一种继电保护装置及其功能插件的制作方法

本发明属于电力系统继电保护装置技术领域，具体涉及一种继电保护装置及其功能插件。

背景技术：

随着计算机、网络通信和微电子等技术的快速发展以及变电站建设成本降低的需求，作为电网安全稳定运行第一道防线的继电保护装置日益呈现出功能集成化、装置小型化的特点，上述特点使得在有限空间高速工作的各个元器件的散热问题日益突出。如何有效的避免因元器件的发热难以散出而造成继电保护装置整体温度升高，已受到各个电力公司和产品研制单位的高度关注。

目前智能变电站继电保护装置自身温升主要来自于以下几个方面：首先，由于智能化技术的应用，装置更多的依赖于自身光口接收光纤传输的信息，光口数量的上升增加了装置自身的功耗；其次，智能变电站信息处理的增多使得装置内部元件如CPU、FPGA等芯片高速工作，不可避免的产生了更多的热量；再次，装置内部电路设计和元器件选型的不合理，造成了装置功耗加大；最后，受装置小型化和相关标准规范对装置IP防护等级的规定，使得装置密封严密，自身热量难以散出。上述原因造成了继电保护装置运行过程中内部温升的不断提高，对各个元器件的可靠运行、寿命周期和装置性能的正常发挥埋下了隐患。

技术实现要素：

本发明提供了一种继电保护装置及其功能插件，旨在解决继电保护装置运行过程中自身热量难以散出使内部温度过高，从而降低装置使用寿命且不利于装置可靠运行的问题。

为解决上述技术问题，本发明的功能插件包括用于与继电保护装置箱体固定装配的金属安装板和用于设置电路部分的电路板，所述电路板与金属安装板内侧固定连接，所述金属安装板内侧设有吸热层。

所述功能插件为CPU插件、开关量采集插件、开关量输出插件、模拟量采集插件或线路保护插件。

本发明的继电保护装置包括箱体以及若干个功能插件，每个功能插件包括用于与箱体固定装配的金属安装板和用于设置电路部分的电路板，所述电路板与金属安装板内侧固定连接，所述金属安装板内侧设有吸热层。

所述箱体的至少一个面板上设置有与所述功能插件相适配的插口，所述功能插件插入对应插口后与继电保护装置内部主体电路板相连。

所述箱体各面板为金属面板，所述金属面板的内侧设有吸热层。

所述箱体上的一个面板为操作面板。

所述操作面板的内侧设有金属层。

所述操作面板上设置有液晶显示屏。

所述吸热层的厚度δ为：其中，t₁、t₂分别为吸热层内侧和外侧的温度，Q为稳态情况下通过吸热层的热流量，λ为吸热层的导热系数，A为传热面积。

本发明的有益效果：本发明的功能插件的金属安装板内侧设有吸热层，当该功能插件插入继电保护装置中运行时，能够通过该吸热层吸收运行时电路板产生的热量，然后通过金属安装板将热量导入空气中，从而能够加快继电保护装置内部热量的快速散出，有利于降低继电保护装置内部的温度，提高装置使用寿命，保证了装置内部各个元器件的可靠运行。

本发明还在继电保护装置中箱体的各面板的内侧设有吸热层且各面板采用金属材料制成，通过吸热层吸热并通过金属面板导热，进一步增强了继电保护装置内部的散热能力。

本发明中通过在箱体的至少一个面板上设置与各功能插件相适配的插口，使功能插件插入后，其金属安装板能够与箱体配合构成密闭的结构，提高了抗电磁干扰的能力，进一步保障了装置的可靠运行。

本发明设置了吸热层厚度的计算公式，在继电保护装置设计时根据装置内部元件的功耗和金属安装板及箱体各面板的内侧面积，来选择合适材料的吸热层以及其厚度。

附图说明

图1是本发明继电保护装置前部含有液晶屏的操作面板及其余装置连接示意图；

图2是本发明继电保护装置功能插件示意图；

图3是本发明继电保护装置安装功能插件后示意图；

图4是本发明设有吸热层的箱体的任一面板示意图；

图1中，1-1为箱体的金属面板外侧，1-2为继电保护装置内部主体电路，1-3为操作面板，1-4为继电保护装置箱体背部，1-5为继电保护装置箱体前部，1-6为操作面板内侧，1-7为操作面板外侧；

