一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，包括數據檢測單元和控制單元，所述數據檢測單元包括第一微控制器和通信電路，所述第一微控制器的輸入端接有A/D轉換電路、弧光檢測電路和時鐘電路，所述控制單元包括第二微控制器、數據存儲器和Ethernet模塊，所述第二微控制器的輸入端接有按鍵操作電路，所述第二微控制器的輸出端接有報警電路、液晶顯示屏和繼電器保護電路，所述A/D轉換電路的輸入端接有零序電壓檢測模塊和零序電流檢測模塊。本實用新型電路簡單，設計合理，及時確定接地故障線路并斷開，防止形成短路回路影響負載供電，提高小電流接地系統的安全性和可靠性，實用性強。
【專利說明】
一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于電力系統中單相接地選線保護裝置技術領域，具體涉及一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置。
【背景技術】
[0002]我國的配電網多采用小電流接地系統，小電流接地系統包括中性點不接地、中性點經消弧線圈接地或經高阻接地系統。在配電網故障中多為單相接地故障，在工況企業供電系統中，對供電可靠性提出更高要求。小電流接地系統發生單相接地故障時，非故障相電壓升高，線路絕緣要求高；同時，如果不能及時確定故障線路完成對故障線路處理，容易擴大為兩相或多相對地短路，威脅電力系統的安全運行。甚至會出現間歇性弧光過電壓，容易導致絕緣擊穿，嚴重時會擊穿設備，引發相間短路，引發事故擴大。單相接地故障是配電網發生幾率最多的故障，故障發生時，必須準確的判斷故障支路，即選線;并切除故障支路。目前，對于單相接地故障的處理，需要進行人工判定，并需要人工排除故障。因此，現如今缺少一種結構簡單、成本低、設計合理、易操作的小電流接地系統單相接地選線保護裝置，通過設置零序電壓檢測模塊和零序電流檢測模塊實時檢測零序電壓和零序電流，確定接地故障線路，并予以選擇性切除，以確保不形成短路回路，不影響負載供電，通過設置弧光檢測電路實時檢測弧光，通過繼電器保護電路及時斷開故障線路，避免發事故的擴大，提高小電流接地系統的安全性和可靠性。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，本實用新型設計電路簡單，設計合理，通過設置零序電壓檢測模塊和零序電流檢測模塊，實時檢測零序電壓和零序電流，確定接地故障線路，防止形成短路回路影響負載供電，通過設置弧光檢測電路實時檢測弧光，通過繼電器保護電路及時斷開故障線路，避免發事故的擴大，提高小電流接地系統的安全性和可靠性，實用性強，便于推廣使用。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:包括數據檢測單元和與所述數據檢測單元連接的控制單元，所述數據檢測單元包括第一微控制器和與第一微控制器相接的通信電路，所述第一微控制器的輸入端接有A/D轉換電路、弧光檢測電路和時鐘電路，所述控制單元包括第二微控制器和與第二微控制器相接的數據存儲器和用于與上位機進行通信的Ethernet模塊，所述第二微控制器的輸入端接有按鍵操作電路，所述第二微控制器的輸出端接有報警電路、液晶顯示屏和繼電器保護電路，所述第一微控制器通過通信電路與第二微控制器進行數據通信，所述A/D轉換電路的輸入端接有零序電壓檢測模塊和零序電流檢測模塊，所述零序電壓檢測模塊包括電壓互感器和與電壓互感器輸出端相接的第一信號調理電路，所述零序電流檢測模塊包括電流互感器和與電流互感器輸出端相接的第二信號調理電路，所述第一信號調理電路的輸出端和第二信號調理電路的輸出端均與A/D轉換電路的輸入端相接；
[0005]所述第一信號調理電路包括運放Ul和運放U2，所述運放Ul的同相輸入端分兩路，一路與電阻R4的一端相接，另一路經電容C6接地;所述電阻R4的另一端分兩路，一路經電容C4接地，另一路經電阻R3與電壓互感器的信號輸出端相接;所述運放Ul的輸出端分兩路，一路與所述運放Ul的反相輸入端相接，另一路與電阻R5的一端相接;所述電阻R5的另一端分兩路，一路經電阻Rl與3.3V電源輸出端相接，另一路與運放U2的同相輸入端相接;所述運放U2的輸出端分兩路，一路與所述運放U2的反相輸入端相接，另一路與電阻R2的一端相接;所述電阻R2的另一端分三路，一路經電容C5接地，另一路與穩壓二極管DWl的陰極相接，第三路與A/D轉換電路的輸入端相接。
