一种高压开关保护装置的制作方法

1.本发明涉及开关保护技术领域，具体涉及一种高压开关保护装置。


背景技术：

2.目前，高压开关的发展日趋智能化。为了使高压开关更可靠的工作，作为智能化主控部件的保护装置是必不可少的。然而，现有的此类保护装置绝大部分采用单片机或dsp芯片进行检测控制，单片机或dsp芯片的应用具有局限性且数据处理能力和抗干扰能力有限。由于高压开关需要采集的数据较多，单片机控制结构容易出现数据采集混乱，使得保护装置运行出错概率加大，不利于对高压开关状态的监测。
3.综上所述，急需一种高压开关保护装置以解决现有技术中应用单片机或dsp芯片容易出现数据采集混乱，使得保护装置运行出错概率加大，不利于对高压开关状态监测的问题。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种高压开关保护装置，具体技术方案如下：
5.一种高压开关保护装置，包括数据采集模块、开关量控制模块、主控制器、副控制器、数据存储模块和通讯模块；
6.在所述主控制器上设有第一连接主端口、第二连接主端口、第三连接主端口和第四连接主端口；
7.所述数据采集模块通过第一连接主端口连接主控制器，所述数据采集模块用于对高压开关的电流电压、工作环境和漏电情况的数据采集后传输至主控制器，通过主控制器对数据采集模块采集的数据进行处理；
8.所述开关量控制模块的输入端通过第二连接主端口连接主控制器，而输出端通过第三连接主端口连接主控制器，所述开关量控制模块用于将检测到的高压开关断路器的合闸和分闸情况输入到主控制器，并通过所述主控制器控制开关量控制模块的开或关，进而调控对高压开关断路器的开关量；
9.在所述副控制器上设有第一连接副端口、第二连接副端口和第三连接副端口；所述副控制器通过第一连接副端口与主控制器上的第四连接主端口连接，所述副控制器用于对所述主控制器传输的信号数据进行存储；
10.所述数据存储模块通过第二连接副端口连接副控制器，用于接收所述副控制器的信号数据，并分序记录高压开关断路器的合闸和分闸的工作数据；
11.所述通讯模块通过第三连接副端口连接副控制器，用于对多个高压开关进行分布式数据采集与远程数据通讯。
12.优选的，所述高压开关保护装置，还包括电源模块，在电源模块上设有第一电源连接端和第二电源连接端；
13.在所述主控制器上设有与电源模块第一电源连接端连接的第五连接主端口，在所
述副控制器上设有与电源模块第二电源连接端连接的第四连接副端口，所述电源模块用于为所述主控制器和所述副控制器提供所需电压。
14.优选的，所述高压开关保护装置，还包括报警模块和显示模块；
15.在所述主控制器上设有与报警模块连接的第六连接主端口，所述报警模块用于在主控制器对数据采集模块采集数据处理后出现异常结果时进行声光报警；
16.在所述副控制器上设有与显示模块连接的第五连接副端口，所述显示模块用于显示高压开关分合转台、保护类型、参数设置、电压和电流数值。
17.优选的，所述数据采集模块包括电流检测单元、工作环境检测单元、电压形成单元、放大滤波单元和漏电处理单元；
18.在所述电压形成单元上设有第一电压连接端、第二电压连接端、第三电压连接端和第四电压连接端；
19.所述电流检测单元通过第一电压连接端连接电压形成单元，所述电流检测单元用于对高压开关进行电流信号检测，并将检测的电流信号传输至电压形成单元；
20.所述工作环境检测单元通过第二电压连接端连接电压形成单元，所述工作环境检测单元用于检测高压开关的使用温度和所处环境的湿度，并将检测的温度和湿度数据传输至电压形成单元；
21.所述漏电处理单元通过第三电压连接端连接电压形成单元，用于检测高压开关的漏电电流信号，并将检测的漏电电流信号传输至电压形成单元；
22.所述放大滤波单元的一端通过第四电压连接端连接电压形成单元，而另一端与所述主控制器连接，所述放大滤波单元用于放大过滤所述电压形成单元输出的电压信号，并将过滤后的电压信号输送至所述主控制器。
23.优选的，所述漏电处理单元包括零序电压互感器、零序电流互感器、谐波提取器、波形变换器和光电隔离；
24.在所述谐波提取器上设有第一提取连接端、第二提取连接端和第三提取连接端；
25.所述零序电压互感器通过第一提取连接端连接谐波提取器；
26.所述零序电流互感器通过第二提取连接端连接谐波提取器；
27.所述波形变换器的一端通过第三提取连接端连接谐波提取器，而另一端通过光电隔离连接所述电压形成单元的第三电压连接端。
28.优选的，所述放大滤波单元包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一运放a1、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第二运放a2、第一二级管d1和第二二级管d2；
