适于户外安装使用的小型继电保护装置制造方法及图纸

一种体积小、IP防护等级高且适于户外安装使用的小型继电保护装置。其包括外形长为24cm－40cm，宽为16cm－24cm，厚为9cm－11cm的机壳，在密闭结构的机壳内设有三块分离设置的电路板，分别为产生控制继电器动作指令的主控板卡、传递各种信号的IO板卡和与外电网相接的交流板卡，其中，交流板卡将外电网的高电压和大电流转换为低压模拟电压信号传至IO板卡；IO板卡将接收到的低压模拟电压信号传至主控制板卡，同时，将控制继电器动作的开关信号传至外设的继电器；主控板卡完成低压模拟电压信号的AD采集、IEC6185通信、光纤通信、开入采集、开出控制以及保护逻辑的运算与执行。其可直接悬挂于户外安装。

【技术实现步骤摘要】
适于户外安装使用的小型继电保护装置
本专利技术涉及继电保护领域，特别涉及一种小型化且具有高防护功能的户外继电保护装置。
技术介绍
在变电站，现有的继电保护装置是由一台或多台并列设置的立式屏柜构成，每台屏柜的长×宽×高约为226cm×60cm×80cm。所有屏柜安放在保护小室或主控室。保护小室和主控室一般都是钢筋混凝土所建的房子，能够为继电保护装置提供一个良好的运行环境。由于继电保护装置在室内运行，故其IP防护(中文概念：防水防尘，英文全称：IngressProtection)要求不高，通常按IP30标准设计，比户外运行的IP66标准要低。继电保护装置一般都安装于屏柜上面，故其一般采用4U或者6U的标准机箱。采用背板加板卡的方式，背板安装于机箱上面，板卡插于背板上面，各板卡间通过背板实现信号交互。现有技术中，安装于室内的继电保护装置存在以下弊端：1)变电站接线复杂且需要使用大量的连接电缆或光纤用于传输相关信号。通常，室外的交流信号和开入信号(开入通常是指涉及弹簧未储能、压板投入、开关位置、闭锁开入等的各类输入信号，用于保护对当前外部设备运行状况的判断；开出通常是指开出的跳闸、合闸以及信号接点，用于输出至其他相关保护及测控装置)通过总线电缆或者光纤接入室内继电保护装置，该继电保护装置再将其控制信号通过总线电缆或者光纤输出至室外控制相关设备。2)变电站占地过大、土建复杂、投资成本高。通常，需要在变电站辖区内加盖用于安放几十乃上百台所述屏柜的专用保护室，同时，还需在室内外修建铺设总线电缆和/或光纤的走线沟。3)给变电站的改造、扩建或升级带来不便。由于数量和体积庞大的几十及至上百面屏柜，给日后变电站的改造、扩建或升级都造成困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种体积小、IP防护等级高且适于户外安装运行的小型继电保护装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术的适于户外安装使用的小型继电保护装置，包括铝合金铸造的由底壳和扣置在底壳上的顶盖构成的机壳，该机壳的外形长为24cm－40cm，宽为16cm－24cm，厚为9cm－11cm，在所述底壳的一侧设有若干个接线孔，在密闭结构的机壳内设有三块分离设置的电路板，分别为产生控制继电器动作指令的主控板卡、传递各种信号的IO板卡和与外电网相接的交流板卡，所述主控板卡、IO板卡和交流板卡以上下叠置方式固定在机壳内，所述IO板卡介于主控板卡与交流板卡之间，该IO板卡分别通过第一硬端子与交流板卡相接，通过第二硬端子与主控板卡相接，其中，交流板卡将外电网的高电压和大电流转换为低压模拟电压信号并通过所述硬端子传至所述IO板卡；IO板卡将接收到的所述低压模拟电压信号通过第二硬端子传至所述主控板卡，同时，将控制继电器动作的开关信号通过第二硬端子传至外设的继电器；主控板卡完成所述低压模拟电压信号的AD采集、IEC6185通信、光纤通信、开入采集、开出控制以及保护逻辑的运算与执行。