防晃电与过流保护联动控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种适用于电力设备的在负荷侧进行过电流保护及在电源侧进行防晃电控制的防晃电和过电流保护的防晃电与过流保护联动控制装置，包括连接在电源侧的主电源模块、与主电源模块相连并向主电源模块充电的备用电源模块、与主电源模块相连的CPU模块、与CPU模块相连的电压电流信号采集和处理模块、与CPU模块相连的继电器开关及断路器模块、与CPU模块相连的FRAM存储模块，具有可以有效防止系统侧晃电对负荷侧设备的影响，也可以防止负荷侧出现故障无法及时切除故障而引起电源侧的电压晃动的优点，不会影响相邻侧设备安全运行，有利于提高目前防晃电装置的选择性及可靠性，防止因防晃电装置对系统快速切除故障元件造成的影响。

【技术实现步骤摘要】
防晃电与过流保护联动控制装置
本技术属于电力系统继电保护
，特别涉及一种适用于电力设备的在负荷侧进行过电流保护及在电源侧进行防晃电控制的防晃电和过电流保护的防晃电与过流保护联动控制装置。
技术介绍
在电力系统运行过程中，由于雷击、短路故障重合闸、企业内外部电网故障、大型设备启动等原因，会造成电压瞬间较大幅度波动或者短时断电又恢复，这种现象通常称为“晃电”。供电系统产生晃电的基本类型有:电压骤降、骤升、短时断电、电压闪变。电压骤升是指持续时间0.5个周期至1min,电压上升或下降至标称电压的110~180%。电压暂降/骤降是指电压有效值降至标称值(NominalValue)的10%至90%,且持续时间为10ms至1min(典型持续时间为10ms~600ms)的电能质量事件之一。短时断电是指持续时间在0.5个周波至3s的供电中断(如备自投、重合闸等)。电压闪变是指电压波形包络线呈规则的变化或电压幅值一系列的随机变化，一般表现为人眼对电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受。随着电网并网、环网的日益扩大，以及馈电变压器容量增大带来的配出回路的增多，电源瞬时失压即"晃电"的现象越来越频繁，其原因是相邻回路故障引起的电压波动几率增加了。最长持续时间一般是故障保护的切除时间，大约在200毫秒以下，也有保护元件来不及动作的"一过性"瞬时失压特殊情况的。交流接触器电保持大致要求是:电压不小于45%或者是失压时间不大于60毫秒。对于此类因"晃电"引起的接触器释放，常规微处理器自起动设备是无能为力的，因为故障时间小于微处理器的电压采集周期时间而无法识别。电力系统由于设有浪涌保护器、避雷器及消谐装置，正常生产性负荷造成的冲击影响不会很大，其电网晃电主要是外部电网或企业内部电网故障引起的，其中电压骤降(A类)和电压短时中断(C类)占大部分。一般来说，电压跌幅在20％内对设备运行一般不会有太大的影响。电压跌幅超过20％时，容易引起交流接触器控制的设备跳闸停机。同时，电源侧及供电线路故障引起的晃电现象严重的影响了负荷侧设备的平稳安全运行，严重的晃电事故可能导致机器转速高低不稳摇摆，控制开关断路器脱扣，供电中断，迫使机器停转及来电再启动等，危及负荷侧设备的安全及稳定运行；为防止晃电引起的负荷侧设备波动而采用延迟断开负荷侧的控制断路器，虽然可以防止电源侧晃电引起的断路器脱口现象，但却隐含着无法及时切除由于负荷侧短路故障而引起的晃电及设备过电流事故，扩大了因负荷侧故障引起的事故。中国专利公开号CN109474206A公布了一种《游梁式抽油机配置工频直启的晃电后智能再启动装置及方法》，可以准确识别电机脱网后的正反转过程，并于停机时或正向摆动时刻合闸，启动电流小，针对晃电发生时游梁抽油机曲柄平衡块停止位置、摆动方向、摆动时间各不相同的情况，针对各项数据进行分析智能再启动，并同时具有热过载保护、转堵保护、零序过流保护等，但是仍然存在着局限性，不能广泛地使用在电力设备中，其防晃电与过流保护的联动控制功能低，无法提高电源侧的防晃电能力和设备负荷侧的过电流保护能力。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有防晃电装置的不足而提供一种防晃电与过流保护联动控制装置，提高电源侧的防晃电能力和设备负荷侧的过电流保护能力，可同时适用于电力设备的防晃电和过电流保护。