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1、(10)申请公布号 CN 103022986 A (43)申请公布日 2013.04.03 C N 1 0 3 0 2 2 9 8 6 A *CN103022986A* (21)申请号 201210540812.6 (22)申请日 2012.12.14 H02H 7/22(2006.01) H02J 13/00(2006.01) (71)申请人滁州安瑞电力自动化有限公司 地址 239000 安徽省滁州市腰铺工业园 (72)发明人刘荣堂 蔡勇 李鹏 戴礼智 (74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理 有限公司 34112 代理人余成俊 (54) 发明名称 数字式线路保护测控装置 (57) 摘要。
2、 本发明公开了一种数字式线路保护测控装 置，包括有一组电压互感器采样回路、两组电流互 感器采样回路，一组电压互感器采样回路和两组 电流互感器采样回路分别接入一个AD采样电路， 三个AD采样电路的信号输出端接入DSP，DSP连接 有输入逻辑控制电路、输出逻辑控制电路，输入逻 辑控制电路的信号输入端接有直流开入回路、交 流开入回路，输出逻辑控制电路的信号输出端接 有动作出口回路、告警出口回路，DSP通过通讯总 线连接有单片机，单片机与以太网处理电路连接， DSP还外接有LCD液晶显示界面、声音报警输出、 键盘及其接口。本发明采用双CPU运行模式，保 证独立进行逻辑处理，互不干扰，并实现TCP/UD。
3、P 百兆以太网通讯，同时支持交流开入和直流开入 两种采样方式。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：包括有一组电压互感器采样回路、两 组电流互感器采样回路，一组电压互感器采样回路和两组电流互感器采样回路分别接入一 个AD采样电路，三个AD采样电路的信号输出端接入DSP，DSP连接有输入逻辑控制电路、输 出逻辑控制电路，输入逻辑控制电路的信号输入端接有直流开入回路、交流开入回路，输出 逻辑控制电路的信号输。
4、出端接有动作出口回路、告警出口回路，DSP通过通讯总线连接有单 片机，单片机与以太网处理电路连接，DSP还外接有LCD液晶显示界面、声音报警输出、键盘 及其接口；一组PT的二次电压接入到所述电压互感器采样回路，一组保护CT和一组测量 CT的二次电流接入到所述电流互感器采样回路，电压互感器采样回路、电流互感器采样回 路分别将电压和电流信号转换成小信号电流，经AD采样电路调整为数字信号接入到DSP， DSP进行FFT快速运算，实时计算电压、保护电流和测量电流的有效值，并在1/4周波内计算 出电流突变量；断路器位置、手车工作试验位置、接地刀位置等开入信号接入到直流开入回 路或交流开入回路，并经输入逻。
5、辑控制电路进行降压、去除交流量后，转变为稳定的直流5V 电压小信号，接入到DSP，DSP实时检测开入采样值；DSP通过计算获得的电流、电压值进行 保护逻辑判断，实现三段式相间过流、相间合闸加速、相间充电、过电压、低电压、重合闸等 保护功能，并通过动作出口回路开放跳闸出口，同时在LCD液晶显示界面上显示故障信息 和电流、电压测量值，并通过告警出口回路驱动蜂鸣器，发出报警声音；DSP利用通讯中断 服务程序，检测通讯数据收发，与单片机进行实时数据交互，单片机通过以太网处理电路， 实现TCP/UDP报文的接收与发送。 2.根据权利1所述的一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：采用插件式结构，由 液晶。
6、面板、主CPU/总线控制板、电流电压采样板、输入输出控制板、以太网通讯板共5块电 路板构成；液晶面板包括LCD液晶显示界面、键盘及其接口以及声音报警输出；主CPU/总 线控制板包括DSP芯片、AD采样电路、输入输出逻辑控制电路以及底层驱动电路；电流电压 采样板包含1组电压互感器采样回路和2组电流互感器采样回路以及1个装置电源模块； 输入输出控制板包括动作出口回路、告警出口回路、交流开入电路、直流开入电路和继电器 操作回路；以太网通讯板主要包括单片机芯片和以太网处理电路。 3.根据权利1所述的一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：采样双CPU运行模 式，主CPU采用32位DSP芯片，子CPU采。
7、用16位单片机，子CPU与主CPU通过CAN总线连 接，实现装置的以太网通讯，支持TCP/UDP网络模式，支持串口协议报文承载在TCP/UDP传 输层之上，与电力通讯监控单元进行以太网远程通讯，上传保护动作、报警、异常和电流电 压测量值等信息。 权 利 要 求 书CN 103022986 A 1/3页 3 数字式线路保护测控装置 0001 技术领域： 本发明涉及微机保护装置领域，特别涉及一种用于输馈电线路、母线保护的数字式微 机保护测控装置。 0002 背景技术： 电力系统中电厂大部分在动力资源所在地，如水力发电厂在水力资源点，即集中在江 河流域水位落差大的地方，火力发电厂大都集中在煤炭、石油。
