專利名稱：一種饋線微機(jī)保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種饋線微機(jī)保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
微機(jī)保護(hù)近些年在饋線自動化中的發(fā)展迅速，我國在微機(jī)保護(hù)的研究、開發(fā)和實(shí)用化上已進(jìn)入世界前列，但現(xiàn)有的微機(jī)保護(hù)有相當(dāng)部分仍是原有模擬式保護(hù)的翻版，原理上沒有創(chuàng)新，傳統(tǒng)保護(hù)中存在的問題依然存在。在我國35KV以下的饋線線路中，大多才用三段式電流保護(hù)作為各種相間短路故障的主保護(hù)，而傳統(tǒng)的三段式電流整定值均按電カ系統(tǒng)最大運(yùn)行方式離線整定且整定值保持不變，并按電カ系統(tǒng)最小運(yùn)行方式校驗(yàn)保護(hù)范圍或靈敏度，雖然這種整定原則能夠保證在各種運(yùn)行方式和故障條件都能正確動作，但無法使保護(hù)達(dá)到最佳效果。在最小運(yùn)行方式下發(fā)生最不利的故障時(shí)，保護(hù)范圍將縮小，甚至在短線路、系統(tǒng)阻抗較大等嚴(yán)重情況下會失去保護(hù)范圍發(fā)生拒動現(xiàn)象。 目前世界各國都在大力發(fā)展智能電網(wǎng)，對電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和可靠性提出了更高的要求，基于傳統(tǒng)三段電流保護(hù)的繼電保護(hù)裝置已經(jīng)很難滿足電網(wǎng)的要求，因此需要進(jìn)一歩研究繼電保護(hù)原理，用新的繼電保護(hù)方法來滿足電力系統(tǒng)的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于解決上述問題，提供了一種根據(jù)電カ系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障類型與供配電線路負(fù)荷在線修改保護(hù)定值，使保護(hù)的動作值始終處于最佳狀態(tài)的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，具體由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。ー種饋線微機(jī)保護(hù)裝置，該裝置包括信號采集模塊、CPU模塊、開入開出模塊、繼電器模塊、人機(jī)交互模塊以及為上述各模塊供電的電源模塊；所述信號采集模塊與CPU模塊連接，將采集到的數(shù)據(jù)信號傳送給CPU模塊；CPU模塊分別與開入開出模塊和繼電器模塊連接，并且將控制信號傳送給繼電器模塊；所述人機(jī)交互模塊與CPU模塊連接。所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，進(jìn)ー步設(shè)計(jì)在于，所述信號采集模塊包括依次連接的16位的AD采集芯片ADS8364、信號調(diào)理電路、電壓互感器(PT)或電流互感器(CT)，所述CPU模塊包括DSP芯片、FPGA芯片和MCU芯片。所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，進(jìn)ー步設(shè)計(jì)在于，所述開入開出模塊設(shè)有8路開關(guān)量輸入和8路開關(guān)量輸出。所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，進(jìn)ー步設(shè)計(jì)在于，所述人機(jī)交互模塊包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶顯示器和鍵盤。所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，進(jìn)ー步設(shè)計(jì)在干，該裝置還設(shè)有包含RS232通訊模塊接ロ、RS485通訊模塊接ロ以及GPRS模塊接ロ的通訊模塊。所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，進(jìn)ー步設(shè)計(jì)在于，所述開入開出模塊和繼電器模塊分別通過光電隔離器與CPU連接。本實(shí)用新型可根據(jù)電カ系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障類型與供配電線路負(fù)荷在線修改保護(hù)定值，使保護(hù)的動作值始終處于最佳狀態(tài)，從而擴(kuò)大保護(hù)范圍，提高了保護(hù)的選擇性、速動性與靈敏性。

