一種工頻過電流判斷保護裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及一種工頻過電流判斷保護裝置。
【背景技術】
[0002] 快速、準確地獲取被保護電力電氣設備中的超過額定值或整定值的電流數值，并 對其進行準確的判斷以便及時采取相應措施防止故障發生、在故障發生后及時制止故障的 擴大，是電流繼電保護裝置的首要任務，是滿足保護裝置的選擇性、速動性、靈敏性和可靠 性這四個基本要求的先決條件。
[0003] 為了獲取被保護電力電氣設備中的這種超限的電流幅值并判斷其是否為短時過 載電流或是故障電流、故障是否已經或即將發生，此前的方法和設備大多是使用電流互感 器的二次電流去驅動一個繼電器或是采用對電流互感器二次電流經整流后與預先設定的 電流整定值比對的辦法，或是對二次電流經過轉換形成的電壓信號進行一個周波內的多點 采樣、應用傅氏算法獲取其有效值再與電流整定值進行比較以確認故障是否發生(參考專 利號ZL200810024070.5,發明名稱24KV真空斷路器中電流保護控制方法和專利號 ZL101494374B，發明名稱真空斷路器中電流保護控制方法），或是將電流互感器二次電流經 轉換形成的電壓波形與多個基準電壓進行比較并進行四個要素的邏輯和以及邏輯乘運算 來確定其故障是否發生(參考授權公告號CN102401869B發明名稱用于快速確定電力系統中 的故障的裝置和方法），或利用對一個交流電量，在相角增量為A a的兩個端點上的兩次采 樣數據和該A a值進行反正切運算得到該電量相對于測量時刻的初相角a和預測到的幅度 Am(參考審定號CN1013307B發明名稱交流電量瞬間測量方法及其裝置），進而可以依此來判 斷其幅度的A m是否為故障電流;或基于波形形狀識別、將采自電力系統普遍使用的電流互 感器的信號，使用波形偏斜度和波形陡峭度度量電流半周波的波形形狀并映射到模式識別 空間來實現故障判斷，作為供電線路的暫態保護，（參考授權公告號CN101872963B發明名稱 基于波形形狀識別的供電線暫態保護方法及其裝置），等等。現有的這些技術對故障電流判 斷的方法復雜、判斷準確度低，無法實現故障電流的多時段的時間精確控制，且無法覆蓋負 載電流的低過載區域，存在保護的"死區"，無法滿足當今電力保護市場的廣泛需求。
【發明內容】
[0004] 本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種判斷方法簡單、保護范圍 廣、控制時間準確且時段多的工頻過電流判斷保護裝置。
[0005] 本實用新型采用的技術方案是：
[0006] 本實用新型的一種工頻過電流判斷保護裝置應用到一種工頻過電流判斷方法，該 工頻過電流判斷方法包括一個過電流判斷公式、通過該公式計算得到數據、以及對這些數 據的應用方法，其包括以下步驟：
[0007] (1)由正弦電流的數學表達式推導得到一個工頻過電流判斷公式：
[0009] 式中，1^是被測正弦電流波形的幅值，Izd是電流整定值，t是被測正弦電流波形過 零后到達電流整定值的時間值，其單位為us，f是電力系統的額定頻率;依據該公式，只要知 道電力系統頻率并獲得時間t值、即可得知
的比值，即被測正弦電流波形幅值對電流整 定值的倍數，從而判斷出被測電流的大小；
[0010] (2)額定頻率的正弦電流波形在一個半波內由過零點開始到達其幅值所需的時間 為Hus，
?其中H取正整數，f是電力系統的額定頻率，把t由lus開始、按每次遞增 lus，一直到Hus為止，把t按照由小到大的順序分別一一代入過電流判斷公式中的t計算得 到H個
比值即被測正弦電流波形幅值對電流整定值的倍數；
[0011] (3)按照大短路電流幅值是整定值的高倍數、小短路電流幅值是整定值的次高倍 數、大過載電流幅值是整定值的較高倍數、小過載電流幅值是整定值的較低倍數、微過載電 流幅值是整定值的極低倍數的檔次，把H個不同的倍數數據根據具體的保護需要依照其數 值由大到小的次序進行歸類劃分成N個倍數區間，N個區間的倍數都大于1，用十進制數由小 到大、即由1、2……N依次按過電流的高倍數到低倍數的順序對劃分成的區間編號，劃分的 區間為4個以上，區間內的倍數范圍是可變的，但是每個區間都有一個倍數上限值和一個倍 數下限值，倍數上限值對應一個時間起點值，倍數下限值對應一個時間終止值，表示該區間 的過電流從倍數上限值向倍數下限值變化時其與時間值之間的一一對應的關系，即每個區 間由一個時間起點值和一個時間終止值界定該區間的時間范圍和對應的倍數范圍，時間起 點值較小在前，時間終止值較大在后，各區間之間的時間值是順序連接的，上一個區間的時 間終止值的下一個us就是下一個區間的時間起點值，將被測正弦電流波形的幅值小于電流 整定值，其波形和整定值沒有交點，倍數小于1，其對應的時間值大于Hus的倍數區間編為第 N+1個區間，稱為"零值區間"；