[0006]上述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述第二信號調理電路包括運放U3和運放U4，所述運放U3的同相輸入端分兩路，一路與電阻Rll的一端相接，另一路經電容C13接地;所述電阻Rl I的另一端分兩路，一路經電容Cl I接地，另一路與電阻RlO的一端相接，所述電阻RlO的另一端分兩路，一路經電阻R13接地，另一路與電流互感器的信號輸出端相接;所述運放U3的輸出端分兩路，一路與所述運放U3的反相輸入端相接，另一路與電阻R12的一端相接;所述電阻R12的另一端分兩路，一路經電阻R8與3.3V電源輸出端相接，另一路與運放U4的同相輸入端相接;所述運放U4的輸出端分兩路，一路與所述運放U4的反相輸入端相接，另一路與電阻R9的一端相接;所述電阻R9的另一端分三路，一路經電容Cl 2接地，另一路與穩壓二極管DW2的陰極相接，第三路與A/D轉換電路的輸入端相接。
[0007]上述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述電壓互感器包括傳感器ZMPT1IB，所述電流互感器包括傳感器ACS712ELC-20A。
[0008]上述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述弧光檢測電路包括硅光電二極管I3Dl和三極管Q2，所述硅光電二極管PDl的陰極與+5V電源輸出端相接，所述硅光電二極管roi的陽極分兩路，一路經電阻R16接地，另一路與三極管Q2的基極相接;所述三極管Q2的集電極分兩路，一路經電阻R14與+5V電源輸出端相接，另一路與第一微控制器相接;所述三極管Q2的發射極接地。
[0009]上述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述A/D轉換電路包括芯片MAXl 25。
[0010]上述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述繼電器保護電路包括繼電器Kl和三極管Q1，所述三極管Ql的基極經電阻R15與第二微控制器相接，所述三極管Ql的發射極與+5V電源輸出端相接，所述三極管Ql的集電極分三路，一路經電容C14接地，另一路與整流二極管Dl的陽極相接，第三路與繼電器Kl的線圈的一端相接;所述繼電器Kl的線圈的另一端和整流二極管Dl的陰極均接地。
[0011]上述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述通信電路為RS232串口通信電路。
[0012]上述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述時鐘電路包括芯片DS1302。
[0013]上述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述第一微控制器為DSP微控制器，所述第二微控制器為ARM微控制器。
[0014]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0015]1、本實用新型通過設置零序電壓檢測模塊和零序電流檢測模塊，實時檢測并采集小電流接地系統中的零序電壓信號和零序電流信號，當出現單相接地故障時，確定接地故障線路，并予以選擇性切除，防止短路回路影響負載供電。
[0016]2、本實用新型通過設置弧光檢測電路，實時檢測小電流接地系統中的弧光，當檢測到弧光時，且通過繼電器保護電路，及時切斷故障線路，避免發事故的擴大，提高小電流接地系統的安全性和可靠性。
[0017]3、本實用新型通過設置第一微控制器負責零序電流、零序電壓和弧光信號等數據采集，并通過通信電路將采集到的零序電流、零序電壓和弧光信號數據發送至第二微控制器，第二微控制器負責數據的處理，通過液晶顯示屏進行實時顯示，同步存儲至數據存儲器中，對不符合設定值的參數通過報警電路報警提示，并通過Ethernet模塊與上位機進行數據通信，方便監控室內的工作人員遠距離監控。
