專利名稱：一種變壓器綜合監(jiān)控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力變壓器監(jiān)控領(lǐng)域，特別涉及一種變壓器綜合監(jiān)控儀。
(二)
背景技術(shù)：
變壓器監(jiān)控一般包括變壓器溫度監(jiān)控和變壓器電參數(shù)監(jiān)控兩方 面，變壓器電參數(shù)監(jiān)控又包括電壓、電流、頻率等參數(shù)監(jiān)控和電能參 數(shù)監(jiān)控。變壓器監(jiān)控功能以往都是由變壓器電子溫控器、遠(yuǎn)動(dòng)裝置(或 其他變壓器電參數(shù)采集裝置)和電能表(電度表)共同完成。變壓器 溫度監(jiān)控包括變壓器溫度采集、處理、顯示、超溫報(bào)警、超溫跳閘、 散熱風(fēng)機(jī)手動(dòng)啟停等功能，過去一般采用一臺(tái)變壓器配備一臺(tái)電子溫 控器的模式；變壓器電參數(shù)監(jiān)控包括變壓器電壓、電流、有功功率、 無功功率、功率因數(shù)、諧波、頻率等電量參數(shù)的采集、處理，斷路器、 隔離開關(guān)、低壓出線開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、變壓器分接頭位置等狀態(tài)監(jiān)視 以及斷路器合閘、跳閘控制等功能，以往一般采用一臺(tái)變壓器配備一 臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)裝置(或其他變壓器電參數(shù)采集裝置)的模式；變壓器有功電 能、無功電能的采集過去一般采用一臺(tái)變壓器配備一塊電能表(電度 表)的模式(見圖1)。
從圖l可以看出，過去對(duì)一臺(tái)變壓器的監(jiān)控一般都是采用一臺(tái)電 子溫控器、 一臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)裝置(或其他變壓器電參數(shù)采集裝置)和一塊電 能表(電度表)共三種硬件裝置共同完成，硬件采購(gòu)及安裝成本均較 高，而且這三種裝置一般都是由不同的廠家生產(chǎn)，接口往往不統(tǒng)一， 將它們聯(lián)網(wǎng)非常麻煩，因而不利于對(duì)變壓器的集中統(tǒng)一監(jiān)控。
對(duì)變壓器的電參數(shù)如電壓、電流、頻率等的采集處理，斷路器、 聯(lián)絡(luò)開關(guān)等狀態(tài)監(jiān)視以及斷路器跳合閘控制等以往一般都是采用遠(yuǎn) 動(dòng)裝置來完成，遠(yuǎn)動(dòng)裝置一般都是由多個(gè)模塊組成(見圖2)，如電源 模塊、CPU模塊、模擬量采集模塊、開入開出模塊等， 一般一個(gè)模塊就是一塊獨(dú)立的電路板，這些模塊(電路板)都是通過非標(biāo)準(zhǔn)總線或 一些接插件連接在一起，大大降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，且成本相對(duì) 較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種成本低、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng) 集中監(jiān)控方便、可靠性高的變壓器綜合監(jiān)控儀。 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的變壓器綜合監(jiān)控儀，其特殊之處在于由三個(gè)相互獨(dú)立
的DSP模塊組成，分別為溫度控制DSP模塊、電量監(jiān)測(cè)DSP模塊和人 機(jī)交互DSP模塊，三者之間通過RS232串行總線連接。DSP即Digital Signal Processing, 數(shù)字信號(hào)處理。
本發(fā)明的變壓器綜合監(jiān)控儀，溫度控制DSP模塊和電量監(jiān)測(cè)DSP 模塊集成安裝在一塊監(jiān)控電路板上，監(jiān)控電路板還設(shè)有能夠與后臺(tái)監(jiān) 控軟件聯(lián)網(wǎng)的RS485串行總線和CAN工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線接口。 CAN即 controller area network,控制器局部網(wǎng)絡(luò)。RS485串行總線和C緒工業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可以方便地和后臺(tái)監(jiān)控軟件聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變壓器的 集中監(jiān)控功能，可廣泛應(yīng)用于電力變壓器的溫度控制和電量參數(shù)監(jiān)控 領(lǐng)域。
