專利名稱：智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置及變電站仿真一次系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置(簡稱模擬斷路器裝置)，同時 涉及基于該模擬斷路器裝置實現(xiàn)的變電站仿真一次系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)仿真技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
斷路器是發(fā)電廠、變電所及電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)設(shè)備，它的作用包括 (1)根據(jù)電力系統(tǒng)運行的需要，將部分或全部電氣設(shè)備，以及部分或全部線路投人或退出運 行；( 當(dāng)電力系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障時，它和保護(hù)裝置、自動裝置相配合，將該故障部分 從系統(tǒng)中迅速切除，減少停電范圍，防止事故擴(kuò)大，保護(hù)系統(tǒng)中各類電氣設(shè)備不受損壞，保 證系統(tǒng)無故障部分安全運行。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的試驗研究中，為了避免由于重復(fù)的整組試驗造成斷路 器反復(fù)分/合帶來的不便。人們研究出模擬斷路器裝置。例如四方電氣公司推出的SFD-9型 高壓斷路器模擬裝置就是其中典型的一種。該模擬裝置采用單片微機(jī)作為控制核心，實現(xiàn) 模擬高壓斷路器跳、合間時間設(shè)置、輸入信號邏輯控制等功能，從而模擬高壓斷路器的跳、 合閘動作，同時提供一組完全隔離的直流電壓輸出。模擬斷路器裝置是繼電保護(hù)測試系統(tǒng) 的配套產(chǎn)品，特別在新建電廠、變電站的高壓斷路器沒調(diào)試好或未投直流電源的情況下，使 用該裝置進(jìn)行繼電保護(hù)試驗將不受外界因素影響，從而縮短調(diào)試時間，提高試驗工作效率。電力系統(tǒng)仿真技術(shù)可以分為物理模擬和數(shù)字仿真兩大類。其中，實時數(shù)字仿真技 術(shù)在電力系統(tǒng)試驗研究中得到越來越廣泛的應(yīng)用，而計算機(jī)技術(shù)及分布式控制技術(shù)的發(fā)展 又進(jìn)一步推動了電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的深入發(fā)展。例如在申請?zhí)枮?00510018766. 3的中國 發(fā)明專利申請中，提出了一種數(shù)?；旌系碾娏ο到y(tǒng)實時仿真技術(shù)方案。該實時仿真技術(shù)方 案對外部電網(wǎng)采用數(shù)字仿真，對局部電力系統(tǒng)采用物理模擬，將采用數(shù)字仿真的部分用等 值電壓源代替，等值電壓源的數(shù)值等于數(shù)字仿真輸出的電壓，該等值電壓源作為采用物理 模擬的部分的邊界條件，實現(xiàn)對采用物理模擬的部分的模擬；將采用物理模擬的部分用等 值電流源代替，等值電流源的數(shù)值等于物理模擬輸出的電流，該等值電流源作為采用數(shù)字 仿真部分的邊界條件，從而實現(xiàn)對采用數(shù)字仿真部分的模擬。目前，電力系統(tǒng)仿真技術(shù)正在發(fā)生由集中仿真控制系統(tǒng)向分布式仿真控制系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)變。分布式仿真控制系統(tǒng)采用MCU(高速精簡指令集微處理器)作為內(nèi)核，是智能化、網(wǎng) 絡(luò)化、自動化的仿真平臺系統(tǒng)，是未來技術(shù)發(fā)展的主流。但是，在模擬斷路器領(lǐng)域并沒有滿 足分布式仿真控制系統(tǒng)要求的技術(shù)解決方案。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的首要技術(shù)問題在于提供一種智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置。本實用新型所要解決的另外一個技術(shù)問題在于提供一種基于上述模擬斷路器裝 置實現(xiàn)的變電站仿真一次系統(tǒng)。[0008]為實現(xiàn)上述的目的，本實用新型采用下述的技術(shù)方案一種智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置，用于實現(xiàn)對變電站中斷路器故障的仿真和測 試，該裝置包括嵌入式微處理器及其外圍電路、電源電路、輸入電路、輸出電路，所述輸入電 路、所述輸出電路和所述電源電路分別連接所述嵌入式微處理器，其特征在于所述智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置還包括輸出繼電器，所述輸出繼電器與所述嵌入 式微處理器進(jìn)行連接；所述輸出繼電器至少包括跳閘接點、合閘接點、輔助接點及機(jī)構(gòu)故障模擬接點，通 過繼電器的開關(guān)組合模擬實現(xiàn)變電站中斷路器的多種故障類型。