专利名称：数字式电动机保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字式电动机保护装置，该装置是专为3kV、 6kV、 10kV的小电流接 地系统的大中型异步电动机的内部故障和过负荷等提供保护的装置，属于电动机保护技术领 域。
背景技术：
电力系统综合自动化已是电力系统发展的方向，微电子元件的发展使得保护和监控融为 一体有了可能性，可以提高其可靠性和运行管理水平，但是在电力设备使用微机也有许多不
利因素，例如高压电磁场的干扰，开关操作时有强烈的振动，就地安装环境的恶化对微机保 护提出了防振、宽温度范围、低功耗、抗干扰、高灵敏度、高精度、工作可靠性、安装维修 方便等更高的要求，这些难题在现有的微机保护装置中均未得到解决。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的问题，本实用新型所要解决的问题是提供一种数字式电动机 保护装置，将所有功能单元都模块化和标准化以插件的方式集成在箱体上，各插件之间互相 不受干扰，整个工作过程能够显示出来，使整个装置的灵敏度高、精度高、工作可靠性高、 安装维修方便。
为了解决上述问题，本实用新型采用的方案为数字式电动机保护装置，单片机通过导
线分别与DI开入单元、AD采样单元、D0开出单元，通讯单元，人机界面单元和电源电路单 元相连，D0开出单元通过导线与电源电路单元相连，AD采样单元的信号采集器采集电动机 的电流数据，DO开出单元与电动机上的继电器相连，单片机、DI开入单元、AD采样单元、 D0开出单元、通讯单元、人机界面单元和电源电路单元均为模块化集成，DI开入单元、AD采 样单元、D0开出单元、通讯单元和电源电路单元均通过模块化集成固定在箱体的背板上，人 机界面单元通过模块化集成固定在箱体的前面板上；其特征在于前面板中上部的左侧设置 有液晶屏，液晶屏的右侧设置有指示灯，液晶屏的下方设置有操作按钮，操作按钮的右下侧 设置有串行接口，操作按钮的下方自左向右设置有调试安全连接片、接地分/合开关和运行模 式切换开关；
背板上自左至右依次设置有逻辑和跳合闸出口模件、电源模件、中央处理器模件、交流 模件和故障指示灯模件；
3说 外围电路组成。
本实用新型数字式电动机保护装置与现有技术相比具有以下有益效果
本装置的所有功能单元都模块化和标准化以插件的方式集成在箱体上，箱体上只有内部 使用的5V和24V电压等级回路连线，强弱电完全分开，可大大减少外部电磁干扰在弱电侧的 耦合，增强了本装置的抗干扰能力，提高其可靠性和安全性。使本装置在功能配置上具有很 强的灵活性，可以根据用户需求更换或增加部分模件，扩充或更改本装置的功能；本装置可 实现电流差动保护、两折线比率差动保护、三路非电量保护、掉电不丢失的工作记录及信号 记忆功能、网络打印功能、相间短路的三相式/两相式电流速断及过流保护、电动机不平衡、 断相、反相及不对称故障的负序定时限或反时限过流保护、电动机按发热模型的发热效应的 过热保护、欠压保护、三路可分别整定延时的非电量保护、掉电不丢失的工作记录及信号记 忆功能。
以下结合附图对本实用新型数字式电动机保护装置做进一步说明
图1为本实用新型数字式电动机保护装置的系统框图2为本实用新型数字式电动机保护装置的硬件结构示意图3为图2所示数字式电动机保护装置中背板12的结构示意图。
其中，1 —单片机、2—DI开入单元、3—AD采样单元、4一D0开出单元、5 —通讯单元、 6—人机界面单元、7—电源电路单元，8—电动机、9一继电器、IO —信号采集器、ll一箱体、 12_背板、13 —前面板、14一液晶屏、15 —指示灯、16 —操作按钮16， 17—串行接口、 18_ 调试安全连接片、19一接地分/合开关、20—运行模式切换开关、21 —逻辑和跳合闸出口模件、 22—电源模件、23 —中央处理器模件、24 —交流模件、25 —故障指示灯模件。
