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(kāi)路保護(hù)裝置，闡述了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案，提高了電流互感器開(kāi)路保護(hù)裝置的可靠性和靈敏度。

關(guān)鍵詞：電流互感器；開(kāi)路保護(hù)裝置；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）02-0011-02

1 引言

為了保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，電流互感器（current transformer，CT）作為一種測(cè)量和保護(hù)器件被大量使用，保證CT的正常運(yùn)行尤其重要。在實(shí)際中，CT二次側(cè)開(kāi)路會(huì)引起過(guò)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(yùn)行[1]。大多數(shù)專用的CT二次側(cè)開(kāi)路保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存在誤動(dòng)作隱患，影響CT二次側(cè)回路其他裝置的正常運(yùn)行[2]。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，提出一種基于單片機(jī)的多功能CT保護(hù)裝置設(shè)計(jì)，希望進(jìn)一步提高現(xiàn)有CT的性能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

目前，CT的開(kāi)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(dòng)作觸發(fā)電路的信號(hào)為高低電平信號(hào)，在CT開(kāi)路時(shí)無(wú)法記錄故障時(shí)刻電壓和故障電壓波形，從而不能判斷故障是否可能對(duì)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(jì)一種多功能CT開(kāi)路保護(hù)裝置，選用AT89C51單片機(jī)，硬件電路包括信號(hào)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(hào)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(gè)TVS管，保護(hù)采樣電路；二階RC濾波器與信號(hào)輸入放大器相連，通過(guò)信號(hào)放大器電路中接入的抬高電壓VRef，將采樣輸入電壓抬高，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流信號(hào)的采樣；信號(hào)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(hào)輸入放大器電壓被整體抬高，抬高電壓幅值為VRef，信號(hào)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(guò)單片機(jī)編程計(jì)算出副邊繞組實(shí)際輸入電壓。

計(jì)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(shí)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(shí)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(dòng)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(jí)，另一端接雙向可控硅；雙向可控硅門級(jí)以外的兩個(gè)引腳分別接輸入端和公共端。CT正常工作時(shí)，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(dòng)值，驅(qū)動(dòng)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(wú)法導(dǎo)通，CT短路作用的雙向可控硅門級(jí)無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，不進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)CT開(kāi)路，副邊繞組輸入電壓很大，單片機(jī)采樣計(jì)算得到副邊繞組輸入電壓值高于啟動(dòng)值，驅(qū)動(dòng)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(dòng)CT短路作用的雙向可控硅門級(jí)信號(hào)，雙向可控硅進(jìn)行保護(hù)動(dòng)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(shí)刻電壓值、故障時(shí)刻前20ms電壓波形（包括故障時(shí)刻）及總故障次數(shù)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到CT開(kāi)路，記錄故障相、故障時(shí)刻電壓、及故障時(shí)刻前20ms波形（包括故障時(shí)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(guò)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(shí)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(kāi)狀態(tài)并且未按下復(fù)位按鍵時(shí)，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(shí)，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(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的多功能CT保護(hù)裝置，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了分塊設(shè)計(jì)，含有信號(hào)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(duì)各模塊進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。經(jīng)過(guò)調(diào)試證明，該CT保護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)記錄故障時(shí)刻電壓和故障電壓波形，當(dāng)CT開(kāi)路時(shí)，能瞬時(shí)將CT二次側(cè)接口短接，避免產(chǎn)生過(guò)高壓對(duì)儀器設(shè)備造成破壞及對(duì)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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