一种继电保护硬压板校验投退控制装置的制作方法

    专利2022-07-11  103


    本实用新型涉及电气设备检测技术领域,具体是涉及一种继电保护硬压板校验投退控制装置。



    背景技术:

    随着地方经济建设的不断进步、电网建设的大规模展开,每年都要新建若干变电站来支持当地的经济发展。建成的变电站需要验收合格后,才能正式投运,运行一段时间的变电站也需要进行年检来确认保护装置是否依然安全可靠。继电保护是一门科学性和实践性很强的技术工作,随着自动化程度的提高,站内的二次保护设备越来越复杂,需要验收的装置也愈来愈多,但给保护人员验收的时间却并没有增加,“时间紧、任务重”成了继电保护人员经常面对的问题和困难。

    保护装置中硬压板的核对与校验是一项重要工作内容,现场保护装置的验收流程大致为“机械外观检查→交流回路校验→输入接点检查→保护逻辑校验→压板校验及传动试验”这五个工作项目。目前,保护人员在校验压板正确性的时候,采取的方法主要是单个压板投(退)同时其他压板退(投)的传统方法。即单个硬压板校验有正校验(投入待校验压板,退出其他压板)和反校验(退出待校验压板,投入其他压板)两个过程。

    因此,这种传统的退投方法耗时较长,操作复杂,且失误率高。本实用新型正是针对继电保护工作中的常见的这一工作进行优化,来缩短工作时间,提高工作效率,降低硬压板校验这一工作占验收总工作耗时的比例。



    技术实现要素:

    为解决上述问题,本实用新型提出一种继电保护硬压板校验投退控制装置,可以代替传统手工投退硬压板,极大程度的缩短校验时间。

    为了实现上述目的,本实用新型所采用的技术方案为:一种继电保护硬压板校验投退控制装置,主要由按键及led发光模块、irfp450型mosfet管及其驱动电路模块、电源模块、单片机模块、移位寄存器模块、线束单元及插排组成;每个硬压板分别通过线束单元及插排与一个irfp450型mosfet管连接;按下按键点亮led指示灯,并发送给74hc597型移位寄存器u2一个信号,触发移位寄存器数据的左移一次;按键释放后恢复,指示灯自动熄灭,触发移位寄存器数据的右移一次,移位寄存器u2实现控制信号的编码,移位寄存器u1控制led指示灯的亮灭;控制信号输出给单片机stc15f104w后,单片机经过逻辑判断,输出控制信号,通过移位寄存器u3、移位寄存器u4实现解码,从而控制相应的irfp450型mosfet管的导通、关断,实现与其连接硬压板的投入、退出。

    作为本实用新型的优选技术方案,按键开关与电容并联,再经过电阻接入 5v的电源;按键断开时,在电容的上端pb带 5v的电平;按键按下时,电容被按键短路,pb此时电平为0v;74hc597型移位寄存器u2上引脚d0的外接线pb的电平由5v突变至0v,74hc597型移位寄存器u2会周期性的对并行数据引脚进行扫描,将检测到的数据进行编码,经串行输出口引脚q发出编码信号到单片机stc15f104w上引脚p3.0,单片机stc15f104w接收到信号后,由引脚p3.3发出串行编码信号到74hc595型移位寄存器u1的引脚ds,经解码后输出至led,led经电阻、led发光二极管到地,回路导通,led发光二极管被点亮。

    作为本实用新型的优选技术方案,单片机stc15f104w的引脚p3.3发出编码信号给74hc595型移位寄存器u1的同时,也将信号发送至74hc595型移位寄存器u3的引脚ds,经74hc595型移位寄存器u3解码后将控制信号输出至各mosfet管驱动电路。