其中，所述智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置還包括通信接口電路，所述通信接口電路 由輸入接口芯片、兩個光電隔離芯片、收發(fā)回路及通信端子組成，并與所述嵌入式微處理器 連接。所述嵌入式微處理器的外圍電路包括復(fù)位電路、時鐘電路和譯碼驅(qū)動芯片，所述 時鐘電路連接在所述嵌入式微處理器的XTALl和XTALl引腳，所述復(fù)位電路連接在所述嵌 入式微處理器的/RESET引腳。所述譯碼驅(qū)動芯片為74ALS574。所述智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置一方面連接變電站的二次回路，另一方面通過網(wǎng) 絡(luò)連接數(shù)字仿真系統(tǒng)。一種變電站仿真一次系統(tǒng)，包括多臺上述的智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置，各所述 智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置通過通信接口電路接入現(xiàn)場總線，并與監(jiān)控服務(wù)器、用戶工作 站和交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。本實用新型所提供的模擬斷路器裝置可以模擬一個完整變電站進(jìn)線、出線、變壓 器等全部開關(guān)、刀閘的動作特性及開入開出接點變化過程，同時可模擬操作機(jī)構(gòu)的多種機(jī) 構(gòu)性故障。通過分布式布局和現(xiàn)場控制總線，該模擬斷路器裝置可以組成基于控制網(wǎng)絡(luò)的 變電站仿真一次系統(tǒng)，從而為實現(xiàn)分布式仿真控制系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為應(yīng)用本智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置的變電站仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為模擬斷路器裝置中嵌入式微處理器及其外圍電路的電路原理圖；圖3為模擬斷路器裝置中電源電路的電路原理圖；圖4為模擬斷路器裝置中通信接口電路的電路原理圖；圖5為模擬斷路器裝置中輸出繼電器的電路原理圖；圖6為基于模擬斷路器裝置實現(xiàn)的變電站仿真一次系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
本實用新型所提供的模擬斷路器裝置主要用在電力系統(tǒng)的變電站仿真工作中，用 于實現(xiàn)對斷路器故障的仿真和測試。如圖1所示，一個完整的變電站系統(tǒng)包括與調(diào)度自動 化系統(tǒng)(廠站端設(shè)備)連接的真實遠(yuǎn)動主機(jī)，與該真實遠(yuǎn)動主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接的繼電保護(hù) 及自動裝置、測控裝置、監(jiān)控系統(tǒng)，另外還包括變電站設(shè)備中的直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)。上述的直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)、繼電保護(hù)及自動裝置、測控裝置等都接入變電站系統(tǒng)中的二次回 路。信號輸入輸出接口裝置作為接口及模擬部分的一部分，一方面連接二次回路，另一方面 連接數(shù)字仿真系統(tǒng)中的仿真服務(wù)器。本模擬斷路器裝置作為接口及模擬部分的另一部分， 一方面與二次回路進(jìn)行連接，另一方面也接入高速通信網(wǎng)之中，與數(shù)字仿真系統(tǒng)連接在一 起，共同實現(xiàn)物理模擬與數(shù)字仿真相結(jié)合的變電站仿真系統(tǒng)。本模擬斷路器裝置以嵌入式計算機(jī)為核心，通過硬件電路和軟件技術(shù)實現(xiàn)了對輸 入信號、輸出信號及系統(tǒng)的完整控制和管理。它具有真實設(shè)備的所有回路、接點，接入設(shè)備 端子，并與斷路器端子箱共同組屏。該模擬斷路器裝置不但可以模擬斷路器的正常操作和 動作，而且可以模擬開關(guān)拒動、非全相、慢分、輔助接點不對應(yīng)等各種異常、故障情況，以及 刀閘拒動、非全相、輔助接點部隊?wèi)?yīng)等各種異常、故障情況。