一種適用于信號量分散的牽引變配電所的遠(yuǎn)動終端裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種適用于信號量分散的牽引變配電所的遠(yuǎn)動終端裝置，包括交流模件、CPU模件、開入模件、面板模件、電源模件；CPU模件與交流模件、開入模件、面板模件和電源模件相連；CPU模件包括開出單元、對時單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元、報警單元以及歷史事件存儲單元；開入模件包括開入單元和調(diào)試單元；面板模件包括顯示單元及按鍵輸入模塊。本實(shí)用新型功能完善、抗干擾能力強(qiáng)，在有諸多零散的測量和控制點(diǎn)的工程現(xiàn)場，安裝靈活方便，成本低廉，可以獨(dú)立使用，也可以與集中式微機(jī)遠(yuǎn)動終端配合使用。在電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)用前景廣闊。
【專利說明】
一種適用于信號量分散的牽引變配電所的遠(yuǎn)動終端裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于信號量分散的牽 引變配電所的遠(yuǎn)動終端裝置，實(shí)現(xiàn)微機(jī)遠(yuǎn)動終端的遙信、遙控、遙測、遙調(diào)、報警、故障錄波、 故障判斷、通信以及就地顯示等功能。
【背景技術(shù)】
[0002] 遠(yuǎn)動終端(RTU)是電網(wǎng)監(jiān)視和控制系統(tǒng)中安裝在變電站、配電站、箱變、柱上開關(guān) 柜內(nèi)的一種遠(yuǎn)動裝置，它負(fù)責(zé)采集電力運(yùn)行狀態(tài)的模擬量和狀態(tài)量，監(jiān)視并向調(diào)度中心傳 送這些模擬量和狀態(tài)量，執(zhí)行調(diào)度中心下發(fā)的控制和調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心對電網(wǎng)的遙 測、遙信、遙控、遙調(diào)"四遙"功能。
[0003] 在我國電氣化鐵路尤其是高速鐵路發(fā)展的今天，鐵路供電的特點(diǎn)決定了 RTU將會 被大量使用。隨著計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，集中式與分散式相結(jié)合的的模式已成為鐵 路供電RTU發(fā)展的新趨勢。這是因?yàn)樵谛盘栂鄬?，信號量大的場所，可接入集中式RTU， 但是工程現(xiàn)場，還有諸多零散的測量和控制點(diǎn)，如果全部接入集中式RTU中，將會消耗大量 的電纜，同時也會給工程施工布線帶來工作量和困難。這就需要工程造價低、安裝靈活方 便、工作可靠的分散式RTU就地放置，通過通訊電纜與管理系統(tǒng)相連。分散式RTU作為集中式 RTU的補(bǔ)充，便于安裝維護(hù)，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]因此，針對信號量分散的電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)領(lǐng)域而專門開發(fā)的一種結(jié)構(gòu)精 巧、高性價比、安裝維護(hù)方便的專用遠(yuǎn)動終端裝置勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種適用于信號量分散的牽引變配電所的遠(yuǎn)動終 端裝置。適用于信號量分散的電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)微機(jī)遠(yuǎn)動終端的遙信、遙 控、遙測、遙調(diào)、報警、故障錄波、故障判斷、通信以及就地顯示等功能。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:裝置包括交流模件、CPU模件、開入模 件、面板模件、電源模件;所述CHJ模件與所述交流模件、所述開入模件、所述面板模件和所 述電源模件相連;所述電源模件與所述CPU模件相連，提供多路穩(wěn)壓電壓，給裝置各模件供 電。
[0007] 所述交流模件包括三相電流互感器和三相電壓互感器，提供多個電壓輸入和電流 輸入回路，實(shí)現(xiàn)三相電壓、三相電流等參數(shù)的實(shí)時采集；
[0008] CPU模件包括開出單元、對時單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元、報警單元以及歷史事 件存儲單元；
[0009] 所述開出單元提供多路開出量，所有開出量以繼電器空接點(diǎn)形式輸出；所述對時 單元采用GPS秒脈沖、B碼對時等對時方案;所述數(shù)據(jù)處理單元是將交流模件提供的多個電 壓和電流進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得到三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、無功功率以及電壓電 流相位角等參數(shù)的測量值;所述通信單元采用RS485串行總線進(jìn)行通信連接，通過有線或無 線方式接入監(jiān)控系統(tǒng);所述報警單元可實(shí)現(xiàn)電壓/電流越上限、電壓/電流上上限、電壓下 限、電壓下下限、電流速斷、電流過流等報警功能，告警發(fā)生后生成越限（或故障)報告和錄 波曲線，可在面板上顯示或通過通信單元將報警事件上傳調(diào)度中心（主站）；所述歷史事件 存儲單元將報警單元生成的報警事件存儲到鐵電存儲器中，存儲數(shù)據(jù)掉電不丟失。開入模 件包括開入單元和調(diào)試單元；