    作为本实用新型的优选技术方案,单片机stc15f104w的编码信号经74hc595型移位寄存器u3解码后,从其引脚q0发出控制信号经电阻r67输出至三极管q2的基级,经三极管q2的集电极分别连接至sg3525a芯片u6的引脚10、经电阻r66至变压器t2的抽头3,变压器t2的抽头3又经电阻r251至 12v电源;当三极管q2未导通时,sg3525a芯片u6的引脚10处于12v的高电平,由于高电平禁止输出,所以此时的sg3525a芯片u6的引脚11没有输出信号;控制信号一旦触发三极管q2导通,sg3525a芯片u6的引脚10电平降低,sg3525a芯片u6的引脚11输出pwm波形;

    sg3525a芯片u6的引脚11输出波形经电阻r11连接至irfd120型mosfet管q18的引脚1,同时经稳压管d67与电阻r68并联,接入q18的引脚3与地相接;sg3525a芯片u6输出信号触发q18导通, 12v的电经电阻r251流向变压器t2的抽头3进,抽头4流出至q18的引脚2,引脚3进入地端,此时的变压器抽头3电压降低至0v;

    变压器t2的绕组1、2经二极管d2整流,至电阻r65与电容c113并联接入地;同时,二极管d2经电阻r235进入sg3525a芯片u6的引脚1;变压器t2的绕组3、4中的电压通过q18的导通、关断形成12-0-12-0v矩形波动的电压,t2的绕组1、2受到绕组3、4的感应效果产生感应电压,进入sg3525a芯片u6的引脚1,以及通过电阻r157、r219和电容c97的串并联进入sg3525a芯片u6的引脚9;通过引脚1与引脚9的回路构成负反馈,来调节引脚11输出pwm波形的占空比,以致变压器t2的绕组3、4形成稳定的矩形波电压信号;

    t2的绕组5、6受绕组3、4的感应效果产生的电压信号经二极管d36、电容c129、稳压管d115和d116,经电阻r28进入lm358芯片的引脚3,并经电阻r283将引脚3与引脚1串起来,同时电压信号又经r29进入lm358芯片的引脚2;经过lm358芯片及其外围电路的滤波处理,电压信号从lm358芯片的引脚1输出至irfp450型mosfet管q34的引脚1,驱动mosfet导通;电阻r69和稳压管d68并联在irfp450型mosfet管q34的引脚1、3上,抑制irfp450型mosfet管q34在断开的过程中产生电压浪涌,保证irfp450型mosfet管q34的稳定导通与关断;

    irfp450型mosfet管q34的引脚2、3上并联着稳压管d163和d164,引脚2、3同时并接在整流桥d146的引脚2、4上,可将j4外部接线中的交流电经整流桥d146整流成直流,然后加载在irfp450型mosfet管q34的引脚2、3上。

    与现有技术相比,本实用新型的有益效果表现在:

    本实用新型利用mosfet管开关通断模拟代替硬压板的投退,从减少投退次数和加快压板的投退速度两个方面改善投退过程,从而有效缩短硬压板校验的时间,提高保护装置硬压板校验工作效率。使用继电保护硬压板校验投退控制装置后,硬压板校验耗时从传统手动试验的平均31分钟减少为平均17.7分钟,减少了57%的耗时,工作效率提升显著。

    附图说明

    以下结合实施例和附图对本实用新型的继电保护硬压板校验投退控制装置作进一步详述。

    图1是按键控制电路图。

    图2是芯片总控电路图。

    图3是mosfet管驱动电路图。

    图4是投退控制装置与硬压板连接状态照片。

    图5是投退控制装置上电自检状态照片。

    图6是1号硬压板正检验状态照片。

    图7是1号硬压板反检验状态照片。

    具体实施方式

    本实用新型提出一种继电保护硬压板校验投退控制装置,主要由按键及led发光模块、irfp450型mosfet管及其驱动电路模块、电源模块、单片机模块、移位寄存器模块、线束单元及插排组成;每个硬压板分别通过线束单元及插排与一个irfp450型mosfet管连接;按下按键点亮led指示灯,并发送给74hc597型移位寄存器u2一个信号,触发移位寄存器数据的左移一次;按键释放后恢复,指示灯自动熄灭,触发移位寄存器数据的右移一次,移位寄存器u2实现控制信号的编码,移位寄存器u1控制led指示灯的亮灭;控制信号输出给单片机stc15f104w后,单片机经过逻辑判断,输出控制信号,通过移位寄存器u3、移位寄存器u4实现解码,从而控制相应的irfp450型mosfet管的导通、关断,实现与其连接硬压板的投入、退出。

