新型继电保护电源插件的健康状态检测装置及检测方法与流程

本发明具体涉及一种新型继电保护电源插件的健康状态检测装置及检测方法。

背景技术：

继电保护装置是当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。

继电保护装置对电力系统的安全可靠稳定运行有着十分重要的作用，继电保护装置故障所造成的电网故障所占的比例较高。继电保护用开关电源是继电保护装置的主要模块，它是继电保护正常工作的基础，继电保护装置要求其电源插件的安全性、可靠性很高，防止由于电源插件故障引起的拒动或者误动。国家电网规定：“配置足够的保护备品、备件，缩短继电保护缺陷处理时间，微机保护装置的开关电源模件宜在运行6年后予以更换”。以上可以看出继电保护装置是否发生故障与电源插件性能的好坏有着很大的关联。

目前，运行超过6年的继电保护电源插件占比较大，尚无能够适应于厂站保护现场的继电保护电源插件自动检测装置。为了避免继电保护装置电源插件突然故障对电力系统安全稳定运行造成影响，需要对电源插件的性能进行检测，进而评估其健康状况，对电源性能不满足要求的插件采取相应的措施。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种能够实现继电保护电源插件的健康状态进行自动检测的新型继电保护电源插件的健康状态检测装置。

本发明的目的之二在于提供一种所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置的检测方法。

本发明提供的这种新型继电保护电源插件的健康状态检测装置，包括电源电路，驱动电路、电阻阵列测试电路、采样电路和控制器；电源电路为所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置及电源插件供电；控制器通过驱动电路连接电阻阵列测试电路和电源电路；驱动电路用于接收控制器的命令，驱动电阻阵列测试电路工作，同时也驱动电源电路给被测继电保护电源插件供电；电阻阵列测试电路通过驱动电路与控制器连接，用于接收控制器发送的控制命令对所述继电保护电源插件输出电源进行测试；采样电路连接在电阻阵列测试电路和控制器之间，用于采样电源电路输出到被测电源插件的电源信号，同时采样被测电源插件的输出参数，并将采样信号传入控制器；控制器用于根据采样电路上传的数据判断电源插件的健康状态。

所述的新型继电保护电源插件的健康状态检测装置还包括通讯电路和液晶触摸屏；控制器通过通讯电路连接液晶触摸屏，并将所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置的工作参数通过通讯电路发送给屏进行显示，同时液晶显示屏也用于接收外部对所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置发出的控制命令并通过通讯电路传输给控制器。

所述的新型继电保护电源插件的健康状态检测装置还包括散热模块；所述散热模块与控制器连接，用于接收控制器的命令并对所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置进行散热。

所述的新型继电保护电源插件的健康状态检测装置还包括报警模块；所述报警模块与控制器连接，用于在所述新型继电保护电源插件的健康状态自动检测装置工作异常时报警。

所述的新型继电保护电源插件的健康状态检测装置还包括保护电路；控制器通过保护电路连接报警模块和散热模块；保护电路用于接收控制器发出的控制信号，在所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置工作异常时启动散热模块和报警模块，同时断开电源电路对所述被测电源插件提供的电源信号，从而保护所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置。

所述的采样电路包括温度采样电路、电压互感器、电流互感器及电压电流信号处理电路；电压互感器并联在电阻阵列测试电路的输入端和电源电路中电源插件供电回路的输出端，用于采样电源插件的输入电压信号和输出电压信号；电流互感器串联在电阻阵列测试电路的输出端，用于采样电源插件的输出电流信号；温度采样电路用于采集所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置的工作温度信息并将采样信号传入控制器；电压电流信号处理电路是将电压互感器和电流互感器采样的电压电流信号转换为控制器的电平范围后再输入控制器。

所述电阻阵列测试电路包括依次串接的启动测试电路、驱动电路、开关管和电阻阵列；控制器通过控制启动测试电路、驱动电路和开关管控制电阻阵列接入电源插件输出端的阻值，从而改变电源插件的输出负载的大小；驱动电路用于驱动开关管的开启和关断；启动测试电路用于在启动测试前保证驱动电路控制开关管的状态为断开状态。