圖I為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為FPGA、DSP和ADS8364的硬件連接圖。圖3為DSP軟件邏輯流程圖。圖4為三段電流保護(hù)執(zhí)行邏輯圖。圖5為自適應(yīng)速斷電流保護(hù)程序流程圖。圖6為自適應(yīng)帯時(shí)限速斷電流保護(hù)程序流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說明書附圖以及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)ー步說明。該饋線微機(jī)保護(hù)裝置包括信號采集模塊、CPU模塊、開入開出模塊、繼電器模塊、人機(jī)交互模塊以及為上述各模塊供電的電源模塊；所述信號采集模塊與CPU模塊連接，將采集到的數(shù)據(jù)信號傳送給CPU模塊；CPU模塊分別與開入開出模塊和繼電器模塊連接，并且將控制信號傳送給繼電器模塊；所述人機(jī)交互模塊與CPU模塊連接。信號采集模塊包括依次連接的16位的AD采集芯片ADS8364、信號調(diào)理電路、電壓互感器(PT)或電流互感器(CT)，CPU模塊包括DSP芯片、FPGA芯片和MCU芯片。開入開出模塊設(shè)有8路開關(guān)量輸入和8路開關(guān)量輸出。人機(jī)交互模塊包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶顯示器和鍵盤。該裝置還設(shè)有包含RS232通訊模塊接ロ、RS485通訊模塊接ロ以及GPRS模塊接ロ的通訊模塊。開入開出模塊和繼電器模塊分別通過光電隔離器與CPU連接。FPGA控制采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給DSP，DSP根據(jù)預(yù)設(shè)保護(hù)算法對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)將處理的結(jié)果傳遞給FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)根據(jù)預(yù)設(shè)的保護(hù)邏輯、DSP數(shù)據(jù)處理的結(jié)果和開關(guān)量的輸入狀態(tài)判斷饋線線路的運(yùn)行狀態(tài)并控制繼電器模塊動作對線路進(jìn)行保護(hù)。人機(jī)交互模塊可以對裝置的參數(shù)進(jìn)行顯示，同時(shí)可以通過鍵盤對裝置的定值進(jìn)行修改。通信模塊可以與上位機(jī)通信，同時(shí)本裝置設(shè)有GPRS模塊接ロ，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，方便的實(shí)現(xiàn)遙信、遙測、遙控、遙調(diào)四遙功能。參見圖2，信號采集模塊采用2片16位的AD采集芯片ADS8364，12路通道模擬量采集輸入。信號采集模塊ADS8364由FPGA控制，F(xiàn)PGA的引腳與ADS8364的啟動通道轉(zhuǎn)換信號(H0LDA、H0LDB、H0LDC)、地址線(A0 A2)、時(shí)鐘信號(CLK)、寫信號(WE)和片選信號(CS)相連，可以自由的啟動AD轉(zhuǎn)換芯片，啟動指定通道的轉(zhuǎn)換，選擇如何從ADS8364中讀取數(shù)據(jù)。ADS8364的讀信號(RD)、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(EOC)和16位數(shù)據(jù)線(DB15 DB0)與DSP相連，當(dāng)DSP接收到EOC后通過置RD低電平，將ADS8364轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線讀取到DSP。開關(guān)量輸入輸出模塊米用8路開關(guān)量輸入，8路開關(guān)量輸出，其中8路開關(guān)量輸出包括4路斷路器開斷輸出和4路信號輸出。人機(jī)交互模塊由主控芯片STC12LE5A60S2控制，用于顯示在線監(jiān)測與保護(hù)裝置各種運(yùn)行狀態(tài)，對裝置系統(tǒng)量進(jìn)行修改。液晶采用的是有機(jī)發(fā)光二極管(OrganicLight-Emitting Diode,簡稱OLED), LED具有優(yōu)異的抗震性、可彎曲性,低溫特性好,制造エ藝簡單，成本更低等優(yōu)點(diǎn)，全漢化顯示，可顯示一次系統(tǒng)圖、測量數(shù)據(jù)、保護(hù)信息、故障波形。通訊模塊設(shè)有3個(gè)對外通訊端口，RS232、RS485和GPRS通訊接口。GPRS可以方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，實(shí)現(xiàn)四遙功能。