專利名稱：數(shù)字式線路保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)字式線路保護裝置，該裝置適用110KV、 66KV或35KV輸出線路， 可以分散裝在控制線路的附近，具有監(jiān)控和保護的功能，屬于高壓線路保護技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)綜合自動化已是電網(wǎng)發(fā)展的方向，微電子元件的發(fā)展使得保護和監(jiān)控融為一體 有了可能性，可以提高其可靠性和運行管理水平，但是在變電站使用微機也有許多不利因素， 例如高壓電磁場的干擾，變電站開關(guān)操作時有強烈的振動，就地安裝環(huán)境的惡化對微機保護 提出了防振、寬溫度范圍、低功耗、抗干擾、高靈敏度、高精度、工作可靠性、安裝維修方 便等更高的要求，這些難題在現(xiàn)有的微機保護裝置中均未得到解決。
實用新型內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型所要解決的問題是提供一種數(shù)字式線路保 護裝置，將所有功能單元都模塊化和標準化以插件的方式集成在箱體上，各插件之間互相不 受干擾，整個工作過程能夠顯示出來，使整個裝置的靈敏度高、精度高、工作可靠性高、安 裝維修方便。
為了解決上述問題，本實用新型采用的方案為數(shù)字式線路保護裝置，主要包括單片 機、DI開入單元、AD采樣單元、D0開出單元、通訊單元、人機界面單元和電源電路單元，
單片機通過導(dǎo)線分別與DI開入單元、AD采樣單元、D0開出單元，通訊單元，人機界面單元 和電源電路單元相連，D0開出單元通過導(dǎo)線與電源電路單元相連；上述的單片機、DI開入 單元、AD采樣單元、D0開出單元、通訊單元、人機界面單元和電源電路單元均為模塊化集 成，DI開入單元、AD采樣單元、D0開出單元、通訊單元和電源電路單元均通過模塊化集成 固定在箱體的背板上，人機界面單元通過模塊化集成固定在箱體的前面板上。
前面板中上部的中間位置設(shè)置有液晶屏，液晶屏的右側(cè)設(shè)置有指示燈，液晶屏的下方設(shè) 置有操作按鈕，操作按鈕的右下側(cè)設(shè)置有串行接口，操作按鈕的下方自左向右設(shè)置有調(diào)試安 全連接片、接地分/合把手和運行模式切換開關(guān)。
背板的上部自左至右依次設(shè)置有電壓切換模件、交流電流變換模件、A/D轉(zhuǎn)換模件、第 一中央處理器模件、第二中央處理器模件和第一備用板，背板的下部自左至右依次設(shè)置有通 訊接口模件、電源模件、信號模件、斷路器位置模件、跳合閘出口模件和第二備用板。AD采樣單元由信號采集器、A/D轉(zhuǎn)換模件、電壓切換模件和交流電流變換模件組成，電 壓切換模件和交流電流變換模件通過外圍電路分別與A/D轉(zhuǎn)換模件和信號采集器相連。
本實用新型數(shù)字式線路保護裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果
本裝置的所有功能單元都模塊化和標準化以插件的方式集成在箱體上，箱體上只有內(nèi)部
使用的5V和24V電壓等級回路連線，強弱電完全分開，可大大減少外部電磁干擾在弱電側(cè)的 耦合，增強了本裝置的抗干擾能力，提高其可靠性和安全性。使本裝置在功能配置上具有很 強的靈活性，可以根據(jù)用戶需求更換或增加部分模件，擴充或更改本裝置的功能，可實現(xiàn)距 離保護、零序保護和三相一次重合閘的保護功能。以下結(jié)合附圖對本實用新型數(shù)字式線路保護裝置做進一步說明

