一种输电线路的微机继电保护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于：包括电压形成回路、低通滤波电路、数据保存电路、微处理器和开关量输出模块，电压形成回路、低通滤波电路、数据保存电路、微处理器依次相连，微处理器输入端与键盘连接，所述微处理器输出端与显示器、开关量输出模块相连。本实用新型通过电压形成回路采集输电线路的电压波动状况，并通过低通滤波电路、数据保存电路对波动电压信号进行处理保存，最后通过微处理器分析采集处理后的电压信号，当信号波动太大出现输电线故障时，微处理器控制开关量输出模块切断输电线回路，保护输电安全。其设计合理、监测准确、保护可靠性好且成本较低，有效解决了现有技术的不足。
【专利说明】—种输电线路的微机继电保护系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力监测控制【技术领域】，尤其是涉及一种输电线路的微机继电保护系统。
【背景技术】
[0002]输电是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。按照输送电流的性质，输电分为交流输电和直流输电。19世纪80年代首先成功地实现了直流输电。但由于直流输电的电压在当时技术条件下难于继续提高，以致输电能力和效益受到限制。19世纪末，直流输电逐步为交流输电所代替。交流输电的成功，迎来了 20世纪电气化社会的新时代。
[0003]输电的基本过程是创造条件使电磁能量沿着输电线路的方向传输。线路输电能力受到电磁场及电路的各种规律的支配。以大地电位作为参考点(零电位)，线路导线均需处于由电源所施加的高电压下，称为输电电压。由于输电线暴露于自然条件下，受气候破坏、人为破坏和自身稳定可靠性影响较大,存在诸多安全问题。
[0004]首先是雷击，雷雨季节遭受雷击机会很多。线路遭受雷击有三种情况:一是雷击于线路导线上，产生直击雷过电压；二是雷击避雷线后，反击到输电线上；三是雷击于线路附近或杆塔上，在输电线上产生感应过电压。无论是直击雷过电压还是感应过电压，都使得导线上产生大量电荷，这些电荷以近于光的速度(每秒30万公里)向导线两边传播，这就是雷电进行波。直击雷过电压，轻则引起线路绝缘子闪烙，从而引起线路单相接地或跳闸，重则引起绝缘子破裂、击穿、断线等事故，造成线路较长时间的供电中断。雷电进行波顺线路侵入到变电站，威胁电气设备的绝缘，造成避雷器爆炸、主变压器绝缘损坏等事故，直接影响了变电站的安全运行。
[0005]其次是覆冰，在低温雨雪天气里，天气寒冷时，由于湿度高，大量水气凝聚在导线表面造成覆冰，容易造成电力系统的冰冻灾害。覆冰时保杆两侧的张力不平衡，会出现导线断落冲击荷载造成倒杆；结冰的电线遇冷会收缩，风吹引起震荡，电线有时会因不胜重荷而断裂，即使不断舞动时间过长，也会使导线、塔杆、绝缘子和金具等受到不平衡冲击而疲劳损伤。由覆冰、舞动引起的输电线路倒杆(塔)、断线及跳闸事故会给电力系统的输电线路造成重大的损害，更会威胁到电网的安全稳定运行和供电系统运行的可靠性。
[0006]最后为外力破坏，外力破坏电力线路引起的故障越来越多，情况也较复杂，分布面广。在山区，开山炸石很容易炸伤绝缘子、炸断导线；在线路经过的下方燃烧农作物，火焰和浓烟易导致线路跳闸；在线路保护区内施工的大型吊车、挖掘机有时会碰断导线，撞坏塔杆等；还有些不法分子受到经济利益的驱使盗窃塔材、拉线等电力设施；以及在输电线路下钓鱼、违章施工等。
[0007]基于以上原因，对于输电线的保护尤为重要，目前主要分为主保护和后备保护，主保护一般有两种纵差保护和三段式电流保护。而在超高压系统中现在主要采用高频保护。
[0008]后备保护主要有距离保护，零序保护，方向保护等。电压保护和电流保护由于不能满足可靠性和选择性现在一般不单独使用一般是二者配合使用。且各种保护都配有自动重合闸装置。而保护又有相间和单相之分。如是双回线路则需要考虑方向。在整定时则需要注意各个保护之间的配合。还要考虑输电线路电容，互感，有无分支线路。和分支变压器，系统运行方式，接地方式，重合闸方式等。还有一点重要的是在220KV及以上系统的输电线路，由于电压等级高故障主要是单相接地故障，有时可能会出现故障电流小于负荷电流的情况。而且受各种线路参数的影响较大，在配制保护时尤其要充分考虑各种情况和参数的影响。但目前没有一种设计合理、监测准确、保护可靠且成本较低的输电线保护方案。