    请参阅图1所示,以按键开关1为例,按键开关1与电容c12并联,再经过电阻r18接入 5v的电源。按键断开时,在电容c12的上端pb1带 5v的电平;按键按下时,电容c12被按键1短路,pb1此时电平为0v。74hc597型移位寄存器u2上引脚d0的外接线pb1的电平由5v突变至0v,74hc597型移位寄存器u2会周期性的对并行数据引脚d0-d7进行扫描,将检测到的数据进行编码,经串行输出口引脚q发出编码信号到单片机stc15f104w上引脚p3.0,单片机stc15f104w接收到信号后,由引脚p3.3发出串行编码信号到74hc595型移位寄存器u1的引脚ds,经解码后从引脚q0~q7输出至led1~8,led1经电阻r10、led发光二极管到地,回路导通,led发光二极管被点亮。状态指示出按键1按下,电路1的回路导通。

    请一并参阅图2,单片机stc15f104w的引脚p3.3发出编码信号给74hc595型移位寄存器u1的同时,也将信号发送至74hc595型移位寄存器u3的引脚ds,经74hc595型移位寄存器u3解码后将控制信号输出至各mosfet管驱动电路。

    请一并参阅图3,单片机stc15f104w的编码信号经74hc595型移位寄存器u3解码后,从其引脚q0发出控制信号经电阻r67输出至三极管q2的基级,经三极管q2的集电极分别连接至sg3525a芯片u6的引脚10、经电阻r66至变压器t2的抽头3,变压器t2的抽头3又经电阻r251至 12v电源。当三极管q2未导通时,sg3525a芯片u6的引脚10处于12v的高电平,由于高电平禁止输出,所以此时的sg3525a芯片u6的引脚11(out1)没有输出信号;控制信号一旦触发三极管q2导通,sg3525a芯片u6的引脚10电平降低,sg3525a芯片u6的引脚11(out1)输出pwm波形。

    sg3525a芯片u6的引脚11输出波形经电阻r11连接至irfd120型mosfet管q18的引脚1,同时经稳压管d67与电阻r68并联,接入q18的引脚3与地相接。d67和r68防止误触发及电压保护作用。sg3525a芯片u6输出信号触发q18导通, 12v的电经电阻r251流向变压器t2的抽头3进,抽头4流出至q18的引脚2,引脚3进入地端,此时的变压器抽头3电压降低至0v。

    变压器t2的绕组1、2经二极管d2整流,至电阻r65与电容c113并联接入地,起到滤波作用。同时,二极管d2经电阻r235进入sg3525a芯片u6的引脚1。变压器t2的绕组3、4中的电压通过q18的导通、关断形成12-0-12-0v矩形波动的电压,t2的绕组1、2受到绕组3、4的感应效果产生感应电压,进入sg3525a芯片u6的引脚1,以及通过电阻r157、r219和电容c97的串并联进入sg3525a芯片u6的引脚9。通过引脚1与引脚9的回路构成负反馈,来调节引脚11输出pwm波形的占空比,以致变压器t2的绕组3、4形成稳定的矩形波电压信号。

    t2的绕组5、6受绕组3、4的感应效果产生的电压信号经二极管d36、电容c129、稳压管d115和d116,经电阻r28进入lm358芯片的引脚3,并经电阻r283将引脚3与引脚1串起来,同时电压信号又经r29进入lm358芯片的引脚2。经过lm358芯片及其外围电路的滤波处理,电压信号从lm358芯片的引脚1输出至irfp450型mosfet管q34的引脚1,驱动mosfet导通。电阻r69和稳压管d68并联在irfp450型mosfet管q34的引脚1、3上,抑制irfp450型mosfet管q34在断开的过程中产生电压浪涌,保证irfp450型mosfet管q34的稳定导通与关断。