圖1為本實用新型數(shù)字式線路保護裝置的系統(tǒng)框圖； 圖2為本實用新型數(shù)字式線路保護裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖2所示數(shù)字式線路保護裝置中背板12的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，l一單片機、2—DI開入單元、3—AD釆樣單元、4一D0開出單元、5—通訊單元、 6—人機界面單元、7—電源電路單元，8 —輸出線路、9一斷電繼電器、IO —信號采集器、11 一箱體、12 —背板、13 —前面板、M —液晶屏、15 —指示燈、16 —操作按鈕、17 —串行接口、 18 —調(diào)試安全連接片、19一接地分/合把手、20—運行模式切換開關(guān)、21—通訊接口模件、22 —電源模件、23 —信號模件、24 —斷路器位置模件、25—跳合閘出口模件、IOI —第一中央處 理器模件、102第二中央處理器模件、301 —電壓切換模件、302 —交流電流變換模件、303— A/D轉(zhuǎn)換模件。
具體實施方式

如圖1所示數(shù)字式線路保護裝置，單片機1通過導(dǎo)線分別與DI開入單元2、 AD采樣 單元3、 DO開出單元4，通訊單元5，人機界面單元6和電源電路單元7相連，D0開出單元 4通過導(dǎo)線與電源電路單元7相連，AD采樣單元3通過信號采集器10采集輸出線路8的電 流和電壓數(shù)據(jù)，D0開出單元4與輸出線路8上的斷電繼電器9相連。單片機l由第一中央處 理器及外圍電路組成的第一中央處理器模件101和第二中央處理器及外圍電路組成的第二中 央處理器模件102，其中第一中央處理器模件101實現(xiàn)距離保護功能，第二中央處理器模件 102實現(xiàn)零序保護和三相一次重合閘功能。AD采樣單元3由信號采集器10、A/D轉(zhuǎn)換模件303、 電壓切換模件301和交流電流變換模件302組成，電壓切換模件301和交流電流變換模件302 通過外圍電路分別與A/D轉(zhuǎn)換模件303和信號采集器10相連。
4本裝置實現(xiàn)外部交流電流、電壓信號轉(zhuǎn)化，以滿足AD采樣回路的要求，實現(xiàn)了模擬信 號的電氣隔離，采用模塊化的專用互感器，設(shè)計使用方便，通用性強，性能穩(wěn)定可靠。
單片機l獲得采樣的數(shù)字信號后，進行數(shù)字濾波和算法運算獲得模擬量的幅值信息，分 別經(jīng)保護軟件模塊的邏輯判斷、顯示處理、報告存儲、錄波等環(huán)節(jié)，當滿足保護動作條件后 向出口回路發(fā)出跳閘、信號等命令。由于單片機1內(nèi)部無存放程序的空間，保護程序是存放 在快速閃存FLASH中，單片機l通過總線來讀取程序令并執(zhí)行。主程序在軟件中是一個管理 者，負責將不同功能的模塊組織在一起。主程序中的初始化主要是整個系統(tǒng)為正常工作做好 準備，對于主變保護裝置來說，主程序主要包括CPU初始化和對必要的參數(shù)設(shè)置默認值。 初始化完成后主程序進入工作狀態(tài)，液晶屏上顯示相關(guān)的菜單，首先判斷是否需要進行定值 整定工作，如果需要則轉(zhuǎn)入定值整定模塊，否則繼續(xù)向下執(zhí)行。在采集開關(guān)量和檢測鍵盤環(huán) 節(jié)中，如果檢測到開關(guān)量變位或有按鍵被按下，則由主程序發(fā)出信息并轉(zhuǎn)入信息處理模塊進
行處理，信息處理的結(jié)果再傳送到顯示打印模塊進行顯示、打印，否則程序繼續(xù)向下執(zhí)行信 號采集與計算模塊。邏輯判斷模塊根據(jù)電壓無功的計算值和其他有關(guān)條件判斷是否需要動作。
當邏輯判斷模塊產(chǎn)生動作指令后，通過檢測裝置出口繼電器是否動作，以及檢測被測量設(shè)備 的狀態(tài)來判斷動作指令是否得到正確執(zhí)行，如果正確執(zhí)行則轉(zhuǎn)入下一次循環(huán)，否則將此異常 信息傳送到信息處理模塊進行處理，再將結(jié)果送給顯示輸出模塊。上電復(fù)位以后，首先對CPU 及其外圍芯片進行初始化，同時初始化控制狀態(tài)，接下來顯示主菜單，最后采用査詢方式處 理鍵盤和A/D轉(zhuǎn)換、并與智能模塊通信，獲取信息。與上位機通信采用中斷形式，且中斷級 別設(shè)為最高。開關(guān)量的輸入采取先產(chǎn)生中斷，后查詢的方法。