实用新型内容
[0009]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种输电线路的微机继电保护系统，本实用新型通过电压形成回路采集输电线路的电压波动状况，并通过低通滤波电路、数据保存电路对波动电压信号进行处理保存，最后通过微处理器分析采集处理后的电压信号，当信号波动太大出现输电线故障时，微处理器控制开关量输出模块切断输电线回路，保护输电安全。其设计合理、监测准确、保护可靠性好且成本较低，有效解决了现有技术的不足。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:包括电压形成回路、低通滤波电路、数据保存电路、微处理器和开关量输出模块，所述电压形成回路、低通滤波电路、数据保存电路、微处理器依次相连，所述微处理器输入端与键盘连接，所述微处理器输出端与显示器、开关量输出模块相连。
[0011]上述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述电压形成回路由变压器和与其连接的电阻分压式采样电路组成。
[0012]上述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述微处理器为型号C8051F021的单片机。
[0013]上述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述低通滤波电路为RC低通滤波电路。
[0014]上述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述数据保存电路为型号LF398的模拟信号存储器。
[0015]上述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述显示器为LED显示屏。
[0016]上述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述开关量输出模块为由一个PNP三极管、一个NPN三极管、二极管、发光二极管、继电器组成的开关量输出电路，其中PNP三极管基极通过电阻与单片机信号输出端连接，PNP三极管集电极通过电阻与NPN三极管基极连接，PNP三极管集电极还通过电阻与NPN三极管射极连接，所述NPN三极管集电极连接发光二极管、继电器、二极管组成的并联电路单元一端，所述NPN三极管射极接地，所述PNP三极管射极接5V电源，所述发光二极管、继电器、二极管组成的并联电路单元另一端接12V电源。
[0017]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0018]本实用新型设计合理、监测准确、保护可靠性好且成本较低，有效解决了现有技术的不足。
[0019]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的整体电路结构框图；
[0021]图2为本实用新型的电压形成回路电路原理图；
[0022]图3为本实用新型的低通滤波电路原理图；
[0023]图4为本实用新型的开关量输出模块电路原理图。
【具体实施方式】
[0024]如图1所示，一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:包括电压形成回路
1、低通滤波电路2、数据保存电路3、微处理器4和开关量输出模块7，所述电压形成回路1、低通滤波电路2、数据保存电路3、微处理器4依次相连，所述微处理器4输入端与键盘5连接，所述微处理器4输出端与显不器6、开关量输出模块7相连。
[0025]如图2所示，本实施例中，所述电压形成回路I由变压器和与其连接的电阻分压式采样电路组成。由于微处理器自带的AD转化功能的输入引脚的量程为O?2.4V，而从二次CT经电阻产生的电压是正负1.2V的交流电压信号，所以要加一个电压调理电路。利用串联电阻R3 = R4 = I千欧来平均分压。
[0026]本实施例中，所述微处理器4为型号C8051R)21的单片机。
