專利名稱：數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，該裝置是專為3kV、 6kV、 10kV的小電流接 地系統(tǒng)的大中型異步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部故障和過負(fù)荷等提供保護(hù)的裝置，屬于電動(dòng)機(jī)保護(hù)技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化已是電力系統(tǒng)發(fā)展的方向，微電子元件的發(fā)展使得保護(hù)和監(jiān)控融為 一體有了可能性，可以提高其可靠性和運(yùn)行管理水平，但是在電力設(shè)備使用微機(jī)也有許多不
利因素，例如高壓電磁場的干擾，開關(guān)操作時(shí)有強(qiáng)烈的振動(dòng)，就地安裝環(huán)境的惡化對微機(jī)保 護(hù)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(jī)保護(hù)裝置中均未得到解決。
實(shí)用新型內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型所要解決的問題是提供一種數(shù)字式電動(dòng)機(jī) 保護(hù)裝置，將所有功能單元都模塊化和標(biāo)準(zhǔn)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(gè)工作過程能夠顯示出來，使整個(gè)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(shí)用新型采用的方案為數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，單片機(jī)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(jī)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，AD采樣單元的信號采集器采集電動(dòng)機(jī) 的電流數(shù)據(jù)，DO開出單元與電動(dòng)機(jī)上的繼電器相連，單片機(jī)、DI開入單元、AD采樣單元、 D0開出單元、通訊單元、人機(jī)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(jī)界面單元通過模塊化集成固定在箱體的前面板上；其特征在于前面板中上部的左側(cè)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/合開關(guān)和運(yùn)行模 式切換開關(guān)；
背板上自左至右依次設(shè)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 模件和故障指示燈模件；
3說 外圍電路組成。
本實(shí)用新型數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)的靈活性，可以根據(jù)用戶需求更換或增加部分模件，擴(kuò)充或更改本裝置的功能；本裝置可 實(shí)現(xiàn)電流差動(dòng)保護(hù)、兩折線比率差動(dòng)保護(hù)、三路非電量保護(hù)、掉電不丟失的工作記錄及信號 記憶功能、網(wǎng)絡(luò)打印功能、相間短路的三相式/兩相式電流速斷及過流保護(hù)、電動(dòng)機(jī)不平衡、 斷相、反相及不對稱故障的負(fù)序定時(shí)限或反時(shí)限過流保護(hù)、電動(dòng)機(jī)按發(fā)熱模型的發(fā)熱效應(yīng)的 過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)、三路可分別整定延時(shí)的非電量保護(hù)、掉電不丟失的工作記錄及信號記 憶功能。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置做進(jìn)一步說明


圖1為本實(shí)用新型數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的系統(tǒng)框圖2為本實(shí)用新型數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2所示數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置中背板12的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1 —單片機(jī)、2—DI開入單元、3—AD采樣單元、4一D0開出單元、5 —通訊單元、 6—人機(jī)界面單元、7—電源電路單元，8—電動(dòng)機(jī)、9一繼電器、IO —信號采集器、ll一箱體、 12_背板、13 —前面板、14一液晶屏、15 —指示燈、16 —操作按鈕16， 17—串行接口、 18_ 調(diào)試安全連接片、19一接地分/合開關(guān)、20—運(yùn)行模式切換開關(guān)、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、25 —故障指示燈模件。
具體實(shí)施方式

如圖l所示單片機(jī)l、 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(jī)界面單元6、電源電路單元7，其特征在于單片機(jī)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(jī)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的信號釆集器10采集電動(dòng)機(jī)8的 電流數(shù)據(jù)，D0開出單元4與電動(dòng)機(jī)8上的繼電器9相連。單片機(jī)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(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能。
