片机4提供实时的高精度的数字信号；电力系统中的电量一般都是模拟量，而数字继电保护的实现则是基于由微型计算机对数字量进行计算和判断，所以为了实现计算机继电保护，必须对来自被保护单元设备的模拟电量进行一系列预处理，从而得到所需形式的数字量提供给保护功能处理程序；由电力系统输入到继电保护装置的模拟信号主要是来自PT (或CT)的交流电压(或电流)信号；根据采样定理:如果被测信号频率(或信号中要保留的最高次谐波频率)为f0，则采样频率fk (每秒钟的采样次数)必须大于fk的2倍，否则，就不可能由采样值拟合还原成原来的曲线，因此，在出现大于1/2 fk频率的谐波，而且这些谐波又是无用的情况下，有必要在信号引进采样器以前装设一模拟式低通滤过器将频率等于和高于1/2 fk的高次谐波滤掉；因此模拟信号首先被转换到与微型计算机相匹配的电平，通过模滤波削去其中的高频成分，然后由采样保持环节将连续信号离散化；由于输入信号往往不止一个，故由多路转换器逐个交给A / D转换器变为数字量；这些数字量还应在存储器中按先后顺序排列以方便功能处理程序取用。本发明在AD采样单元6的电路设计中增设两级阻容元件构成的低通滤波回路，模拟量输入信号经过低通滤波回路，分别将信号接入两片多路转换开关器件的输入，多路转换开关的输出信号分别输到AD转换芯片的输入回路，进行模数转换，由CPU定时来读取AD转换的结果，来作为每一路模拟量的原始采样数据。本发明中可以通过扩展模块增加DI开入单元，DI开入单元为来自外部接点的开入量，经开入回路光电隔离后，经三态门电路向单片机4输入，经软件逻辑判断抗干扰处理，获取开入量信号；外部开关量(空接点)取用装置提供的24V信号电源，经过电阻限流，输入到光隔离器的输入端，光隔离器的输出端取用内部的5V电源，接入到8路三态门器件，由CPU经总线读取信号的“O”或“I”状态，以判别外部接点的开闭情况；采用光隔离器可以使外部开入电源与内部5V电源没有直接的电气联系，有效消除了外部电磁干扰对CPU内部电路的影响，提高了可靠性。上述输出控制单元7执行由CPU发出的出口动作命令，经与门电路到光隔离器的输入回路，光隔离器的输出经单向二极管驱动继电器动作；光隔离器的输入部分为CPU内部5V电源，输出部分为24V电源，用以驱动24V继电器；通过光隔离器把CPU内部电路和继电器驱动电路进行了隔离，有效防止了电磁干扰，提高了硬件电路的可靠性；为保证出口回路的可靠性，采用了多项闭锁措施；如采用启动元件开放出口正电源，采用硬件看门狗闭锁出口等；单片机4发出出口命令的同时，必须发出解除闭锁信号，同时驱动启动继电器方能驱动出口继电器，发出跳闸命令。所述单片机4、短波紫外光信号输入单元5、AD采样单元6、输出控制单元7、通讯单元8、人机界面单元9和电源电路单元10均采用模块化集成，上述集成模块安装在箱体13中，所述人机界面单元9集成在箱体13的前面板14上，所述单片机4、短波紫外光信号输入单元5、AD采样单元6、输出控制单元7、通讯单元8和电源电路单元10集成在箱体13的背板15上。所 述单片机4包括第一中央处理器模件401和第二中央处理器模件402，所述第一中央处理器模件401和第二中央处理器模件402通过单片机4内部的总线相连。
所述人机界面单元9包括有液晶屏901、指示灯902和操作按键903，所述液晶屏901安装在上述前面板14的中上部，液晶屏901的右侧设置有指示灯902，液晶屏901的下方设置有操作按键903 ;人机界面单元9的电路设计主要考虑到间隔层设备的人机交互的方便性，同时又能够沿袭传统运行观念，设计了汉化液晶模块，众多的信号指示灯，简洁方便的导电橡胶按钮，便于用户的使用维护和操作。所述背板15的上部自左至右依次设置有电源模件16、第一中央处理器模件401、第二中央处理器模件402、交流电流变换模件17、信号模件18，背板15的下部自左至右依次设置有通讯接口模件19、第一短波紫外光接口模件20、第二短波紫外光接口模件21、第三短波紫外光接口模件22、第四短波紫外光接口模件23和跳合闸出口模件24。上述电源模件16上部左侧设置有8X01 — 8X12接线端子，共计12个，中部设置有+5V和+24V电源，下部右侧设置有电源开关。上述交流电流变换模件17上设置有2X01 — 2X20接线端子，共计10个，均设置在左侧，右侧设置有强电的接线端子母排；4个电流变换器LH分别变换其中四路接线端子的电流量，4个电压变换器YH分别变换其中四路接线端子的电压量，交流电流变换模件20也可以加装三路测量级电流变换器，接入线路测量CT，用于线路电流、功率等测量用。上述第一中央处理器模件401由CPU和外围接线电路组成，其设置有4X01 — 4X14接线端子，共计14个，均设置在左侧，实现各种命令的输出和输入，完成短波紫外光母线保护功能。上述第二中央 处理器模件402由CPU和外围接线电路组成，其设置有5X01 — 5X14接线端子，共计14个，均设置在左侧，实现各种命令的输出和输入，完成其他辅助功能。上述信号模件18上部左侧设置有9X01 — 9X22接线端子，共计22个，其中包含两组保护信号，可分别作为中央信号和远动信号，跳闸出口继电器输出，重合跳闸出口继电器输出，跳闸合后输出，启动失灵继电器输出和跳闸出口继电器接点串连。上述通讯接口模件19上设置有7X01 — 7X18接线端子，共计18个，上部左侧设置有7X01 — 7X10接线端子，上部右侧设置有7X11 — 7X18接线端子，中下部设置有打印机口，下部设置有两个以太网接口。上述跳合闸出口模件24上设置有11X01 — 11X22接线端子，共计22个，其中包含6组跳闸的输输出。
