專利名稱：一種饋線微機保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種饋線微機保護裝置。
背景技術：
微機保護近些年在饋線自動化中的發展迅速，我國在微機保護的研究、開發和實用化上已進入世界前列，但現有的微機保護有相當部分仍是原有模擬式保護的翻版，原理上沒有創新，傳統保護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作為各種相間短路故障的主保護，而傳統的三段式電流整定值均按電カ系統最大運行方式離線整定且整定值保持不變，并按電カ系統最小運行方式校驗保護范圍或靈敏度，雖然這種整定原則能夠保證在各種運行方式和故障條件都能正確動作，但無法使保護達到最佳效果。在最小運行方式下發生最不利的故障時，保護范圍將縮小，甚至在短線路、系統阻抗較大等嚴重情況下會失去保護范圍發生拒動現象。 目前世界各國都在大力發展智能電網，對電力系統的供電質量和可靠性提出了更高的要求，基于傳統三段電流保護的繼電保護裝置已經很難滿足電網的要求，因此需要進一歩研究繼電保護原理，用新的繼電保護方法來滿足電力系統的要求。
發明內容本實用新型目的在于解決上述問題，提供了一種根據電カ系統的運行方式、故障類型與供配電線路負荷在線修改保護定值，使保護的動作值始終處于最佳狀態的饋線微機保護裝置，具體由以下技術方案實現。ー種饋線微機保護裝置，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，將采集到的數據信號傳送給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；所述人機交互模塊與CPU模塊連接。所述的饋線微機保護裝置，進ー步設計在于，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。所述的饋線微機保護裝置，進ー步設計在于，所述開入開出模塊設有8路開關量輸入和8路開關量輸出。所述的饋線微機保護裝置，進ー步設計在于，所述人機交互模塊包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶顯示器和鍵盤。所述的饋線微機保護裝置，進ー步設計在干，該裝置還設有包含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。所述的饋線微機保護裝置，進ー步設計在于，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。本實用新型可根據電カ系統的運行方式、故障類型與供配電線路負荷在線修改保護定值，使保護的動作值始終處于最佳狀態，從而擴大保護范圍，提高了保護的選擇性、速動性與靈敏性。

圖I為本實用新型結構示意圖。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為三段電流保護執行邏輯圖。圖5為自適應速斷電流保護程序流程圖。圖6為自適應帯時限速斷電流保護程序流程圖。
具體實施方式
以下結合說明書附圖以及具體實施例對本實用新型進行進ー步說明。該饋線微機保護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，將采集到的數據信號傳送給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。開入開出模塊設有8路開關量輸入和8路開關量輸出。人機交互模塊包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶顯示器和鍵盤。該裝置還設有包含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據傳遞給DSP，DSP根據預設保護算法對接收到的數據進行處理，同時將處理的結果傳遞給FPGA，FPGA根據根據預設的保護邏輯、DSP數據處理的結果和開關量的輸入狀態判斷饋線線路的運行狀態并控制繼電器模塊動作對線路進行保護。人機交互模塊可以對裝置的參數進行顯示，同時可以通過鍵盤對裝置的定值進行修改。通信模塊可以與上位機通信，同時本裝置設有GPRS模塊接ロ，可以進行遠程通訊，方便的實現遙信、遙測、遙控、遙調四遙功能。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，FPGA的引腳與ADS8364的啟動通道轉換信號(H0LDA、H0LDB、H0LDC)、地址線(A0 A2)、時鐘信號(CLK)、寫信號(WE)和片選信號(CS)相連，可以自由的啟動AD轉換芯片，啟動指定通道的轉換，選擇如何從ADS8364中讀取數據。ADS8364的讀信號(RD)、A/D轉換結束信號(EOC)和16位數據線(DB15 DB0)與DSP相連，當DSP接收到EOC后通過置RD低電平，將ADS8364轉換的數據通過數據線讀取到DSP。開關量輸入輸出模塊米用8路開關量輸入，8路開關量輸出，其中8路開關量輸出包括4路斷路器開斷輸出和4路信號輸出。人機交互模塊由主控芯片STC12LE5A60S2控制，用于顯示在線監測與保護裝置各種運行狀態，對裝置系統量進行修改。液晶采用的是有機發光二極管(OrganicLight-Emitting Diode,簡稱OLED), LED具有優異的抗震性、可彎曲性,低溫特性好,制造エ藝簡單，成本更低等優點，全漢化顯示，可顯示一次系統圖、測量數據、保護信息、故障波形。通訊模塊設有3個對外通訊端口，RS232、RS485和GPRS通訊接口。GPRS可以方便的實現遠程通訊，實現四遙功能。本裝置通過GPRS與上位機通訊，可以上傳本裝置的自適應三段電流保護定值，同時可以下載下一線路的自適應三段電流保護定值是自適應三段電流保護功能實現的一個重要基礎。本裝置軟件部分由DSP軟件、FPGA軟件和MCU軟件三大部分構成。