[0010] 所述開入單元提供多路開入量，所有開入量進(jìn)入裝置后都通過光耦進(jìn)行電氣隔 離;所述調(diào)試單元采用RS485串行總線進(jìn)行連接，可查詢裝置當(dāng)前狀態(tài)的信息及歷史記錄。
[0011] 所述面板模件包括顯示單元及按鍵輸入模塊，具有良好的人機(jī)界面，調(diào)試、檢測方 便簡單。顯示單元采用液晶顯示器。
[0012] 本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明的分散式遠(yuǎn)動終端裝置功能完善、抗干擾能力 強(qiáng)，在有諸多零散的測量和控制點(diǎn)的工程現(xiàn)場，安裝靈活方便，成本低廉，可以獨(dú)立使用，也 可以與集中式微機(jī)遠(yuǎn)動終端配合使用。在電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)用前景廣闊。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的工作流程圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的定頻采樣下變頻信號測量的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說 明。
[0017] 實(shí)施例:裝置在總體設(shè)計時對各模塊設(shè)計、程序執(zhí)行、信號指示、通信實(shí)現(xiàn)等方面 均充分考慮了抗干擾的要求。硬件主要組成有交流模件、CPU模件、開入模件、面板模件、電 源模件。
[0018] 各模件關(guān)系見附圖1，各模件功能如下：
[0019] ?交流模件包括提供多個電壓輸入和電流輸入回路，用于實(shí)現(xiàn)三相電壓、三相電 流等參數(shù)的實(shí)時米集。
[0020] #CPU模件包括開關(guān)量輸出單元、對時單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元、報警單元以 及歷史事件存儲單元，接收交流采樣數(shù)據(jù)和遙信信息，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的故障處理功能。 開關(guān)量輸出單元提供多路開出量，所有開出量都以繼電器空接點(diǎn)形式輸出；對時單元采用 GPS秒脈沖、B碼對時等對時方案;數(shù)據(jù)處理單元是將交流采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到遠(yuǎn)動終端 所需的測量值;報警單元可實(shí)現(xiàn)電壓/電流越上限、電壓/電流上上限、電壓下限、電壓下下 限、電流速斷、電流過流等報警功能;歷史事件存儲單元將報警單元生成的報警事件存儲到 鐵電存儲器中，存儲數(shù)據(jù)掉電不丟失;通信單元采用RS485串行總線進(jìn)行通訊，通過網(wǎng)絡(luò)可 接通信管理系統(tǒng)。
[0021] ?開入模件包括開入單元和調(diào)試單元。開入單元提供多路開入量，所有開入量進(jìn) 入裝置后都通過光耦進(jìn)行電氣隔離;所述調(diào)試單元采用RS485串行總線進(jìn)行連接，可查詢裝 置當(dāng)前狀態(tài)的信息及歷史記錄。
[0022] ?面板模件:提供漢字液晶顯示器和鍵盤輸入，人機(jī)界面清晰易懂，操作方便、簡 單。
[0023] ?電源模件:提供多路穩(wěn)壓電源，給裝置模件供電。
[0024] 本發(fā)明的裝置可實(shí)現(xiàn)多種功能。裝置采用多任務(wù)并列運(yùn)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各功能的快 速響應(yīng)。功能任務(wù)共分為10個任務(wù):總使能任務(wù)、交流采集任務(wù)、測量任務(wù)、遙信任務(wù)、液晶 按鍵任務(wù)、故障事件任務(wù)、寫鐵電任務(wù)、通信任務(wù)、看門狗任務(wù)以及調(diào)試命令任務(wù)等?？偸鼓?任務(wù)用來實(shí)現(xiàn)各功能任務(wù)的啟動，各子任務(wù)用來實(shí)現(xiàn)微機(jī)遠(yuǎn)動終端的遙測、遙信、遙控、遙 調(diào)、故障報警、故障錄波、故障判斷、通信、歷史事件存儲以及面板顯示等功能，其中遙控功 能可通過液晶按鍵任務(wù)或通信任務(wù)實(shí)現(xiàn)。各任務(wù)優(yōu)先級根據(jù)任務(wù)的大小權(quán)重和響應(yīng)周期設(shè) 定不同數(shù)值，數(shù)值越小優(yōu)先級越高，這樣可使任務(wù)有序響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的各種功能。 [0025]如圖2所示的裝置工作流程圖，首先對裝置進(jìn)行系統(tǒng)初始化，檢測參數(shù)與硬件配置 是否匹配?如不匹配，則調(diào)試維護(hù)配置;如匹配，則等待中斷，調(diào)用相應(yīng)功能子程序運(yùn)行。