單片機(jī)l獲得采樣的數(shù)字信號后，進(jìn)行數(shù)字濾波和算法運(yùn)算獲得模擬量的幅值信息，分別經(jīng)保護(hù)軟件模塊的邏輯判斷、顯示處理、報(bào)告存儲、錄波等環(huán)節(jié)，當(dāng)滿足保護(hù)動(dòng)作條件后 向出口回路發(fā)出跳閘、信號等命令。由于單片機(jī)1內(nèi)部無存放程序的空間，保護(hù)程序是存放 在快速閃存FLASH中，單片機(jī)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(gè)管理 者，負(fù)責(zé)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(gè)系統(tǒng)為正常工作做好 準(zhǔn)備，對于主變保護(hù)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(rèn)值。 初始化完成后主程序進(jìn)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(jìn)行定值 整定工作，如果需要?jiǎng)t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(jìn) 行處理，信息處理的結(jié)果再傳送到顯示打印模塊進(jìn)行顯示、打印，否則程序繼續(xù)向下執(zhí)行信 號采集與計(jì)算模塊。邏輯判斷模塊根據(jù)電壓無功的計(jì)算值和其他有關(guān)條件判斷是否需要?jiǎng)幼鳌?當(dāng)邏輯判斷模塊產(chǎn)生動(dòng)作指令后，通過檢測裝置出口繼電器是否動(dòng)作，以及檢測被測量設(shè)備 的狀態(tài)來判斷動(dòng)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(jìn)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(jìn)行初始化，同時(shí)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(jī)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，后査詢的方法。
AD采樣單元3實(shí)現(xiàn)多路交流模擬信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并向單片機(jī)l提供實(shí)時(shí)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(hù)的實(shí)現(xiàn)則是基于由微型計(jì)算機(jī) 對數(shù)字量進(jìn)行計(jì)算和判斷。所以，為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)，必須對來自被保護(hù)單元設(shè)備的 模擬電量進(jìn)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(hù)功能處理程序。由電力 系統(tǒng)輸入到繼電保護(hù)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fO，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(jìn) 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(jì)算機(jī)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(gè)，故由多路轉(zhuǎn)換器逐個(gè)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(jì)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(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由CPU定時(shí)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(diǎn)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(jī)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(diǎn))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(diǎn)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(dòng)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(dòng)繼電器動(dòng)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(dòng)24V繼電器。通過光隔離器把CPU內(nèi)部電路和繼電器驅(qū)動(dòng)電路進(jìn) 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(xiàng)閉鎖措施。如采用啟動(dòng)元件開放出口正電源，采用硬件看門狗閉鎖出口等。單片機(jī)l 發(fā)出出口命令的同時(shí)，必須發(fā)出解除閉鎖信號，同時(shí)驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)繼電器方能驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)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(jī)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，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/合開關(guān)19和運(yùn)行模式切換開關(guān)20。人機(jī)界面單元6的電路設(shè)計(jì)主要考慮到間 隔層設(shè)備的人機(jī)交互的方便性，同時(shí)又能夠沿襲傳統(tǒng)運(yùn)行觀念，設(shè)計(jì)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(hù)和操作。
背板12上自左至右依次設(shè)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和故障指示燈模件25。
