一种高灵敏度多功能CT开路保护装置

摘要

一种高灵敏度多功能CT开路保护装置，涉及电力线路、设备等保护装置领域，其特征在于：含有信号采样部分、执行保护部分、单片机以及液晶显示部分和故障复位部分；本发明CT保护装置除基本故障显示功能和总故障次数记录功能外，带有故障时刻电压值和电压波形显示及记录功能，为工作人员排查与电流互感器二次侧相连的器件是否会因为二次侧开路电压造成不可恢复的损坏提供依据，方便了配备电流互感器的整套设备的故障排查，节约检修时间和人力成本。

说明书

技术领域：

本发明涉及电力线路、设备等保护装置领域，具体是一种高灵敏度多功 能CT开路保护装置。

背景技术：

电力线路的安全运行，与国民经济的建设和人员的安全息息相关。电流互 感器是为检测仪表和控制设施提供能够反映系统相应电流参数的一种设施， 电力系统的安全运行十分重要，运行规则规定：运行中，电流互感器CT二次 侧回路不能开路。电流互感器二次绕阻及其回路一旦在运行中开路，将会产 生数千伏甚至上万伏的过电压。这不仅给二次系统的绝缘造成危害，还会使 互感器过激而烧损，甚至危及运行人员的生命安全。

针对这些问题，许多技术工作人员做出来许多贡献，例如:申请号 89216913.3，公告号CN2074493U，发明名称：电流互感器开路保护装置；申 请号00229882.1，公告号CN2602931Y，发明名称：电力电流变换器可控硅开 路保护器；申请号200420010869.6，公告号CN2715407Y，发明名称：高灵敏 度CT开路保护装置等，虽然目前一些保护装置投入使用后取得一定效果，但 保护装置仍然存在问题：

现有的电流互感器开路保护装置的故障检测部分使用纯硬件检测电路， 选用光耦器件作为故障判断器件，输入到单片机或其他保护动作触发电路为 高低电平信号，无法在电流互感器开路时记录故障时刻电压及故障电压波形， 从而无法判断故障是否可能对与互感器相关的器件造成不可恢复的损坏，不 利于装有电流互感器整套设备的故障排查。

发明内容：

为了克服上述现有技术的不足，本发明设计出一种高灵敏度多功能CT开 路保护装置。本方案旨在解决现有技术无法监测互感器开路电压及保存故障 时刻波形的问题。

解决的技术问题所采用以下的技术方案：

一种高灵敏度多功能CT开路保护装置，其特征在于：含有信号采样部分、 执行保护部分、单片机以及液晶显示部分和故障复位部分；

所述的信号采样部分为：输入电压经两个分压电阻，与二阶RC滤波器相 连；分压电阻中一个并联一个TVS管；二阶RC滤波器与信号输入放大器相连， 通过信号放大器电路中接入的抬高电压，将采样输入电压抬高，实现对交流 信号的采样；信号输入放大器输出经二极管保护电路与单片机的AD采样引脚 相连；

所述的执行保护部分为：驱动电源经第一电阻与光耦隔离器的输入正端 连接；单片机输出口接光耦隔离器的输入负端；光耦隔离器输出端一端经第 二电阻接双向可控硅的门级，另一端接双向可控硅；双向可控硅的门级以外 的两个引脚分别接输入端和公共端；

所述的液晶显示部分：单片机的AD采样功能与单片机的编程实现，显 示部分选用LCD液晶显示屏，显示内容有：故障相、故障时刻电压值、故障 时刻前20ms电压波形及总故障次数。

所述的故障复位部分为：一组电源包括VCC、GND，第二组电源包括VCC1、 GNDA，VCC、GND与VCC1、GNDA两组电源直接通过共模电感连接，VCC1与电 容正极连接，GND与电容负极连接；电容正极经第三电阻与复位按键的两脚及 外部复位一个接口连接；复位按键的另两脚及外部复位的另一接口与光耦输 入端的正极连接；电容的负极与光耦输入端的负极连接；光耦输出端集电极 接单片机的输入口，同时经上拉电阻接电源VCC；光耦输出端发射极接GND端。

所述的信号输入信号放大器电路包括放大器，连接在放大器负极上的电 阻R6，连接在放大器负极以及放大器输出端的电阻R7，以及连接在放大器正 极上的电阻R8，所述的放大器的负极与二阶RC滤波器的电阻输出端连接，所 述的电阻R8与放大器的另一端与二阶RC滤波器的电容输出端连接。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采样输入口采用一个大电阻与一个小电阻串联分压的原理， 电阻值很大，有效的减小了CT二次侧分流；

