专利名称：一种馈线微机保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种馈线微机保护装置。
背景技术：
微机保护近些年在馈线自动化中的发展迅速，我国在微机保护的研究、开发和实用化上已进入世界前列，但现有的微机保护有相当部分仍是原有模拟式保护的翻版，原理上没有创新，传统保护中存在的问题依然存在。在我国35KV以下的馈线线路中，大多才用三段式电流保护作为各种相间短路故障的主保护，而传统的三段式电流整定值均按电カ系统最大运行方式离线整定且整定值保持不变，并按电カ系统最小运行方式校验保护范围或灵敏度，虽然这种整定原则能够保证在各种运行方式和故障条件都能正确动作，但无法使保护达到最佳效果。在最小运行方式下发生最不利的故障时，保护范围将缩小，甚至在短线路、系统阻抗较大等严重情况下会失去保护范围发生拒动现象。 目前世界各国都在大力发展智能电网，对电力系统的供电质量和可靠性提出了更高的要求，基于传统三段电流保护的继电保护装置已经很难满足电网的要求，因此需要进一歩研究继电保护原理，用新的继电保护方法来满足电力系统的要求。
发明内容本实用新型目的在于解决上述问题，提供了一种根据电カ系统的运行方式、故障类型与供配电线路负荷在线修改保护定值，使保护的动作值始终处于最佳状态的馈线微机保护装置，具体由以下技术方案实现。ー种馈线微机保护装置，该装置包括信号采集模块、CPU模块、开入开出模块、继电器模块、人机交互模块以及为上述各模块供电的电源模块；所述信号采集模块与CPU模块连接，将采集到的数据信号传送给CPU模块；CPU模块分别与开入开出模块和继电器模块连接，并且将控制信号传送给继电器模块；所述人机交互模块与CPU模块连接。所述的馈线微机保护装置，进ー步设计在于，所述信号采集模块包括依次连接的16位的AD采集芯片ADS8364、信号调理电路、电压互感器(PT)或电流互感器(CT)，所述CPU模块包括DSP芯片、FPGA芯片和MCU芯片。所述的馈线微机保护装置，进ー步设计在于，所述开入开出模块设有8路开关量输入和8路开关量输出。所述的馈线微机保护装置，进ー步设计在于，所述人机交互模块包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶显示器和键盘。所述的馈线微机保护装置，进ー步设计在干，该装置还设有包含RS232通讯模块接ロ、RS485通讯模块接ロ以及GPRS模块接ロ的通讯模块。所述的馈线微机保护装置，进ー步设计在于，所述开入开出模块和继电器模块分别通过光电隔离器与CPU连接。本实用新型可根据电カ系统的运行方式、故障类型与供配电线路负荷在线修改保护定值，使保护的动作值始终处于最佳状态，从而扩大保护范围，提高了保护的选择性、速动性与灵敏性。
图I为本实用新型结构示意图。图2为FPGA、DSP和ADS8364的硬件连接图。图3为DSP软件逻辑流程图。图4为三段电流保护执行逻辑图。图5为自适应速断电流保护程序流程图。图6为自适应帯时限速断电流保护程序流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图以及具体实施例对本实用新型进行进ー步说明。该馈线微机保护装置包括信号采集模块、CPU模块、开入开出模块、继电器模块、人机交互模块以及为上述各模块供电的电源模块；所述信号采集模块与CPU模块连接，将采集到的数据信号传送给CPU模块；CPU模块分别与开入开出模块和继电器模块连接，并且将控制信号传送给继电器模块；所述人机交互模块与CPU模块连接。信号采集模块包括依次连接的16位的AD采集芯片ADS8364、信号调理电路、电压互感器(PT)或电流互感器(CT)，CPU模块包括DSP芯片、FPGA芯片和MCU芯片。开入开出模块设有8路开关量输入和8路开关量输出。人机交互模块包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶显示器和键盘。该装置还设有包含RS232通讯模块接ロ、RS485通讯模块接ロ以及GPRS模块接ロ的通讯模块。开入开出模块和继电器模块分别通过光电隔离器与CPU连接。