所述机壳外形的长×宽×厚为26.5cm×18.2cm×9.2cm。在所述机壳外表面上涂有耐湿热、耐腐蚀的镀镍镀层。所述低压模拟电压信号为-10V～+10V，所述交流板卡的输入端通过外接的电流互感器和电压互感器与外电网相接。所述的IO板卡由光耦芯片、开关电路、两个硬端子、电阻电容、TVS和EMC防护器件构成，光耦芯片的输入端与所述主控板卡相接，其输出端与外设的显示指示灯相接；所述开关电路由光耦、继电器、电阻电容组成，该开关电路将220V/110V直流转换为3.3V的控制继电器动作的所述开关信号，继电器的开关控制信号由FPGA或CPU发出。所述主控板卡包括双核CPU、M3内核的单片机、八通道AD转换芯片、FPGA芯片、PHY芯片和SFP光模块，其中，所述双核CPU为起运行保护的DSP核和运行管理的ARM核；所述单片机为闭锁模块；所述AD转换芯片将采集到的所述的低压模拟电压信号转换为数字信号；所述FPGA芯片控制AD芯片采集、缓存AD数据、B码校时、秒脉冲发送、PHY芯片收发控制、开入量采集和出口控制；所述PHY芯片完成光以太网传输网络物理层的协议及信号转换；所述SFP光模块将光信号进行光/电或电/光转换。所述的双核CPU采用型号为OMAPL138的工业级芯片；所述单片机采用型号为LPC1752的NXP工业级芯片；所述AD转换芯片采用型号为AD7606的芯片；所述FPGA芯片采用型号为EP3C16F484的芯片；所述PHY芯片采用型号为88E3082的芯片。所述低压模拟电压信号为12路。所述的第一硬端子和第二硬端子分别为具有36个端脚和77个端脚的带屏蔽的连接器。本专利技术与现有技术相比，在三个方面进行了创新：1、采用无总线的堆砌式硬件结构，由上、中、下三层板件堆砌而成。现有技术的硬件结构一般基于有总线板设计，板卡采用侧立后插式。2、采用基于硬线直接连接的精简数据流设计。现有技术的数据流一般基于通信依托于总线板上的通信线实现。3、单主控板集成保护、闭锁、管理功能，采用双核CPU加单片机的架构，双核CPU实现保护和管理功能，单片机实现闭锁功能。现有技术的保护、闭锁和管理三个功能一般由三块不同的板卡实现。基于本专利技术设计的继电保护装置，其体积为18.2cm*26.5cm*9.2cm，其IP防护等级为IP66，可直接于户外采用挂杆、抱杆、贴壁等方式安装。附图说明图1是本专利技术的装置硬件结构和信号流向示意图。图2是本专利技术的装置主控板架构示意图。图3是本专利技术的IO板卡电路原理图。图4是本专利技术的交流板卡电路原理图。图5是本专利技术的主控板卡电路原理图之一。图6是本专利技术的主控板卡电路原理图之二。图7是本专利技术的主控板卡电路原理图之三。图8是本专利技术的主控板卡电路原理图之四。图9是本专利技术的主控板卡电路原理图之五。具体实施方式本专利技术的适于户外安装使用的小型继电保护装置是由底壳和顶盖构成的机壳及置于机壳内的控制装置构成，底壳和顶盖均由铝合金铸制，机壳的外形长×宽×厚为26.5cm×18.2cm×9.2cm。在所述底壳上设有多个接线孔，所述机壳的表面涂有耐湿热、耐腐蚀的镀镍镀层。顶盖、设置于接线孔中的导光柱和连接器端子与底壳之间采用高性能、耐老化、耐腐蚀的密封垫进行防水密封；各重载连接器(是指将外部电缆及光纤引入本专利技术装置内部的连接器)起到密封转接作用。选用IP68高防护型连接器。使整个装置的整体IP防护等级达到IP66。如图1、2所示，所述控制装置由三块分离设置的电路板构成，分别为主控板卡、IO板卡和交流板卡构成，该三块板采用上下叠置的方式通过螺钉固定在所述底壳上，所述IO板卡悬空置于主控板卡与交流板卡之间。