專利名稱：一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電力系統(tǒng)用開關(guān)柜的過載和短路進行控制保護的裝置，具體地說，是指一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機保護裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)在運行過程中可能發(fā)生各種故障或不安全的運行狀態(tài)，一般采用繼電保護裝置將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，以保證非故障部分的繼續(xù)運行。對于在12kV配電網(wǎng)終端用戶變電站和戶內(nèi)外環(huán)網(wǎng)柜進線開關(guān)及400V進線開關(guān)，通常采用斷路器保護，但從體積、維修性及經(jīng)濟性考慮，不設(shè)置直流屏和繼電保護屏，這樣在發(fā)生過流及短路故障時繼電保護裝置就要求其自具電源。傳統(tǒng)的電磁式過流繼電器無需外接電源，但可靠性低，過流保護選擇性差。國內(nèi)公開了一種具有直流自供電源的真空斷路器，公開號CN2403117，
公開日2000.10.25，技術(shù)方案是經(jīng)主回路一相電流互感器取電流經(jīng)變換對蓄電池充電作為供給斷路器完成電動操作之目的，該裝置適合于戶外柱上開關(guān)的產(chǎn)品，而適用于戶內(nèi)無蓄電池的相關(guān)開關(guān)柜未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是公開一種自具電源的適合于我國電力系統(tǒng)中性點不接地特點的開關(guān)柜的過載和短路電流控制保護的微機保護裝置。
本實用新型是一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機保護裝置，該裝置的CTa、CTb、CTc三相主回路電流經(jīng)電流互感器CTa’、CTb’、CTc’變?yōu)樾‰娏骱筝斎氲秸麟娐氛鳛槊}動直流輸出至斬波穩(wěn)壓電路，經(jīng)斬波穩(wěn)壓電路變換成保護裝置所需的直流電源；同時，斬波穩(wěn)壓電路輸出相序電流信號至動作值選擇電路，根據(jù)用戶的不同需要設(shè)定相序動作值，經(jīng)濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路輸入到單片機采樣；CTa、CTb、CTc三相主回路電流互感器并聯(lián)后合成零序電流或者采用外部零序互感器CT0形成的零序電流，經(jīng)零序電流選擇電路輸入到小零序電流互感器CT0’，經(jīng)動作值選擇電路選擇動作值，再經(jīng)濾波放大電路輸入到單片機采樣；單片機對采樣的故障信息進行處理后輸出至功率放大電路進行放大處理后控制脫扣器的跳閘。
所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其斬波穩(wěn)壓電路由三極管T1、電阻R1～R8、電容C1～C3、二極管D1、D2和比較器U1組成，T1的集電極與D1的陽極接，D1的陰極接R5，R5的另一端接R3、R6、R7的一端，R6的另一端接R8的一端，C2的陽極接電源，R4的兩端分別接R3、R6的一端，C3的一端、C2的陰極、D2陰極、R8的一端、C1的一端接地，U1的+輸入端與R6、R8的相連點連接，U1的-輸入端與R7、D2相連點連接，U1的輸出端與R2、R3、R4一端接，T1的基極與R2、R1的一端接，R1與C1的一端接。
所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其單片機選取MC68HC711E9芯片。
所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分別與零序電流互感器CT0輸出端相連，接線端子排Jxa的10端接電流互感器CT0’的P4和P2端，接線端子排Jxb的13、14端相連成短路，接線端子排Jxb的12端接電流互感器CT0’的P1端，形成外部零序電流。