具体实施方式
如图l所示单片机l、 DI开入单元2、 AD采样单元3、 DO开出单元4、通讯单元5、 人机界面单元6、电源电路单元7，其特征在于单片机1通过导线分别与DI开入单元2、 AD采样单元3、 DO开出单元4，通讯单元5，人机界面单元6和电源电路单元7相连，D0开 出单元4通过导线与电源电路单元7相连，AD采样单元3的信号釆集器10采集电动机8的 电流数据，D0开出单元4与电动机8上的继电器9相连。单片机l由中央处理器模件23及 外围电路组成，中央处理器模件23实现电动机的保护功能。
单片机l获得采样的数字信号后，进行数字滤波和算法运算获得模拟量的幅值信息，分别经保护软件模块的逻辑判断、显示处理、报告存储、录波等环节，当满足保护动作条件后 向出口回路发出跳闸、信号等命令。由于单片机1内部无存放程序的空间，保护程序是存放 在快速闪存FLASH中，单片机l通过总线来读取程序令并执行。主程序在软件中是一个管理 者，负责将不同功能的模块组织在一起。主程序中的初始化主要是整个系统为正常工作做好 准备，对于主变保护装置来说，主程序主要包括CPU初始化和对必要的参数设置默认值。 初始化完成后主程序进入工作状态，液晶屏上显示相关的菜单，首先判断是否需要进行定值 整定工作，如果需要则转入定值整定模块，否则继续向下执行。在采集开关量和检测键盘环 节中，如果检测到开关量变位或有按键被按下，则由主程序发出信息并转入信息处理模块进 行处理，信息处理的结果再传送到显示打印模块进行显示、打印，否则程序继续向下执行信 号采集与计算模块。逻辑判断模块根据电压无功的计算值和其他有关条件判断是否需要动作。 当逻辑判断模块产生动作指令后，通过检测装置出口继电器是否动作，以及检测被测量设备 的状态来判断动作指令是否得到正确执行，如果正确执行则转入下一次循环，否则将此异常 信息传送到信息处理模块进行处理，再将结果送给显示输出模块。上电复位以后，首先对CPU 及其外围芯片进行初始化，同时初始化控制状态，接下来显示主菜单，最后采用查询方式处 理键盘和A/D转换、并与智能模块通信，获取信息。与上位机通信采用中断形式，且中断级 别设为最高。开关量的输入采取先产生中断，后査询的方法。
AD采样单元3实现多路交流模拟信号的模数转换，并向单片机l提供实时的高精度的数 字信号。电力系统中的电量一般都是模拟量，而数字继电保护的实现则是基于由微型计算机 对数字量进行计算和判断。所以，为了实现计算机继电保护，必须对来自被保护单元设备的 模拟电量进行一系列预处理，从而得到所需形式的数字量提供给保护功能处理程序。由电力 系统输入到继电保护装置的模拟信号主要是来自PT (或CT)的交流电压(或电流)信号。根 据采样定理如果被测信号频率(或信号中要保留的最高次谐波频率)为fO，则采样频率fk (每秒钟的采样次数)必须大于fk的2倍，否则，就不可能由采样值拟合还原成原来的曲线。 因此，在出现大于l/2fk频率的谐波，而且这些谐波又是无用的情况下，有必要在信号引进 采样器以前装设一模拟式低通滤过器将频率等于和高于l/2fk的高次谐波滤掉。因此模拟信 号首先被转换到与微型计算机相匹配的电平，通过模滤波削去其中的高频成分，然后由采样 保持环节将连续信号离散化。由于输入信号往往不止一个，故由多路转换器逐个交给A/D转 换器变为数字量。这些数字量还应在存储器中按先后顺序排列以方便功能处理程序取用。在 AD采样单元3的电路设计中增设两级阻容元件构成的低通滤波回路，模拟量输入信号经过低 通滤波回路，分别将信号接入两片多路转换开关器件的输入，多路转换开关的输出信号分别输到AD转换芯片的输入回路，进行模数转换，由CPU定时来读取AD转换的结果，来作为 每一路模拟量的原始采样数据。