AD采樣單元3實現(xiàn)多路交流模擬信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并向單片機l提供實時的高精度的數(shù) 字信號。電力系統(tǒng)中的電量一般都是模擬量，而數(shù)字繼電保護的實現(xiàn)則是基于由微型計算機 對數(shù)字量進行計算和判斷。所以，為了實現(xiàn)計算機繼電保護，必須對來自被保護單元設(shè)備的 模擬電量進行一系列預(yù)處理，從而得到所需形式的數(shù)字量提供給保護功能處理程序。由電力 系統(tǒng)輸入到繼電保護裝置的模擬信號主要是來自PT (或CT)的交流電壓(或電流)信號。根 據(jù)采樣定理如果被測信號頻率(或信號中要保留的最高次諧波頻率)為f0，則采樣頻率fk (每秒鐘的采樣次數(shù))必須大于fk的2倍，否則，就不可能由采樣值擬合還原成原來的曲線。 因此，在出現(xiàn)大于l/2fk頻率的諧波，而且這些諧波又是無用的情況下，有必要在信號引進 采樣器以前裝設(shè)一模擬式低通濾過器將頻率等于和高于l/2fk的高次諧波濾掉。因此模擬信 號首先被轉(zhuǎn)換到與微型計算機相匹配的電平，通過模濾波削去其中的高頻成分，然后由采樣 保持環(huán)節(jié)將連續(xù)信號離散化。由于輸入信號往往不止一個，故由多路轉(zhuǎn)換器逐個交給A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量。這些數(shù)字量還應(yīng)在存儲器中按先后順序排列以方便功能處理程序取用。在 AD采樣單元3的電路設(shè)計中增設(shè)兩級阻容元件構(gòu)成的低通濾波回路，模擬量輸入信號經(jīng)過低 通濾波回路，分別將信號接入兩片多路轉(zhuǎn)換開關(guān)器件的輸入，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出信號分別 輸?shù)紸D轉(zhuǎn)換芯片的輸入回路，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由CPU定時來讀取AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果，來作為 每一路模擬量的原始采樣數(shù)據(jù)。
DI開入單元2為來自外部接點的開入量，經(jīng)開入回路光電隔離后，經(jīng)三態(tài)門電路向單片 機1輸入，經(jīng)軟件邏輯判斷抗干擾處理，獲取開入量信號。外部開關(guān)量(空接點)取用裝置提供 的24V信號電源，經(jīng)過電阻限流，輸入到光隔離器的輸入端，光隔離器的輸出端取用內(nèi)部的 5V電源，接入到8路三態(tài)門器件，由CPU經(jīng)總線讀取信號的"0"或"1"狀態(tài)，以判別外部 接點的開閉情況。采用光隔離器可以使外部開入電源與內(nèi)部5V電源沒有直接的電氣聯(lián)系，有 效消除了外部電磁干擾對CPU內(nèi)部電路的影響，提高了可靠性。
D0開出單元4執(zhí)行由CPU發(fā)出的出口動作命令，經(jīng)與門電路到光隔離器的輸入回路，光 隔離器的輸出經(jīng)單向二極管驅(qū)動繼電器動作。光隔離器的輸入部分為CPU內(nèi)部5V電源，輸出 部分為24V電源，用以驅(qū)動24V繼電器。通過光隔離器把CPU內(nèi)部電路和繼電器驅(qū)動電路進 行了隔離，有效防止了電磁干擾，提高了硬件電路的可靠性。為保證出口回路的可靠性，采 用了多項閉鎖措施。如采用啟動元件開放出口正電源，采用硬件看門狗閉鎖出口等。單片機l 發(fā)出出口命令的同時，必須發(fā)出解除閉鎖信號，同時驅(qū)動啟動繼電器方能驅(qū)動出口繼電器， 發(fā)出跳閘命令。