为达到上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种防晃电与过流保护联动控制装置，包括连接在电源侧的主电源模块、与主电源模块相连接并向主电源模块充电的备用电源模块、与主电源模块相连接的CPU模块、与CPU模块相连接的电压电流信号采集和处理模块、与CPU模块相连接的继电器开关及断路器模块、与CPU模块相连接的FRAM存储模块；所述CPU模块包括CPU器件及其外围电路；所述主电源模块包括AC-AC降压电路、AC-DC降压整流电路、DC-DC降压模块电路；所述备用电源模块包括超级电容及超级电容的充电模块电路、DC-AC升压电路；所述电压电流信号采集和处理模块包括电源侧电压信号采集模块、负荷侧电流信号采集模块和电压电流信号处理模块；所述电源侧电压采集模块由测量电压互感器和运放电路将采样信号转换为0-3.3V的交流信号；所述负荷侧电流信号采集模块由测量电流互感器和运放电路将采样需要信号转换为0-3.3V的交流信号；所述电压电流信号处理模块包括A/D芯片和电压基准芯片；所述继电器开关及断路器模块包括主电源开关K1的开关控制电路、备用电源充电的开关K2的开关控制电路、备用电源供电的开关K3的开关控制电路、过电流控制开关控制电路及分合闸线圈；所述FRAM存储模块包括存储器件及外围电路。进一步的，所述CPU模块以STM32F103C8T6为核心处理器，采用ARM架构Cortex-M0内核的处理器STM32F103C8T6来实现各个功能的运转，该CPU模块有48个引脚，采用3.3V的电压供电，外部连接有一个8M的石英晶体振荡器，内部自带12位ADC，SW2是外接的一个硬件复位按键，SWD是程序下载的接口，用于实现数据的计算处理和存储以及对其他模块的控制、交互功能；在所述CPU的外围电路中，其1、24、36、48、9引脚都是3.3V电源接入引脚，1引脚上3.3V接有一个肖特基二极管MBR0520，9引脚上接有3.3V经过两个滤波电容C132、C133，另一端经过磁珠L11连接到24、36、48引脚，这3个引脚上又分别连接有100nf的滤波电容C135、C136、C137；其23、35、47、8引脚是CPU的接地引脚,5、6引脚外接一个晶振Y6的1、2引脚再接两个电容C130、C140后接入地；P19端口是串口分别连接到30、31引脚上，P20是程序烧录端口分别连接有上拉电阻R106和下拉电阻R108再连接到34、37引脚上；复位按键连接到CPU的7引脚上，外接一个上拉电阻R98，另外接一个去耦电容C120到地；CPU的20、44引脚分别接到地，其他用到的引脚引出，不用的保留。进一步的，所述AC-AC降压电路包括用于将降压电路接入380V-10KV电网的连接器P15、与连接器P15相连接的型号为TransAdj的可调变压器T1、与可调变压器T1相连接的连接器P16，380V-10KV的交流电压通过可调变压器T1的降压输出经过连接器P16变为220V的稳定交流电压。进一步的，所述AC-DC降压整流电路用于将220V的稳定交流电压通过连接器P17的2脚接入保险丝F1以及共模电感Lf1的一边后与整流模块U1的1引脚相连接，整流模块U1采用HenLAC220S12DC-20W的整流模块，通过该整流模块U1将220V电压整流为+12V；其中连接器P17的1引脚并联滤波电容C94、C95以及压敏电阻Rv1，整流模块U1的1、2引脚连接的线路上并联滤波电容C91以及压敏电阻Rv2；整流模块U1的4引脚经过二极管D9与电感L8、电阻R74、二极管D11阴极端连接在一起；二极管D9、D11的型号为IN4007；整流模块U1的5引脚直接接地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防晃电与过流保护联动控制装置，包括连接在电源侧的主电源模块、与主电源模块相连接并向主电源模块充电的备用电源模块、与主电源模块相连接的CPU模块、与CPU模块相连接的电压电流信号采集和处理模块、与CPU模块相连接的继电器开关及断路器模块、与CPU模块相连接的FRAM存储模块，其特征在于：所述CPU模块包括CPU器件及其外围电路；所述主电源模块包括AC-AC降压电路、AC-DC降压整流电路、DC-DC降压模块电路；所述备用电源模块包括超级电容及超级电容的充电模块电路、DC-AC升压电路；所述电压电流信号采集和处理模块包括电源侧电压信号采集模块、负荷侧电流信号采集模块和电压电流信号处理模块；所述电源侧电压采集模块由测量电压互感器和运放电路将采样信号转换为0-3.3V的交流信号；所述负荷侧电流信号采集模块由测量电流互感器和运放电路将采样需要信号转换为0-3.3V的交流信号；所述电压电流信号处理模块包括A/D芯片和电压基准芯片；所述继电器开关及断路器模块包括主电源开关K1的开关控制电路、备用电源充电的开关K2的开关控制电路、备用电源供电的开关K3的开关控制电路、过电流控制开关控制电路及分合闸线圈；/n所述FRAM存储模块包括存储器件及外围电路。/n...

