王萍 張俊 張興鵬
摘要:本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)的高靈敏度多功能電流互感器二次側(cè)開路保護(hù)裝置,闡述了系統(tǒng)硬件設(shè)計方案,提高了電流互感器開路保護(hù)裝置的可靠性和靈敏度。
關(guān)鍵詞:電流互感器;開路保護(hù)裝置;單片機(jī)
中圖分類號:TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2018)02-0011-02
1 引言
為了保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行,電流互感器(current transformer,CT)作為一種測量和保護(hù)器件被大量使用,保證CT的正常運行尤其重要。在實際中,CT二次側(cè)開路會引起過電壓,造成人員傷亡和設(shè)備損壞等,影響電力系統(tǒng)正常運行[1]。大多數(shù)專用的CT二次側(cè)開路保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡單,存在誤動作隱患,影響CT二次側(cè)回路其他裝置的正常運行[2]。本文結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗,提出一種基于單片機(jī)的多功能CT保護(hù)裝置設(shè)計,希望進(jìn)一步提高現(xiàn)有CT的性能。
2 系統(tǒng)設(shè)計方案
目前,CT的開路保護(hù)裝置大多選用光耦作為故障判斷器件,輸入到保護(hù)動作觸發(fā)電路的信號為高低電平信號,在CT開路時無法記錄故障時刻電壓和故障電壓波形,從而不能判斷故障是否可能對與CT相關(guān)器件造成不可恢復(fù)的損壞,不利于裝有CT整套設(shè)備的故障排查[3]。本文設(shè)計一種多功能CT開路保護(hù)裝置,選用AT89C51單片機(jī),硬件電路包括信號采樣、執(zhí)行保護(hù)、液晶顯示和故障復(fù)位電路,如圖1所示。
2.1 信號采樣電路
如圖2所示,輸入電壓經(jīng)分壓電阻R1與R2,與二階RC濾波器相連;分壓電阻R2上并聯(lián)一個TVS管,保護(hù)采樣電路;二階RC濾波器與信號輸入放大器相連,通過信號放大器電路中接入的抬高電壓VRef,將采樣輸入電壓抬高,實現(xiàn)對交流信號的采樣;信號輸入放大器輸出經(jīng)二極管保護(hù)電路與單片機(jī)AD采樣引腳相連。
副邊繞組輸入電壓經(jīng)R1與R2分壓后,R2上的電壓經(jīng)二階RC濾波電路進(jìn)行濾波,再經(jīng)信號輸入放大器電壓被整體抬高,抬高電壓幅值為VRef,信號輸入放大器輸出經(jīng)二極管鉗位保護(hù)電路,輸入到單片機(jī)AD采樣口,通過單片機(jī)編程計算出副邊繞組實際輸入電壓。
計算原理如下:保護(hù)器的輸入端的輸入電壓為,VRef將輸入的交流電壓抬升至零伏以上,保證了在為負(fù)電壓值時單片機(jī)仍可以正常進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換工作;輸入到單片機(jī)AD采樣口的電壓值為。由此推導(dǎo)出CT二次側(cè)實際電壓與單片機(jī)AD口電壓的關(guān)系為。
2.2 執(zhí)行保護(hù)電路
如圖3所示,VCC為驅(qū)動電源,經(jīng)電阻2R與光耦輸入正端連接;單片機(jī)輸出口接光耦的輸入負(fù)端;光耦輸出一端經(jīng)電阻1R接雙向可控硅的門級,另一端接雙向可控硅;雙向可控硅門級以外的兩個引腳分別接輸入端和公共端。CT正常工作時,副邊繞組輸入電壓較低,單片機(jī)采樣得到副邊繞組輸入電壓值低于啟動值,驅(qū)動電路中的單片機(jī)輸出高電平,光耦中的三端雙向可控硅無法導(dǎo)通,CT短路作用的雙向可控硅門級無驅(qū)動信號,不進(jìn)行保護(hù)動作。當(dāng)CT開路,副邊繞組輸入電壓很大,單片機(jī)采樣計算得到副邊繞組輸入電壓值高于啟動值,驅(qū)動電路中的單片機(jī)輸出為低電平,光耦中的三端雙向可控硅導(dǎo)通,驅(qū)動CT短路作用的雙向可控硅門級信號,雙向可控硅進(jìn)行保護(hù)動作。
2.3 液晶顯示電路
顯示部分采用LCD液晶顯示屏,顯示內(nèi)容有:故障相、故障時刻電壓值、故障時刻前20ms電壓波形(包括故障時刻)及總故障次數(shù)。當(dāng)單片機(jī)檢測到CT開路,記錄故障相、故障時刻電壓、及故障時刻前20ms波形(包括故障時刻)。
2.4 故障復(fù)位電路
如圖4所示,圖中VCC、GND與VCC1、GNDA兩組電源直接通過共模電感連接。VCC1與電容正極連接,GND與電容負(fù)極連接;電容正極經(jīng)電阻SW_R1與復(fù)位按鍵SW的1、3腳及外部復(fù)位接口的1腳連接;復(fù)位按鍵SW的2、4腳及外部復(fù)位接口的2腳與光耦輸入端的正極連接;電容的負(fù)極與光耦輸入端的負(fù)極連接;光耦輸出端集電極接單片機(jī)的輸入口,同時經(jīng)上拉電阻SW_R2接電源VCC;光耦輸出端發(fā)射極接GND。外部復(fù)位接口處于斷開狀態(tài)并且未按下復(fù)位按鍵時,光耦輸入端正極懸空,光耦不工作,其輸出端相當(dāng)于斷路,單片機(jī)輸入口輸入高電平;當(dāng)外部復(fù)位接口處于短接狀態(tài)或按下復(fù)位按鍵時,光耦器件工作,輸出端相當(dāng)于通路,單片機(jī)輸入口輸入低電平。單片機(jī)判斷該引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?,則復(fù)位內(nèi)部各狀態(tài)量的狀態(tài)至初始化狀態(tài),故障指示等被清除。
3 結(jié)語
本文設(shè)計的基于單片機(jī)的多功能CT保護(hù)裝置,對整個系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了分塊設(shè)計,含有信號采樣電路,執(zhí)行保護(hù)電路以及液晶顯示、故障復(fù)位電路,并對各模塊進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。經(jīng)過調(diào)試證明,該CT保護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)記錄故障時刻電壓和故障電壓波形,當(dāng)CT開路時,能瞬時將CT二次側(cè)接口短接,避免產(chǎn)生過高壓對儀器設(shè)備造成破壞及對操作人員人身安全的影響,靈敏度較高。
參考文獻(xiàn)
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