29.所述第一电阻r1的第一端通过第四电压连接端连接电压形成单元，而第二端分别连接第一运放a1的反相端、第一电容c1的第一端和第二电阻r2的第一端；所述第一运放a1的输出端分别连接第三电阻r3的第一端、第一电容c1的第二端和第二电阻r2的第二端；所述第一运放a1的连接端x连接第三电容c3的第一端；第一运放a1的连接端y连接第二电容c2的第一端；所述第三电阻r3的第二端分别连接第五电阻r5的第一端和第四电容c4的第一端；所述第五电阻r5的第二端分别连接第二运放a2的同相端和第五电容c5的第一端；所述第二运放a2的反相端分别连接第四电阻r4的第一端和第六电阻r6的第一端；所述第二运放a2的输出端分别连接第七电阻r7的第一端、第一二级管d1的阴极和所述主控制器的第一连
接主端口；所述第一运放a1的同相端接地；所述第二电容c2的第二端、第三电容c3的第二端、第四电容c4的第二端、第五电容c5的第二端、第七电阻r7的第二端、第四电阻r4的第二端和第二二级管d2的阴极均接地；所述第二二级管d2的阳极连接第一二级管d1的阳极。
30.优选的，所述通讯模块包括数据输出单元、can总线、嵌入式网关、以太局域网和internet；
31.所述数据输出单元通过can总线连接嵌入式网关的输入端，所述嵌入式网关的输出端分别连接以太局域网和internet。
32.优选的，所述数据输出单元包括光电耦合电路和数据收发电路；所述光电耦合电路的第一端通过第三连接副端口连接副控制器，而另一端通过数据收发电路连接can总线；所述光电耦合电路，用于对所述副控制器和所述数据收发电路进行隔离保护；所述数据收发电路，用于接收和发送所述副控制器处理的电流电压数据、温湿度数据和零序电流电压数据。
33.优选的，所述光电耦合电路包括第一耦合器u1、第二耦合器u2、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11和第一电源vcc；在所述副控制器的第三连接副端口上设置发送引脚和接收引脚；
34.所述第一电源vcc分别连接第一耦合器u1的nc端、第一耦合器u1的ve端、第一耦合器u1的vcc端、第二耦合器u2的ve端，第二耦合器u2的a端和第二耦合器u2的vcc端；所述第一耦合器u1的c端通过第八电阻r8连接副控制器的第三连接副端口的发送引脚；所述第一耦合器u1的vcc端连接第十电阻r10的第一端；所述第二耦合器u2的vcc端通过第九电阻r9连接副控制器的第三连接副端口的接收引脚和第二耦合器u2的vo端；所述第二耦合器u2的c端连接第十一电阻r11的第一端；所述第十一电阻r11的第二端和第十电阻r10的第二端均连接所述数据收发电路。
35.优选的，所述数据收发电路包括第一收发器u3、第六电容c6、第七电容c7、第三二级管d3、第四二级管d4、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16和第十七电阻r17；所述can总线包括canh线和canl线；
36.所述第一收发器u3的txd端连接第十三电阻r13的第一端、第十电阻r10的第二端和第一耦合器u1的vo端；所述第一收发器u3的rxd端连接第十一电阻r11的第二端和第十二电阻r12的第一端；所述第一收发器u3的vcc端连接第一电源vcc、第十二电阻r12的第二端和第十三电阻r13的第二端；所述第一收发器u3的canh端通过第十五电阻r15分别连接第六电容c6的第一端、第三二级管d3的阴极、第十七电阻r17的第一端和can总线的canh线；所述第一收发器u3的canl端通过第十六电阻r16分别连接第七电容c7的第一端、第四二级管d4的阳极、第十七电阻r17的第二端和can总线的canl线；所述第一收发器u3的s端通过第十四电阻r14分别连接第一收发器u3的gnd端和地端；所述第六电容c6的第二端、第三二级管d3的阳极、第七电容c7的第二端和第四二级管d4的阴极均接地。
37.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
38.本发明所述高压开关保护装置采用主控制器和副控制器可进行分工作业用于执行不同的功能，确保数据采集精确，使得保护装置安全运行，便于对高压开关状态监测，直接避免了现有技术中采用单一控制器，即应用单片机或dsp芯片造成数据采集混乱的问题。
39.本发明所述高压开关保护装置的作业原理如下：所述高压开关保护装置通过数据