[0012] ⑷用一個N位的二進制數代碼即顯示代碼表示N個區間以及零值區間的時間和其 對應的倍數范圍；設定顯示代碼起始狀態為全1，設定顯示代碼右邊第一位為最高位，從最 高位開始向左邊的最低位方向、依次把1變為0,那么到該顯示代碼狀態全為0時就有N+1個 狀態表示，用顯示代碼的第一種全1狀態表示區間1的時間和倍數范圍，用顯示代碼的第二 種即右起第一位為〇而其他位全為1的狀態表示區間2的時間和倍數范圍，依順序地，用顯示 代碼的第N種即左起第一位、即最低位為1而其他位全為0的狀態表示第N個區間的時間和倍 數范圍；用顯示代碼的第N+1種、即全為0的狀態來表示第N+1區間即零值區間的時間和倍數 范圍;把顯示代碼及時間數據存到可編程只讀存儲器中；
[0013] (5)采用時間查詢方式存取并使用顯示代碼和時間數據；當采用時間查詢方式時 把正弦電流波形在一個半波內由過零點開始到達其幅值所需的時間Hus中的每一個us都以 一個二進制數表示、按由小到大的順序依次一一對應作為存儲器的存儲地址存入所屬區間 的顯示代碼；
[0014]所述步驟(5)中在時間查詢方式中存入顯示代碼的方法是，把用二進制數表示的 從lus起到Hus為止的H個時間值一一對應作為存儲器的地址，在與存儲器地址對應的存儲 單元中存入相應的顯示代碼，也就是說，按照劃分成的N個區間，依次地從區間1起到區間N， 把各區間的時間起點值起到時間終止值為止、包含起點值和終止值在內的以二進制數表示 的時間值作為存儲器的存儲地址，在這個地址范圍內對應的所有存儲單元中存入與該區間 相應的同一個顯示代碼，另外把存儲器的第零個地址作為第N+1區間或稱為零值區間的地 址，在第零個地址中存入第N+1種、即全為0的顯示代碼;在時間查詢方式中采用8KX8位可 編程只讀存儲器，它通過8條數據輸入輸出口線來實現N+1個顯示代碼的存入及讀出，設定 口線從高位I/O?起依順序向低位1/〇〇排列，把表示時間和倍數范圍的N位顯示代碼的右起第 一位作為高位與口線1/〇 7對齊以保持數據存入、讀出時順序一致，當存入的顯示代碼的位 數少于8位時，可在N位顯示代碼的低位方向填入0以補齊一個字節；當存入的顯示代碼位數 大于8位時，則擴展一個存儲器，兩個存儲器的地址線并聯，確定兩個存儲器中的共16條I/O 口線從高字節的I/O?起向低字節1/〇〇的排列順序方向，存入的N位顯示代碼的右起第一位也 作為高位與16條I/O 口線中的高位1/〇7對齊以保持數據存入、讀出時順序一致，當存入的顯 示代碼位數少于16位時，可在低字節中的低位方向填入0以補齊低字節的8位；
[0015]受控設備延遲動作的預定時間延遲脈沖個數、簡稱"預定個數"設定預定個數有一 個原則，即:過電流倍數越大設定的預定個數越少，過電流倍數越小設定的預定個數越多，1 < m<n2<n3......<nn，其中，n為正整數，通過對預定時間延遲脈沖個數的計數轉換成動作 執行時間的延遲，當被測電流超過電流整定值時其第一個脈沖的延遲時間由電流波形過零 的時刻起計算，該延遲時間最多不超過1/4個周波的時間，從第二個脈沖起，其延遲時間距 上一個延遲脈沖出現的時間點都是1/2個周波的時間。
[0016] 一種工頻過電流判斷保護裝置，其包括一個前置的電壓跟隨器；一個正弦電流波 形過零時產生時間計數啟動脈沖的時間啟動模塊，其輸出時間啟動脈沖;一個正弦電流波 形到達電流整定值Izd時產生時間截獲脈沖的時間截獲模塊，其輸出時間截獲脈沖；以及一 個受時間啟動脈沖和時間截獲脈沖控制的、用來獲取被測正弦電流波形過零后到達電流整 定值時的采樣時間t值并把該采樣時間t值同與該模塊連接的存儲器中已存入的內容數據 進行過電流的快速判斷及多時段延遲操作的時間數據應用模塊;該工頻過電流判斷保護裝 置的輸入信號連接前置的電壓跟隨器的同相輸入端，前置的電壓跟隨器的輸出端分別連接 時間啟動模塊和時間截獲模塊，時間啟動模塊的輸出端連接時間數據應用模塊，時間截獲 模塊的輸出端連接時間數據應用模塊；