[0026]裝置可實(shí)現(xiàn)定頻采樣下變頻信號測量，流程如圖3所示：
[0027]交流數(shù)據(jù)采集任務(wù)為20ms循環(huán)執(zhí)行，若信號頻率不等于50Hz，則利用積分法計算 電壓、電流；
[0028]若信號頻率為50Hz，定頻采樣數(shù)據(jù)采用離散傅里葉變換(DFT)法計算，得到數(shù)據(jù)的 實(shí)部、虛部以及有效值；
[0029]若采集的信號在頻率45Hz到55Hz范圍內(nèi)波動，而采樣頻率仍為50Hz，本裝置可快 速計算出當(dāng)前的信號頻率和數(shù)據(jù)有效值；
[0030] 當(dāng)計數(shù)次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)，執(zhí)行測量任務(wù)。
[0031] 1)測頻算法的實(shí)現(xiàn)
[0032] 采用基于固定數(shù)據(jù)窗傅氏算法的頻率測量方法，計算兩個相鄰固定數(shù)據(jù)窗間的相 角差麟，當(dāng)頻率變化時，可根據(jù)相角求出頻率的變化Af。假定額定頻率為fo,則系統(tǒng)實(shí)際頻 率可表示為如公式(1)所示：
[0034]根據(jù)當(dāng)前實(shí)際測量的頻率f計算出實(shí)際的每周波的采樣點(diǎn)數(shù)N，每周波實(shí)際采樣點(diǎn) 數(shù)N=NQXfQ/f。由于每周波的采樣點(diǎn)數(shù)改變，傅氏算法系數(shù)應(yīng)根據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)重新生成。以采 樣點(diǎn)數(shù)N為數(shù)據(jù)窗口，通過傅氏算法求得固定數(shù)據(jù)窗(20ms)的初始相角，進(jìn)而得到兩相鄰數(shù) 據(jù)窗間的相角差擊，由公式(1)很容易得到系統(tǒng)實(shí)際頻率?？紤]初期計算固定數(shù)據(jù)窗的初始 相角不準(zhǔn)確，本研究采用頻率變化值A(chǔ) f多次求平均法，前后兩次的平均值小于允許誤差的 一半時，可得到最終精確的系統(tǒng)頻率。
[0035] 2)變頻信號的測量算法
[0036]若采集的信號頻率不等于采樣的固定頻率50Hz，固定的數(shù)據(jù)窗20ms就不能正好得 到一個完整的周波，用單純的離散傅立葉變換(DFT)算法不能得到數(shù)據(jù)的有效值。在信號變 頻情況下采用多個數(shù)據(jù)窗積分求平均法得到其有效數(shù)值。本設(shè)計可選取多個固定數(shù)據(jù)窗的 數(shù)據(jù)作為計算對象，由采集的實(shí)際頻率f可知每周波的采樣點(diǎn)數(shù)N = No X fo/f，因 f不一定被 Nofo整除，除采樣點(diǎn)數(shù)經(jīng)積分法算得的曲線面積外，還需考慮最后一個采樣點(diǎn)后面剩余的那 一小塊面積。假定兩相鄰采樣點(diǎn)時間間隔為t，最后一個采樣點(diǎn)到完整周波末端的那部分時 間為V，二者關(guān)系如公式(2)所示：
[0038]通過積分計算求和再平均算法得到數(shù)據(jù)的有效值，這種算法原理簡單，易于處理。 [0039]本裝置可實(shí)現(xiàn)以下功能：
[0040] (1)交流測量功能
[0041]最多可測量6路交流量，可為電壓電流回路或全為電流回路。能夠準(zhǔn)確采集模擬量 數(shù)據(jù)，每個周波基準(zhǔn)為32個點(diǎn)，可通過串口連接通信管理系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)上傳調(diào)度中心(主 站），實(shí)現(xiàn)遙測功能。由于硬件觸發(fā)脈沖機(jī)制，交流數(shù)據(jù)采集為定頻采樣，若采集的信號在頻 率45Hz到55Hz范圍內(nèi)波動，在定頻采樣(50Hz)下快速計算出當(dāng)前的信號頻率和數(shù)據(jù)有效值 需要特殊的處理方法，后續(xù)做詳細(xì)介紹，具體參加圖3。
[0042] (2)定值越限報警功能
[0043]當(dāng)相應(yīng)的越限報警壓板功能投入，可實(shí)現(xiàn)電壓/電流越上限、電壓/電流上上限、電 壓下限、電壓下下限、電流速斷、電流過流等報警功能，告警發(fā)生后生成越限(或故障)報告， 記錄錄波曲線報告，可通過液晶面板顯示或串口連接通信管理系統(tǒng)將越限數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù) 上傳調(diào)度中心(主站）。
[0044] (3)故障錄波功能