    irfp450型mosfet管q34的引脚2、3上并联着稳压管d163和d164,主要保护防止因大电压被击穿,引脚2、3同时并接在整流桥d146的引脚2、4上,可将j4外部接线中的交流电经整流桥d146整流成直流,然后加载在irfp450型mosfet管q34的引脚2、3上,实现不管外部电路是交流回路还是直流回路,都能通过irfp450型mosfet管q34来导通或断开。

    以上部分主要表达了本实用新型继电保护硬压板校验投退控制装置的电气原理结构,将上述各个集成电路印制出来进行组装并封装在箱体内,安装好插排以及线束后开始检测。本实施例中,采用了32组mosfet管以及相关电路,以实现32个硬压板投退的控制。每个mosfet管则对应一个插排,一个插排通过一组线束单元分别与硬压板的两端连接。另外,本实施例中按键采用立柱式金属型轻触按钮,自带指示灯。

    单片机使用c语言在keil3平台编写程序。程序设置功能键实现单控模式和多控模式的自由切换。当功能键按下并自锁时,程序处于多控模式;当功能键恢复时,程序处于单控模式。例如,可采用以下几种模式:

    f1、f2、f3、f4四个都熄灭时,按哪个回路按键哪个回路就切换状态。

    f1点亮时,按某个回路按键,该回路闭合,所有其他回路关断。

    f2点亮时,按某个回路按键,该回路关断,所有其他回路闭合。

    f3、f4对应两组自定义的回路组合(a组b组),按f3回路按照a组的定义进行状态切换,按f4按照b组的定义进行切换。例如a组定义了1-8回路为闭合,9-32回路为关断,那么按了f3之后,1-8回路就是闭合的,9-32回路就是关断的。

    长按f3保持2s以上,f3闪烁,进入a组编辑状态,可以按相应的回路按键编辑回路状态组合,编辑完成后,短按f3完成编辑,此时a组回路的状态组合被保存至系统。

    长按f4保持2s以上,f4闪烁,进入b组编辑状态,可以按相应的回路按键编辑回路状态组合,编辑完成后,短按f4完成编辑,此时b组回路的状态组合被保存至系统。

    实际工作中,接线时先接装置的插排,因为装置安放的时候已经接地,而硬压板的上、下端头此时可能带电,装置这边每插入一根线的插排,就对应着把这根线的两个鳄鱼夹子与一个硬压板的两端相连接,一个鳄鱼夹固定在硬压板的上端口,另外一个固定在硬压板中间连片的张开的一端,夹好之后再晃动确认一遍是否夹得牢固。硬压板接入装置的选择顺序按照从上到下、从左到右,一个一个连接,这样才不会漏掉任何一个硬压板。接线的同时,旁边的监护人员要把接入装置口的编号与硬压板名称的对应关系记录到试验记录本上,以方便接下来的试验过程中,将面板上的控制按键与需要验证的硬压板一一对应。接线完毕后,再检查一遍相邻的硬压板两个端口的鳄鱼夹有没有发生碰触的地方,确保没有发生短路触碰的地方,下面就是上电测试了。现场装置连接线连接完毕照片如图4所示。

    将电源箱电源开关合上,按下装置面板上的开关按键,按键发出绿色灯光,发光一直不灭,代表装置已通电。装置上电后首先会进行自检,中间4个功能按键会闪绿灯,两排32个代表硬压板的按键会闪红灯,自检结束后灯光就会熄灭。实际上电自检状态照片如图5所示。