8、和其他能源的产地，而大电力 负荷中心则多集中在工业区和大城市，因而发电厂和负荷中心往往相距很远，就出现电能 输送的问题，需要用输电线路进行电能的输送。输电线路在运行过程中，较为常见的故障 有断线、倒杆、绝缘击穿、闪络、异物搭落在导线上等，一旦输电线路出现短路故障，电路的 阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百 倍，短路时电压会骤降，严重影响电气设备的正常运行，严重的线路短路会影响电力系统运 行的稳定性，使并列运行的发电机组失去同步，造成系统瓦解，造成区域性大停电，对供电 系统产生极大的危害。 0003 发明内容： 针对输电线路可能出现的短路故障，以及实时。
9、监控线路的运行情况，本发明提供了一 种数字式线路保护测控装置。 0004 本发明采用的技术方案是： 一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：包括有一组电压互感器采样回路、两组电 流互感器采样回路，一组电压互感器采样回路和两组电流互感器采样回路分别接入一个AD 采样电路，三个AD采样电路的信号输出端接入DSP，DSP连接有输入逻辑控制电路、输出逻 辑控制电路，输入逻辑控制电路的信号输入端接有直流开入回路、交流开入回路，输出逻辑 控制电路的信号输出端接有动作出口回路、告警出口回路，DSP通过通讯总线连接有单片 机，单片机与以太网处理电路连接，DSP还外接有LCD液晶显示界面、声音报警输出、键盘及 。
10、其接口；一组PT的二次电压接入到所述电压互感器采样回路，一组保护CT和一组测量CT 的二次电流接入到所述电流互感器采样回路，电压互感器采样回路、电流互感器采样回路 分别将电压和电流信号转换成小信号电流，经AD采样电路调整为数字信号接入到DSP，DSP 进行FFT快速运算，实时计算电压、保护电流和测量电流的有效值，并在1/4周波内计算出 电流突变量；断路器位置、手车工作试验位置、接地刀位置等开入信号接入到直流开入回路 或交流开入回路，并经输入逻辑控制电路进行降压、去除交流量后，转变为稳定的直流5V 电压小信号，接入到DSP，DSP实时检测开入采样值；DSP通过计算获得的电流、电压值进行 保护逻辑。
11、判断，实现三段式相间过流、相间合闸加速、相间充电、过电压、低电压、重合闸等 保护功能，并通过动作出口回路开放跳闸出口，同时在LCD液晶显示界面上显示故障信息 和电流、电压测量值，并通过告警出口回路驱动蜂鸣器，发出报警声音；DSP利用通讯中断 服务程序，检测通讯数据收发，与单片机进行实时数据交互，单片机通过以太网处理电路， 实现TCP/UDP报文的接收与发送。 0005 所述的一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：采用插件式结构，由液晶面 说 明 书CN 103022986 A 2/3页 4 板、主CPU/总线控制板、电流电压采样板、输入输出控制板、以太网通讯板共5块电路板构 成；液晶面板包括。
12、LCD液晶显示界面、键盘及其接口以及声音报警输出；主CPU/总线控制 板包括DSP芯片、AD采样电路、输入输出逻辑控制电路以及底层驱动电路；电流电压采样板 包含1组电压互感器采样回路和2组电流互感器采样回路以及1个装置电源模块；输入输 出控制板包括动作出口回路、告警出口回路、交流开入电路、直流开入电路和继电器操作回 路；以太网通讯板主要包括单片机芯片和以太网处理电路。 0006 所述的一种数字式线路保护测控装置，其特征在于：采样双CPU运行模式，主CPU 采用32位DSP芯片，子CPU采用16位单片机，子CPU与主CPU通过CAN总线连接，实现装 置的以太网通讯，支持TCP/UDP网络模式，支。
13、持串口协议报文承载在TCP/UDP传输层之上， 与电力通讯监控单元进行以太网远程通讯，上传保护动作、报警、异常和电流电压测量值等 信息。 0007 本发明的有益效果在于： 1、装置结构简单，集成度高，通过外置12位AD芯片采集电流电压数据，采样精度高，线 性范围广，响应速度快，环境适应能力强且性价比高。 0008 2、采用双CPU运行模式，各司其责，保证独立进行逻辑处理，互不干扰，简单高效， 并实现TCP/UDP百兆以太网通讯。 0009 3、同时支持交流开入和直流开入两种采样方式，支持交流和直流两种操作回路， 应用更加广泛。 0010 附图说明： 图1为本发明的电路原理框图。 0011 图2。
14、为本发明的总体结构示意图。 0012 附图标号说明： 310主CPU/总线控制板；311液晶面板；312电流电压采样板；313输入输出控 制板；314以太网通讯板； 610DSP芯片；611键盘及其接口；612声音报警输出；613输出逻辑控制电 路；614报警出口回路；615动作出口回路；616直流开入回路；617交流开入回路； 618电压互感器回路；619电流互感器回路；620单片机芯片；621AD采样电路； 622通用电源模块；623LCD液晶显示界面；624以太网控制电路；625输入逻辑控制 电路。 0013 具体实施方式： 参阅图1所示，一种数字式线路保护测控装置，包括有一组电压互感器。