在主控板卡与IO板卡之间设有可将该两块板电连接的硬端子(又称连接器)，同样，在交流板卡与IO板卡之间也设有将该两块板电连接的硬端子。交流板卡(其电路原理图如图4所示)：板卡的长宽尺寸为16.2cm×13.9cm。该板卡的输入端通过高性能的CT(即电流互感器，下称CT)和PT(即电压互感器，下称PT)与外电网连接，CT和PT将外电网的高电压(百伏级)和大电流(安培级)模拟信号均转换为-10V～+10V的模拟电压信号。该板卡共输出12路-10V～+10V模拟电压信号，该模拟电压信号通过一只具有32个端脚的直插连接器(又称第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于户外安装使用的小型继电保护装置，包括铝合金铸造的由底壳和扣置在底壳上的顶盖构成的机壳，其特征在于：该机壳的外形长为24cm－40cm，宽为16cm－24cm，厚为9cm－11cm，在所述底壳的一侧设有若干个接线孔，在密闭结构的机壳内设有三块分离设置的电路板，分别为产生控制继电器动作指令的主控板卡、传递各种信号的IO板卡和与外电网相接的交流板卡，所述主控板卡、IO板卡和交流板卡以上下叠置方式固定在机壳内，所述IO板卡介于主控板卡与交流板卡之间，该IO板卡分别通过第一硬端子和第二硬端子与交流板卡和主控板卡相接，其中，交流板卡将外电网的高电压和大电流转换为低压模拟电压信号并通过所述硬端子传至所述IO板卡；IO板卡将接收到的所述低压模拟电压信号通过硬端子传至所述主控制板卡，同时，将控制继电器动作的开关信号通过硬端子传至外设的继电器；主控板卡完成所述低压模拟电压信号的AD采集、IEC6185通信、光纤通信、开入采集、开出控制以及保护逻辑的运算与执行。

【技术特征摘要】
1.一种适于户外安装使用的小型继电保护装置，包括铝合金铸造的由底壳和扣置在底壳上的顶盖构成的机壳，其特征在于：该机壳的外形长为24cm－40cm，宽为16cm－24cm，厚为9cm－11cm，在所述底壳的一侧设有若干个接线孔，在密闭结构的机壳内设有三块分离设置的电路板，分别为产生控制继电器动作指令的主控板卡、传递各种信号的IO板卡和与外电网相接的交流板卡，所述主控板卡、IO板卡和交流板卡以上下叠置方式固定在机壳内，所述IO板卡介于主控板卡与交流板卡之间，该IO板卡分别通过第一硬端子与交流板卡相接，通过第二硬端子与主控板卡相接，其中，交流板卡将外电网的高电压和大电流转换为低压模拟电压信号并通过所述硬端子传至所述IO板卡；IO板卡将接收到的所述低压模拟电压信号通过第二硬端子传至所述主控板卡，同时，将控制继电器动作的开关信号通过第二硬端子传至外设的继电器；主控板卡完成所述低压模拟电压信号的AD采集、IEC6185通信、光纤通信、开入采集、开出控制以及保护逻辑的运算与执行；所述的IO板卡由光耦芯片、开关电路、两个硬端子、电阻电容、TVS和EMC防护器件构成，光耦芯片的输入端与所述主控板卡相接，其输出端与外设的显示指示灯相接；所述开关电路由光耦、继电器、电阻电容组成，该开关电路将220V/110V直流转换为3.3V的控制继电器动作的所述开关信号，继电器的开关控制信号由FPGA或CPU发出。2.根据权利要求1所述的适于户外安装使用的小型继电保护装置，其特征在于：所述机壳外形的长×宽×厚为26.5cm×18.2cm×9.2cm。3.根据权利要求2所述的适于户外安装使用的小...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐成斌，陈远生，刘宏君，王乾刚，郑玉成，程亮，王永科，罗侍田，侯亮，黄旭，
申请(专利权)人：长园深瑞继保自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44