CN104701807A - 继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块及自检方法 - Google Patents

Abstract

一种继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块及自检方法，自检模块包括驱动电源和检测电源；驱动电源和检测电源同时经过电源切换模块连接出口继电器的动作线圈；检测电源与电源切换模块之间连接采样电阻，差分放大器及前端调理电路，模数转换单元和控制单元；动作线圈外接出口继电器动作线圈驱动电路；控制单元分别向电源切换模块和驱动电路发送电源切换信号以及出口继电器工作控制信号，从而进行出口继电器的工作模式切换。自检方法通过控制单元组建检测模式电流通路，然后将电流信号换算为动作线圈的阻抗与预设范围进行比较，最后根据比较结果判断出口继电器动作线圈的故障类型。本发明能够对动作线圈进行智能动态检测，提前预警和解除故障。

Description

继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块及自检方法

技术领域

本发明属于继电保护装置技术领域，具体涉及一种继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块及自检方法。

背景技术

随着继电保护装置智能化的发展，对继电保护装置自检的要求也越来越高，而继电保护装置的核心功能单元出口继电器的自检无疑是其中的一个重点和难点。出口继电器是继电保护装置执行保护动作和传输控制指令的核心器件，绝大部分使用的都是电磁型继电器，其功能简单，质量可靠，但是无法实现自身的功能检测。当前继电保护装置对出口继电器只能支持简单的开路、短路检测，无法实现智能检测。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种能够定时循环检测驱动线圈的阻抗，通过阻抗的变化判断出口继电器的工作状态，对出口继电器出现的问题进行预测和报警的继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块及自检方法。

为了实现上述目的，本发明继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块，包括用于提供出口继电器正常工作所需电压的继电器动作线圈驱动电源，以及用于提供出口继电器检测所需电压的继电器动作线圈检测电源；所述的继电器动作线圈驱动电源和继电器动作线圈检测电源同时经过电源切换模块单元连接出口继电器的动作线圈；

所述的继电器动作线圈检测电源与电源切换模块单元之间连接用于将电流信号转换为电压信号的采样电阻，采样电阻经差分放大器及前端调理电路连接用于将电压信号转换为数字信号的模数转换单元，模数转换单元连接用于根据采集到的数字信号计算出口继电器动作线圈的阻抗，并判断出口继电器动作线圈是否存在故障和风险的控制单元；所述的出口继电器的动作线圈外接用于实现继电保护装置出口控制的出口继电器动作线圈驱动电路单元；所述的控制单元分别向电源切换模块单元和出口继电器动作线圈驱动电路单元发送电源切换信号以及出口继电器工作控制信号，从而进行出口继电器的工作模式切换。

所述的继电器动作线圈检测电源的电压低于动作线圈的动作电压。

所述的继电器动作线圈驱动电源和继电器动作线圈检测电源使用分别独立的电源或通过同一电源分压后实现。

所述的电源切换模块单元通过继电器或三极管实现。

所述的差分放大器及前端调理电路和模数转换单元分别采用独立的模块或集成于控制单元之内。

本发明继电器保护装置出口继电器动作线圈自检方法，包括以下步骤：

a.控制单元向电源切换模块单元发送电源切换信号，使继电器动作线圈检测电源导通，控制单元向出口继电器动作线圈驱动电路单元发送出口继电器工作控制信号，形成检测模式电流通路；

b.采样电阻将检测模式电流通路中的电流信号转换为电压信号，电压信号经过差分放大器及前端调理电路进行稳定，模数转换单元将电压信号转换为数字信号之后输入控制单元；

c.控制单元根据输入信号计算出口继电器的动作线圈阻抗，并将该阻抗与动作线圈根据继电器特性固有的预设范围进行比较；若大于预设范围，即触发动作线圈开路故障告警；若小于预设范围，即触发动作线圈短路故障告警；若未超出预设范围，不做异常处理；至此完成自检。

所述的步骤a中形成检测模式电流通路之后，控制单元关断出口继电器动作线圈驱动电路单元，并通过电源切换模块单元使继电器动作线圈驱动电源导通，电路恢复到正常工作模式。

与现有技术相比，本发明继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块通过切换出口继电器的工作模式，能够动态检测出口继电器动作线圈的阻抗变化，并能够对出口继电器的工作状态继续动态跟踪，及时预测出动作线圈的故障，进而在故障发生以前提示用户进行维修或更换，避免因为动作线圈问题导致的误出口故障，提前排除继电保护装置的严重故障，实现智能化动态自检。