圖2和圖3所示，單片機l、 DI開入單元2、 AD采樣單元3、 D0開出單元4、通訊單元 5、人機界面單元6和電源電路單元7均為模塊化集成，DI開入單元2、 AD采樣單元3、 D0開 出單元4、通訊單元5和電源電路單元7均通過模塊化集成固定在箱體11的背板12上，人 機界面單元6通過模塊化集成固定在箱體11的前面板13上。前面板13中上部的左側(cè)設(shè)置有 液晶屏14，液晶屏14的右側(cè)設(shè)置有指示燈15，液晶屏14的下方設(shè)置有操作按鈕16，操作 按鈕16的右下側(cè)設(shè)置有串行接口 17,用于與PC機相連，操作按鈕16的下方自左向右設(shè)置 有調(diào)試安全連接片18、接地分/合把手19和運行模式切換開關(guān)20。
人機界面單元6的電路設(shè)計主要考慮到間隔層設(shè)備的人機交互的方便性，同時又能夠沿襲 傳統(tǒng)運行觀念，設(shè)計了漢化液晶模塊，眾多的信號指示燈，簡潔方便的導(dǎo)電橡膠按鈕，便于 用戶的使用維護和操作。
背板12的上部自左至右依次設(shè)置有電壓切換模件301、交流電流變換模件302、 A/D轉(zhuǎn) 換模件303、第一中央處理器模件101、第二中央處理器模件102和第一備用板26，背板12的下部自左至右依次設(shè)置有通訊接口模件21、電源模件22、信號模件23、斷路器位置模件 24、跳合閘出口模件25和第二備用板27。
其中，電壓切換模件301上設(shè)置有1X01 — 1X34接線端子，共計34個，其中1X01 — 1X22 接線端子設(shè)置左側(cè)，1X23 — 1X34接線端子設(shè)置右側(cè)。包含有兩組母線刀閘合位和分位的開入
接線端；一KM操作負電源端；兩組母線電壓切換開出接線端子；兩組母線電壓切換位置異常 開出接線端子；兩組母線電壓輸入；兩組母線電壓輸出。
交流電流變換模件302上設(shè)置有2X01—2X10接線端子，共計10個，均設(shè)置在左側(cè)，右 側(cè)設(shè)置有強電的接線端子母排。4個電流變換器LH分別變換其中四路接線端子的電流量，4 個電壓變換器YH分別變換其中四路接線端子的電壓量，交流電流變換模件302也可以加裝三 路測量級電流變換器，接入線路測量CT，用于線路電流、功率等測量用。
A/D轉(zhuǎn)換模件303由有源低通濾波、采樣保持S/H、模擬切換開關(guān)f^JX、模/數(shù)轉(zhuǎn)換A/D 及微處理器構(gòu)成，其中模/數(shù)轉(zhuǎn)換A/D采用16位高精度、高穩(wěn)定性器件，精確工作電流可達 0.04In，精確工作電壓達0.2V，提高距離保護的動作精度及在短線的應(yīng)用能力。各模擬量的 衰減率及相移皆能達到很好的一致性，模/數(shù)轉(zhuǎn)換A/D數(shù)據(jù)可帶校驗碼，通過串行方式將數(shù)據(jù) 送至各個CPU，完美地解決了多個CPU共享數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
第一中央處理器模件IOI由CPU和外圍接線電路組成，其設(shè)置有4X01—4X14接線端子， 共計14個，均設(shè)置在左側(cè)，實現(xiàn)各種命令的輸出和輸入，完成距離保護功能。
第二中央處理器模件102由CPU和外圍接線電路組成，其設(shè)置有5X01 — 5X14接線端子， 共計14個，均設(shè)置在左側(cè)，實現(xiàn)各種命令的輸出和輸入，完成零序保護和三相一次重合閘功 能。
通訊接口模件21上設(shè)置有7X01 — 7X18接線端子，共計18個，上部左側(cè)設(shè)置有7X01 — 7X10接線端子，上部右側(cè)設(shè)置有7X11—7X18接線端子，中下部設(shè)置有打印機口，下部設(shè)置 有兩個以太網(wǎng)接口。
電源模件22上部左側(cè)設(shè)置有8X01—8X12接線端子，共計12個，中部設(shè)置有+5V和+24V 電源，下部右側(cè)設(shè)置有電源開關(guān)。
信號模件23上部左側(cè)設(shè)置有9X01—9X22接線端子，共計22個，其中包含兩組保護信號， 可分別作為中央信號和遠動信號，跳閘出口繼電器輸出，重合跳閘出口繼電器輸出，跳閘合 后輸出，啟動失靈繼電器輸出和跳閘出口繼電器接點串連。