同時，可以為繼電保護(hù)、自動裝 置、測控裝置等提供硬節(jié)點。下面介紹本模擬斷路器裝置的具體組成和工作原理。本模擬斷路器裝置包括嵌入式微處理器(MCU)及其外圍電路、電源電路、輸入電 路、輸出電路及輸出繼電器，此外還可以包括通信接口電路等。其中，輸入電路和通信接口 電路連接嵌入式微處理器，該嵌入式微處理器同時連接輸出電路和輸出繼電器。電源電路 分別與嵌入式微處理器、輸入電路、輸出電路及輸出繼電器進(jìn)行連接，為它們提供電源供 應(yīng)。上述嵌入式微處理器的外圍電路包括復(fù)位電路、時鐘電路、譯碼驅(qū)動芯片等；輸入電路 包括輸入接口芯片、光電隔離芯片、輸入回路及輸入端子，其中輸入端子連接至繼電保護(hù)相 關(guān)端子上；輸出電路包括輸出接口芯片、光電隔離芯片、輸出回路、輸出繼電器及輸出端子； 輸出繼電器包括跳閘接點、合閘接點、輔助接點及機(jī)構(gòu)故障模擬接點等多組，用于實現(xiàn)各種 故障電路組合。下面分別進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖2為嵌入式微處理器及其外圍電路的電路原理圖。在該實施例之中，嵌入式微 處理器可以采用ATMEGA128。晶振和電容C20、C21組成時鐘電路，連接在微處理器的XTALl 和XTALl引腳。二極管D25、電容C30及運算放大器H1A、H1B組成復(fù)位電路，連接在/RESET 引腳。三個譯碼驅(qū)動芯片UAl UA3(均為74ALS574)分別對應(yīng)連接微處理器中的相關(guān)管 腳。圖3為電源電路的電路原理圖。其中J6對外輸出24V直流電，J7A用于將24V轉(zhuǎn) 換為5V直流電，J7B對外輸出5V直流電。圖4為通信接口電路的電路原理圖。該通信接口電路連接嵌入式微處理器，包括 輸入接口芯片J9、光電隔離芯片U16和U17 (均為6N137)、收發(fā)回路及通信端子(即外部物 理接口)。通信接口電路支持現(xiàn)場總線連接成網(wǎng)絡(luò)，通過軟件規(guī)約和后臺軟件實現(xiàn)后臺監(jiān) 控。輸入電路和輸出電路的電路結(jié)構(gòu)與上述的通信接口電路類似，在此就不詳細(xì)贅述了。圖5所示為本模擬斷路器裝置的核心功能元件-輸出繼電器。該輸出繼電器包括 跳閘接點、合閘接點、輔助接點及機(jī)構(gòu)故障模擬接點等多組，用于實現(xiàn)各種斷路器可能的故 障。這些故障包括開關(guān)拒動、開關(guān)誤動、開關(guān)慢分、非全相、開關(guān)操作機(jī)構(gòu)故障、SF6開關(guān)輕 微、嚴(yán)重泄漏、油開關(guān)輕微、嚴(yán)重泄漏、開關(guān)空壓、油壓低、輔助接點異常等。本模擬斷路器裝置的一個顯著特點在于通過繼電器的開關(guān)組合模擬實現(xiàn)斷路器 的多種故障類型。具體而言，本模擬斷路器裝置的輸出繼電器中包括16對常開接點，并可 由嵌入式微處理器控制產(chǎn)生多個接點開斷的組合邏輯電路，從而模擬斷路器故障，如油壓低需監(jiān)控系統(tǒng)控制產(chǎn)生一個帶電閉接點，如開關(guān)慢分需監(jiān)控系統(tǒng)控制產(chǎn)生延時打開的斷路 器接點及輔助接點。這樣，在一次性接入后，無需改動任何線路的情況下，可動態(tài)產(chǎn)生多種 故障類型變化，并且通過改變繼電器的狀態(tài)可撤銷故障，恢復(fù)常態(tài)?；谏鲜龅脑O(shè)計原理， 本模擬斷路器裝置可實現(xiàn)的功能包括三相跳間回路、三相合間回路、每相跳間回路可單獨 跳閘、每相合閘回路可單獨合閘、每相跳閘回路可單獨設(shè)定跳閘時間、每相合閘回路可單獨 設(shè)定合閘時間、支持三跳(三相同時跳閘)、支持三合(三相同時合閘)每相支持雙跳閘回 路、每相跳閘回路包括8對輔助空接點、每相合閘回路包括4對輔助空接點。支持開關(guān)機(jī)構(gòu) 故障模擬、機(jī)構(gòu)故障模擬包括16對輔助空接點、8對常開、8對常閉。如圖6所示，利用一臺監(jiān)控服務(wù)器、一臺用戶工作站和一臺/多臺交換機(jī)(或集線 器)組成的網(wǎng)絡(luò)，及多臺智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置組成的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，可以實現(xiàn)一種 新型的變電站仿真一次系統(tǒng)。其中各智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置通過通信接口電路接入現(xiàn) 場總線，并與監(jiān)控服務(wù)器、用戶工作站和交換機(jī)(或集線器)組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。