本发明还提供了一种所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置的检测方法，包括如下步骤：

S1.检测装置上电并自检；

S2.装置上电自检通过后，初始化控制器；

S3.液晶触摸屏选择检测模式，通过通讯电路将检测模式反馈给控制器；

S4.控制器根据检测模式控制测试电路选择电阻阵列测试电路的接入方式；

S5.控制器控制驱动电路驱动测试电路开关管，改变电源插件输出负载的大小；

S6.采样电路实时采集电源插件的输入电压和输出电压电流信号，并上传控制器；

S7.控制器对电源插件的电压电流进行分析，判断电源插件的健康状态，并将电压电流信号和健康状态结果上传至液晶触摸屏。

本发明提供的这种新型继电保护电源插件的健康状态检测装置和检测方法，通过对电源插件性能有影响的电压电流信号的采集及处理，从而能够实现对电源插件性能参数进行检测，包括对直流电源的自启动性能、纹波系数及带负载能力等方面的测试；而且电路结构简单，体积小巧，方便继电保护装置维护人员随身携带；接线简单，能够对电源插件性能进行自动检测，减少繁琐的操作，提高维护人员在现场的效率。

附图说明

图1为本发明的检测装置的电路结构框图。

图2为本发明的检测装置的电源电路示意图。

图3为本发明的检测装置的采样电路、电阻阵列测试电路和控制器连接示意图。

图4为本发明的检测装置的测试电路中的开关管和电阻阵列的电路连接示意图。

图5为本发明的检测装置的启动测试电路的电路原理图。

图6为本发明的检测方法的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的检测装置的电路结构框图：本发明提供的这种新型继电保护电源插件的健康状态检测装置，包括电源电路，驱动电路、电阻阵列测试电路、采样电路、控制器、通讯电路、液晶触摸屏、散热模块、报警模块和保护电路；电源电路为所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置及电源插件供电；电阻阵列测试电路通过驱动电路与控制器连接，用于接收控制器发送的控制命令对所述继电保护电源插件输出电源进行测试；控制器通过驱动电路连接电阻阵列测试电路和电源电路；驱动电路用于接收控制器的命令，驱动电阻阵列测试电路工作，同时也驱动电源电路给被测继电保护电源插件供电；采样电路连接在电阻阵列测试电路和控制器之间，用于采样被测电源插件的输入与输出参数，并将采样信号传入控制器；控制器用于根据采样电路上传的数据判断电源插件的健康状态；控制器通过通讯电路连接液晶触摸屏，并将所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置的工作参数通过通讯电路发送给屏进行显示，同时液晶显示屏也用于接收外部对所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置发出的控制命令并通过通讯电路传输给控制器；所述散热模块通过保护电路与控制器连接，用于接收控制器的命令并对所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置进行散热；所述报警模块通过保护电路与控制器连接，用于在所述新型继电保护电源插件的健康状态自动检测装置工作异常时报警；保护电路用于接收控制器发出的控制信号，在所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置工作异常时启动散热模块和报警模块，从而保护所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置。

如图2所示为本发明的检测装置的电源电路示意图：220V交流电源进入所述检测装置后分为两路，一路通过单相桥式全控整流电路进行整流后通过电容滤波后为继电保护电源插件供电；另一路则通过开关电源转换后输出标准的直流电能，通过电容滤波后为电路芯片及继电器供电。