    假设装置面板上第一个按键对应着保护屏柜左上方第一个硬压板,这里将它命名为1号硬压板,1号硬压板所对应的装置面板上的称为1号按键。根据硬压板的校验流程,首先要对1号硬压板进行正校验,按下功能键f1,此时f1键绿灯点亮(单控模式激活),再按下1号按键,1号按键红灯点亮(按键点亮红灯,此时1号按键下端的mosfet导通,代表着1号硬压板投入),其他按键灯没有点亮代表着其他硬压板仍然处于退出状态,此时可以用继电保护测试仪给保护装置加状态(或者通过装置的液晶面板查看开入状态)来检1号验硬压板的接线是否正确。正校验1号硬压板时试验装置面板亮灯情况如图6所示。

    正校验结束后,没有问题就可以对1号硬压板进行反校验。按下功能键f2,此时f2键绿灯点亮(一控多模式激活),按下1号按键,1号按键红灯熄灭,与此同时其余31个按键红灯全部点亮,代表着1号硬压板退出,其余31个硬压板全部投入,此时可以用同样的方法来对1号硬压板的接线进行反校验。反校验1号硬压板时试验装置面板亮灯情况如图7所示。

    如果1号硬压板的正校验和反校验都没有问题,就可以依次用同样的方法对其余2、3、…硬压板进行校验。

    当所有的硬压板校验结束后,首先要断开装置电源,然后拆掉与硬压板的连接线,要先拆除硬压板两端的鳄鱼夹,再拔掉与装置相连的插排,连接线全部拆除后,再拆除接地线。将连接线收拾整齐妥当后,与装置一起放入箱中。

    以上内容仅仅是对本实用新型的构思所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离实用新型的构思或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本实用新型的保护范围。


    技术特征:

    1.一种继电保护硬压板校验投退控制装置,其特征在于:主要由按键及led发光模块、irfp450型mosfet管及其驱动电路模块、电源模块、单片机模块、移位寄存器模块、线束单元及插排组成;每个硬压板分别通过线束单元及插排与一个irfp450型mosfet管连接;按下按键点亮led指示灯,并发送给74hc597型移位寄存器u2一个信号,触发移位寄存器数据的左移一次;按键释放后恢复,指示灯自动熄灭,触发移位寄存器数据的右移一次,移位寄存器u2实现控制信号的编码,移位寄存器u1控制led指示灯的亮灭;控制信号输出给单片机stc15f104w后,单片机经过逻辑判断,输出控制信号,通过移位寄存器u3、移位寄存器u4实现解码,从而控制相应的irfp450型mosfet管的导通、关断,实现与其连接硬压板的投入、退出。

    2.如权利要求1所述的继电保护硬压板校验投退控制装置,其特征在于:按键开关与电容并联,再经过电阻接入 5v的电源;按键断开时,在电容的上端pb带 5v的电平;按键按下时,电容被按键短路,pb此时电平为0v;74hc597型移位寄存器u2上引脚d0的外接线pb的电平由5v突变至0v,74hc597型移位寄存器u2会周期性的对并行数据引脚进行扫描,将检测到的数据进行编码,经串行输出口引脚q发出编码信号到单片机stc15f104w上引脚p3.0,单片机stc15f104w接收到信号后,由引脚p3.3发出串行编码信号到74hc595型移位寄存器u1的引脚ds,经解码后输出至led,led经电阻、led发光二极管到地,回路导通,led发光二极管被点亮。

    3.如权利要求2所述的继电保护硬压板校验投退控制装置,其特征在于:单片机stc15f104w的引脚p3.3发出编码信号给74hc595型移位寄存器u1的同时,也将信号发送至74hc595型移位寄存器u3的引脚ds,经74hc595型移位寄存器u3解码后将控制信号输出至各mosfet管驱动电路。

