專利名稱：智能式pt自動并列解列切換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動化控制裝置領域，具體為一種智能式PT自動并列解列切換裝置。
背景技術：
電壓互感器(PT)是變電站中必須采用的電力設施，其將一次側高壓與二次側隔離開來，提供標準的二次電壓使用，包括測量表計、繼電保護的電壓采樣等，在電力系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位。PT運行模式主要分為兩種:單母分段運行方式和雙母運行方式。對于單母分段運行方式，兩段母線，每段母線各一臺PT，當I母PT因檢修或故障退出運行而無法提供二次電壓時，I母的繼電保護可能會因為失去電壓發(fā)生誤動，此時就需要II母PT來同時維持兩段母線上的保護電壓和計量測量電壓，因此就需要對PT進行并列操作。對于雙母線運行方式，在對I母和II母倒閘操作時，這時保護的電壓和相應的測量、計量表計電壓也需要跟著刀閘的位置變化而對應切換電壓，此時就需要對PT進行電壓切換操作。PT電壓并列切換是單母分段或雙母線接線變電站中保證供電可靠性的重要手段。目前，滿足上述PT并列切換的傳統(tǒng)裝置大部分停留在手動操作階段，只支持手動并列、解列和切換，結構簡單，功能單一，不支持智能邏輯判斷，不能實現(xiàn)遠程通訊和集中監(jiān)控，當I母PT出現(xiàn)故障，無法提供二次電壓時，不能及時進行并列或切換操作，引起I母二次回路長時間失壓，可導致繼電保護發(fā)生誤動和一些表計無法計量，同時，由于兩段PT性能的差異，其二次電壓也存在一定程度的壓差、角差，在長期二次并列運行過程中，傳統(tǒng)PT裝置可能會因為環(huán)流造成內部繼電器過熱燒斷，引起PT 二次空氣開關多次跳閘，另外，操作人員的誤操作也不能完全避免，這些都會影響繼電保護和電網(wǎng)安全自動裝置的正確動作，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成威脅。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種智能式PT自動并列解列切換裝置，以解決現(xiàn)有技術存在的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:
智能式PT自動并列解列切換裝置，其特征在于:包括有DSP、單片機，所述單片機與DSP雙向通訊連接，DPS通過單片機與外部以太網(wǎng)連接，所述DSP的輸入端分別通過AD采樣電路接入有電壓互感器采樣回路，DSP的輸入端還接入有開關量輸入回路，DSP的輸出端通過輸出控制電路分別接入有保護動作出口、保護報警出口、繼電器操作回路，DSP上還接入有IXD液晶顯不器、鍵盤、聲音報警電路；
多組PT的二次電壓輸入到電壓互感器采用回路，電壓互感器采用回路將電壓信號轉換成小信號電流，經(jīng)AD采樣電路調整為數(shù)字信號輸入到DSP，DSP進行FFT快速運算，實時計算PT電壓有效值；PT的分段斷路器位置、PT開關位置和分段隔離刀閘位置信號分別接入到開關量輸入回路，經(jīng)過開關量輸入回路進行降壓、去除交流量處理后，轉變?yōu)榉€(wěn)定的直流5V電壓小信號并輸入到DSP，DSP利用Ims定時器中斷，不斷檢測開入采樣值；同時，多組PT電壓輸入到繼電器操作回路，DSP根據(jù)PT電壓采樣值和位置信息進行綜合判斷后，控制繼電器操作回路和保護動作出口完成PT的并列、解列和切換動作，并通過保護報警出口發(fā)出報警，以及將相關信息在LCD液晶顯示器中進行顯示；DSP還通過內部CAN總線與單片機進行數(shù)據(jù)交互，單片機實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊功能，將電壓采樣值，開入位置信息、報警和動作信息通過TCP/UDP發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)。