【技术特征摘要】
1.一种防晃电与过流保护联动控制装置，包括连接在电源侧的主电源模块、与主电源模块相连接并向主电源模块充电的备用电源模块、与主电源模块相连接的CPU模块、与CPU模块相连接的电压电流信号采集和处理模块、与CPU模块相连接的继电器开关及断路器模块、与CPU模块相连接的FRAM存储模块，其特征在于：所述CPU模块包括CPU器件及其外围电路；所述主电源模块包括AC-AC降压电路、AC-DC降压整流电路、DC-DC降压模块电路；所述备用电源模块包括超级电容及超级电容的充电模块电路、DC-AC升压电路；所述电压电流信号采集和处理模块包括电源侧电压信号采集模块、负荷侧电流信号采集模块和电压电流信号处理模块；所述电源侧电压采集模块由测量电压互感器和运放电路将采样信号转换为0-3.3V的交流信号；所述负荷侧电流信号采集模块由测量电流互感器和运放电路将采样需要信号转换为0-3.3V的交流信号；所述电压电流信号处理模块包括A/D芯片和电压基准芯片；所述继电器开关及断路器模块包括主电源开关K1的开关控制电路、备用电源充电的开关K2的开关控制电路、备用电源供电的开关K3的开关控制电路、过电流控制开关控制电路及分合闸线圈；
所述FRAM存储模块包括存储器件及外围电路。


2.根据权利要求1所述的一种防晃电与过流保护联动控制装置，其特征在于：所述CPU模块以STM32F103C8T6为核心处理器，采用ARM架构Cortex-M0内核的处理器STM32F103C8T6来实现各个功能的运转，该CPU模块有48个引脚，采用3.3V的电压供电，外部连接有一个8M的石英晶体振荡器，内部自带12位ADC，SW2是外接的一个硬件复位按键，SWD是程序下载的接口；在所述CPU的外围电路中，其1、24、36、48、9引脚都是3.3V电源接入引脚，1引脚上3.3V接有一个肖特基二极管MBR0520，9引脚上接有3.3V经过两个滤波电容C132、C133，另一端经过磁珠L11连接到24、36、48引脚，这3个引脚上又分别连接有100nf的滤波电容C135、C136、C137；其23、35、47、8引脚是CPU的接地引脚,5、6引脚外接一个晶振Y6的1、2引脚再接两个电容C130、C140后接入地；P19端口是串口分别连接到30、31引脚上，P20是程序烧录端口分别连接有上拉电阻R106和下拉电阻R108再连接到34、37引脚上；复位按键连接到CPU的7引脚上，外接一个上拉电阻R98，另外接一个去耦电容C120到地；CPU的20、44引脚分别接到地。