    4.如权利要求3所述的继电保护硬压板校验投退控制装置,其特征在于:单片机stc15f104w的编码信号经74hc595型移位寄存器u3解码后,从其引脚q0发出控制信号经电阻r67输出至三极管q2的基级,经三极管q2的集电极分别连接至sg3525a芯片u6的引脚10、经电阻r66至变压器t2的抽头3,变压器t2的抽头3又经电阻r251至 12v电源;当三极管q2未导通时,sg3525a芯片u6的引脚10处于12v的高电平,由于高电平禁止输出,所以此时的sg3525a芯片u6的引脚11没有输出信号;控制信号一旦触发三极管q2导通,sg3525a芯片u6的引脚10电平降低,sg3525a芯片u6的引脚11输出pwm波形;

    sg3525a芯片u6的引脚11输出波形经电阻r11连接至irfd120型mosfet管q18的引脚1,同时经稳压管d67与电阻r68并联,接入q18的引脚3与地相接;sg3525a芯片u6输出信号触发q18导通, 12v的电经电阻r251流向变压器t2的抽头3进,抽头4流出至q18的引脚2,引脚3进入地端,此时的变压器抽头3电压降低至0v;

    变压器t2的绕组1、2经二极管d2整流,至电阻r65与电容c113并联接入地;同时,二极管d2经电阻r235进入sg3525a芯片u6的引脚1;变压器t2的绕组3、4中的电压通过q18的导通、关断形成12-0-12-0v矩形波动的电压,t2的绕组1、2受到绕组3、4的感应效果产生感应电压,进入sg3525a芯片u6的引脚1,以及通过电阻r157、r219和电容c97的串并联进入sg3525a芯片u6的引脚9;通过引脚1与引脚9的回路构成负反馈,来调节引脚11输出pwm波形的占空比,以致变压器t2的绕组3、4形成稳定的矩形波电压信号;

    t2的绕组5、6受绕组3、4的感应效果产生的电压信号经二极管d36、电容c129、稳压管d115和d116,经电阻r28进入lm358芯片的引脚3,并经电阻r283将引脚3与引脚1串起来,同时电压信号又经r29进入lm358芯片的引脚2;经过lm358芯片及其外围电路的滤波处理,电压信号从lm358芯片的引脚1输出至irfp450型mosfet管q34的引脚1,驱动mosfet导通;电阻r69和稳压管d68并联在irfp450型mosfet管q34的引脚1、3上,抑制irfp450型mosfet管q34在断开的过程中产生电压浪涌,保证irfp450型mosfet管q34的稳定导通与关断;

    irfp450型mosfet管q34的引脚2、3上并联着稳压管d163和d164,引脚2、3同时并接在整流桥d146的引脚2、4上,可将插排j4外部接线中的交流电经整流桥d146整流成直流,然后加载在irfp450型mosfet管q34的引脚2、3上。

    技术总结
    一种继电保护硬压板校验投退控制装置,涉及电气设备检测技术领域。由按键及发光模块、MOSFET管及其驱动电路模块、单片机模块、移位寄存器模块等组成;按下按键点亮LED指示灯,并发送给移位寄存器U2一个信号,触发移位寄存器数据的左移一次;按键释放后恢复,指示灯自动熄灭,触发移位寄存器数据的右移一次,移位寄存器U2实现控制信号的编码,移位寄存器U1控制LED指示灯的亮灭;控制信号输出给单片机后,单片机经过逻辑判断,输出控制信号,通过移位寄存器U3、移位寄存器U4实现解码,从而控制相应的MOSFET管导通关断,实现与其连接硬压板的投入退出,可有效缩短硬压板校验的时间,提高保护装置硬压板校验工作效率。

    技术研发人员:陶为明;张立生;范伟;聂雪松;柯仲来;李晓萍;郭燕霞;何昌高;郑瑾;张晟;舒永志
    受保护的技术使用者:安徽电气工程职业技术学院;国网安徽省电力有限公司黄山供电公司;国网安徽省电力有限公司培训中心;合肥聚马工程技术有限公司;国家电网有限公司
    技术研发日:2020.07.23
    技术公布日:2021.03.12

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