所述的智能式PT自動并列解列切換裝置，其特征在于:智能式PT自動并列解列切換裝置設置為多個電路板構成的插件式結構，多個電路板分別為液晶面板、主CPU/總線控制板、PT電壓采樣板、PT并列解列操作板、輸入輸出控制板、以太網(wǎng)通訊板，其中液晶面板上集成有IXD液晶顯示器、鍵盤以及聲音報警電路，主CPU/總線控制板上集成有DSP、多路AD采樣電路、輸出控制電路，PT電壓采樣板上集成有多個電壓互感器采樣回路、供電至各個電路的電源模塊，PT并列解列操作板上集成有繼電器操作回路，輸入輸出控制板上集成有動作出口回路、交/直流開入控制電路、報警出口回路，以太網(wǎng)通訊板上集成有單片機芯片。本發(fā)明優(yōu)點為:
1、在完全實現(xiàn)傳統(tǒng)PT并列切換裝置的全部功能，并支持遠方遙控并列、解列動作功能基礎上，實現(xiàn)了 PT自動并列切換和自動解列功能，并集多種保護功能于一體。2、裝置結構簡單，集成度高，通過外置12位AD芯片采集電壓數(shù)據(jù)，采樣精度高，線性范圍廣，響應速度快，環(huán)境適應能力強且性價比高。3、采用雙CPU運行模式，各司其責，保證獨立進行邏輯處理，互不干擾，簡單高效。并實現(xiàn)TCP/UDP百兆以太網(wǎng)通訊。4、克服了電壓互感器二次電壓反充電問題，直流操作回路故障造成的失壓致使保護誤動問題，長時間PT運行而引起的繼電器過熱燒斷，PT 二次空氣開關多次跳閘的問題，減少繼電保護不正確動作的隱患，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的水平。同時，也減少了操作人員的工作量，解決了手動切換不迅速、不徹底等毛病。5、傳統(tǒng)的PT并列切換裝置，都是繼電器重動式操作結構，本裝置除了具備PT并列，解列和切換功能外，還具備母線絕緣監(jiān)察功能，可以通過計算三相電壓的矢量關系得出零序電壓，也可以采集外來PT開口電壓作為母線絕緣檢查的判據(jù)，只要線路有接地或絕緣下降，裝置可以顯示3 的值，并發(fā)出相應的接地告警信息，在裝置上面實時顯示是接地情況，并上送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，這樣很有利于運行操作人員及時的發(fā)現(xiàn)和解決故障，進一步為電力系統(tǒng)的安全可靠運行提供很好的保障。6、同時支持交流開入和直流開入兩種采樣方式，支持交流和直流兩種操作回路，應用更加廣泛。


圖1為本發(fā)明的電路原理框圖。圖2為本發(fā)明的總體結構示意圖。圖3為單母分段運行方式PT典型接線圖。圖4為雙母運行方式PT典型接線圖。圖5為本發(fā)明的主要控制邏輯流程圖。
具體實施例方式智能式PT自動并列解列切換裝置，包括有DSP、單片機，單片機與DSP雙向通訊連接，DPS通過單片機與外部以太網(wǎng)連接，DSP的輸入端分別通過AD采樣電路接入有電壓互感器采樣回路，DSP的輸入端還接入有開關量輸入回路，DSP的輸出端通過輸出控制電路分別接入有保護動作出口、保護報警出口、繼電器操作回路，DSP上還接入有IXD液晶顯示器、鍵盤、聲音報警電路；