本發(fā)明的變壓器綜合監(jiān)控儀，人機(jī)交互DSP模塊安裝在人機(jī)交互 板，人機(jī)交互板上還安裝有操作鍵盤和液晶顯示器；人機(jī)交互DSP模 塊的輸入端連接操作鍵盤，輸出端連接液晶顯示器。
本發(fā)明的變壓器綜合監(jiān)控儀，溫度控制DSP模塊完成變壓器溫度 監(jiān)控功能；電量監(jiān)測(cè)DSP模塊完成變壓器電量參數(shù)與開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以 及斷路器控制功能；人機(jī)交互DSP模塊實(shí)現(xiàn)變壓器監(jiān)控的人機(jī)交互功 能。溫度控制DSP模塊的輸入端連接溫度傳感器，輸出端連接散熱風(fēng) 機(jī)。電量監(jiān)測(cè)DSP模塊的輸入端連接電壓互感器和電流互感器，輸出 端連接斷路器、開關(guān)等。溫度控制DSP模塊和電量監(jiān)測(cè)DSP模塊之間 通過RS232串行總線連接。
本發(fā)明的有益效果是，因?yàn)闇p少了監(jiān)控硬件，去掉了遠(yuǎn)動(dòng)裝置模 塊，所以成本很低，而且系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、集中監(jiān)控變壓器方便，運(yùn)行安全可靠。


圖1為采用電子溫控器、遠(yuǎn)動(dòng)裝置和電能表的變壓器監(jiān)控系統(tǒng)示 意圖，是現(xiàn)有技術(shù)，圖2為變壓器遠(yuǎn)動(dòng)裝置系統(tǒng)示意圖，也是現(xiàn)有技
術(shù)，圖3為本發(fā)明的變壓器監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式附圖為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例。
本發(fā)明的變壓器綜合監(jiān)控儀，由三個(gè)相互獨(dú)立的DSP模塊組成， 分別為溫度控制DSP模塊、電量監(jiān)測(cè)DSP模塊和人機(jī)交互DSP模塊， 三者之間通過RS232串行總線連接。溫度控制DSP模塊和電量監(jiān)測(cè)DSP
模塊集成安裝在一塊監(jiān)控電路板上，監(jiān)控電路板還設(shè)有能夠與后臺(tái)監(jiān) 控軟件聯(lián)網(wǎng)的RS485串行總線和CAN工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線接口。人機(jī)交互DSP 模塊安裝在人機(jī)交互板，人機(jī)交互板上還安裝有操作鍵盤和液晶顯示 器；人機(jī)交互DSP模塊的輸入端連接操作鍵盤，輸出端連接液晶顯示 器。
本發(fā)明的變壓器綜合監(jiān)控儀，溫度控制DSP模塊完成變壓器溫度 監(jiān)控功能；電量監(jiān)測(cè)DSP模塊完成變壓器電量參數(shù)與開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以 及斷路器控制功能；人機(jī)交互DSP模塊實(shí)現(xiàn)變壓器監(jiān)控的人機(jī)交互功 能。溫度控制DSP模塊的輸入端連接溫度傳感器，輸出端連接散熱風(fēng) 機(jī)。電量監(jiān)測(cè)DSP模塊的輸入端連接電壓互感器和電流互感器，輸出 端連接斷路器、開關(guān)等。溫度控制DSP模塊和電量監(jiān)測(cè)DSP模塊之間 通過RS232串行總線連接，不需要任何接插件，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可 靠性和可維護(hù)性，并且有效的降低了硬件成本。