DI开入单元2为来自外部接点的开入量，经开入回路光电隔离后，经三态门电路向单片 机1输入，经软件逻辑判断抗干扰处理，获取开入量信号。外部开关量(空接点)取用装置提供 的24V信号电源，经过电阻限流，输入到光隔离器的输入端，光隔离器的输出端取用内部的 5V电源，接入到8路三态门器件，由CPU经总线读取信号的"0"或"1"状态，以判别外部 接点的开闭情况。采用光隔离器可以使外部开入电源与内部5V电源没有直接的电气联系，有 效消除了外部电磁干扰对CPU内部电路的影响，提高了可靠性。
D0开出单元4执行由CPU发出的出口动作命令，经与门电路到光隔离器的输入回路，光 隔离器的输出经单向二极管驱动继电器动作。光隔离器的输入部分为CPU内部5V电源，输出 部分为24V电源，用以驱动24V继电器。通过光隔离器把CPU内部电路和继电器驱动电路进 行了隔离，有效防止了电磁干扰，提高了硬件电路的可靠性。为保证出口回路的可靠性，采 用了多项闭锁措施。如采用启动元件开放出口正电源，采用硬件看门狗闭锁出口等。单片机l 发出出口命令的同时，必须发出解除闭锁信号，同时驱动启动继电器方能驱动出口继电器， 发出跳闸命令。
图2和图3所示，上述的单片机l、 DI开入单元2、 AD采样单元3、 D0开出单元4、通 讯单元5、人机界面单元6和电源电路单元7均为模块化集成，DI开入单元2、 AD采样单元 3、 D0开出单元4、通讯单元5和电源电路单元7均通过模块化集成固定在箱体11的背板12 上，人机界面单元6通过模块化集成固定在箱体11的前面板13上。前面板13中上部的左侧 设置有液晶屏14，液晶屏14的右侧设置有指示灯15，液晶屏14的下方设置有操作按钮16， 操作按钮16的右下侧设置有串行接口 17，操作按钮16的下方自左向右设置有调试安全连接 片18、接地分/合开关19和运行模式切换开关20。人机界面单元6的电路设计主要考虑到间 隔层设备的人机交互的方便性，同时又能够沿袭传统运行观念，设计了汉化液晶模块，众多 的信号指示灯，简洁方便的导电橡胶按钮，便于用户的使用维护和操作。
背板12上自左至右依次设置有逻辑和跳合闸出口模件21、电源模件22、中央处理器模 件23、交流模件24和故障指示灯模件25。
逻辑和跳合闸出口模件21上部设置有1X01 — 1X16接线端子，共计16逻辑信号接点，下 部设置有2X01 — 2X16接线端子，共计16跳合闸接点，具体包含压力低禁止跳闸的输入接 点、压力低禁止操作的输入接点、压力低禁止合闸的输入接点、手动跳闸输入接点、合闸输 入接点、控制电源输入接点、手跳继电器输出接点、合闸入口接点、合闸出口接点、跳位继电器输出接点、远动信号接点、断路器合闸位置重动接点、断路器跳闸位置重动接点、跳闸 出口接点、合位继电器接点、跳闸入口接点、禁止合闸、禁止跳闸、控制回路断线等。
电源模件22上部设置有3X01 — 3X16接线端子，共计16接点，实现4路备用继电器接点 开出，"保护动作"远动信号接点，"保护告警"远动信号接点，"装置故障"远动信号接 点，其他为备用，下部为4X01 — 4X08接线端子，共计8接点，为外部电源开入，电源异常的 输出空接点、本装置供电电源接点、接地点和空端子。