多組PT的二次電壓輸入到電壓互感器采用回路，電壓互感器采用回路將電壓信號轉換成小信號電流，經(jīng)AD采樣電路調整為數(shù)字信號輸入到DSP，DSP進行FFT快速運算，實時計算PT電壓有效值；PT的分段斷路器位置、PT開關位置和分段隔離刀閘位置信號分別接入到開關量輸入回路，經(jīng)過開關量輸入回路進行降壓、去除交流量處理后，轉變?yōu)榉€(wěn)定的直流5V電壓小信號并輸入到DSP，DSP利用Ims定時器中斷，不斷檢測開入采樣值；同時，多組PT電壓輸入到繼電器操作回路，DSP根據(jù)PT電壓采樣值和位置信息進行綜合判斷后，控制繼電器操作回路和保護動作出口完成PT的并列、解列和切換動作，并通過保護報警出口發(fā)出報警，以及將相關信息在LCD液晶顯示器中進行顯示；DSP還通過內部CAN總線與單片機進行數(shù)據(jù)交互，單片機實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊功能，將電壓采樣值，開入位置信息、報警和動作信息通過TCP/UDP發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)。智能式PT自動并列解列切換裝置設置為多個電路板構成的插件式結構，多個電路板分別為液晶面板、主CPU/總線控制板、PT電壓采樣板、PT并列解列操作板、輸入輸出控制板、以太網(wǎng)通訊板，其中液晶面板上集成有LCD液晶顯示器、鍵盤以及聲音報警電路，主CPU/總線控制板上集成有DSP、多路AD采樣電路、輸出控制電路，PT電壓采樣板上集成有多個電壓互感器采樣回路、供電至各個電路的電源模塊，PT并列解列操作板上集成有繼電器操作回路，輸入輸出控制板上集成有動作出口回路、交/直流開入控制電路、報警出口回路，以太網(wǎng)通訊板上集成有單片機芯片。DSP、單片機構成雙CPU運行模式，其中主CPU為用32位DSP，子CPU為16位單片機，單片機與DSP通過CAN總線連接，實現(xiàn)裝置的以太網(wǎng)通訊，支持TCP/UDP網(wǎng)絡模式，支持串口協(xié)議報文承載在TCP/UDP傳輸層之上，與電力通訊監(jiān)控單元進行以太網(wǎng)遠程通訊。如圖1所示。兩組PT的二次電壓接入該裝置的電壓互感器采樣回路617，617將電壓信號轉換成小信號電流，經(jīng)AD采樣電路621調整為數(shù)字信號并接入到DSP 610，DSP610在一個周波內采集32個數(shù)據(jù)點，進行FFT運算，利用全波傅氏算法，濾去高次諧波，提取基波分量，實時計算出電壓有效值。分段斷路器位置、PT開關位置和分段隔離刀閘位置等開入信號接入到直(交)流開入控制電路622，進行降壓、去除交流量后，轉變?yōu)榉€(wěn)定的直流5V電壓小信號，接入到DSP 610，DSP 610利用Ims定時器中斷，不斷檢測開入采樣值。同時，將兩組PT電壓接入到該繼電器操作回路616，DSP 610根據(jù)PT電壓采樣值和位置信息進行邏輯判斷后，控制繼電器操作回路616，進而完成PT的并列、解列和切換動作，并通過報警出口回路614驅動蜂鳴器，發(fā)出報警聲音，驅動動作出口回路615開放動作出口，并通過顯示驅動電路將相關信息在IXD液晶顯示界面623進行中文循環(huán)顯示。DSP 610利用通訊中斷服務程序，檢測通訊數(shù)據(jù)收發(fā)，與單片機618進行實時數(shù)據(jù)交互，單片機618通過以太網(wǎng)處理電路619，實現(xiàn)TCP/UDP數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。
本發(fā)明的核心DSP610為32位處理芯片，具有豐富的IO資源，擁有5個定時器中斷，3個通訊中斷，具有強大的邏輯處理能力，運算速度快，功耗低，由5V電壓驅動，具備開門狗處理邏輯，能及時在故障時自復位，保障系統(tǒng)運行安全。AD采樣電路采用12位的模數(shù)轉換芯片，每周波采樣32點，保證采樣數(shù)據(jù)有很高的精度。鍵盤及其接口電路611用于人機操作，共8個按鍵，具有良好的可操作性，DSP610接收按鍵輸入信號，執(zhí)行參數(shù)設定、定值整定、報告查詢、事故查詢、采樣查詢等操作；LCD液晶顯示界面623采樣12864點陣屏，全中文顯示，驅動電壓3.3V，功耗低，可直觀顯示裝置參數(shù)信息、PT電壓實時值、告警信息、動作信息、工作狀態(tài)等，直觀易懂。