本發(fā)明的變壓器綜合監(jiān)控儀，基于多DSP并行處理、各DSP處理 系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行且通過RS232串行總線連成局部網(wǎng)絡(luò)。變壓器綜合監(jiān)控 儀由人機(jī)交互板和監(jiān)控電路板共兩塊電路板組成。其中監(jiān)控電路板由 溫度控制DSP模塊和電量監(jiān)測(cè)DSP模塊組成，集成了變壓器溫度監(jiān)控、 變壓器電量參數(shù)與開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及斷路器控制等功能，軟硬件均采 用模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝、維護(hù)和系統(tǒng)擴(kuò)展。各自獨(dú)立運(yùn)行的溫度控 制DSP模塊、電量監(jiān)測(cè)DSP模塊和人機(jī)交互DSP模塊三者之間通過統(tǒng)一的局部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了變壓器監(jiān)控的 結(jié)構(gòu)及功能模塊化，易于擴(kuò)展及維護(hù)。三個(gè)DSP模塊之間的任務(wù)協(xié)調(diào) 和信息交換在監(jiān)控儀內(nèi)部完成，變壓器集中監(jiān)控所需的全部信息通過 RS485或CAN總線統(tǒng)一輸出，大大方便了變壓器集中監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明首先采用三個(gè)各自獨(dú)立的DSP系統(tǒng)并行處理變壓器溫度監(jiān) 控、變壓器電量參數(shù)與開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及斷路器控制、人機(jī)交互等任 務(wù)，各個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的DSP處理系統(tǒng)之間通過RS232串行總線連成一個(gè) 統(tǒng)一的局部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)變壓器安全可靠運(yùn)行的目的。其次，本發(fā)明將 電力變壓器電子溫控器、遠(yuǎn)動(dòng)終端、電能表的功能實(shí)現(xiàn)電路集成在一 塊監(jiān)控電路板上，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝和維護(hù)，在監(jiān)控儀人機(jī)交互板 出現(xiàn)故障的情況下，監(jiān)控電路板仍能獨(dú)立運(yùn)行，在降低成本的同時(shí)提 高了整個(gè)監(jiān)控儀的可靠性。
本發(fā)明融入了數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)、智能傳感技術(shù)、智能控 制技術(shù)、局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、干擾隔離技術(shù)以及實(shí)時(shí)控制、容錯(cuò)、自動(dòng)故 障診斷等技術(shù)，大大提高了監(jiān)控儀的實(shí)時(shí)處理能力和在惡劣電磁環(huán)境 下的抗干擾能力。
本發(fā)明與圖1所示系統(tǒng)的不同之處在于
本發(fā)明采用變壓器溫度控制DSP模塊完成變壓器三相溫度(或油 溫)及環(huán)境溫度的采集、處理、超溫報(bào)警、超溫跳閘、最高溫度記錄、 掉電溫度記錄以及風(fēng)機(jī)定時(shí)啟動(dòng)等功能，也就是完成圖1中變壓器電 子溫控器的功能；采用變壓器電量監(jiān)測(cè)DSP模塊完成變壓器電壓、電 流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、功率因數(shù)、諧波、 頻率等電量參數(shù)的采集、處理，斷路器、隔離開關(guān)、低壓出線開關(guān)、 聯(lián)絡(luò)開關(guān)、變壓器分接頭位置等狀態(tài)監(jiān)視以及斷路器合閘、跳閘控制 等功能，也就是完成圖1中遠(yuǎn)動(dòng)裝置(或電參數(shù)采集裝置)和電能表 (電度表)的功能。變壓器溫度控制DSP模塊和變壓器電量監(jiān)測(cè)DSP 模塊之間通過RS232串行總線連接在一起，兩個(gè)DSP模塊之間的任務(wù) 協(xié)調(diào)和信息交換在監(jiān)控儀內(nèi)部完成，變壓器集中監(jiān)控所需的全部信息 通過RS485或CAN總線統(tǒng)一輸出，從而有效地克服了圖1所示系統(tǒng)各 個(gè)設(shè)備之間聯(lián)網(wǎng)困難的缺陷。