进一步的，本发明继电器动作线圈检测电源的电压低于动作线圈的动作电压，从而保证检测时出口继电器不会误动作。

与现有技术相比，本发明继电器保护装置出口继电器动作线圈自检方法通过控制单元灵活组建检测模式电流通路，然后将检测模式电流通路中的电流信号换算为出口继电器动作线圈的阻抗与预设范围进行比较，最后根据比较结果判断出口继电器动作线圈的故障类型，检测过程智能化动态进行，能够在故障发生以前提示用户对出口继电器动作线圈进行维修或更换，避免因为动作线圈问题导致的误出口故障，提前排除继电保护装置的严重故障。

附图说明

图1本发明自检模块的电路结构框图；

图2本发明自检方法的控制流程图；

图3基于本发明自检模块组建的继电保护装置结构框图；

图4基于本发明自检模块组建的检测电路结构示意图；

附图中：1.继电器动作线圈驱动电源；2.继电器动作线圈检测电源；3.电源切换模块单元；4.出口继电器；5.动作线圈；6.采样电阻；7.差分放大器及前端调理电路；8.模数转换单元；9.控制单元；10.出口继电器动作线圈驱动电路单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明自检模块中控制单元9通过控制信号Ⅰ操作电源切换模块单元3，选择出口继电器4的动作线圈5供电电源类型；一种是继电器动作线圈驱动电源1，其可以保证出口继电器4的正常动作；一种是继电器动作线圈检测电源2，用于提供检测电路的电源，其电压无法驱动出口继电器4的动作线圈5，只能产生检测电流，从而保证检测时出口继电器4不会误动作；控制单元9通过控制信号Ⅱ操作出口继电器动作线圈驱动电路单元10，控制动作线圈5上是否有电流通过，从而控制出口继电器4的工作。采样电阻6可以将通过动作线圈5的电流转换为电压信号；通过差分放大器及前端调理电路7将电压信号整理后输送给模数转换单元8；控制单元9可以通过数据接口接收模数单元的数据，从而得出采样电阻6的电压；控制单元9根据电路特性及参数判断动作线圈5现在是否有故障风险。其中，上述继电器动作线圈驱动电源1和继电器动作线圈检测电源2可以使用分别独立的电源或通过同一电源分压后实现，也可以用其它方案代替；电源切换模块单元3可以通过继电器或三极管方式实现，也可以用其它方案代替；采样电阻6可以采用其它阻性材料或半导体材料代替；差分放大器及前端调理电路7可以采用单独电路或者共享控制单元9内部电路实现；模数转换单元8可以采用单独电路或者共享控制单元9内部电路实现；出口继电器动作线圈驱动电路单元10可由光耦或三极管等器件实现，也可由其它方式代替；控制单元9包含存储、计算等模块，可以用集成处理器来实现，也可以由分立的模块联合进行代替。

参见图2，本发明的自检方法中，控制单元9中的软件调度检测单元何事启动。检测单元启动后，首先配置控制信号Ⅰ，使继电器动作线圈检测电源2导通，进入检测模式；然后配置控制信号Ⅱ，使出口继电器4的动作线圈5导通，从而形成电流通路，采样电阻6上产生电压，同时此电压低于出口继电器4动作电压，从而保证出口继电器4不会误动；待信号通过差分放大器及前端调理电路7稳定后，控制单元9通过模数转换单元8采集数据；采集完成后，配置控制信号Ⅱ，关断出口继电器4的动作线圈5，断开电流通路；然后再配置控制信号Ⅰ，使继电器动作线圈驱动电源1导通，电路恢复到正常工作模式；控制单元9根据继电器动作线圈检测电源2的电压、采样电阻6的阻值、回路阻抗和欧姆定律即可计算出动作线圈5的阻抗；动作线圈5的阻抗根据继电器特性有一个合理的预设范围，首先比较计算得出的阻抗值是否大于预设范围，如果大于触发动作线圈5开路故障告警，通过控制单元9通知应用处理器或主控处理器，并使检测单元停止；然后比较计算得出的阻抗值是否小于预设范围，如果小于触发动作线圈5短路故障告警，通过控制单元9通知应用处理器或主控处理器，并使检测单元停止；如果两次比较都在范围内，说明动作线圈5的状态正常，不做异常处理，检测单元停止。