3.根据权利要求1所述的一种防晃电与过流保护联动控制装置，其特征在于：所述AC-AC降压电路包括用于将降压电路接入380V-10KV电网的连接器P15、与连接器P15相连接的型号为TransAdj的可调变压器T1、与可调变压器T1相连接的连接器P16，380V-10KV的交流电压通过可调变压器T1的降压输出经过连接器P16变为220V的稳定交流电压。


4.根据权利要求1所述的一种防晃电与过流保护联动控制装置，其特征在于：所述AC-DC降压整流电路将220V的稳定交流电压通过连接器P17的2脚接入保险丝F1以及共模电感Lf1的一边后与整流模块U1的1引脚相连接，整流模块U1采用HenLAC220S12DC-20W的整流模块，通过该整流模块U1将220V电压整流为+12V；其中连接器P17的1引脚并联滤波电容C94、C95以及压敏电阻Rv1，整流模块U1的1、2引脚连接的线路上并联滤波电容C91以及压敏电阻Rv2；整流模块U1的4引脚经过二极管D9与电感L8、电阻R74、二极管D11阴极端连接在一起；二极管D9、D11的型号为IN4007；整流模块U1的5引脚直接接地，二极管D11正向端输出+12V电压信号；整流模块U1的4引脚和5引脚之间接反向连接的二极管D10，该稳压二极管D10的型号为1N4742，额定电用为+12V；整流模块U1的4、5引脚输出稳定的+12V直流电压，该电压经过电感、电阻和二极管的滤波与保护后输入DC-DC降压电路以及储能控制电路。


5.根据权利要求1所述的一种防晃电与过流保护联动控制装置，其特征在于：所述DC-DC降压模块电路包括型号为RT7272BGSP的主芯片和LDO线性稳压电路，主芯片的8引脚接12V，7引脚接下拉电阻R83后接地，而后7、8引脚之间并联三个10uF滤波电容C102、C100、C101；6引脚和地之间串联一个100nFC99电容和24K电阻R85；5引脚接11.8K的下拉电阻R84；4引脚直接接地；3引脚接100K的上拉电阻R79后接12V；2引脚串联一个100nF电容C98后与1引脚连接，然后串联6.8uH功率电感L9，再接62K下拉电阻R82，此时的电压已经降成5V，后与地之间连接两个滤波电容C103和C104以及TVS二极管D12；再并联两个电容C112和C111，最后分别接入芯片AMS1117-3.3的3引脚和1引脚；此电路把直流的12V电压降为稳定的直流5V电压，输出到下级的LDO线性稳压电路，对于其他电路有个缓冲作用；LDO线性稳压电路包括型号为AMS1117-3.3的稳压芯片，稳压芯片的2引脚与4引脚串联，此时电压已经转变成3.3V，与地之间并联有稳压二极管D13，两个滤波电容C113、C114最后并联电源指示灯D14，而指示灯串联有分压电阻R93，此电路最后的输出电压是给CPU模块及其他模块进行稳定的供电使用。


6.根据权利要求1所述的一种防晃电与过流保护联动控制装置，其特征在于：所述备用电源模块包括超级电容及超级电容的充电模块电路，采用型号为LT3741DC-DC芯片作为缓冲，芯片的输入引脚VIN使用12V供电，该引脚与地之间并联两个常规电容作滤波保护；栅极驱动信号引脚HG与12V接一个MOS管用来缓冲电压，CTRL2外接有下拉电阻用于降低调节电流水平的热控制输入；软启动引脚SS通过外接电容接地，以限制调节电流；RT引脚外接下拉电阻将开关频率设置在200KHz至1MHz之间，该引脚的电流限制为60μA；VC引脚外接47.5K补偿电阻与4.7nF补偿电容,充电模块电路为该模块的限制和保护电路；下述电路为输出电路，CBOOT引脚为高端FET驱动提供5V稳压电源，开关引脚靠近地时，从VIN引脚到CBOOT引脚通过外部肖特基二极管为...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁凯，张延平，张真真，李旭伟，何长根，王营，
申请(专利权)人：零点创新科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41