專利名稱：光纖電流差動保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖電流差動保護裝置，該裝置是專為llOkV以下電壓等級的配電 線路提供保護和監(jiān)控一體化裝置，屬于配電線路保護技術領域。
背景技術：
電力系統(tǒng)綜合自動化己是電網(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)有技術存在的問題，本實用新型所要解決的問題是提供一種光纖電流差動 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，以電流差動保護為主，還配置有電流保護和三相重合閘的成套線路保護裝置。
為了解決上述問題，本實用新型采用的方案為光纖電流差動保護裝置，單片機通過導
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開出單元通過導線與電源電路單元相連，所述的單片機、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；
上述的前面板中上部的左側(cè)設置有液晶屏，液晶屏的右側(cè)設置有指示燈，液晶屏的下方 設置有操作按鈕，操作按鈕的右下側(cè)設置有串行接口，操作按鈕的下方自左向右設置有調(diào)試 安全連接片、接地分/合丌關和運行模式切換開關；
背板上自左至右依次設置有邏輯和跳合閘出口模件、電源模件、中央處理器模件、交流 模件；
單片機由中央處理器模件及外圍電路組成。
本實用新型光纖電流差動保護裝置與現(xiàn)有技術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，增強了本裝置的抗千擾能力，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；本裝置可 實現(xiàn)三相分相電流差動保護、相間故障的兩段式相間電流保護、小電阻接地系統(tǒng)接地故障的 兩段式零序電流保護、各段可整定成帶方向或不帶方向，相電流元件可分別設置成帶或不帶 電壓閉鎖、三相重合閘、PT斷線自動檢測、CT斷線自檢功能。
以下結(jié)合附圖對本實用新型光纖電流差動保護裝置做進一歩說明


圖1為本實用新型光纖電流差動保護裝置的系統(tǒng)框圖2為本實用新型光纖電流差動保護裝置的硬件結(jié)構示意圖3為圖2所示光纖電流差動保護裝置中背板12的結(jié)構示意圖。
其中，1 —單片機、2—DI開入單元、3—AD采樣單元、4—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 —光纖、9一繼電器、IO —信號采集器、ll一箱體、 12 —背板、13 —前面板、14 —液晶屏、15 —指示燈、16 —操作按鈕16, 17—串行接n、 18 — 調(diào)試安全連接片、19一接地分/合開關、20 —運行模式切換開關、21—邏輯和跳合閘出口模件、 22—電源模件、23 —中央處理器模件、24 —交流模件。
具體實施方式

如圖1所示單片機1、 DI開入單元2、 AD釆樣單元3、 D0開出單元4、通訊單元5、 人機界面單元6、電源電路單元7，其特征在于單片機1通過導線分別與Dl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通過導線與電源電路單元7相連，AD采樣單元3的信號采集器10采集光纖8的電 流數(shù)據(jù)，D0開出單元4與光纖8上的繼電器9相連。單片機l由中央處理器模件23及外圍 電路組成，中央處理器模件23實現(xiàn)電流差動保護、電流保護和三相重合閘保護功能。
單片機1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l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。在采集開關量和檢測鍵盤環(huán) 節(jié)中，如果檢測到開關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，最后采用查詢方式處 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 別設為最高。開關量的輸入采取先產(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備的 模擬電量進行一系列預處理，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fl)，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的電路設計中增設兩級阻容元件構成的低通濾波回路，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)換開關器件的輸入，多路轉(zhuǎn)換開關的輸出信號分別 