中央处理器模件23上部设置5X01 — 5X16接线端子，共计16接点，包含12路开关量， 具体为非电量I;非电量II;非电量III;外部合闸接触器合位辅助接点；远方/就地；外部复 归；开入有功脉冲；开入无功脉冲；还包括GPS对时用电源；其余备用。下部设置有两个以 太网接入端口。本模件内含通信速度极高、具备通用性接口的以太网芯片，本模件提供两个 RJ45通信接口，以UTP5线为通信介质，载特殊情况下，也可提供光纤接口。
交流模件24设置6X01—6X24接线端子，共计24接点，分两列，左侧为6X13 — 6X24接 线端子，右侧为6X01 — 6X12接线端子，包含为机端保护CT的三相输入，零序电流保护CT的 A相输入、零序选跳CT的输入、测量CT的C相的输入、中性点侧CT的C相输入，母线A、 B、 C和N相电压输入。
故障指示灯模件25设置有一列压板指示灯和一列信号指示灯，从上向下分别指示速断、 过流、零序过流、负流、过热、失压、起动、非电量、差动和差速。
本装置可实现电流差动保护、两折线比率差动保护、三路非电量保护、掉电不丢失的工 作记录及信号记忆功能、网络打印功能、相间短路的三相式/两相式电流速断及过流保护、电 动机不平衡、断相、反相及不对称故障的负序定时限或反时限过流保护、电动机按发热模型 的发热效应的过热保护、欠压保护、三路可分别整定延时的非电量保护、掉电不丢失的工作 记录及信号记忆功能。
本实用新型的控制原理和电路连接与现有技术相似。
权利要求1、数字式电动机保护装置，单片机(1)通过导线分别与DI开入单元(2)、AD采样单元(3)、DO开出单元(4)，通讯单元(5)，人机界面单元(6)和电源电路单元(7)相连，DO开出单元(4)通过导线与电源电路单元(7)相连，AD采样单元(3)的信号采集器(10)采集电动机(8)的电流数据，DO开出单元(4)与电动机(8)上的继电器(9)相连，单片机(1)、DI开入单元(2)、AD采样单元(3)、DO开出单元(4)、通讯单元(5)、人机界面单元(6)和电源电路单元(7)均为模块化集成，DI开入单元(2)、AD采样单元(3)、DO开出单元(4)、通讯单元(5)和电源电路单元(7)均通过模块化集成固定在箱体(11)的背板(12)上，人机界面单元(6)通过模块化集成固定在箱体(11)的前面板(13)上；其特征在于前面板(13)中上部的左侧设置有液晶屏(14)，液晶屏(14)的右侧设置有指示灯(15)，液晶屏(14)的下方设置有操作按钮(16)，操作按钮(16)的右下侧设置有串行接口(17)，操作按钮(16)的下方自左向右设置有调试安全连接片(18)、接地分/合开关(19)和运行模式切换开关(20)。
2、 根据权利要求l所述的数字式电动机保护装置，其特征在于背板(12)上自左至右 依次设置有逻辑和跳合闸出口模件(21)、电源模件(22)、中央处理器模件(23)、交流模 件(24)和故障指示灯模件(25)。
3、 根据权利要求1或2所述的数字式电动机保护装置，其特征在于单片机(1)由中 央处理器模件(23)及外围电路组成。
专利摘要本实用新型一种数字式电动机保护装置，属于电动机保护技术领域，所要解决的问题是提供一种将所有功能单元都模块化和标准化以插件的方式集成在箱体上，各插件之间互相不受干扰的装置，采用的方案为前面板中上部的左侧设置有液晶屏，液晶屏的右侧设置有指示灯，液晶屏的下方设置有操作按钮，操作按钮的右下侧设置有串行接口，操作按钮的下方自左向右设置有调试安全连接片、接地分/合开关和运行模式切换开关；本装置广泛应用于各变电站中。
文档编号H02H7/08GK201260072SQ200820136058
公开日2009年6月17日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者请求不公开姓名 申请人:山西南自晋能自动化成套有限公司