图2中，2-1为功能插件的金属安装板，2-2为金属安装板外侧，2-3为金属安装板内侧，2-4为电路板；

图4中，1-1为箱体的金属面板外侧，3-1为箱体的金属面板内侧，3-2为箱体的金属面板定位孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明的一种功能插件的实施例

如图2所示，本实施例的功能插件包括用于与继电保护装置箱体固定装配的金属安装板2-1和用于设置电路部分的电路板2-4，所述电路板2-4与金属安装板内侧2-3固定连接，所述金属安装板内侧2-3设有吸热层。

电路板为一个PCB板，PCB板上设置有各种电子元件，每一个PCB板都能实现一种功能，PCB板与金属安装板内侧固定连接，当该功能插件插入继电保护装置的插口中时，由于继电保护装置运行过程中各功能插件光口存在大量信息交换，功耗较大，产生热量较多，因此在功能插件金属安装板内侧设有吸热层，以吸收装置内部的热量，并通过金属安装板将热量散出，从而提高装置内部热量的吸收和对外散热的能力。其中，吸热层优先选择为涂层，即在在功能插件金属安装板内侧涂有容易吸收热量的材料，当然作为其他实施方式，也可以粘贴吸热材料制成的吸热层。

图3为各个功能插件安装后的装置背部示意图，本实施例的功能插件包括CPU插件、开关量采集插件、开关量输出插件、模拟量采集插件或线路保护插件等。

本发明的一种继电保护装置实施例

如图1所示，本实施例的继电保护装置包括箱体及若干个上述实施例中所述的功能插件，这里就不在详细阐述功能插件的具体结构。

具体来说，箱体包括6个面，箱体内部设有内部主体电路板1-2，其中，在箱体的背部1-4设置有与功能插件相适配的插口，功能插件插入插口与继电保护装置内部主体电路板1-2相连。如图3所示，若干个功能插件(如备用插件、CPU插件、开关量采集插件等)插入箱体背部的与其相适配的插口后，各个功能插件的金属安装板2-1的内侧与箱体的背部紧密贴合，各个金属安装板2-1之间组合成无缝隙的一个整体，称之为功能插件安装板。该功能插件安装板与箱体的其余面板配合形成密闭的结构。具有密闭结构的继电保护装置能够提高抗电磁干扰的能力，进一步保障了装置的可靠运行。作为其他实施方式，也可以在箱体的其他一个或多个面上设置与功能插件相适配的插口。

为了便于对继电保护装置进行操作，一般将继电保护装置箱体前部的面板设置为操作面板，当然，作为其他实施方式，操作面板也可设置在箱体上除具有插口的面以外的其他面上。

操作面板上设置有操作按钮，为了便于数据或图形显示，一般会在操作面板上设置一个液晶显示屏，该操作面板通过导线和网线与装置内部主体电路板相连。

由于操作面板与内部主体电路板紧邻，而内部主电路板有阻挡热量的作用，且操作面板功耗较小以及操作面板外侧常为非易散热材料构成，因此操作面板内侧1-6一般不设置吸热层，但是可在操作面板内侧1-6设置金属层。当然，如果在不考虑成本的情况下也可设置吸热层。

为了进一步提高继电保护装置的散热能力，可在继电保护装置箱体的其余四个面上安装金属面板，各金属面板的内侧3-1设有吸热层，如图4所示。

本实施例中吸收层的厚度可通过预算装置的功耗、各金属安装板和金属面板内部面积、测试吸热层内部和外部的温度以及所选吸热材料的导热特性来得出，计算公式如下：

其中t₁、t₂为吸热层内侧和外侧的温度，Q为稳态情况下通过吸热层的热流量，δ为吸热层的厚度，λ为吸热层的吸热材料的导热系数，A为传热面积。

本发明提供的继电保护装置及其功能插件，主要应用于智能变电站中，为了防止智能变电站继电保护装置运行过程中由于装置内部温升过高影响各个元器件的使用寿命和正常功能的发挥，从而降低装置的整体可靠性。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。