[0045] 裝置具有電流回路速斷、過流故障判斷功能，回路故障后生成故障報告，記錄采樣 值錄波報告;裝置還具有手動或遙控記錄采樣值錄波功能，可通過串口連接通信管理系統(tǒng) 將故障錄波數(shù)據(jù)上傳調(diào)度中心(主站）。
[0046] (4)開關(guān)量輸入功能
[0047]當(dāng)采用軟件掃描、軟件濾波等方法，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的輸入及防抖動處理。開關(guān)量輸入 具有分辯率高，防抖動干擾性能好等特點(diǎn)。能夠準(zhǔn)確采集開關(guān)量輸入信號，進(jìn)行濾波處理、 變化判斷，通過串口連接通信管理系統(tǒng)將相應(yīng)數(shù)據(jù)上傳調(diào)度中心(主站），實(shí)現(xiàn)遙信功能。 [0048] (5)控制輸出功能
[0049] 控制邏輯嚴(yán)密合理并具有邏輯閉鎖功能，可以控制4路雙位置(分/合)操作。能夠 準(zhǔn)確、返校并執(zhí)行上傳調(diào)度中心(主站)下發(fā)的遙控命令，實(shí)現(xiàn)遙控功能。
[0050] (6)維護(hù)調(diào)試功能
[0051] 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)和本地維護(hù)功能，調(diào)試串口可就地查看裝置當(dāng)前狀態(tài)的信息及歷史 記錄及自檢情況，通信串口連接通信管理系統(tǒng)可遠(yuǎn)程查看裝置的各類配置信息、運(yùn)行記錄 以及支持應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程下載，實(shí)現(xiàn)遙調(diào)功能。
[0052] (7)歷史事件存儲功能
[0053]將歷史事件存儲到鐵電存儲器中，可滾動存儲故障錄波曲線，存儲數(shù)據(jù)掉電不丟 失，并支持就地召取錄波功能。
[0054] (8)液晶顯示功能
[0055]裝置配置液晶顯示，采用中文菜單操作，具有良好的人機(jī)界面。調(diào)試，檢測方便簡 單。
[0056]以上的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡 是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范 圍之內(nèi)。本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有的技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于信號量分散的牽引變配電所的遠(yuǎn)動終端裝置，其特征在于:包括交流模 件、CPU模件、開入模件、面板模件、電源模件;所述CPU模件與所述交流模件、所述開入模件、 所述面板模件和所述電源模件相連； 所述交流模件包括三相電流互感器和三相電壓互感器，實(shí)現(xiàn)三相電壓、三相電流參數(shù) 的實(shí)時采集； 所述CPU模件包括開出單元、對時單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元、報警單元、以及歷史 事件存儲單元； 所述開入模件包括開入單元和調(diào)試單元； 所述面板模件包括顯示單元及按鍵輸入模塊； 所述電源模件與所述CPU模件相連，提供多路穩(wěn)壓電壓，給裝置各模件供電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述CPU模件的所述開出單元提供多路開 出量，所有開出量以繼電器空接點(diǎn)形式輸出； 所述對時單元采用GPS秒脈沖、B碼對時等對時方案； 所述數(shù)據(jù)處理單元是將所述交流模件采集的三相電壓和三相電流進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得 到三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、無功功率以及電壓電流相位角參數(shù)的測量值； 所述通信單元采用RS485串行總線進(jìn)行通信連接，通過有線或無線方式接入監(jiān)控系統(tǒng)； 所述報警單元與所述面板模件相連，在所述面板模件上顯示報告和錄波曲線，或通過 所述通信單元將報警事件上傳調(diào)度中心； 所述歷史事件存儲單元將所述報警單元生成的報警事件存儲到鐵電存儲器中。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述開入模件的所述開入單元提供多路開 入量，所有開入量進(jìn)入裝置后都通過光耦進(jìn)行電氣隔離;所述調(diào)試單元采用RS485串行總線 進(jìn)行連接，可查詢裝置當(dāng)前狀態(tài)的信息及歷史記錄。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述面板模件的所述顯示單元采用液晶顯 示器。
【文檔編號】G01R19/00GK205643477SQ201620330375
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】隨新鮮, 秦成虎, 范三龍
【申請人】南京國電南自軌道交通工程有限公司