[0027]如图3所示，本实施例中，所述低通滤波电路2为RC低通滤波电路。它具有很容易选择标准电阻电容元件的优势。并且电路本身具有通低频能力好、抗干扰能力极强和结构组成简单的特点。为满足频率不混叠为目的，在进行数据信息采集时，我们要保证采样频率高于信号频率的2倍。根据此要求来计算，我们要采集电力系统发生故障后的电压电流信号时，采样频率要提高到大于4000Hz，因为此时信号的频率大于2000Hz。本装置选用RC来实现。这样才能保证在基波频率工作时，微机保护原理正常运用，采样在可靠有效的情况下对硬件的要求不至于过高。
[0028]本实施例中，所述数据保存电路3为型号LF398的模拟信号存储器。LF398实质上是一种模拟信号存储器，它在数字指令控制下，使开关通断，对输入信号瞬时值进行采样并寄存，通常用两个运算放大器构成高输入阻抗的采样/保持电路。
[0029]本实施例中，所述显示器6为LED显示屏，用于显示输电线电压参数正常与否。
[0030]如图4所不,本实施例中，所述开关量输出模块7为由一个PNP三极管、一个NPN三极管、二极管、发光二极管、继电器组成的开关量输出电路，其中PNP三极管基极通过电阻与单片机信号输出端连接，PNP三极管集电极通过电阻与NPN三极管基极连接，PNP三极管集电极还通过电阻与NPN三极管射极连接，所述NPN三极管集电极连接发光二极管、继电器、二极管组成的并联电路单元一端，所述NPN三极管射极接地，所述PNP三极管射极接5V电源，所述发光二极管、继电器、二极管组成的并联电路单元另一端接12V电源。
[0031]开关量输出电路，作用于微机保护系统中的继电器动作切除故障线路和作用于报警动作等。本次设计用微处理器C8051F021的P2.0作为输出信号的发送口。当P2.0正常状态(高电平)时，三极管开关不导通，继电器不动作；当发送动作指令，其输出低电平时，两个三极管开关先后导通，LED灯亮，同时继电器动作，切除故障线路和并报警达到保护输电线的目的。
[0032]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:包括电压形成回路(I)、低通滤波电路(2)、数据保存电路(3)、微处理器(4)和开关量输出模块(7)，所述电压形成回路(I)、低通滤波电路(2)、数据保存电路(3)、微处理器(4)依次相连，所述微处理器(4)输入端与键盘(5)连接，所述微处理器(4)输出端与显示器￠)、开关量输出模块(7)相连。
2.按照权利要求1所述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述电压形成回路(I)由变压器和与其连接的电阻分压式采样电路组成。
3.按照权利要求1所述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述微处理器(4)为型号C8051F021的单片机。
4.按照权利要求1所述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述低通滤波电路⑵为RC低通滤波电路。
5.按照权利要求1所述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述数据保存电路(3)为型号LF398的模拟信号存储器。
6.按照权利要求1所述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述显示器(6)为LED显示屏。
7.按照权利要求1所述的一种输电线路的微机继电保护系统，其特征在于:所述开关量输出模块(X)为由一个PNP三极管、一个NPN三极管、二极管、发光二极管、继电器组成的开关量输出电路，其中PNP三极管基极通过电阻与单片机信号输出端连接，PNP三极管集电极通过电阻与NPN三极管基极连接，PNP三极管集电极还通过电阻与NPN三极管射极连接，所述NPN三极管集电极连接发光二极管、继电器、二极管组成的并联电路单元一端，所述NPN三极管射极接地，所述PNP三极管射极接5V电源，所述发光二极管、继电器、二极管组成的并联电路单元另一端接12V电源。
【文档编号】H02H7/26GK204144930SQ201420644955
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】汪振东, 何慧梅, 刘晓华, 刘陶, 鲁小鹏, 高俊成, 倪凯峰, 全龙翔, 李均委, 陈晓云, 李小红, 金丽, 杨勇 申请人:国网新疆电力公司电力科学研究院, 成都爱信雅克科技有限公司