該仿真 一次系統(tǒng)通過通信接口和軟件規(guī)約實現(xiàn)后臺監(jiān)控，并可以在后臺上通過軟件對繼電器的開 關(guān)控制，模擬實現(xiàn)變電站中斷路器的各種故障過程，為實現(xiàn)分布式數(shù)?；旌戏抡婵刂葡到y(tǒng) 奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。上面對本模擬斷路器裝置進(jìn)行了詳細(xì)的說明。對本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在 不背離本實用新型實質(zhì)精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構(gòu)成對本實用 新型專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求1.一種智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置，包括嵌入式微處理器及其外圍電路、電源電路、輸 入電路、輸出電路，所述輸入電路、所述輸出電路和所述電源電路分別連接所述嵌入式微處 理器，其特征在于所述智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置還包括輸出繼電器，所述輸出繼電器與所述嵌入式微 處理器進(jìn)行連接；所述輸出繼電器至少包括跳閘接點、合閘接點、輔助接點及機(jī)構(gòu)故障模擬接點。
2.如權(quán)利要求1所述的智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置，其特征在于所述智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置還包括通信接口電路，所述通信接口電路由輸入接口 芯片、兩個光電隔離芯片、收發(fā)回路及通信端子組成，并與所述嵌入式微處理器連接。
3.如權(quán)利要求1所述的智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置，其特征在于所述嵌入式微處理器的外圍電路包括復(fù)位電路、時鐘電路和譯碼驅(qū)動芯片，所述時鐘 電路連接在所述嵌入式微處理器的XTALl和XTALl引腳，所述復(fù)位電路連接在所述嵌入式 微處理器的/RESET引腳。
4.如權(quán)利要求3所述的智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置，其特征在于所述譯碼驅(qū)動芯片為74ALS574。
5.如權(quán)利要求1所述的智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置，其特征在于所述智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置一方面連接變電站的二次回路，另一方面通過網(wǎng)絡(luò)連 接數(shù)字仿真系統(tǒng)。
6.一種變電站仿真一次系統(tǒng)，其特征在于所述變電站仿真一次系統(tǒng)中包括多臺如權(quán)利要求1所述的智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝 置，各所述智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置通過通信接口電路接入現(xiàn)場總線，并與監(jiān)控服務(wù)器、 用戶工作站和交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。
專利摘要本實用新型公開了一種智能網(wǎng)絡(luò)型模擬斷路器裝置。該裝置包括嵌入式微處理器及其外圍電路、電源電路、輸入電路、輸出電路，還包括輸出繼電器，該輸出繼電器至少包括跳閘接點、合閘接點、輔助接點及機(jī)構(gòu)故障模擬接點，通過繼電器的開關(guān)組合模擬實現(xiàn)變電站中斷路器的多種故障類型。本模擬斷路器裝置可以模擬一個完整變電站進(jìn)線、出線、變壓器等全部開關(guān)、刀閘的動作特性及開入開出接點變化過程，同時可模擬操作機(jī)構(gòu)的多種機(jī)構(gòu)性故障。通過分布式布局和現(xiàn)場控制總線，該模擬斷路器裝置可以組成基于控制網(wǎng)絡(luò)的變電站仿真一次系統(tǒng)，從而為實現(xiàn)分布式仿真控制系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
文檔編號H02J13/00GK201887539SQ20102021149
公開日2011年6月29日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者馮斌, 姜 遠(yuǎn), 林昌年, 王蘭香, 榮垂凱, 馬曉偉, 魏文輝 申請人:北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司