采集模块中的电流检测单元、电压形成单元、温度传感器、湿度传感器、零序电压互感器和零序电流互感器分别对高压开关的电流、电压、工作环境温度、工作环境湿度、零序电压以及零序电流进行采样；采样的电流、电压、工作环境温度和工作环境湿度依次通过电压形成单元和放大滤波单元处理，用于加强对采样数据信号的提取，零序电压以及零序电流分别通过谐波提取器多次谐波提取，再通过波形变换器进行相位和波形形成，并做对比处理以获得对比数据；通过第一连接主端口将电流、电压、工作环境温度、工作环境湿度和对比数据传输给主控制器，所述主控制器通过双口ram通道与副控制器进行信息交互与数据存储，所述副控制器将存储数据通过显示模块显示，并通过can总线与以太局域网和internet网络进行无线远距离传输，实现对多个高压开关进行集中监测，其中can总线可采集多个高压开关的采样数据。
40.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
41.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
42.图1是本发明实施例1中一种高压开关保护装置的原理方框示意图；
43.图2是图1中数据采集模块与主控制器连接的原理方框示意图；
44.图3是图2中漏电处理单元的原理方框示意图；
45.图4是图2中放大滤波单元的电路图；
46.图5是图1中通讯模块的原理方框示意图；
47.图6是图5中数据输出单元的电路图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.实施例1：
50.参见图1，一种高压开关保护装置，包括数据采集模块、开关量控制模块、主控制器、副控制器、数据存储模块和通讯模块；
51.在所述主控制器(具体采用一片dsp(digital signal processing，数字信号处理)芯片)上设有第一连接主端口、第二连接主端口、第三连接主端口和第四连接主端口；
52.所述数据采集模块通过第一连接主端口连接主控制器，所述数据采集模块用于对高压开关的电流电压、工作环境和漏电情况的数据采集后传输至主控制器，通过主控制器对数据采集模块采集的数据进行处理；
53.所述开关量控制模块(具体是真空断路器)的输入端通过第二连接主端口连接主控制器，而输出端通过第三连接主端口连接主控制器，所述开关量控制模块用于将检测到的高压开关断路器的合闸和分闸情况输入到主控制器，并通过所述主控制器控制开关量控
制模块的开或关，进而调控对高压开关断路器的开关量；所述开关量控制模块的开或关控制取自高压开关断路器的辅助常开触点，识别现场开关的状态。其中，高压开关断路器可采用真空断路器，也可采用sf6(六氟化硫)断路器，本实施例1采用真空断路器；
54.在所述副控制器(采用一片stc89c52单片机或者一片dsp(digital signal processing，数字信号处理)芯片，本实施例1具体采用一片stc89c52单片机)上设有第一连接副端口、第二连接副端口和第三连接副端口；所述副控制器通过第一连接副端口与主控制器上的第四连接主端口连接，所述副控制器用于对所述主控制器传输的信号数据进行存储；
55.所述数据存储模块(采用大容量低功耗的qdr
‑
ii型sram(static random
‑
access memory，静态随机存取存储器)或者采用mram(magneto
‑
resistive random access memory，磁性随机存储器))，其中，sram采用后背电池作掉电保护，避免数据丢失。本实施例1具体采用qdr
‑
ii型sram。)通过第二连接副端口连接副控制器，用于接收所述副控制器的信号数据，并分序记录高压开关断路器的合闸和分闸的工作数据；
56.所述通讯模块通过第三连接副端口连接副控制器，用于对多个高压开关进行分布式数据采集与远程数据通讯。
57.在实施例1中，所述主控制器第四连接主端口与所述副控制器第一连接副端口通过双口ram(randomaccess memory，随机存取存储器)通道连接，进而实现所述主控制器和副控制器之间的信息交互与数据存储作业，本实施例1采用主控制器和副控制器可进行分工作业，用于执行不同的功能，确保数据采集精确，使得保护装置安全运行，便于对高压开关状态监测，直接避免了现有技术中采用单一控制器，即应用单片机或dsp芯片造成数据采集混乱的问题。
58.参见图1，所述高压开关保护装置，还包括电源模块(具体采用dc
‑
dc稳压转换器将市电压转换为装置所需电压)，在电源模块上设有第一电源连接端和第二电源连接端；
59.在所述主控制器上设有与电源模块第一电源连接端连接的第五连接主端口，在所述副控制器上设有与电源模块第二电源连接端连接的第四连接副端口，所述电源模块用于为所述主控制器和所述副控制器提供所需电压。
60.参见图1，所述高压开关保护装置，还包括报警模块(具体采用声光报警的方式进行危险警报)和显示模块(可采用lcd(liquid crystal display，液晶显示屏)液晶屏，也可采用oled(organic light emitting diode，有机电激光显示)显示屏，本实施例1具体采用lcd液晶屏)；