本實用新型的自具電源保護控制器與傳統(tǒng)的保護控制器的最大區(qū)別在于它不需要不間斷的操作電源(如蓄電池)對控制器進行供電，直接通過系統(tǒng)的互感器從電力系統(tǒng)取得電能。另一方面，采用本實用新型的保護裝置減少了線路故障排除時間，以及停電區(qū)域和停電時間，提高了供電質(zhì)量。


圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實用新型內(nèi)部零序電流選擇電路原理圖。
圖3是本實用新型外部零序電流選擇電路原理圖。
圖4是本實用新型斬波穩(wěn)壓電路的原理圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。
本實用新型的保護裝置無需外接電源，可對中性點不接地系統(tǒng)及小電阻接地系統(tǒng)進行檢測和保護，并通過無線短消息方式將故障信息上傳給控制監(jiān)控中心，從而為終端用戶變電所及箱式變電站的保護提供了一種新型實用的解決方案。
請參見圖1所示，本實用新型的一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機保護裝置，該包括MC68HC711E9高性能單片機、整流電路、斬波穩(wěn)壓電路、直流電源、設(shè)定相序動作值的動作值選擇電路、以及對設(shè)定的相序電流信號進行處理的濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路、參數(shù)設(shè)置電路、設(shè)定零序動作值的動作值選擇電路、以及對設(shè)定的零序電流信號進行處理的濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路、功率放大電路、指示燈及磁記憶顯示電路，以及電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’。CTa、CTb、CTc為三相主回路電流互感器輸出的電流，經(jīng)電流互感器CTa’、CTb’、CTc’變?yōu)樾‰娏鬏斎氲秸麟娐分?。從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看似乎是三相電流串聯(lián)，實際上輸出電流是三相電流絕對值的最大值，為脈動直流。此電流經(jīng)過斬波穩(wěn)壓電路變換成保護裝置所需的直流電源，直流電源包括5V和12V。同時相電流信號輸入到動作值選擇電路，用戶可以根據(jù)該裝置的面板上的調(diào)節(jié)鈕根據(jù)不同需要設(shè)定零序和相序動作值，經(jīng)過濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路輸入到單片機采樣。
零序電流檢測有兩種途徑可供選擇，一種是直接將三相主回路電流互感器并聯(lián)后合成零序電流，另外一種是采用外部零序互感器CT0’。這兩種信號經(jīng)零序電流選擇電路輸入到小零序互感器，經(jīng)動作值選擇電路選擇動作值，再經(jīng)濾波放大電路輸入到單片機采樣。請參見圖2、3所示。當(dāng)用戶選擇外部零序電流時，零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分別與零序電流互感器CT0輸出端相連，接線端子排Jxa的10端接電流互感器CT0’的P4和P2端，接線端子排Jxb的13、14端相連成短路，接線端子排Jxb的12端接電流互感器CT0’的P1端，形成外部零序電流。當(dāng)用戶選擇內(nèi)部零序電流時，零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端相連成短路，電流互感器CTa’、CTb’、CTc’輸出的相電流經(jīng)合成后形成內(nèi)部零序電流選擇電路。
參數(shù)設(shè)置電路完成諸如相電流曲線選擇，相電流和零序電流動作電流值及延時時間等選擇功能。
指示燈及磁記憶顯示電路用于完成工作狀態(tài)指示及故障狀態(tài)指示。磁記憶顯示電路的關(guān)鍵器件是磁記憶顯示器，這是一種記憶元件，有兩個控制線圈，分別控制顯示片的正反兩個方向，當(dāng)達到觸發(fā)電壓和電流時，可在極短的時間內(nèi)使磁性記憶片翻轉(zhuǎn)，在失電情況下，由永磁體保持觸發(fā)后的顯示狀態(tài)，實際使用中記憶片的顏色可根據(jù)不同的目的進行選擇。由于驅(qū)動信號所需電流有幾百毫安，單片機發(fā)出的指令需經(jīng)過三極管構(gòu)成的放大電路放大后驅(qū)動磁記憶顯示器。