权利要求
1.短波紫外光母线保护装置，其特征在于:包括:多个短波紫外光检测传感器(I)、多个扩展控制单元(2)和短波紫外光母线保护主单元(3)，所述短波紫外光检测传感器(I)安装在母线弧光监测部位采集短波紫外线，短波紫外光检测传感器(I)通过扩展控制单元(2)与短波紫外光母线保护主单元(3)相连； 所述短波紫外光母线保护主单元(3)包括:单片机(4)、短波紫外光信号输入单元(5)、AD采样单元(6)、输出控制单元(7)、通讯单元(8)、人机界面单元(9)和电源电路单元(10)，所述单片机(4)分别与短波紫外光信号输入单元(5)、AD采样单元(6)、输出控制单元(7)、通讯单元(8)和人机界面单元(9)相连，上述电源电路单元(10)为整个短波紫外光母线保护主单元(3)供电； 所述短波紫外 光母线保护主单元(3)通过短波紫外光信号输入单元(5)与扩展控制单元(2 )相连，所述AD采样单元(6 )与采集母线电流信号的信号采集单元(11)相连；所述输出控制单元(7)的输出端与母线断路器(12)相连。
2.根据权利要求1所述的短波紫外光母线保护装置，其特征在于:所述单片机(4)、短波紫外光信号输入单元(5)、AD采样单元(6)、输出控制单元(7)、通讯单元(8)、人机界面单元(9 )和电源电路单元(10 )均采用模块化集成，上述集成模块安装在箱体(13 )中，所述人机界面单元(9)集成在箱体(13)的前面板(14)上，所述单片机(4)、短波紫外光信号输入单元(5)、AD采样单元(6)、输出控制单元(7)、通讯单元(8)和电源电路单元(10)集成在箱体(13)的背板(15)上。
3.根据权利要求2所述的短波紫外光母线保护装置，其特征在于:所述单片机(4)包括第一中央处理器模件(401)和第二中央处理器模件(402 )，所述第一中央处理器模件(401)和第二中央处理器模件(402)通过单片机(4)内部的总线相连。
4.根据权利要求3所述的短波紫外光母线保护装置，其特征在于:所述人机界面单元(9)包括有液晶屏(901)、指示灯(902)和操作按键(903)，所述液晶屏(901)安装在上述前面板(14)的中上部，液晶屏(901)的右侧设置有指示灯(902)，液晶屏(901)的下方设置有操作按键(903)。
5.根据权利要求4所述的短波紫外光母线保护装置，其特征在于:所述背板(15)的上部自左至右依次设置有电源模件(16)、第一中央处理器模件(401)、第二中央处理器模件(402 )、交流电流变换模件(17 )、信号模件(18 )，背板(15 )的下部自左至右依次设置有通讯接口模件(19)、第一短波紫外光接口模件(20)、第二短波紫外光接口模件(21)、第三短波紫外光接口模件(22 )、第四短波紫外光接口模件(23 )和跳合闸出口模件(24 )。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的短波紫外光母线保护装置，其特征在于:所述短波紫外光检测传感器(I)包括有短波紫外光检测传感器件(101)、光电信号转换器(102)、信号放大电路(103)和电流信号输出电路(104)，所述短波紫外光检测传感器件(101)依次串接光电信号转换器(102)和信号放大电路(103)后与电流信号输出电路(104)相连，所述电流信号输出电路(104)与扩展控制单元(2)相连。
全文摘要
本发明短波紫外光母线保护装置，属于高压母线保护技术领域；所要解决的技术问题是提供一种灵敏度高、精度高、工作可靠的母线保护装置；为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是短波紫外光检测传感器安装在母线弧光监测部位采集短波紫外线，短波紫外光检测传感器通过扩展控制单元与短波紫外光母线保护主单元相连；单片机分别与短波紫外光信号输入单元、AD采样单元、输出控制单元、通讯单元和人机界面单元相连，短波紫外光母线保护主单元通过短波紫外光信号输入单元与扩展控制单元相连，AD采样单元与采集母线电流信号的信号采集单元相连；输出控制单元的输出端与母线断路器相连；本发明适用于变电站等配电系统。
文档编号H02H7/22GK103248016SQ201310144590
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者不公告发明人 申请人:南自晋能自动化有限公司