FPGA控制采集模块将采集到的数据传递给DSP，DSP根据预设保护算法对接收到的数据进行处理，同时将处理的结果传递给FPGA，FPGA根据根据预设的保护逻辑、DSP数据处理的结果和开关量的输入状态判断馈线线路的运行状态并控制继电器模块动作对线路进行保护。人机交互模块可以对装置的參数进行显示，同时可以通过键盘对装置的定值进行修改。通信模块可以与上位机通信，同时本装置设有GPRS模块接ロ，可以进行远程通讯，方便的实现遥信、遥测、遥控、遥调四遥功能。參见图2，信号采集模块采用2片16位的AD采集芯片ADS8364，12路通道模拟量采集输入。信号采集模块ADS8364由FPGA控制，FPGA的引脚与ADS8364的启动通道转换信号(H0LDA、H0LDB、H0LDC)、地址线(A0 A2)、时钟信号(CLK)、写信号(WE)和片选信号(CS)相连，可以自由的启动AD转换芯片，启动指定通道的转换，选择如何从ADS8364中读取数据。ADS8364的读信号(RD)、A/D转换结束信号(EOC)和16位数据线(DB15 DB0)与DSP相连，当DSP接收到EOC后通过置RD低电平，将ADS8364转换的数据通过数据线读取到DSP。开关量输入输出模块米用8路开关量输入，8路开关量输出，其中8路开关量输出包括4路断路器开断输出和4路信号输出。人机交互模块由主控芯片STC12LE5A60S2控制，用于显示在线监测与保护装置各种运行状态，对装置系统量进行修改。液晶采用的是有机发光二极管(OrganicLight-Emitting Diode,简称OLED), LED具有优异的抗震性、可弯曲性,低温特性好,制造エ艺简单，成本更低等优点，全汉化显示，可显示一次系统图、测量数据、保护信息、故障波形。通讯模块设有3个对外通讯端口，RS232、RS485和GPRS通讯接口。GPRS可以方便的实现远程通讯，实现四遥功能。本装置通过GPRS与上位机通讯，可以上传本装置的自适应三段电流保护定值，同时可以下载下一线路的自适应三段电流保护定值是自适应三段电流保护功能实现的一个重要基础。本装置软件部分由DSP软件、FPGA软件和MCU软件三大部分构成。其中DSP软件主要对采集的数据进行FFT算法处理，FPGA软件主要完成数据的采集、自适应整定值的计算和各种保护逻辑的处理。MCU软件主要完成人机交互模块的控制和上位机通讯功能的控制[。DSP主流程如图4所示，在12路模拟量连续采样256点之后，首先对每路模拟量做FFT运算，然后计算有效值、IO次以下的谐波有效值、相角差、三相阻抗、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数等，完成后将数据送到FPGA，并释放总线，通知主FPGA读取数据。FPGA主要完成装置各种保护逻辑的设计，保护逻辑有，自适应三段电流保护、传统三段电流保护、零序过流保护、重合闸(1-4次可设)、速断保护、低电压保护、非电量保护、控制回路断线监测和装置故障、失电告警等。三段电流保护执行逻辑如图5所示。本发明软件采用自适应三段电流整定方式编写，自适应三段电流程序流程图可参考图5、6。首先初始化，给系统等效电源相电势E、被保护线路单位长度阻抗Z和电流速断保护的可靠系数g赋初始值，然后利用接收到的DSP送来的经过FFT各相电压电流有效
值及各分量的稳态分量值，确定故障类型并计算出故障点到保护装置安装处的实际阻抗^Z1，装置可以设定是否实时在线计算E，如果设定为计算E，则装置根据上文介绍方法计算出E，进而计算出自适应速断电流保护定值。图7为自适应帯时限速断电流保护程序流程。自适应电流速断保护根据电力系统当前的实际运行方式和故障状态实时、在线确
定故障发生时的故障类型系数ITi!和系统电源侧实际阻抗Is,进而计算出电流整定值，无需进行人工干预。其整定公式为
VKi=
V/J式中ijgy为自适应电流速断保护整定值；具体程序中E设为系统等效电源相电势;！(设为故障时系统电源侧实际阻抗;Z设为被保护线路单位长度阻抗山设为故障点与保护安装处的距离设为电流速断保护的可
靠系数，取I. 2^1. 3 设为故障类型系数，三相短路时I = I,两相短路时JTrf = Ai。其中