参见图3，基于本发明自检模块组建的继电保护装置，其中背板总线用于联通各个模块板；集成线圈检测电路的开出模块是集成有本发明自检模块的开出模块；电源模块用于整个系统的供电；主控处理器模块用于调度所有模块板；模拟采集模块用于采集继电保护电路中的电压、电流参数，为保护功能计算做参数输入；人机交互界面保护显示屏、按键和喇叭等，用于操作人员操控本设备。通过本发明自检方法的流程图实现控制，如果开出模块检测出开出继电器的动作线圈开路或短路故障，通过背板总线通知主控处理器模块，主控处理器模块控制人机交互界面，人机交互界面通过声音、图像等方式通知操作人员，及时检查设备，从而提前在故障发生前排除故障，实现智能化检测。

参见图4，基于本发明自检模块组建的检测电路，图中5V电源P1为继电器动作线圈检测电源2；12V电源P2为继电器动作线圈驱动电源1；三极管Q1、Q2和反相器U3组成了电源切换模块单元3；电阻R1为采样电阻6；差分放大器U4和电容C1构成了差分放大器及前端调理电路7；模数转换芯片U2是模数转换单元8；三极管Q3为出口继电器动作线圈驱动电路单元10；K1为12V继电器，其左侧为动作线圈5，右侧为出口电路；GPIO1表示控制信号Ⅰ，GPIO2表示控制信号Ⅱ，二极管D1起到保护作用。结合图1自检模块的电路结构框图、图2自检方法的控制流程图和图3继电保护装置结构框图，即可简单有效的实施本专利提出的方案。

综上，通过上述方法，本发明能够有效的对继电器保护装置出口继电器动作线圈进行智能检测，提前预警和解除故障，改善产品的可靠性。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的情况下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块，其特征在于：包括用于提供出口继电器正常工作所需电压的继电器动作线圈驱动电源(1)，以及用于提供出口继电器检测所需电压的继电器动作线圈检测电源(2)；所述的继电器动作线圈驱动电源(1)和继电器动作线圈检测电源(2)同时经过电源切换模块单元(3)连接出口继电器(4)的动作线圈(5)；

所述的继电器动作线圈检测电源(2)与电源切换模块单元(3)之间连接用于将电流信号转换为电压信号的采样电阻(6)，采样电阻(6)经差分放大器及前端调理电路(7)连接用于将电压信号转换为数字信号的模数转换单元(8)，模数转换单元(8)连接用于根据采集到的数字信号计算出口继电器动作线圈的阻抗，并判断出口继电器动作线圈是否存在故障和风险的控制单元(9)；所述的出口继电器(4)的动作线圈(5)外接用于实现继电保护装置出口控制的出口继电器动作线圈驱动电路单元(10)；所述的控制单元(9)分别向电源切换模块单元(3)和出口继电器动作线圈驱动电路单元(10)发送电源切换信号以及出口继电器工作控制信号，从而进行出口继电器(4)的工作模式切换。

2.根据权利要求1所述的继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块，其特征在于：所述的继电器动作线圈检测电源(2)的电压低于动作线圈(5)的动作电压。

3.根据权利要求1所述的继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块，其特征在于：所述的继电器动作线圈驱动电源(1)和继电器动作线圈检测电源(2)使用分别独立的电源或通过同一电源分压后实现。

4.根据权利要求1所述的继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块，其特征在于：所述的电源切换模块单元(3)通过继电器或三极管实现。

5.根据权利要求1所述的继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块，其特征在于：所述的差分放大器及前端调理电路(7)和模数转换单元(8)分别采用独立的模块或集成于控制单元(9)之内。

6.一种采用如权利要求1所述的继电器保护装置出口继电器动作线圈自检模块的自检方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.控制单元(9)向电源切换模块单元(3)发送电源切换信号，使继电器动作线圈检测电源(2)导通，控制单元(9)向出口继电器动作线圈驱动电路单元(10)发送出口继电器工作控制信号，形成检测模式电流通路；

b.采样电阻(6)将检测模式电流通路中的电流信号转换为电压信号，电压信号经过差分放大器及前端调理电路(7)进行稳定，模数转换单元(8)将电压信号转换为数字信号之后输入控制单元(9)；

c.控制单元(9)根据输入信号计算出口继电器(4)的动作线圈(5)阻抗，并将该阻抗与动作线圈(5)根据继电器特性固有的预设范围进行比较；若大于预设范围，即触发动作线圈(5)开路故障告警；若小于预设范围，即触发动作线圈(5)短路故障告警；若未超出预设范围，不做异常处理；至此完成自检。

7.根据权利要求6所述的自检方法，其特征在于：所述的步骤a中形成检测模式电流通路之后，控制单元(9)关断出口继电器动作线圈驱动电路单元(10)，并通过电源切换模块单元(3)使继电器动作线圈驱动电源(1)导通，电路恢复到正常工作模式。