如图3所示为本发明的检测装置的采样电路、电阻阵列测试电路和控制器连接示意图：电阻阵列测试电路包括依次串接的启动测试电路、驱动电路、开关管和电阻阵列，采样电路在图中仅包括电流互感器和电压互感器；控制器发出控制驱动信号，通过启动测试电路后分别再通过驱动电路1～驱动电路4驱动电阻阵列1～电阻阵列4，从而改变电源插件的输出负载大小。图中电源插件输出的电源则包括+5V和+5V地、+15V和+15V地、-15V和-15V地以及+24V及+24V地。继电器辅助节点可以控制电源插件上述四路输出电源是否接入负载。在具体实施时，可以根据不同厂家不同类型的电源插件的输出电压及功率大小选择不同的电阻阵列组合、电压互感器、电流互感器和继电器的参数；电压互感器并联在电阻阵列测试电路的输出端，用于采样电源插件的输出电压信号；电流互感器串联在电阻阵列测试电路的输出端，用于采样电源插件的输出电流信号；电压电流信号处理电路是将电压互感器和电流互感器采样的电压和电流信号转换为控制器的电平范围后再输入控制器。

如图4所示为本发明的检测装置的测试电路中的开关管和电阻阵列的电路连接示意图：开关管V1～V4分别与相应的电阻串接后，然后再并接在一起，从而组成图3中的电阻阵列；每一个开关管均通过控制器单独控制开启或关断，从而实现电阻阵列的任意组合，从而达到改变电阻阵列的输出阻值的目的。

图中为电阻阵列电路的具体实现形式，由4个不同阻值的电阻及4个MOSFET组成。电阻阻值的大小为R、2R、4R和8R。定义函数Si如下：VTi导通时Si为1，VTi关断时Si为0(i＝1、2、3、4)。这样VT1-VT4有16种导通关断组合，分别为(0000)、(0001)、(0010)、(0011)、(0100)、(0101)、(0110)、(0111)、(0000)、(0001)、(0010)、(0011)、(0100)、(0101)、(0110)和(0111)。这样可得测试电路输出电流I为：

上式中，U为测试电路输出电压。通过控制MOSFET的通断可以控制测试电路的输出电流，进而控制测试电路输出功率P，从而得到不同负载下的电压电流参数。

假设电源插件某一路额定输出电压为U_N，额定功率为P_N。当负载变化时，输出电压U基本保持不变，等于U_N。当VT1-VT4全导通时，测试电路输出功率P＝15U²/(8R)，假定此时输出功率等于P_N，这样电阻矩阵中R＝15U_N²/(8P_N)。然而市场上可能并不存在阻值刚好和R相等电阻，实际使用的电阻可以略小于电阻R。

当电源插件某一路额定输出功率较大时，当VT1导通时电阻R消耗的功率较大，可以采用多个电阻并联的形式，通过n个阻值为nR的电阻并联得到电阻R，这样在每个电阻消耗的功率将大幅降低。

如图5所示为本发明的检测装置的启动测试电路的电路原理图：为了防止电源插件在未开始测试前即带负载，设计如图所示的启动测试电路。当测试开始时，无论控制模块的IO1-IO4口输出电平是高电平还是低电平，驱动电路输入端全为低电平，保证电阻阵列不会接入测试电路。其中，芯片74HC245能够提高IO口驱动能力，芯片74LS00为非门，芯片74LS08为与门。驱动电路为驱动图4中开关管的专用驱动电路。

所述的散热装置在具体实施时可以采用散热风扇；报警模块则可以采用声光报警器。

如图6所示为本发明的检测方法的方法流程图：本发明提供的所述新型继电保护电源插件的健康状态检测装置的检测方法，包括如下步骤：

S1.检测装置上电并自检；

S2.装置上电自检通过后，初始化控制器；

S3.液晶触摸屏选择检测模式，通过通讯电路将检测模式反馈给控制器；

S4.控制器根据检测模式控制测试电路选择测试电路的接入方式；

S5.控制器控制驱动电路驱动测试电路的开关管，改变电源插件输出负载的大小；

S6.采样电路实时采集电源插件的输入电压和输出电压电流信号，并上送控制器；

S7.控制器对电源插件的电压电流进行分析，判断电源插件的健康状态，并将电压电流信号和健康状态结果上传至液晶触摸屏。