DC/AC 220V電源模塊620可將85-265V的工頻電壓直接轉換成隔離的直流電源，為整個系統(tǒng)提供工作電源。直(交)流開入控制電路622不但支持直流接入采樣，還支持交流接入采樣，使得該裝置的應用范圍更加廣闊。如圖2所示。本發(fā)明整體為插件式結構，由液晶面板311、主CPU/總線控制板310、PT電壓采樣板312、PT并列解列操作板313、輸入輸出控制板314、以太網(wǎng)通訊板315共6塊電路板構成。液晶面板311包含IXD液晶顯示界面623，鍵盤及其接口 611以及聲音報警輸出612，主要用于人機交互，簡單直觀易懂是其主要特征；SCPU/總線控制板310包含DSP芯片610、AD采樣電路621、輸入輸出控制電路613以及底層驅動電路，電路板采用4層設計，抗干擾強，是整個裝置的核心處理部件，負責各種邏輯判據(jù)的處理；PT電壓采樣板312包含多組電壓互感器回路617和裝置電源模塊620，負責2組PT電壓的采樣接入，并提供裝置的工作電源；ΡΤ并列解列操作板313包含多組繼電器回路616，負責PT電壓并列、解列的控制；輸入輸出控制板314包含動作出口回路615、交直流開入控制電路622和繼電器操作回路616，負責位置信號的采樣接入和動作出口的開關控制；以太網(wǎng)通訊板315包括單片機芯片618和以太網(wǎng)處理電路619，實現(xiàn)以太網(wǎng)TCP/UDP網(wǎng)絡通訊功能；
如圖3、圖4所示，為PT運行的兩種常見方式，本發(fā)明就是針對兩種運行方式提供的智能式PT并列解列切換裝置，能很好的完成PT的自動并列、自動切換和自動解列功能。如圖5所示，結合圖5進一步說明本發(fā)明的工作過程，裝置上電后，先進行全局初始化，完成對各個模塊的設置，包括定時器設置、中斷設置、全局變量設置等。此時裝置的運行參數(shù)使用缺省值，需根據(jù)實際需求進入菜單重新設置運行參數(shù)。裝置先進行PT電壓的采樣，包括2組PT電壓(三相)，計算出正序電壓、負序電壓、零序電壓、相電壓、線電壓、相位角度等，根據(jù)設置的定值，判斷是否出現(xiàn)接地故障、電壓是否過低或過高、裝置是否運行異常，一旦出現(xiàn)故障，裝置進入預警狀態(tài)，如果在規(guī)定的時間內未消除，則通過蜂鳴器發(fā)出聲音告警，并在LCD液晶上顯示故障描述，開放動作出口，并通過通訊接口傳送相關信息給單片機，單片機處理后通過TCP/UDP發(fā)送給上位監(jiān)控機。裝置再根據(jù)PT電壓信息，判斷是否符合自動并列切換條件，當條件成立并在規(guī)定的時間內未發(fā)送變化，則開放并列出口，進行自動并列切換動作；裝置通過Ims中斷不斷采集PT開關位置信息，并判斷是否符合自動解列條件，當條件符合并在規(guī)定的時間內無變化，則進行自動解列動作，上述動作信息會在LCD液晶上進行顯示，并發(fā)送到單片機，單片機進行以太網(wǎng)封裝后再傳送到上位監(jiān)控機。本發(fā)明結構簡單，集成度高，采樣精度高，線性范圍廣、響應速度快，環(huán)境適應能力強、功耗低、操作簡單。在保留傳統(tǒng)PT并列裝置的手動并列切換功能，并支持遠方遙控并列、解列動作功能基礎上，實現(xiàn)了 PT自動并列切換和自動解列功能且同時具備母線絕緣檢查功能，集多種保護功能于一體，可廣泛應用于35KV及以下電壓的變電站系統(tǒng)，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，目前已成功應用于多個項目中。
權利要求