本裝置通過GPRS與上位機(jī)通訊，可以上傳本裝置的自適應(yīng)三段電流保護(hù)定值，同時(shí)可以下載下一線路的自適應(yīng)三段電流保護(hù)定值是自適應(yīng)三段電流保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要基礎(chǔ)。本裝置軟件部分由DSP軟件、FPGA軟件和MCU軟件三大部分構(gòu)成。其中DSP軟件主要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT算法處理，F(xiàn)PGA軟件主要完成數(shù)據(jù)的采集、自適應(yīng)整定值的計(jì)算和各種保護(hù)邏輯的處理。MCU軟件主要完成人機(jī)交互模塊的控制和上位機(jī)通訊功能的控制[。DSP主流程如圖4所示，在12路模擬量連續(xù)采樣256點(diǎn)之后，首先對每路模擬量做FFT運(yùn)算，然后計(jì)算有效值、IO次以下的諧波有效值、相角差、三相阻抗、視在功率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等，完成后將數(shù)據(jù)送到FPGA，并釋放總線，通知主FPGA讀取數(shù)據(jù)。FPGA主要完成裝置各種保護(hù)邏輯的設(shè)計(jì)，保護(hù)邏輯有，自適應(yīng)三段電流保護(hù)、傳統(tǒng)三段電流保護(hù)、零序過流保護(hù)、重合閘(1-4次可設(shè))、速斷保護(hù)、低電壓保護(hù)、非電量保護(hù)、控制回路斷線監(jiān)測和裝置故障、失電告警等。三段電流保護(hù)執(zhí)行邏輯如圖5所示。本發(fā)明軟件采用自適應(yīng)三段電流整定方式編寫，自適應(yīng)三段電流程序流程圖可參考圖5、6。首先初始化，給系統(tǒng)等效電源相電勢E、被保護(hù)線路單位長度阻抗Z和電流速斷保護(hù)的可靠系數(shù)g賦初始值，然后利用接收到的DSP送來的經(jīng)過FFT各相電壓電流有效
值及各分量的穩(wěn)態(tài)分量值，確定故障類型并計(jì)算出故障點(diǎn)到保護(hù)裝置安裝處的實(shí)際阻抗^Z1，裝置可以設(shè)定是否實(shí)時(shí)在線計(jì)算E，如果設(shè)定為計(jì)算E，則裝置根據(jù)上文介紹方法計(jì)算出E，進(jìn)而計(jì)算出自適應(yīng)速斷電流保護(hù)定值。圖7為自適應(yīng)帯時(shí)限速斷電流保護(hù)程序流程。自適應(yīng)電流速斷保護(hù)根據(jù)電力系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行方式和故障狀態(tài)實(shí)時(shí)、在線確
定故障發(fā)生時(shí)的故障類型系數(shù)ITi!和系統(tǒng)電源側(cè)實(shí)際阻抗Is,進(jìn)而計(jì)算出電流整定值，無需進(jìn)行人工干預(yù)。其整定公式為
VKi=
V/J式中ijgy為自適應(yīng)電流速斷保護(hù)整定值；具體程序中E設(shè)為系統(tǒng)等效電源相電勢;！(設(shè)為故障時(shí)系統(tǒng)電源側(cè)實(shí)際阻抗;Z設(shè)為被保護(hù)線路單位長度阻抗山設(shè)為故障點(diǎn)與保護(hù)安裝處的距離設(shè)為電流速斷保護(hù)的可
靠系數(shù)，取I. 2^1. 3 設(shè)為故障類型系數(shù)，三相短路時(shí)I = I,兩相短路時(shí)JTrf = Ai。其中
ΛΛ Λ ^ΛιIBj w
故障類型系數(shù)&可以根據(jù)裝置測量的兩相電流來識別，利用故障時(shí)的正序、負(fù)序電流來區(qū)
分兩相與三相短路。當(dāng)三相短路時(shí)負(fù)序電流為零，兩相短路時(shí)正序、負(fù)序電流相等。自適應(yīng)電流速斷保護(hù)的動作條件為lL>Jmi (2)式中！^為流過保護(hù)裝置處的實(shí)際穩(wěn)態(tài)電流，即動作電流。[0036]當(dāng)相鄰的下一線路采用自適應(yīng)電流速斷保護(hù)時(shí)，本線路帶時(shí)限速斷電流保護(hù)也就有自適應(yīng)性，稱為自適應(yīng)帶時(shí)限速斷電流保護(hù)。其整定公式為Ixs = ^Ian (3)程序中JTf帶時(shí)限速斷電流保護(hù)可靠系數(shù)，取取I. 2 I. 3 ；為相鄰下一線路自適應(yīng)電流速斷保護(hù)整定值。通過本裝置的GPRS通訊或RS232通訊，將相鄰下一線路的自適應(yīng)電流速斷保護(hù)整定值，傳遞給SCADA系統(tǒng)，然后由SCADA系統(tǒng)將自適應(yīng)電流速斷保護(hù)整定值傳遞給本裝置。自適應(yīng)帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動作條件為PW4)自適應(yīng)自適應(yīng)過電流保護(hù)的主要特征是能自動調(diào)整其整定值，以適應(yīng)負(fù)荷和運(yùn)行方式的變化。其整定公式為 Ixslsi = —.....--Iam ( 5 )程序中Imj為本線路自適應(yīng)過電流保護(hù)整定值;為過電流保護(hù)可靠系數(shù), 泛1_2 為自啟動系數(shù)，;JS^為返回系數(shù)，取O. 85 O. 95 ; 為本線路的實(shí)時(shí)