在本實用新型中單片機為Motorola公司生產(chǎn)的MC68HC711E9高性能單片機。微處理器是微機繼電保護裝置的核心，在處理器的選用上要充分考慮運算速度、模擬信號采集、精度輸入輸出能力和較強的中斷能力，同時還要兼顧到系統(tǒng)的可靠性。此單片機具有豐富的I/O功能，包括5個8位并行I/O口，9功能16定時器系統(tǒng)、SCI、SPI、八路8位A/D、脈沖累加器、實時中斷、計算機正常監(jiān)視系統(tǒng)等。內(nèi)部有12K字節(jié)EPROM、512字節(jié)EEPROM、512字節(jié)RAM。既可以單片方式工作，也可以擴展方式工作。微處理器自帶8通道8位A/D轉(zhuǎn)換器可完成模擬信號的輸入和轉(zhuǎn)換，具有5個輸出比較功能可執(zhí)行定時功能，每個輸出比較功能具有一個16位比較寄存器和一個16位比較器，可滿足系統(tǒng)的定時功能和定時精度。選用此單片機后系統(tǒng)工作在單片方式下便可滿足設(shè)計要求，由于程序寄存器及數(shù)據(jù)寄存器在片內(nèi)，數(shù)據(jù)總線和地址總線不出芯片，大大的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠度。
在本實用新型中，自具電源電路的設(shè)計為電流互感器輸入給斬波穩(wěn)壓電路的電流為脈動直流電壓，此電流經(jīng)過斬波穩(wěn)壓電路變換成20V直流電源，圖4中，整流電路輸出脈動直流信號，通過二極管D1，電阻R5對電容C2、C3充電及為負(fù)載供電。當(dāng)R6、R8上的分壓值高于穩(wěn)壓管D2的穩(wěn)壓值10V時，比較器U1輸出高電平T1導(dǎo)通，電流I經(jīng)T1流入地，二極管D1反偏截止，C2、C3對負(fù)載供電，當(dāng)R6、R8上的分壓值低于穩(wěn)壓管D2的穩(wěn)壓值時，比較器U1輸出低電平T1截止，脈動直流I通過二極管D1，電阻R5恢復(fù)對電容C2、C3充電及為負(fù)載供電，以上過程周而復(fù)始。在電容C2、C3上電壓VCC便形成紋波很小的直流電壓。當(dāng)R6＝R8＝47k，則VCC平均電壓值為20V。R4為正反饋電阻，使得比較器LM239構(gòu)成有回差比較器，防止輸入信號因干擾造成輸出電壓頻繁跳變。R4小T1開關(guān)頻率低，損耗小，紋波大。反之，則T1開關(guān)頻率高，損耗大，紋波低。紋波電壓控制在0.4V滿足設(shè)計要求。保護裝置可以在15％～20倍額定電流的寬范圍內(nèi)正常工作。
權(quán)利要求1.一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機保護裝置，至少包含一可以檢測斷相故障并進行相應(yīng)處理，提供多條標(biāo)準(zhǔn)反時限曲線和定時限曲線進行繼電延時保護，其控制單元采用高可靠的單片機；一對CTa、CTb、CTc三相主回路電流互感器輸入的電流，經(jīng)CTa’、CTb’、CTc’后進行整流的整流電路；一可以根據(jù)用戶的不同需要設(shè)定相序動作值的動作值選擇電路；一對上述相序電流信號進行濾波、放大處理的濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路；一對電流進行變換成開關(guān)柜微機保護裝置所需的直流電源的斬波穩(wěn)壓電路；一輸入至上述單片機中進行相電流曲線選擇、相電流和零序電流動作電流值以及延時時間參數(shù)的參數(shù)設(shè)置電路；一可以根據(jù)用戶的不同需要設(shè)定零序動作值的動作值選擇電路；一對上述零序電流信號進行濾波、放大處理的濾波電路；一對上述單片機輸出的高電平信號進行放大處理的功率放大電路；一用于完成工作狀態(tài)指示及故障狀態(tài)指示的指示燈及磁記憶顯示電路，其特征在于還包括一對外部零序電流互感器輸入的零序電流和內(nèi)部由相序電流互感器CTa’、CTb’、CTc’合成的零序電流經(jīng)零序電流選擇電路后轉(zhuǎn)換成小零序電流的零序電流互感器CT0’；CTa、CTb、CTc三相主回路電流經(jīng)電流互感器CTa’、CTb’、CTc’變?yōu)樾‰娏骱筝斎氲秸麟娐氛鳛槊}動直流輸出