6本發(fā)明與圖2所示系統(tǒng)的不同之處在于
本發(fā)明中變壓器溫度控制DSP模塊和變壓器電量監(jiān)測(cè)DSP模塊處 在同一塊電路板上，節(jié)省了成本，而且兩個(gè)DSP模塊之間的連接不需 要任何接插件，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，有效地克服了圖2所 示系統(tǒng)成本高、可靠性差的缺陷。
本發(fā)明(圖3)的具體工作原理
① 變壓器溫度控制DSP模塊采用PT100鉑電阻溫度傳感器采集變 壓器的三相溫度(干式變壓器)或油溫(油浸式變壓器)，及環(huán)境溫度， 采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換后由DSP進(jìn)行非線性校準(zhǔn)等處理， 處理好的數(shù)據(jù)通過RS232串行總線送到人機(jī)交互DSP模塊進(jìn)行顯示， 同時(shí)可通過RS485或CAN總線送往后臺(tái)監(jiān)控軟件。當(dāng)溫度超過用戶設(shè) 置值時(shí)，進(jìn)行超溫報(bào)警、超溫跳閘等報(bào)警并對(duì)變壓器散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行相 關(guān)操作，溫度控制DSP模塊還可根據(jù)用戶設(shè)置實(shí)現(xiàn)最高溫度記錄、掉 電溫度記錄以及風(fēng)機(jī)定時(shí)啟動(dòng)等功能。
② 變壓器電量監(jiān)測(cè)DSP模塊通過電壓互感器和電流互感器采集變 壓器的三相電壓和三相電流模擬數(shù)據(jù)，經(jīng)高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)后經(jīng)內(nèi)部總線送入DSP，DSP經(jīng)過相關(guān)處理后分別計(jì)算變壓器 電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、功率因數(shù)、 諧波、頻率等電量參數(shù)，處理好的電量參數(shù)通過RS232串行總線送到 人機(jī)交互DSP模塊進(jìn)行顯示，同時(shí)可通過RS485或CAN總線送往后臺(tái) 監(jiān)控軟件。電量監(jiān)測(cè)DSP模塊還完成對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、低壓出線 開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、變壓器分接頭位置等狀態(tài)監(jiān)視以及對(duì)斷路器進(jìn)行合 閘、跳閘等操作。
③ 人機(jī)交互DSP模塊從操作鍵盤接收用戶輸入的變壓器報(bào)警溫度 等定值設(shè)置參數(shù)以及變壓器散熱風(fēng)機(jī)、斷路器的手動(dòng)起停等命令，通 過RS232串行總線分別送往溫度控制DSP模塊與電量監(jiān)測(cè)DSP模塊， 由溫度控制DSP模塊與電量監(jiān)測(cè)DSP模塊進(jìn)行相關(guān)的定值參數(shù)設(shè)置和 對(duì)散熱風(fēng)機(jī)、斷路器進(jìn)行相關(guān)操作。另外，人機(jī)交互DSP模塊通過液 晶顯示器實(shí)現(xiàn)變壓器溫度、電量參數(shù)、各個(gè)開關(guān)狀態(tài)、分接頭位置等 的顯示，通過LED發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警等信息的顯