負(fù)荷電流。本線路的自適應(yīng)過電流保護(hù)還應(yīng)滿足I - I (6)
L J Jttari-A1 Imjk程序中if為過電流保護(hù)系數(shù)，if >1.1 ;|皿^3為相鄰下一線路過電流保護(hù)定值。同自適應(yīng)帶時(shí)限電流速斷保護(hù)設(shè)定，通過本裝置GPRS通訊或RS232方法，將相鄰下一線路的自適應(yīng)電流速斷保護(hù)整定值，傳遞給SCADA系統(tǒng)，然后由SCADA系統(tǒng)將自適應(yīng)過電流保護(hù)整定值傳遞給上一線路。自適應(yīng)過電流保護(hù)的整定值應(yīng)取式(5) (6)中的較大者，自適應(yīng)過電流保護(hù)的動作條件為/[( 7 )本實(shí)用新型可根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障類型與供配電線路負(fù)荷在線修改保護(hù)定值，使保護(hù)的動作值始終處于最佳狀態(tài)，從而擴(kuò)大保護(hù)范圍，提高了保護(hù)的選擇性、速動性與靈敏性。
權(quán)利要求1.ー種饋線微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于，該裝置包括信號采集模塊、CPU模塊、開入開出模塊、繼電器模塊、人機(jī)交互模塊以及為上述各模塊供電的電源模塊；所述信號采集模塊與CPU模塊連接，將采集到的數(shù)據(jù)信號傳送給CPU模塊；CPU模塊分別與開入開出模塊和繼電器模塊連接，并且將控制信號傳送給繼電器模塊；所述人機(jī)交互模塊與CPU模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于，所述信號采集模塊包括依次連接的16位的AD采集芯片ADS8364、信號調(diào)理電路、電壓互感器(PT)或電流互感器(CT)，所述CPU模塊包括DSP芯片、FPGA芯片和MCU芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于，所述開入開出模塊設(shè)有8路開關(guān)量輸入和8路開關(guān)量輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于，所述人機(jī)交互模塊包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶顯示器和鍵盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在干，該裝置還設(shè)有包含RS232通訊模塊接ロ、RS485通訊模塊接ロ以及GPRS模塊接ロ的通訊模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于，所述開入開出模塊和繼電器模塊分別通過光電隔離器與CPU模塊連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種饋線微機(jī)保護(hù)裝置，該裝置包括信號采集模塊、CPU模塊、開入開出模塊、繼電器模塊、人機(jī)交互模塊以及為上述各模塊供電的電源模塊；所述信號采集模塊與CPU模塊連接，將采集到的數(shù)據(jù)信號傳送給CPU模塊；CPU模塊分別與開入開出模塊和繼電器模塊連接，并且將控制信號傳送給繼電器模塊；所述人機(jī)交互模塊與CPU模塊連接。本實(shí)用新型可根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障類型與供配電線路負(fù)荷在線修改保護(hù)定值，使保護(hù)的動作值始終處于最佳狀態(tài)，從而擴(kuò)大保護(hù)范圍，提高了保護(hù)的選擇性、速動性與靈敏性。
文檔編號H02H7/26GK202663103SQ201220348370

公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者林莘, 郝立鵬, 劉洋, 李斌, 王亮 申請人:南京因泰萊配電自動化設(shè)備有限公司