其中DSP軟件主要對采集的數據進行FFT算法處理，FPGA軟件主要完成數據的采集、自適應整定值的計算和各種保護邏輯的處理。MCU軟件主要完成人機交互模塊的控制和上位機通訊功能的控制[。DSP主流程如圖4所示，在12路模擬量連續采樣256點之后，首先對每路模擬量做FFT運算，然后計算有效值、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、功率因數等，完成后將數據送到FPGA，并釋放總線，通知主FPGA讀取數據。FPGA主要完成裝置各種保護邏輯的設計，保護邏輯有，自適應三段電流保護、傳統三段電流保護、零序過流保護、重合閘(1-4次可設)、速斷保護、低電壓保護、非電量保護、控制回路斷線監測和裝置故障、失電告警等。三段電流保護執行邏輯如圖5所示。本發明軟件采用自適應三段電流整定方式編寫，自適應三段電流程序流程圖可參考圖5、6。首先初始化，給系統等效電源相電勢E、被保護線路單位長度阻抗Z和電流速斷保護的可靠系數g賦初始值，然后利用接收到的DSP送來的經過FFT各相電壓電流有效
值及各分量的穩態分量值，確定故障類型并計算出故障點到保護裝置安裝處的實際阻抗^Z1，裝置可以設定是否實時在線計算E，如果設定為計算E，則裝置根據上文介紹方法計算出E，進而計算出自適應速斷電流保護定值。圖7為自適應帯時限速斷電流保護程序流程。自適應電流速斷保護根據電力系統當前的實際運行方式和故障狀態實時、在線確
定故障發生時的故障類型系數ITi!和系統電源側實際阻抗Is,進而計算出電流整定值，無需進行人工干預。其整定公式為
VKi=
V/J式中ijgy為自適應電流速斷保護整定值；具體程序中E設為系統等效電源相電勢;！(設為故障時系統電源側實際阻抗;Z設為被保護線路單位長度阻抗山設為故障點與保護安裝處的距離設為電流速斷保護的可
靠系數，取I. 2^1. 3 設為故障類型系數，三相短路時I = I,兩相短路時JTrf = Ai。其中
ΛΛ Λ ^ΛιIBj w
故障類型系數&可以根據裝置測量的兩相電流來識別，利用故障時的正序、負序電流來區
分兩相與三相短路。當三相短路時負序電流為零，兩相短路時正序、負序電流相等。自適應電流速斷保護的動作條件為lL>Jmi (2)式中！^為流過保護裝置處的實際穩態電流，即動作電流。[0036]當相鄰的下一線路采用自適應電流速斷保護時，本線路帶時限速斷電流保護也就有自適應性，稱為自適應帶時限速斷電流保護。其整定公式為Ixs = ^Ian (3)程序中JTf帶時限速斷電流保護可靠系數，取取I. 2 I. 3 ；為相鄰下一線路自適應電流速斷保護整定值。通過本裝置的GPRS通訊或RS232通訊，將相鄰下一線路的自適應電流速斷保護整定值，傳遞給SCADA系統，然后由SCADA系統將自適應電流速斷保護整定值傳遞給本裝置。自適應帶時限電流速斷保護的動作條件為PW4)自適應自適應過電流保護的主要特征是能自動調整其整定值，以適應負荷和運行方式的變化。其整定公式為 Ixslsi = —.....--Iam ( 5 )程序中Imj為本線路自適應過電流保護整定值;為過電流保護可靠系數, 泛1_2 為自啟動系數，;JS^為返回系數，取O. 85 O. 95 ; 為本線路的實時
負荷電流。本線路的自適應過電流保護還應滿足I - I (6)
L J Jttari-A1 Imjk程序中if為過電流保護系數，if >1.1 ;|皿^3為相鄰下一線路過電流保護定值。同自適應帶時限電流速斷保護設定，通過本裝置GPRS通訊或RS232方法，將相鄰下一線路的自適應電流速斷保護整定值，傳遞給SCADA系統，然后由SCADA系統將自適應過電流保護整定值傳遞給上一線路。自適應過電流保護的整定值應取式(5) (6)中的較大者，自適應過電流保護的動作條件為/[( 7 )本實用新型可根據電力系統的運行方式、故障類型與供配電線路負荷在線修改保護定值，使保護的動作值始終處于最佳狀態，從而擴大保護范圍，提高了保護的選擇性、速動性與靈敏性。
權利要求1.ー種饋線微機保護裝置，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，將采集到的數據信號傳送給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；所述人機交互模塊與CPU模塊連接。
2.根據權利要求I所述的饋線微機保護裝置，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.根據權利要求I所述的饋線微機保護裝置，其特征在于，所述開入開出模塊設有8路開關量輸入和8路開關量輸出。
4.根據權利要求I所述的饋線微機保護裝置，其特征在于，所述人機交互模塊包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶顯示器和鍵盤。
5.根據權利要求I所述的饋線微機保護裝置，其特征在干，該裝置還設有包含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.根據權利要求I所述的饋線微機保護裝置，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。
專利摘要本實用新型涉及一種饋線微機保護裝置，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，將采集到的數據信號傳送給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；所述人機交互模塊與CPU模塊連接。本實用新型可根據電力系統的運行方式、故障類型與供配電線路負荷在線修改保護定值，使保護的動作值始終處于最佳狀態，從而擴大保護范圍，提高了保護的選擇性、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 優先權日2012年7月18日
發明者林莘, 郝立鵬, 劉洋, 李斌, 王亮 申請人:南京因泰萊配電自動化設備有限公司