高可靠性智能CT保护装置的研究与设计

顾群

摘要：本设计是以型号为PIC16F877的单片机为控制核心，通过外围信号采集与处理、动作电流和时间延时设定、动作执行等电路模块，实现了操作可靠性高、灵敏度高、价格低的智能CT保护装置的设计。该保护装置在设计过程中引入了防误动作理念，优化了软件算法，能有效地减少企业、民用中的触电伤亡以及由漏电引起的火灾事故，因此具有较强的推广价值。

关键词：单片机 CT保护装置 设计

中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0176-01

随着科技的发展，现代电力系统控制要求也越来越高，而在系统中广泛用于一次测量与控制的传统型电流互感器（CT）已无法满足控制要求。存在着如：测量精度差、动作不可靠、灵敏度低以及影响继电保护装置的正常工作等问题[1]。

通过研究，我们发现一般CT二次开路保护装置是并接于CT二次绕组两端的，其动作值与开路电压的峰值有着直接的关系，因此为了保证动作的可靠性，就要确保其动作值，大于系统一次短路在其二次回路中所产生的电压最大峰值。只有这样才能在系统正常运行及一次系统发生短路时不会误动，CT二次开路时不会拒动[2]。本设计就针对该问题进行探索，并对此提出了具体设计方案。

1 系统总体构成

本研究采用高品质的单片机作为主控芯片，同时针对CT在运行中的复杂情况采用在输入输出两级隔离；并创新的引入防误动作和后加速保护理念，开发具有高准确性、高可靠性和高智能的CT保护装置性。

2 系统硬件组成与实现设计

智能CT保护装置的硬件核心部件是型号为PIC16F877的单片机，其外围电路如图1所示，主要由信号采集与处理、相位同步、动作电流和时间延时设定、动作执行以及数字显示五大部分组成。其中信号采集与处理电路的作用是检测出系统漏电信号，送至单片机的A/D模块转换成数字信号，再通过相位同步电路将电压信号与漏电信号的相位进行比较，根据它们的相位差单片机判断出各相漏电电流，设定额定漏电动作电流及动作时间[3]。如长时间运行在高电压、雷击电流等状况下，此时软件采用傅氏算法，同时并用2s延长动作时间以躲过继电保护装置的动作时间，避免CT保护动作短接CT而造成保护继电装置拒动作。在单片机的直接控制下，动作执行部分完成漏电保护功能，数字显示部分将实时显示漏电电流值。

2.1 检测模块

检测模块是由信号采集与处理组成的，通过电流互感器对漏电电流进行采样，再对互感器二次侧输出的信号进行滤波、放大、电压提升后，转换为A/D 模块可以采集的0～5V电压信号后，最后送入单片机。PIC16F877芯片根据预置的电流互感器衰减倍数和提升电压的数值，通过算法软件计算出实际的电流有效值[4]。检测模块的原理图如下图2所示。

2.2 控制执行模块

本模块包含控制和执行两大部分，控制部分是通过PIC16F877单片机来实现的，芯片通过对检测到的漏电流进行分析后，作出相应的动作指示；而执行部分即为操作执行单元，可设置为人工分合闸和自动分合闸两种操作方式，自动分合闸由单片机进行控制完成。图3为保护装置的动作执行电路原理图，设计时选用了线性光电隔离器件PC817，目的是将单片机控制部分与后面的继电器动作部分相隔离，以提高整个系统的安全性。

2.3 电源模块

本设计中从节约成本的角度考虑，将给继电器供电的12V交流电压信号经桥式整流、滤波后，再经过线性稳压器件LM7805和LM7905输出+5V和-5V的电源电压，给集成运放放大器、数码管驱动显示芯片等部件供电。电源电路如图4所示。

3 系统软件设计

本设计的主要部分是信号采集与处理，它是保护装置高可靠性与智能化的集中体现。在软件编程中我们根据所采集到的漏电信号变化的快慢，而采用不同的分析、编程方法。对变化不快的这类漏电信号，采取实时跟踪显示的方式，根据实时动态切换漏电电流的动作范围。而对于突然变化的漏电信号，将其和预先设定的数值进行对比，再根据预先设定的延时值，保护执行部件在控制器的指示下自动执行断开操作，以达到漏电保护的目的。

硬件和软件是构成一个完整系统所不可缺少的两大组成部分。当硬件设计完成后，软件设计将为整个系统功能的实现和可靠运行提供有力的保障，CT保护装置也才能真正具有智能性。为企业与民用的安全用电提供保障，具有较强的推广价值。

参考文献

[1]王汝文，宋政湘，张国钢.电器智能化原理及应用[M].北京电子工业出版社，2009.

[2]马宁.漏电保护装置的正确选用.工业安全与环境，2012.

[3]王秀芬，张曙伟，吕斌，吴承璇，曲君乐.PIC单片机控制的漏电保护器测试系统.山东科学，2011.

[4]蔡月明，李惠宇，何胜利.智能开关控制装置关键技术研究.电力系统保护与控制，2011.