ΛΛ Λ ^ΛιIBj w
故障类型系数&可以根据装置测量的两相电流来识别，利用故障时的正序、负序电流来区
分两相与三相短路。当三相短路时负序电流为零，两相短路时正序、负序电流相等。自适应电流速断保护的动作条件为lL>Jmi (2)式中！^为流过保护装置处的实际稳态电流，即动作电流。[0036]当相邻的下一线路采用自适应电流速断保护时，本线路带时限速断电流保护也就有自适应性，称为自适应带时限速断电流保护。其整定公式为Ixs = ^Ian (3)程序中JTf带时限速断电流保护可靠系数，取取I. 2 I. 3 ；为相邻下一线路自适应电流速断保护整定值。通过本装置的GPRS通讯或RS232通讯，将相邻下一线路的自适应电流速断保护整定值，传递给SCADA系统，然后由SCADA系统将自适应电流速断保护整定值传递给本装置。自适应带时限电流速断保护的动作条件为PW4)自适应自适应过电流保护的主要特征是能自动调整其整定值，以适应负荷和运行方式的变化。其整定公式为 Ixslsi = —.....--Iam ( 5 )程序中Imj为本线路自适应过电流保护整定值;为过电流保护可靠系数, 泛1_2 为自启动系数，;JS^为返回系数，取O. 85 O. 95 ; 为本线路的实时
负荷电流。本线路的自适应过电流保护还应满足I - I (6)
L J Jttari-A1 Imjk程序中if为过电流保护系数，if >1.1 ;|皿^3为相邻下一线路过电流保护定值。同自适应带时限电流速断保护设定，通过本装置GPRS通讯或RS232方法，将相邻下一线路的自适应电流速断保护整定值，传递给SCADA系统，然后由SCADA系统将自适应过电流保护整定值传递给上一线路。自适应过电流保护的整定值应取式(5) (6)中的较大者，自适应过电流保护的动作条件为/[( 7 )本实用新型可根据电力系统的运行方式、故障类型与供配电线路负荷在线修改保护定值，使保护的动作值始终处于最佳状态，从而扩大保护范围，提高了保护的选择性、速动性与灵敏性。
权利要求1.ー种馈线微机保护装置，其特征在于，该装置包括信号采集模块、CPU模块、开入开出模块、继电器模块、人机交互模块以及为上述各模块供电的电源模块；所述信号采集模块与CPU模块连接，将采集到的数据信号传送给CPU模块；CPU模块分别与开入开出模块和继电器模块连接，并且将控制信号传送给继电器模块；所述人机交互模块与CPU模块连接。
2.根据权利要求I所述的馈线微机保护装置，其特征在于，所述信号采集模块包括依次连接的16位的AD采集芯片ADS8364、信号调理电路、电压互感器(PT)或电流互感器(CT)，所述CPU模块包括DSP芯片、FPGA芯片和MCU芯片。
3.根据权利要求I所述的馈线微机保护装置，其特征在于，所述开入开出模块设有8路开关量输入和8路开关量输出。
4.根据权利要求I所述的馈线微机保护装置，其特征在于，所述人机交互模块包括主控芯片STC12LE5A60S2、液晶显示器和键盘。
5.根据权利要求I所述的馈线微机保护装置，其特征在干，该装置还设有包含RS232通讯模块接ロ、RS485通讯模块接ロ以及GPRS模块接ロ的通讯模块。
6.根据权利要求I所述的馈线微机保护装置，其特征在于，所述开入开出模块和继电器模块分别通过光电隔离器与CPU模块连接。
专利摘要本实用新型涉及一种馈线微机保护装置，该装置包括信号采集模块、CPU模块、开入开出模块、继电器模块、人机交互模块以及为上述各模块供电的电源模块；所述信号采集模块与CPU模块连接，将采集到的数据信号传送给CPU模块；CPU模块分别与开入开出模块和继电器模块连接，并且将控制信号传送给继电器模块；所述人机交互模块与CPU模块连接。本实用新型可根据电力系统的运行方式、故障类型与供配电线路负荷在线修改保护定值，使保护的动作值始终处于最佳状态，从而扩大保护范围，提高了保护的选择性、速动性与灵敏性。
文档编号H02H7/26GK202663103SQ201220348370
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者林莘, 郝立鹏, 刘洋, 李斌, 王亮 申请人:南京因泰莱配电自动化设备有限公司