61.在所述主控制器上设有与报警模块连接的第六连接主端口，所述报警模块用于在主控制器对数据采集模块采集数据处理后出现异常结果时进行声光报警；
62.在所述副控制器上设有与显示模块连接的第五连接副端口，所述显示模块用于显示高压开关分合转台、保护类型、参数设置、电压和电流数值。
63.参见图2，所述数据采集模块包括电流检测单元(具体为ct(current transformer)电流互感器)、工作环境检测单元(具体为并联设置的温度传感器和湿度传感器)、电压形成单元(具体是变压器)、放大滤波单元(采用rc滤波电路或者采用滤波器，本实施例1具体采用rc滤波电路)和漏电处理单元；
64.在所述电压形成单元上设有第一电压连接端、第二电压连接端、第三电压连接端
和第四电压连接端；
65.所述电流检测单元通过第一电压连接端连接电压形成单元，所述电流检测单元用于对高压开关进行电流信号检测，并将检测的电流信号传输至电压形成单元；
66.所述工作环境检测单元通过第二电压连接端连接电压形成单元，所述工作环境检测单元用于检测高压开关的使用温度和所处环境的湿度，并将检测的温度和湿度数据传输至电压形成单元；
67.所述漏电处理单元通过第三电压连接端连接电压形成单元，用于检测高压开关的漏电电流信号，并将检测的漏电电流信号传输至电压形成单元；
68.所述放大滤波单元的一端通过第四电压连接端连接电压形成单元，而另一端与所述主控制器连接，所述放大滤波单元用于放大过滤所述电压形成单元输出的电压信号，并将过滤后的电压信号输送至所述主控制器。
69.参见图3，所述漏电处理单元包括零序电压互感器、零序电流互感器、谐波提取器、波形变换器和光电隔离；
70.在所述谐波提取器上设有第一提取连接端、第二提取连接端和第三提取连接端；
71.所述零序电压互感器通过第一提取连接端连接谐波提取器，所述谐波提取器通过零序电压互感器对电网零序电压(具体是当电网的中性点直接接地或者短路时产生的零序电压，该零序电压由电压互感器检测提供)进行5次谐波提取；
72.所述零序电流互感器通过第二提取连接端连接谐波提取器，所述谐波提取器通过零序电流互感器对电网零序电流(具体是当电网发生触点或者漏电时产生的零序电流，该零序电流由零序电流互感器检测并提供)进行5次谐波提取；
73.所述波形变换器的一端通过第三提取连接端连接谐波提取器，而另一端通过光电隔离连接所述电压形成单元的第三电压连接端。
74.参见图4，所述放大滤波单元包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一运放a1(选用opx177单路放大器或者opx2177双路放大器，本实施例1具体选用opx2177双路放大器)、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第二运放a2(选用opx177单路放大器或者opx2177双路放大器，本实施例1具体选用opx2177双路放大器)、第一二级管d1和第二二级管d2；
75.所述第一电阻r1的第一端通过第四电压连接端连接电压形成单元，而第二端分别连接第一运放a1的反相端、第一电容c1的第一端和第二电阻r2的第一端；所述第一运放a1的输出端分别连接第三电阻r3的第一端、第一电容c1的第二端和第二电阻r2的第二端；所述第一运放a1的连接端x连接第三电容c3的第一端；第一运放a1的连接端y连接第二电容c2的第一端；所述第三电阻r3的第二端分别连接第五电阻r5的第一端和第四电容c4的第一端；所述第五电阻r5的第二端分别连接第二运放a2的同相端和第五电容c5的第一端；所述第二运放a2的反相端分别连接第四电阻r4的第一端和第六电阻r6的第一端；所述第二运放a2的输出端分别连接第七电阻r7的第一端、第一二级管d1的阴极和所述主控制器的第一连接主端口；所述第一运放a1的同相端接地；所述第二电容c2的第二端、第三电容c3的第二端、第四电容c4的第二端、第五电容c5的第二端、第七电阻r7的第二端、第四电阻r4的第二端和第二二级管d2的阴极均接地；所述第二二级管d2的阳极连接第一二级管d1的阳极。
76.参见图5，所述通讯模块包括数据输出单元、can总线、嵌入式网关(具体采用
ds80c400网关)、以太局域网和internet；
77.所述数据输出单元通过can总线连接嵌入式网关的输入端，所述数据输出单元用于将数据采集模块和开关量控制模块采集的数据进行输出，然后通过can总线进行传输；其中，所述数据输出单元可以根据实际需求进行扩展出多个数据输出单元。所述嵌入式网关的输出端分别连接以太局域网和internet，所述嵌入式网关用于实现can总线到以太局域网和internet的无线连接。在所述通讯模块中采用can总线通过嵌入式网关与以太局域网和internet进行交互，实现对多个高压开关进行集中监测。