至斬波穩(wěn)壓電路，經(jīng)斬波穩(wěn)壓電路變換成保護裝置所需的直流電源；同時，經(jīng)采樣電阻輸出的相序電流信號至動作值選擇電路，根據(jù)用戶的不同需要設(shè)定相序動作值，經(jīng)濾波電路和電流電壓轉(zhuǎn)換及放大電路輸入到單片機采樣；CTa、CTb、CTc三相主回路電流互感器并聯(lián)后合成零序電流或者采用外部零序互感器CT0形成的零序電流，經(jīng)零序電流選擇電路輸入到小零序電流互感器CT0’，經(jīng)動作值選擇電路選擇動作值，再經(jīng)濾波放大電路輸入到單片機采樣；單片機對采樣的故障信息進行處理后輸出至功率放大電路進行放大處理后控制脫扣器的跳閘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其特征在于所述的單片機選取MC68HC711E9芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其特征在于所述的斬波穩(wěn)壓電路由三極管T1、電阻R1～R8、電容C1～C3、二極管D1、D2和比較器U1組成，T1的集電極與D1的陽極接，D1的陰極接R5，R5的另一端接R3、R6、R7的一端，R6的另一端接R8的一端，C2的陽極接電源，R4的兩端分別接R3、R6的一端，C3的一端、C2的陰極、D2陰極、R8的一端、C1的一端接地，U1的+輸入端與R6、R8的相連點連接，U1的-輸入端與R7、D2相連點連接，U1的輸出端與R2、R3、R4一端接，T1的基極與R2、R1的一端接，R1與C1的一端接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其特征在于所述的零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端分別與零序電流互感器CTO輸出端相連，接線端子排Jxa的10端接電流互感器CT0’的P4和P2端，接線端子排Jxa的12端接地，接線端子排Jxb的13、14端相連成短路，接線端子排Jxb的13端接電流互感器CT0’的P1端，形成外部零序電流選擇電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其特征在于所述的零序電流選擇電路中CTa、CTb、CTc三相主回路電流通過接線端子排Jxa和Jxb連接電流互感器CTa’、CTb’、CTc’和CT0’，其中，Jx10端和Jx12端相連成短路，電流互感器CTa’、CTb’、CTc’輸出的相電流經(jīng)合成后形成內(nèi)部零序電流選擇電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其特征在于所述的斬波穩(wěn)壓電路輸出20V直流電源，所述的直流電源電路輸出5V和12V的直流電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)柜微機保護裝置，其特征在于開關(guān)柜微機保護裝置延時時間誤差在±2％或±20ms以內(nèi)，斷相故障判別率為100％。
專利摘要本實用新型公開了一種自具電源的終端用戶開關(guān)柜微機保護裝置，該保護裝置適用于我國配電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)或經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的終端用戶。三相主回路電流經(jīng)電流互感器CTa’、CTb’、CTc’變?yōu)樾‰娏骱筝斎氲秸麟娐氛鳛槊}動直流輸出至斬波穩(wěn)壓電路，經(jīng)斬波穩(wěn)壓電路變換成保護裝置所需的直流電源。該裝置根據(jù)用戶的不同需要在殼體的面板上進行設(shè)定相序和零序動作值，經(jīng)單片機采樣、并對采樣的故障信息進行處理后輸出至功率放大電路進行放大處理后控制脫扣器的跳閘。該保護裝置減少了線路故障排除時間，以及停電區(qū)域和停電時間，提高了供電質(zhì)量。
文檔編號H02H3/08GK2710223SQ20042004809
公開日2005年7月13日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者武建文 申請人:北京航空航天大學(xué), 珠海市可利電氣有限公司, 益和電氣集團股份有限公司