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為來自外部接點的丌入量，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，同吋驅(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，上述的單片機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，D工開入單元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) 設置有液晶屏14，液晶屏14的右側(cè)設置有指示燈15，液晶屏14的下方設置有操作按鈕16， 操作按鈕16的右下側(cè)設置有串行接口 17，操作按鈕16的下方自左向右設置有調(diào)試安全連接 片18、接地分/合開關19和運行模式切換開關20。人機界面單元6的電路設計主要考慮到間 隔層設備的人機交互的方便性，同時又能夠沿襲傳統(tǒng)運行觀念，設計了漢化液晶模塊，眾多 的信號指示燈，簡潔方便的導電橡膠按鈕，便于用戶的使用維護和操作。
背板12上自左至右依次設置有邏輯和跳合閘出口模件21、電源模件22、中央處理器模 件23、交流模件24。
邏輯和跳合閘出口模件21上部設置有1X01 — 1X16接線端子，共計16邏輯信號接點，下 部設置有2X01 — 2X16接線端子，共計16跳合閘接點，具體包含壓力低禁止跳閘的輸入接 點、壓力低禁止操作的輸入接點、壓力低禁止合閘的輸入接點、手動跳閘輸入接點、手動合 閘輸入接點、控制電源輸入接點、手跳繼電器輸出接點、合閘出口接點、跳位繼電器輸出接 點、遠動信號接點、斷路器合閘位置重動接點、斷路器跳閘位置重動接點、跳閘出口接點、 合位繼電器接點、跳閘入口接點。
電源模件22上部設置有3X01 — 3X16接線端子，共計16接點，實現(xiàn)6路繼電器接點開出， "保護動作"遠動信號接點，"保護告警"遠動信號接點，"裝置故障"遠動信號接點，下 部為4X01 — 4X08接線端子，共計8接點，為外部電源開入，電源異常的輸出空接點、本裝置供電電源接點、接地點和空端子。
中央處理器模件23上部設置5X01—5X16接線端子，共計16接點，包含12路開關量， 具體為閉鎖重合閘；彈簧未存能；接地選跳；遠方就地；外部復歸；開入有功脈沖；開入無 功脈沖；還包括GPS對時用電源。下部設置有光發(fā)接口和光收接口，以及兩個以太網(wǎng)接入端 口。本模件內(nèi)含通信速度極高、具備通用性接口的以太網(wǎng)芯片，本模件提供兩個RJ45通信接 口，以UTP5線為通信介質(zhì)，載特殊情況下，也可提供光纖接口。
交流模件24設置6X01 — 6X24接線端子，共計24接點，其中上面16個為保護電流，下 面16個為測量電流，具體為保護CT三相的輸入，零序保護CT的輸入，測量CT的三相輸入， 母線電壓三相及N相輸入，線路電壓輸入。
本裝置可實現(xiàn)流差動保護、電流保護和三相重合閘保護功能。本實用新型的控制原理和 電路連接與現(xiàn)有技術相同。
權利要求1、光纖電流差動保護裝置，單片機(1)通過導線分別與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)通過導線與電源電路單元(7)相連，其特征在于單片機(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)權利要求1所述的光纖電流差動保護裝置，其特征在于上述的前面板(13)中 上部的左側(cè)設置有液晶屏(14)，液晶屏(14)的右側(cè)設置有指示燈(15)，液晶屏(14) 的下方設置有操作按鈕(16)，操作按鈕(16)的右下側(cè)設置有串行接口 (17)，操作按鈕(16)的下方自左向右設置有調(diào)試安全連接片(18)、接地分/合開關(19)和運行模式切換 開關(20)。
3、根據(jù)權利要求2所述的光纖電流差動保護裝置，其特征在于背板(12)上自左至 右依次設置有邏輯和跳合閘出口模件(21)、電源模件(22)、中央處理器模件(23)、交流 模件(24)。
4、根據(jù)權利要求3所述的光纖電流差動保護裝置，其特征在f:單片機(1)由中央處 理器模件(23)及外圍電路組成。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖電流差動保護裝置，屬于配電線路保護技術領域，所要解決的問題是提供一種光纖電流差動保護裝置，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，以電流差動保護為主，還配置有電流保護和三相重合閘的成套線路保護裝置；所述的單片機、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；本裝置廣泛應用于各變電站中。
文檔編號H02H7/26GK201278464SQ200820136060
公開日2009年7月22日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權日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