[0018]綜上所述，本實用新型電路簡單，設計合理，通過設置零序電壓檢測模塊和零序電流檢測模塊，實時檢測零序電壓和零序電流，確定接地故障線路，防止形成短路回路影響負載供電，通過設置弧光檢測電路實時檢測弧光，通過繼電器保護電路及時斷開故障線路，避免發事故的擴大，提高小電流接地系統的安全性和可靠性，實用性強，便于推廣使用。
[0019]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】

[0020]圖1為本實用新型的電路原理框圖。
[0021]圖2為本實用新型第一信號調理電路的電路原理圖。
[0022]圖3為本實用新型第二信號調理電路的電路原理圖。
[0023]圖4為本實用新型弧光檢測電路的電路原理圖。
[0024]圖5為本實用新型繼電器保護電路的電路原理圖。
[0025]附圖標記說明:
[0026]! 一第一微控制器； 2—電壓互感器；3—第一信號調理電路；
[0027]4 一 A/D轉換電路；5—電流互感器；6—第二信號調理電路；
[0028]7—弧光檢測電路； 8—時鐘電路；9 一通信電路；
[0029]10—按鍵操作電路； 11 一數據存儲器；12—液晶顯示屏；
[0030]13—第二微控制器； 14 一報警電路；15—繼電器保護電路；
[0031]16一Ethernet 模塊； 17—上位機。
【具體實施方式】
[0032]如圖1所示，本實用新型包括數據檢測單元和與所述數據檢測單元連接的控制單元，所述數據檢測單元包括第一微控制器I和與第一微控制器I相接的通信電路9，所述第一微控制器I的輸入端接有A/D轉換電路4、弧光檢測電路7和時鐘電路8，所述控制單元包括第二微控制器13和與第二微控制器13相接的數據存儲器11和用于與上位機17進行通信的Ethernet模塊16，所述第二微控制器13的輸入端接有按鍵操作電路10，所述第二微控制器13的輸出端接有報警電路14、液晶顯示屏12和繼電器保護電路15，所述第一微控制器I通過通信電路9與第二微控制器13進行數據通信，所述A/D轉換電路4的輸入端接有零序電壓檢測模塊和零序電流檢測模塊，所述零序電壓檢測模塊包括電壓互感器2和與電壓互感器2輸出端相接的第一信號調理電路3，所述零序電流檢測模塊包括電流互感器5和與電流互感器5輸出端相接的第二信號調理電路6，所述第一信號調理電路3的輸出端和第二信號調理電路6的輸出端均與A/D轉換電路4的輸入端相接。
[0033]如圖2所示，所述第一信號調理電路3包括運放Ul和運放U2，所述運放Ul的同相輸入端分兩路，一路與電阻R4的一端相接，另一路經電容C6接地;所述電阻R4的另一端分兩路，一路經電容C4接地，另一路經電阻R3與電壓互感器2的信號輸出端相接;所述運放Ul的輸出端分兩路，一路與所述運放Ul的反相輸入端相接，另一路與電阻R5的一端相接;所述電阻R5的另一端分兩路，一路經電阻Rl與3.3V電源輸出端相接，另一路與運放U2的同相輸入端相接;所述運放U2的輸出端分兩路，一路與所述運放U2的反相輸入端相接，另一路與電阻R2的一端相接;所述電阻R2的另一端分三路，一路經電容C5接地，另一路與穩壓二極管DWl的陰極相接，第三路與A/D轉換電路4的輸入端相接。
[0034]如圖3所示，本實施例中，所述第二信號調理電路6包括運放U3和運放U4，所述運放U3的同相輸入端分兩路，一路與電阻Rll的一端相接，另一路經電容C13接地;所述電阻Rll的另一端分兩路，一路經電容Cll接地，另一路與電阻RlO的一端相接，所述電阻RlO的另一端分兩路，一路經電阻R13接地，另一路與電流互感器5的信號輸出端相接;所述運放U3的輸出端分兩路，一路與所述運放U3的反相輸入端相接，另一路與電阻R12的一端相接;所述電阻R12的另一端分兩路，一路經電阻R8與3.3V電源輸出端相接，另一路與運放U4的同相輸入端相接;所述運放U4的輸出端分兩路，一路與所述運放U4的反相輸入端相接，另一路與電阻R9的一端相接;所述電阻R9的另一端分三路，一路經電容Cl 2接地，另一路與穩壓二極管DW2的陰極相接，第三路與A/D轉換電路4的輸入端相接。
[0035]本實施例中，所述電壓互感器2包括傳感器ZMPT101B，所述電流互感器5包括傳感器ACS712ELC-20A。