7本發(fā)明(圖3)中溫度控制DSP模塊和人機(jī)交互DSP模塊的CPU均 采用TI (德州儀器)公司生產(chǎn)的TMS320LF2407A，它是專門針對(duì)控 制領(lǐng)域應(yīng)用的16位DSP芯片，具有高速信號(hào)處理和數(shù)字控制功能所 必需的體系結(jié)構(gòu)，其指令執(zhí)行速度高達(dá)40MIPS，且絕大部分的指令 都可以在一個(gè)25ns的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢。另外，它還具有非常強(qiáng)大的 片內(nèi)1/0 (輸入/輸出)端口和其它外圍設(shè)備，簡(jiǎn)化了溫度控制DSP模 塊和人機(jī)交互DSP模塊外圍電路設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)成本。 TMS320LF2407A集程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、CAN通信控制器于一 體，使溫度控制DSP模塊和人機(jī)交互DSP模塊具有體積小，抗干擾能 力強(qiáng)的特點(diǎn)，可長(zhǎng)期工作在變壓器柜內(nèi)等強(qiáng)電磁干擾環(huán)境和-45 +80°0的溫度環(huán)境。
本發(fā)明(圖3)中電量監(jiān)測(cè)DSP模塊的CPU采用TI公司生產(chǎn)的 TMS320LF2812A，它是一個(gè)功能齊全的32位DSP，擁有高達(dá)150MIPS 的性能，其功能包括單周期32+32MAC、多條片上總線、單個(gè)保護(hù)通 路、單周期指令執(zhí)行、強(qiáng)大的尋址模式、移位器以及集成的實(shí)時(shí)仿真。 TMS320LF2812A片上內(nèi)置大內(nèi)存以及集成的外設(shè)接口 ，使得采用該 DSP芯片設(shè)計(jì)的電量監(jiān)測(cè)DSP模塊具有體積小，可靠性高，抗干擾能 力強(qiáng)等特點(diǎn)。
電量監(jiān)測(cè)DSP模塊采用14位精度A/D轉(zhuǎn)換芯片，利用 TMS320LF2812A優(yōu)良的運(yùn)算性能，軟件采用了快速傅立葉變換、電 壓互感器、電流互感器角差校準(zhǔn)等算法，變壓器電壓、電流、有功功 率、無功功率、功率因數(shù)、諧波、頻率等電量參數(shù)的采集計(jì)算精度達(dá) 到了0.5%，并且斷路器、隔離開關(guān)、低壓出線開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、變壓 器分接頭位置等狀態(tài)更新速度和斷路器合閘、跳閘等操作速度均比采 用單片機(jī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置有了顯著的提高。
權(quán)利要求1.一種變壓器綜合監(jiān)控儀，其特征在于由三個(gè)相互獨(dú)立的DSP模塊組成，分別為溫度控制DSP模塊、電量監(jiān)測(cè)DSP模塊和人機(jī)交互DSP模塊，三者之間通過RS232串行總線連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器綜合監(jiān)控儀，其特征在于溫度控制 DSP模塊和電量監(jiān)測(cè)DSP模塊集成安裝在一塊監(jiān)控電路板上，監(jiān)控電 路板還設(shè)有能夠與后臺(tái)監(jiān)控軟件聯(lián)網(wǎng)的RS485串行總線和CAN工業(yè)現(xiàn) 場(chǎng)總線接口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器綜合監(jiān)控儀，其特征在于人 機(jī)交互DSP模塊安裝在人機(jī)交互板，人機(jī)交互板上還安裝有操作鍵盤 和液晶顯示器；人機(jī)交互DSP模塊的輸入端連接操作鍵盤，輸出端連 接液晶顯示器。
專利摘要本實(shí)用新型的變壓器綜合監(jiān)控儀，其特殊之處在于由三個(gè)相互獨(dú)立的DSP模塊組成，分別為溫度控制DSP模塊、電量監(jiān)測(cè)DSP模塊和人機(jī)交互DSP模塊，三者之間通過RS232串行總線連接。DSP即DigitalSignal Processing，數(shù)字信號(hào)處理。本實(shí)用新型的有益效果是，因?yàn)闇p少了監(jiān)控硬件，去掉了遠(yuǎn)動(dòng)裝置模塊，所以成本很低，而且系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、集中監(jiān)控變壓器方便，運(yùn)行安全可靠。
文檔編號(hào)G01R31/00GK201278008SQ20082017354
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者吳新東, 宋宗良, 王中強(qiáng), 田衛(wèi)東, 白峰君, 陳玉國(guó) 申請(qǐng)人:山東達(dá)馳電氣有限公司