1.智能式PT自動并列解列切換裝置，其特征在于:包括有DSP、單片機，所述單片機與DSP雙向通訊連接，DPS通過單片機與外部以太網(wǎng)連接，所述DSP的輸入端分別通過AD采樣電路接入有電壓互感器采樣回路，DSP的輸入端還接入有開關量輸入回路，DSP的輸出端通過輸出控制電路分別接入有保護動作出口、保護報警出口、繼電器操作回路，DSP上還接入有IXD液晶顯不器、鍵盤、聲音報警電路； 多組PT的二次電壓輸入到電壓互感器采用回路，電壓互感器采用回路將電壓信號轉換成小信號電流，經(jīng)AD采樣電路調整為數(shù)字信號輸入到DSP，DSP進行FFT快速運算，實時計算PT電壓有效值；PT的分段斷路器位置、PT開關位置和分段隔離刀閘位置信號分別接入到開關量輸入回路，經(jīng)過開關量輸入回路進行降壓、去除交流量處理后，轉變?yōu)榉€(wěn)定的直流5V電壓小信號并輸入到DSP，DSP利用Ims定時器中斷，不斷檢測開入采樣值；同時，多組PT電壓輸入到繼電器操作回路，DSP根據(jù)PT電壓采樣值和位置信息進行綜合判斷后，控制繼電器操作回路和保護動作出口完成PT的并列、解列和切換動作，并通過保護報警出口發(fā)出報警，以及將相關信息在LCD液晶顯示器中進行顯示；DSP還通過內部CAN總線與單片機進行數(shù)據(jù)交互，單片機實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊功能，將電壓采樣值，開入位置信息、報警和動作信息通過TCP/UDP發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能式PT自動并列解列切換裝置，其特征在于:智能式PT自動并列解列切換裝置設置為多個電路板構成的插件式結構，多個電路板分別為液晶面板、主CPU/總線控制板、PT電壓采樣板、PT并列解列操作板、輸入輸出控制板、以太網(wǎng)通訊板，其中液晶面板上集成有LCD液晶顯示器、鍵盤以及聲音報警電路，主CPU/總線控制板上集成有DSP、多路AD采樣電路、輸出控制電路，PT電壓采樣板上集成有多個電壓互感器采樣回路、供電至各個電路的電源模塊，PT并列解列操作板上集成有繼電器操作回路，輸入輸出控制板上集成有動作出口回路、交/直流開入控制電路、報警出口回路，以太網(wǎng)通訊板上集成有單片機芯片。
3.根據(jù)權利要求1所述的智能式PT自動并列解列切換裝置，其特征在于:所述DSP、單片機構成雙CPU運行模式，其中主CPU為用32位DSP，子CPU為16位單片機，單片機與DSP通過CAN總線連接，實現(xiàn)裝置的以太網(wǎng)通訊，支持TCP/UDP網(wǎng)絡模式，支持串口協(xié)議報文承載在TCP/UDP傳輸層之上，與電力通訊監(jiān)控單元進行以太網(wǎng)遠程通訊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能式PT自動并列解列切換裝置，兩組PT的二次電壓接入到該裝置的電壓互感器回路，互感器將電壓信號轉換成小信號電流，經(jīng)AD采樣電路調整為數(shù)字信號接入到DSP。分段斷路器位置、PT開關位置和分段隔離刀閘位置等開入信號接入到直(交)流開入控制電路，進行降壓、去除交流量處理后，轉變?yōu)榉€(wěn)定的直流5V電壓小信號，接入到DSP，DSP利用1ms定時器中斷，不斷檢測開入采樣值。同時將兩組PT電壓接入到該裝置的并列解列操作板，DSP根據(jù)PT電壓采樣值和位置信息進行綜合判斷后，控制并列解列操作板上的繼電器操作回路，完成PT的并列、解列和切換動作。
文檔編號G05B19/04GK103105796SQ201210549349
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權日2012年12月17日
發(fā)明者劉榮堂, 蔡勇, 李鵬, 戴禮智 申請人:滁州安瑞電力自動化有限公司