78.参见图6，所述数据输出单元包括光电耦合电路和数据收发电路；所述光电耦合电路的第一端通过第三连接副端口连接副控制器，而另一端通过数据收发电路连接can总线；所述光电耦合电路，用于对所述副控制器和所述数据收发电路进行隔离保护；所述数据收发电路，用于接收和发送所述副控制器处理的电流电压数据、温湿度数据和零序电流电压数据。
79.参见图6，所述光电耦合电路包括第一耦合器u1(具体选用高数光电耦合器，型号为pc817)、第二耦合器u2(具体选用高数光电耦合器，型号为pc817)、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11和第一电源vcc；在所述副控制器的第三连接副端口上设置发送引脚和接收引脚；
80.所述第一电源vcc分别连接第一耦合器u1的nc端、第一耦合器u1的ve端、第一耦合器u1的vcc端、第二耦合器u2的ve端，第二耦合器u2的a端和第二耦合器u2的vcc端；所述第一耦合器u1的c端通过第八电阻r8连接副控制器的第三连接副端口的发送引脚；所述第一耦合器u1的vcc端连接第十电阻r10的第一端；所述第二耦合器u2的vcc端通过第九电阻r9连接副控制器的第三连接副端口的接收引脚和第二耦合器u2的vo端；所述第二耦合器u2的c端连接第十一电阻r11的第一端；所述第十一电阻r11的第二端和第十电阻r10的第二端均连接所述数据收发电路。
81.参见图6，所述数据收发电路包括第一收发器u3(选用具有物理总线和协议控制器接口的can总线收发器，型号可选用pca82c250或者tja1040，本实施例1具体选用pca82c250)、第六电容c6、第七电容c7、第三二级管d3、第四二级管d4、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16和第十七电阻r17；所述can总线包括canh线和canl线；
82.所述第一收发器u3的txd端连接第十三电阻r13的第一端、第十电阻r10的第二端和第一耦合器u1的vo端；所述第一收发器u3的rxd端连接第十一电阻r11的第二端和第十二电阻r12的第一端；所述第一收发器u3的vcc端连接第一电源vcc、第十二电阻r12的第二端和第十三电阻r13的第二端；所述第一收发器u3的canh端通过第十五电阻r15分别连接第六电容c6的第一端、第三二级管d3的阴极、第十七电阻r17的第一端和can总线的canh线；所述第一收发器u3的canl端通过第十六电阻r16分别连接第七电容c7的第一端、第四二级管d4的阳极、第十七电阻r17的第二端和can总线的canl线；所述第一收发器u3的s端通过第十四电阻r14分别连接第一收发器u3的gnd端和地端；所述第六电容c6的第二端、第三二级管d3的阳极、第七电容c7的第二端和第四二级管d4的阴极均接地。
83.在实施例1中，所述第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十
二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6和第七电容c7均设置两个连接端，分别记为第一端和第二端。
84.在实施例1中，所述高压开关保护装置具体作业过程如下：
85.首先，通过数据采集模块中的电流检测单元、电压形成单元、温度传感器、湿度传感器、零序电压互感器和零序电流互感器分别对高压开关的电流、电压、工作环境温度、工作环境湿度、零序电压以及零序电流进行采样；
86.其次，采样的电流、电压、工作环境温度和工作环境湿度依次通过电压形成单元和放大滤波单元处理，用于加强对采样数据信号的提取，零序电压以及零序电流分别通过谐波提取器5次谐波提取，再通过波形变换器进行相位和波形形成，并做对比处理以获得对比数据；
87.最后，通过第一连接主端口将电流、电压、工作环境温度、工作环境湿度和对比数据传输给主控制器，所述主控制器通过双口ram通道与副控制器进行信息交互与数据存储，所述副控制器将存储数据通过显示模块显示，并通过can总线与以太局域网和internet网络进行无线远距离传输，实现对多个高压开关进行集中监测，其中can总线可采集多个高压开关的采样数据。
88.所述高压开关保护装置采用主控制器和副控制器可进行分工作业，用于执行不同的功能，确保数据采集精确，使得保护装置安全运行，便于对高压开关状态监测，直接避免了现有技术中采用单一控制器，即应用单片机或dsp芯片造成数据采集混乱的问题。
89.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。