15、采样回路618、 两组电流互感器采样回路619，一组电压互感器采样回路618和两组电流互感器采样回路 619分别接入一个AD采样电路，三个AD采样电路621的信号输出端接入DSP 610，DSP 610 连接有输入逻辑控制电路625、输出逻辑控制电路613，输入逻辑控制电路625的信号输入 端接有直流开入回路616、交流开入回路617，输出逻辑控制电路613的信号输出端接有动 作出口回路615、告警出口回路614，DSP 610通过通讯总线连接有单片机620，单片机620 与以太网处理电路624连接，DSP 610还外接有LCD液晶显示界面623、声音报警输出612、 键盘及其接口611；一组。
16、PT的二次电压接入到电压互感器采样回路618，两组CT的二次电 说 明 书CN 103022986 A 3/3页 5 流接入到电流互感器的采样回路619，618和619采样回路将电压信号转换成小信号电流， 经AD采样电路621调整为数字信号并接入到DSP 610，DSP 610在一个周波内采集32个数 据点，进行FFT运算，利用全波傅氏算法，滤去高次谐波，提取基波分量，实时计算出电流电 压有效值以及电流突变量。断路器位置、手车工作试验位置、接地刀位置等开入信号接入到 直流开入回路616或交流开入回路617，并经输入逻辑控制电路625，进行降压、去除交流量 后，转变为稳定的直流5V电压小信号，接。
17、入到DSP 610，DSP 610利用1ms定时器中断，实时 检测开入采样值。DSP610通过计算获得的电流、电压值进行保护逻辑判断，实现三段式相 间过流、相间合闸加速、相间充电、过电压、低电压、重合闸等保护功能，并通过动作出口回 路615开放跳闸出口，同时在LCD液晶显示界面623上显示故障信息和电流、电压测量值， 并通过报警出口回路614驱动蜂鸣器，发出报警声音。DSP 610利用通讯中断服务程序，检 测通讯数据收发，与单片机620进行实时数据交互，单片机620通过以太网处理电路624，实 现TCP/UDP报文的接收与发送。 0014 本发明的核心DSP 610为32位处理芯片，具有丰富的。
18、IO资源，拥有5个定时器中 断，3个通讯中断，具有强大的逻辑处理能力，运算速度快，功耗低，由5V电压驱动，具备开 门狗处理逻辑，能及时在故障时自复位，保障系统运行安全。外围AD采样电路采用12位的 模数转换芯片，每周波采样32点，保证采样数据有很高的精度。键盘及其接口电路611用 于人机操作，共8个按键，具有良好的可操作性，DSP610接收按键输入信号，执行参数设定、 定值整定、报告查询、事故查询、采样查询等操作；LCD液晶显示界面623采样12864点阵 屏，全中文显示，驱动电压3.3V，功耗低，可直观显示装置参数信息、电流电压实时值、告警 信息、动作信息、工作状态等，直观易懂。DC/AC 。
19、220V电源模块622可将85-265V的工频电 压直接转换成隔离的直流电源，为整个系统提供工作电源。直(交)流开入控制电路622 不但支持直流接入采样，还支持交流接入采样，使得该装置的应用范围更加广阔。 0015 参阅图2所示，本发明为插件式结构，由液晶面板311、主CPU/总线控制板310、 电流电压采样板312、输入输出控制板313、以太网通讯板314共5块电路板构成。液晶面 板311包含LCD液晶显示界面623，键盘及其接口611以及声音报警输出612，主要用于人 机交互，简单直观易懂是其主要特征；主CPU/总线控制板310包含DSP芯片610、AD采样 电路621、输入输出逻辑控制电。
20、路625和613以及底层驱动电路，电路板采用4层设计，抗 干扰强，是整个装置的核心处理部件，负责各种逻辑判据的处理；电流电压采样板312包含 1组电压互感器回路618、2组电流互感器回路619和装置电源模块622，负责1组PT电压 和2组CT电流采样接入，并提供装置的工作电源；输入输出控制板313包含告警出口回路 614、动作出口回路615、交直流开入控制电路616和617，结合输入输出逻辑控制电路613 和625，负责位置信号的采样接入和动作出口的开关控制；以太网通讯板314包括单片机芯 片620和以太网处理电路624，实现以太网TCP/UDP网络通讯功能。 0016 本发明结构简单，集成度高，采样精度高，线性范围广、响应速度快，环境适应能力 强、功耗低、操作简单，同时支持交流开入和直流开入两种采样方式，并集多种保护功能于 一体，可广泛应用于35KV及以下电压的输配电系统，具有显著的经济效益和社会效益，目 前已成功应用于多个项目中。 说 明 书CN 103022986 A 1/1页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 103022986 A 。