[0036]如圖4所示，本實施例中，所述弧光檢測電路7包括硅光電二極管H)I和三極管Q2，所述硅光電二極管roi的陰極與+5V電源輸出端相接，所述硅光電二極管roi的陽極分兩路，一路經電阻R16接地，另一路與三極管Q2的基極相接;所述三極管Q2的集電極分兩路，一路經電阻R14與+5V電源輸出端相接，另一路與第一微控制器I相接;所述三極管Q2的發射極接地。
[0037]本實施例中，所述A/D轉換電路4包括芯片MAX125。
[0038]如圖5所示，本實施例中，所述繼電器保護電路15包括繼電器Kl和三極管Ql，所述三極管Ql的基極經電阻R15與第二微控制器13相接，所述三極管Ql的發射極與+5V電源輸出端相接，所述三極管Ql的集電極分三路，一路經電容Cl 4接地，另一路與整流二極管DI的陽極相接，第三路與繼電器Kl的線圈的一端相接;所述繼電器Kl的線圈的另一端和整流二極管Dl的陰極均接地。
[0039]本實施例中，所述通信電路9為RS232串口通信電路。
[0040]本實施例中，所述時鐘電路8包括芯片DS1302。
[0041 ]本實施例中，所述第一微控制器I為DSP微控制器，所述第二微控制器13為ARM微控制器。
[0042]本實用新型使用時，第一微控制器I和第二微控制器13進入工作狀態，通過按鍵操作電路10預先設定零序電壓閾值和零序電流閾值，電壓互感器2實時檢測小電流接地系統中的零序電壓信號并將采集到的零序電壓信號送入第一信號調理電路3，經過第一信號調理電路3的處理轉換為A/D轉換電路4可處理的數值范圍，電流互感器5實時檢測小電流接地系統中的零序電流信號并將采集到的零序電流信號送入第二信號調理電路6，經過第二信號調理電路6的處理轉換為A/D轉換電路4可處理的數值范圍，經過A/D轉換電路4的處理轉化為數字零序電壓值和數字零序電流值并發送至第一微控制器1，弧光檢測電路7實時檢測小電流接地系統中是否存在弧光信號，當存在弧光時，硅光電二極管PDl反向電流增加，三極管Q2導通，弧光檢測電路7輸出低電平并發送至第一微控制器1，時鐘電路8實時記錄零序電壓信號、零序電流信號和弧光信號的采集時間，方便查看，第一微控制器I將接收到的數字零序電壓值、數字零序電流值和存在弧光信號通過通信電路9發送至第二微控制器13，第二微控制器13將接收到的數字零序電壓值和數字零序電流值分別與預先設定的零序電壓閾值和零序電流閾值進行比較，通過液晶顯示屏12實時顯示并同步存儲至數據存儲器11中，當第二微控制器13接收到的數字零序電壓值不符合預先設定的零序電壓閾值或第二微控制器13接收到的數字零序電流值不符合預先設定的零序電流閾值時，第二微控制器13通過報警電路14報警提示，同時，第二微控制器13根據得到的數字零序電壓值和數字零序電流值確定接地故障線路，以確保不形成短路回路影響負載供電，當第二微控制器13確定存在單相故障時或弧光檢測電路7檢測到弧光存在時，第二微控制器13控制繼電器保護電路15工作，繼電器Kl的常閉觸點斷開，斷開故障線路，防止事故的擴大;第二微控制器13并通過Ethernet模塊16與設置在監控室內的上位機17進行數據通信，方便工作人員的遠距離監控，操作簡單，提高小電流接地系統的安全性和可靠性。
[0043]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:包括數據檢測單元和與所述數據檢測單元連接的控制單元，所述數據檢測單元包括第一微控制器(I)和與第一微控制器(I)相接的通信電路(9)，所述第一微控制器(I)的輸入端接有A/D轉換電路(4)、弧光檢測電路(7)和時鐘電路(8)，所述控制單元包括第二微控制器(13)和與第二微控制器(13)相接的數據存儲器(11)和用于與上位機(17)進行通信的Ethernet模塊(16)，所述第二微控制器(13)的輸入端接有按鍵操作電路(10)，所述第二微控制器(13)的輸出端接有報警電路(14)、液晶顯示屏(12)和繼電器保護電路(15)，所述第一微控制器(I)通過通信電路(9)與第二微控制器(13)進行數據通信，所述A/D轉換電路(4)的輸入端接有零序電壓檢測模塊和零序電流檢測模塊，所述零序電壓檢測模塊包括電壓互感器(2)和與電壓互感器(2)輸出端相接的第一信號調理電路(3)，所述零序電流檢測模塊包括電流互感器(5)和與電流互感器(5)輸出端相接的第二信號調理電路(6)，所述第一信號調理電路(3)的輸出端和第二信號調理電路(6)的輸出端均與A/D轉換電路(4)的輸入端相接； 