斷路器位置模件24上設(shè)置有10X01 — 10X22接線端子，共計22個，其中包含跳閘位置、 合閘位置輸入，六組跳合閘位置接點輸出、兩組控制回路斷線接點輸出。跳合閘出口模件25上設(shè)置有11X01 — 11X22接線端子，共計22個，其中包含控制電源的 輸入和輸出，手分、手合閘刀輸入，保護合閘經(jīng)壓力閉鎖合閘接入點、保護合閘不經(jīng)壓力閉 鎖合閘接入點、合閘線圈接入點、壓力低禁止合閘、禁止操作、禁止跳閘的輸入，兩組壓力 閉鎖常開接點。
本實用新型的控制原理和電路連接為現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1、數(shù)字式線路保護裝置，單片機(1)通過導(dǎo)線分別與DI開入單元(2)、AD采樣單元(3)、DO開出單元(4)，通訊單元(5)、人機界面單元(6)和電源電路單元(7)相連，DO開出單元(4)通過導(dǎo)線與電源電路單元(7)相連；其特征在于所述的單片機(1)、DI開入單元(2)、AD采樣單元(3)、DO開出單元(4)、通訊單元(5)、人機界面單元(6)和電源電路單元(7)均為模塊化集成，DI開入單元(2)、AD采樣單元(3)、DO開出單元(4)、通訊單元(5)和電源電路單元(7)均通過模塊化集成固定在箱體(11)的背板(12)上，人機界面單元(6)通過模塊化集成固定在箱體(11)的前面板(13)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式線路保護裝置，其特征在于前面板(13)中上部的中 間位置設(shè)置有液晶屏(14)，液晶屏(14)的右側(cè)設(shè)置有指示燈(15)，液晶屏(14)的下 方設(shè)置有操作按鈕(16)，操作按鈕(16)的右下側(cè)設(shè)置有串行接口 (17)，操作按鈕(16) 的下方自左向右設(shè)置有調(diào)試安全連接片(18)、接地分/合把手(19)和運行模式切換開關(guān)(20)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字式線路保護裝置，其特征在于背板(12)的上部自左至 右依次設(shè)置有電壓切換模件(301)、交流電流變換模件(302) 、 A/D轉(zhuǎn)換模件(303)、第 一中央處理器模件(101)、第二中央處理器模件(102)和第一備用板(26),背板(12)的 下部自左至右依次設(shè)置有通訊接口模件(21)、電源模件(22)、信號模件(23)、斷路器 位置模件(24)、跳合閘出口模件(25)和第二備用板(27)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字式線路保護裝置，其特征在于AD采樣單元(3)由信號 采集器(10) 、 A/D轉(zhuǎn)換模件(303)、電壓切換模件(301)和交流電流變換模件(302)組 成，電壓切換模件(301)和交流電流變換模件(302)通過外圍電路分別與A/D轉(zhuǎn)換模件(303) 和信號采集器(10)相連。
專利摘要本實用新型涉及一種數(shù)字式線路保護裝置，屬于高壓線路保護技術(shù)領(lǐng)域，所要解決的問題是提供一種數(shù)字式線路保護裝置，將所有功能單元都模塊化和標準化以插件的方式集成在箱體上，各插件之間互相不受干擾，整個工作過程能夠顯示出來；采用的方案為單片機、DI開入單元、AD采樣單元、DO開出單元、通訊單元、人機界面單元和電源電路單元均為模塊化集成，DI開入單元、AD采樣單元、DO開出單元、通訊單元和電源電路單元均通過模塊化集成固定在箱體的背板上，人機界面單元通過模塊化集成固定在箱體的前面板上；本裝置可實現(xiàn)距離保護、零序保護和三相一次重合閘的保護功能。
文檔編號H02H7/00GK201260069SQ20082013598
公開日2009年6月17日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者請求不公開姓名 申請人:山西南自晉能自動化成套有限公司