(2)本发明保护装置电压采样精确，灵敏度高；

(3)本发明保护装置抗干扰能力强，系统电源部分使用集成的AC-DC模 块化电源，系统更稳定；

(4)本发明CT开路保护装置对于多回路保护装置适应能力强，可根据CT 二次绕组数量任意扩展；

(5)本发明具有485通信功能，加装了信号传输接口，可实现与综合自 动控制设备联网，大大增加了自动化程度；

(6)本发明CT保护装置除基本故障显示功能和总故障次数记录功能外， 带有故障时刻电压值和电压波形显示及记录功能，为工作人员排查与电流互 感器二次侧相连的器件是否会因为二次侧开路电压造成不可恢复的损坏提供 依据，方便了配备电流互感器的整套设备的故障排查，节约检修时间和人力 成本。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，

一种高灵敏度多功能CT开路保护装置，含有信号采样部分、执行保护部 分、单片机以及液晶显示部分和故障复位部分；

信号采样部分为：输入电压经两个分压电阻R1和R2，输入电压经分压电 阻R1与R2，与二阶RC滤波器相连；分压电阻R2上并联一个TVS管，保护采 样电路；二阶RC滤波器与信号放大器电路相连，通过信号放大器电路中接入 的抬高电压VRef，将采样输入电压抬高，实现对交流信号的采样；信号输入 信号放大器电路输出经二极管保护电路与单片机AD采样引脚相连。

副边绕组输入电压经R1与R2分压后，R2上的电压经二阶RC滤波电路进 行滤波，再经信号放大器电路电压被整体抬高，抬高电压幅值为VRef，信号 放大器电路输出经二极管钳位保护电路后，输入到单片机AD采样口，通过单 片机编程计算出副边绕组实际的输入电压值。计算的原理及方法如下：保护 器的输入端的输入电压为V_IN，VRef将输入的交流电压抬升至零伏以上，保证 了在V_IN为负电压值时单片机仍然可以正常进行AD转换工作。输入到单片机 AD采样口的电压值为由此推导出电流互感器二次侧 实际电压与单片机AD口的电压的关系为

执行保护部分为：驱动电源VCC经第一电阻1R与光耦隔离器的输入正端 连接；单片机输出口接光耦隔离器的输入负端；光耦隔离器输出端一端经第 二电阻2R接双向可控硅BT136的门级，另一端接双向可控硅BT136；双向可 控硅BT136的门级以外的两个引脚分别接输入端和公共端。

CT正常工作时，副边绕组输入电压较低，单片机采样计算得到副边绕组 输入电压值小于启动值，驱动电路中的单片机输出口输出为高电平，光耦隔 离器中的三端双向可控硅无法导通，CT短路作用的双向可控硅门级无驱动信 号，不进行保护动作。当CT开路，副边绕组输入电压很大，单片机采样计算 得到副边绕组输入电压值大于启动值，驱动电路中的单片机输出口输出为低 电平，光耦隔离器中的三端双向可控硅导通，驱动CT短路作用的双向可控硅 门级信号，双向可控硅进行保护动作。

液晶显示部分：单片机的AD采样功能与单片机的编程实现，显示部分 选用LCD液晶显示屏，显示内容有：故障相、故障时刻电压值、故障时刻前 20ms电压波形(包括故障时刻)及总故障次数。

故障复位部分为：一组电源包括VCC、GND，第二组电源包括VCC1、GNDA， 图1中VCC、GND与VCC1、GNDA两组电源直接通过共模电感连接。VCC1与电 容正极连接，GND与电容负极连接；电容正极经电阻SW_R1与复位按键SW的 1、3脚及外部复位接口的5脚连接；复位按键SW的2、4脚及外部复位接口 的6脚与光耦输入端的正极连接；电容的负极与光耦输入端的负极连接；光 耦输出端集电极接单片机的输入口，同时经上拉电阻SW_R2接电源VCC；光耦 输出端发射极接GND端。

外部复位接口处于断开状态且复位按键未按下时，光耦器件输入端正极 悬空，光耦不工作，其输出端相当于断路状态，单片机输入口输入高电平； 当外部复位接口处于短接状态或复位按键按下时，光耦器件工作，输出端相 当于通路，单片机输入口输入低电平。单片机判断该引脚由高电平变为低电 平，则复位内部各状态量的状态至初始化状态，故障指示等被清除。

信号输入信号放大器电路包括放大器，连接在放大器负极上的电阻R6， 连接在放大器负极以及放大器输出端的电阻R7，以及连接在放大器正极上的 电阻R8，放大器的负极与二阶RC滤波器的电阻输出端连接，电阻R8与放大 器的另一端与二阶RC滤波器的电容输出端连接。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。