所述第一信號調理電路(3)包括運放Ul和運放U2，所述運放Ul的同相輸入端分兩路，一路與電阻R4的一端相接，另一路經電容C6接地;所述電阻R4的另一端分兩路，一路經電容C4接地，另一路經電阻R3與電壓互感器(2)的信號輸出端相接;所述運放Ul的輸出端分兩路，一路與所述運放Ul的反相輸入端相接，另一路與電阻R5的一端相接;所述電阻R5的另一端分兩路，一路經電阻Rl與3.3V電源輸出端相接，另一路與運放U2的同相輸入端相接;所述運放U2的輸出端分兩路，一路與所述運放U2的反相輸入端相接，另一路與電阻R2的一端相接；所述電阻R2的另一端分三路，一路經電容C5接地，另一路與穩壓二極管DWl的陰極相接，第三路與A/D轉換電路(4)的輸入端相接。2.按照權利要求1所述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述第二信號調理電路(6)包括運放U3和運放U4，所述運放U3的同相輸入端分兩路，一路與電阻Rll的一端相接，另一路經電容C13接地;所述電阻Rll的另一端分兩路，一路經電容Cll接地，另一路與電阻RlO的一端相接，所述電阻RlO的另一端分兩路，一路經電阻R13接地，另一路與電流互感器(5)的信號輸出端相接;所述運放U3的輸出端分兩路，一路與所述運放U3的反相輸入端相接，另一路與電阻R12的一端相接;所述電阻R12的另一端分兩路，一路經電阻R8與3.3V電源輸出端相接，另一路與運放U4的同相輸入端相接;所述運放U4的輸出端分兩路，一路與所述運放U4的反相輸入端相接，另一路與電阻R9的一端相接;所述電阻R9的另一端分三路，一路經電容C12接地，另一路與穩壓二極管DW2的陰極相接，第三路與A/D轉換電路(4)的輸入端相接。3.按照權利要求1或2所述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述電壓互感器(2)包括傳感器ZMPT1IB，所述電流互感器(5)包括傳感器ACS712ELC-20A。4.按照權利要求1或2所述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述弧光檢測電路(7)包括硅光電二極管HH和三極管Q2，所述硅光電二極管roi的陰極與+5V電源輸出端相接，所述硅光電二極管PDl的陽極分兩路，一路經電阻R16接地，另一路與三極管Q2的基極相接;所述三極管Q2的集電極分兩路，一路經電阻R14與+5V電源輸出端相接，另一路與第一微控制器(I)相接;所述三極管Q2的發射極接地。5.按照權利要求1或2所述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述A/D轉換電路(4)包括芯片MAX125。6.按照權利要求1或2所述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述繼電器保護電路(15)包括繼電器Kl和三極管Ql，所述三極管Ql的基極經電阻R15與第二微控制器(13)相接，所述三極管Ql的發射極與+5V電源輸出端相接，所述三極管Ql的集電極分三路，一路經電容C14接地，另一路與整流二極管Dl的陽極相接，第三路與繼電器Kl的線圈的一端相接;所述繼電器Kl的線圈的另一端和整流二極管Dl的陰極均接地。7.按照權利要求1或2所述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述通信電路(9)為RS232串口通信電路。8.按照權利要求1或2所述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述時鐘電路(8)包括芯片DS1302。9.按照權利要求1或2所述的一種小電流接地系統單相接地選線保護裝置，其特征在于:所述第一微控制器(I)為DSP微控制器，所述第二微控制器(13)為ARM微控制器。
【文檔編號】H02H7/26GK205724867SQ201620643836
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】趙建文, 張廣驍, 梁靜, 方子朝, 張乃元, 李春輝, 張軍明
【申請人】西安科技大學