[0017] 其中，前置的電壓跟隨器是由一個單運放構成的；
[0018] 存儲器采用電擦除可編程只讀存儲器EEPR0M;
[0019]時間啟動模塊包括第一、第二、第三和第四電路單元;第三電路單元是一個零點電 壓調整電路單元，它有兩個零點電壓輸出端；
[0020] 時間截獲模塊包括第五、第六、第七和第八電路單元;第七電路單元是一個絕對值 相等的正、負整定電壓值可同時調整的電壓輸出電路單元，它有一個正整定電壓輸出端和 一個負整定電壓輸出端；
[0021] 時間啟動模塊中的第一、第二電路單元和時間截獲模塊中的第五、第六電路單元 是四個元件參數及連接方法完全一樣的電路單元，都是由運算放大器構成具有開環增益的 電壓比較電路并后接TTL電平轉換接口電路的電路單元;時間啟動模塊中，第三電路單元的 一個零點電壓輸出端通過電阻和第一電路單元中的電壓比較器的反相輸入端相連接，另一 個零點電壓輸出端通過電阻和第二電路單元中的電壓比較器的同相輸入端相連接;時間截 獲模塊中，第七電路單元的正整定電壓輸出端通過電阻和第五電路單元的電壓比較器的反 相輸入端相連接，負整定電壓輸出端通過電阻和第六電路單元的電壓比較器的同相輸入端 相連接;前置電壓跟隨器的輸出端分別通過電阻和第一電路單元中的電壓比較器的同相輸 入端、第二電路單元中的電壓比較器的反相輸入端、第五電路單元的電壓比較器的同相輸 入端和第六電路單元的電壓比較器的反相輸入端相連接;當被測正弦電流波形幅值高于電 流整定值時第一、二、五、六電路單元輸出的都是高電平矩形波脈沖；當被測正弦電流波形 幅值低于電流整定值時第五、六電路單元沒有輸出；第一電路單元和第二電路單元輸出的 高電平矩形波脈沖分別和第四電路單元的兩個輸入端相連接，第四電路單元的兩個輸入端 分別對輸入的兩個高電平矩形波脈沖微分、分別通過二極管輸入到一個電壓比較器進行調 整后從該比較器的輸出端輸出、經耦合到反相器輸出，該反相器的輸出端是第四電路單元 的輸出端、也是時間啟動模塊的輸出端，其輸出的是時間寬度為u s級別的尖、窄的低電平脈 沖、即時間啟動脈沖，每周波兩個；當被測正弦電流波形幅值高于電流整定值時，第五和第 六電路單元輸出的高電平矩形波脈沖分別輸入到第八電路單元、即一個或門電路的兩個輸 入端，其或門輸出端即是時間截獲模塊的輸出端，其輸出高電平矩形波脈沖、即時間截獲脈 沖，在穩態電流下每周波兩個；
[0022] -個時間數據應用模塊，包括時間查詢方式的時間數據應用模塊，當時間數據應 用模塊中連接的是采用時間查詢方式存取的存儲器時，即是時間查詢方式的時間數據應用 模塊，所述時間查詢方式的時間數據應用模塊用于處理采用時間查詢方式存取的存儲器的 情況，時間查詢方式的時間數據應用模塊包括第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四 和第十五電路單元;第九電路單元是10MHZ脈沖產生及十分頻電路，其輸出的1MHZ脈沖輸入 到第十電路單元四個計數器的CP端;第十電路單元是四個四位二進制同步計數器依次連接 成的時間脈沖計數電路，其四個計數器共16個數據輸出端和第十一電路單元的16個數據輸 入端一一對應相連接，其輸出的是一個由零開始的、依次遞增lus的16位的二進制數;第十 一電路單元是四個以并入-并出方式工作的4位雙向移位寄存器依次連接成的時間數據暫 存電路，四個寄存器的CP端和時間截獲模塊的輸出端相連接，四個寄存器共16個數據輸出 端和第十二電路單元的16個數據輸入端一一對應相連接;第十二電路單元也是四個以并 入-并出方式工作的4位雙向移位寄存器依次連接成的時間數據保持電路，四個寄存器的 ^端和第一消抖動開關的輸出端相連接，四個寄存器的CP端和第一或門的輸出端相連接， 四個寄存器的16個數據輸出端中的前十三個輸出端和第十三電路單元的13條地址線端腳 一一對應相連接，余下的高三位數據輸出端棄之不用；第十三電路單元是一個設置成只讀 工作方式的存儲器，其存儲單元中已按時間查詢方式存入N+1個顯示代碼，顯示代碼輸出時 占用存儲器的自高位1/〇7起、依次為1/〇6、1/0 5……I/〇n的N條口線，占用的每條口線的輸出 分成兩路，一路連接第十四電路單元中對應的一個反相器，另一路連接第十五電路單元中 對應的時間延遲計數器的沒端；第十四電路單元是顯示電路，由N個反相器分別串聯N個 LED燈，每一個LED燈分別串聯一個限流電阻并把限流電阻的另一端與+5V電源相連接;第十 五電路單元由N段的時間延遲計數