邏輯和跳合閘出口模件21上部設(shè)置有1X01 — 1X16接線端子，共計(jì)16邏輯信號接點(diǎn)，下 部設(shè)置有2X01 — 2X16接線端子，共計(jì)16跳合閘接點(diǎn)，具體包含壓力低禁止跳閘的輸入接 點(diǎn)、壓力低禁止操作的輸入接點(diǎn)、壓力低禁止合閘的輸入接點(diǎn)、手動(dòng)跳閘輸入接點(diǎn)、合閘輸 入接點(diǎn)、控制電源輸入接點(diǎn)、手跳繼電器輸出接點(diǎn)、合閘入口接點(diǎn)、合閘出口接點(diǎn)、跳位繼電器輸出接點(diǎn)、遠(yuǎn)動(dòng)信號接點(diǎn)、斷路器合閘位置重動(dòng)接點(diǎn)、斷路器跳閘位置重動(dòng)接點(diǎn)、跳閘 出口接點(diǎn)、合位繼電器接點(diǎn)、跳閘入口接點(diǎn)、禁止合閘、禁止跳閘、控制回路斷線等。
電源模件22上部設(shè)置有3X01 — 3X16接線端子，共計(jì)16接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)4路備用繼電器接點(diǎn) 開出，"保護(hù)動(dòng)作"遠(yuǎn)動(dòng)信號接點(diǎn)，"保護(hù)告警"遠(yuǎn)動(dòng)信號接點(diǎn)，"裝置故障"遠(yuǎn)動(dòng)信號接 點(diǎn)，其他為備用，下部為4X01 — 4X08接線端子，共計(jì)8接點(diǎn)，為外部電源開入，電源異常的 輸出空接點(diǎn)、本裝置供電電源接點(diǎn)、接地點(diǎn)和空端子。
中央處理器模件23上部設(shè)置5X01 — 5X16接線端子，共計(jì)16接點(diǎn)，包含12路開關(guān)量， 具體為非電量I;非電量II;非電量III;外部合閘接觸器合位輔助接點(diǎn)；遠(yuǎn)方/就地；外部復(fù) 歸；開入有功脈沖；開入無功脈沖；還包括GPS對時(shí)用電源；其余備用。下部設(shè)置有兩個(gè)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(gè) 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(shè)置6X01—6X24接線端子，共計(jì)24接點(diǎn)，分兩列，左側(cè)為6X13 — 6X24接 線端子，右側(cè)為6X01 — 6X12接線端子，包含為機(jī)端保護(hù)CT的三相輸入，零序電流保護(hù)CT的 A相輸入、零序選跳CT的輸入、測量CT的C相的輸入、中性點(diǎn)側(cè)CT的C相輸入，母線A、 B、 C和N相電壓輸入。
故障指示燈模件25設(shè)置有一列壓板指示燈和一列信號指示燈，從上向下分別指示速斷、 過流、零序過流、負(fù)流、過熱、失壓、起動(dòng)、非電量、差動(dòng)和差速。
本裝置可實(shí)現(xiàn)電流差動(dòng)保護(hù)、兩折線比率差動(dòng)保護(hù)、三路非電量保護(hù)、掉電不丟失的工 作記錄及信號記憶功能、網(wǎng)絡(luò)打印功能、相間短路的三相式/兩相式電流速斷及過流保護(hù)、電 動(dòng)機(jī)不平衡、斷相、反相及不對稱故障的負(fù)序定時(shí)限或反時(shí)限過流保護(hù)、電動(dòng)機(jī)按發(fā)熱模型 的發(fā)熱效應(yīng)的過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)、三路可分別整定延時(shí)的非電量保護(hù)、掉電不丟失的工作 記錄及信號記憶功能。
本實(shí)用新型的控制原理和電路連接與現(xiàn)有技術(shù)相似。
權(quán)利要求1、數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，單片機(jī)(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(jī)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，AD采樣單元(3)的信號采集器(10)采集電動(dòng)機(jī)(8)的電流數(shù)據(jù)，DO開出單元(4)與電動(dòng)機(jī)(8)上的繼電器(9)相連，單片機(jī)(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(jī)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(jī)界面單元(6)通過模塊化集成固定在箱體(11)的前面板(13)上；其特征在于前面板(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)，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/合開關(guān)(19)和運(yùn)行模式切換開關(guān)(20)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于背板(12)上自左至右 依次設(shè)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)和故障指示燈模件(25)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于單片機(jī)(1)由中 央處理器模件(23)及外圍電路組成。
專利摘要本實(shí)用新型一種數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，屬于電動(dòng)機(jī)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，所要解決的問題是提供一種將所有功能單元都模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化以插件的方式集成在箱體上，各插件之間互相不受干擾的裝置，采用的方案為前面板中上部的左側(cè)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/合開關(guān)和運(yùn)行模式切換開關(guān)；本裝置廣泛應(yīng)用于各變電站中。
文檔編號H02H7/08GK201260072SQ200820136058
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
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