專利名稱：變電站分散式微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于變電站的計(jì)算機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置。
變電站設(shè)備的自動保護(hù)遠(yuǎn)動控制對于維護(hù)變電站的正常運(yùn)行、保護(hù)設(shè)備、加強(qiáng)對設(shè)備的監(jiān)控都十分重要。但在目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的變電站綜合控制自動化系列產(chǎn)品，由于過去技術(shù)發(fā)展的限制，其產(chǎn)品性能、可靠性不佳，而且結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜，不便于安裝和運(yùn)輸，更不便于實(shí)行分散控制，在很大程度上浪費(fèi)了用戶的人力、財(cái)力和物力；另外，此類產(chǎn)品一般采用LED顯示或小屏幕LED顯示，顯示信息量少，查看整定費(fèi)時費(fèi)力，不便于現(xiàn)場人員操作管理。
本實(shí)用新型的目的在于利用電子和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)成果，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)越、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單且體積小巧的變電站微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的可靠、有效地保護(hù)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下它包括主控板、繼電器板、顯示器、電源模塊、分合閘按鈕、機(jī)殼和鍵盤，其中的主控板包括單片機(jī)、存儲器、顯示器接口、鍵盤接口、光電隔離電路、精密電流電壓傳感器、多路模擬開關(guān)，可驅(qū)動斷路器之跳合閘線圈的繼電器板包括分合繼電器、閉鎖繼電器、信號繼電器和“五防”接口；單片機(jī)通過驅(qū)動接口與繼電器板相聯(lián)，精密電流電壓傳感器的采樣輸入端與被控的變電站高壓設(shè)備相聯(lián)，其輸出端通過多路模擬開關(guān)與單片機(jī)相聯(lián)；單片機(jī)又分別聯(lián)接顯示器接口、鍵盤接口和光電隔離電路。
本實(shí)用新型中，其中主控板上的單片機(jī)采用16位高速低功耗的80C196KC芯片，使得本實(shí)用新型在性能上和速度上都有很大的提高。其中的單片機(jī)聯(lián)接硬件看門狗NE556型芯片。主控板的單片機(jī)包含可與變電站總控單元聯(lián)接的串行通訊口，該串行通訊口通過光電隔離通訊接口與總控單元的計(jì)算機(jī)相聯(lián)。其中的顯示器采用大屏幕圖形液晶顯示器，在屏幕上可顯示全部測量、保護(hù)信息，查看整定十分方便。
其中繼電器板和主控板中的精密電流電壓傳感器配套地聯(lián)接在變電站高壓設(shè)備的各種不同位置上，構(gòu)成針對不同設(shè)備單元的各種功能單元，用戶可根據(jù)需要靈活選擇和設(shè)定各種保護(hù)功能，查詢各種信息。本實(shí)用新型之裝置為標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，可聯(lián)接獨(dú)特先進(jìn)的精密電壓、電流傳感器，用戶可根據(jù)需要靈活選擇，分別組成變壓器成套保護(hù)遠(yuǎn)動裝置、中央信號裝置、線路保護(hù)遠(yuǎn)動裝置、電容器保護(hù)遠(yuǎn)動裝置、母聯(lián)分段保護(hù)遠(yuǎn)動裝置、備用電源自投裝置、異步電機(jī)保護(hù)裝置、主變主保護(hù)裝置、主變后備保護(hù)裝置、主變監(jiān)控遠(yuǎn)動裝置、Y/YO變壓器保護(hù)遠(yuǎn)動裝置、免維護(hù)電池微機(jī)直流控制裝置、電壓無功自動投切裝置、微機(jī)監(jiān)控遠(yuǎn)動裝置等等各種不同的功能單元。這些功能單元均以本實(shí)用新型為基本結(jié)構(gòu)，而在繼電器板、電流電壓傳感器與變電站設(shè)備的聯(lián)接上各有不同的設(shè)置，再在單片機(jī)的軟件設(shè)置及附屬組件上有所不同。各功能單元與總控單元可采用電流環(huán)或光纖進(jìn)行通信，所有功能單元并接于一根三芯通信電纜上，或由光纖連接，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳送和交換，能通過后臺機(jī)中的調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)卡與遠(yuǎn)方調(diào)度中心進(jìn)行通訊，整套系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)功能，通過總控單元可實(shí)現(xiàn)定值的遠(yuǎn)方查詢整定及遠(yuǎn)方控制功能。
主控板的存儲器包括程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定值存儲器。本實(shí)用新型的機(jī)殼采用全密封式的結(jié)構(gòu)。電源模塊采用小型開關(guān)電源，純直流供電，工作電壓范圍大、效率高。
變電站在采用本實(shí)用新型時，有兩種選用方式一種是分散式，這種方式將各種保護(hù)遠(yuǎn)動功能單元直接安裝在被控的高壓設(shè)備上，可省去安裝屏及大量的控制電纜；另一種方式為集中組屏式，這種方式是將保護(hù)遠(yuǎn)動功能單元裝在屏中集中組成屏，則需要約20至40平方米的中控室，方便于集中管理，集中維護(hù)。兩種方式均按無人值守變電站的模式運(yùn)行。各功能單元通過通訊線連在一起，與上位主控微機(jī)通訊，將各單元裝置的各種電量、位置信號、脈沖電度量等等送到上位機(jī)，上位機(jī)再將各種信息綜合起來，按CDT規(guī)約或polling規(guī)約發(fā)往調(diào)度中心，由此組成一個完整的變電站綜合自動化系統(tǒng)。本實(shí)用新型適用于110KV及以下電壓等級的各種變電站。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)是根據(jù)市場上現(xiàn)有產(chǎn)品的狀況及優(yōu)缺點(diǎn)，同時考慮到中國電力行業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況以及用戶的需求，利用世界領(lǐng)先技術(shù)之成果，使本實(shí)用新型成為可取代現(xiàn)有產(chǎn)品的新一代產(chǎn)品。它性能優(yōu)越，速度快，可靠性高，采用單板式的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，安裝調(diào)試方便；采用全密封式結(jié)構(gòu)，且設(shè)有光電隔離電路和看門狗電路，使得抗干擾性能十分優(yōu)越，大大提高了運(yùn)行的可靠性。本實(shí)用新型可就地和遠(yuǎn)方控制和操作，可代替負(fù)荷定量器；具有八個事故追憶功能，可記憶故障的電流值和時同；保護(hù)采用國際最流行的原理和算法；全部電量的測量采用交流采樣獲得，舍去傳統(tǒng)的直流變送器。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。


圖1是本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的電路圖之一；圖3是本實(shí)用新型的電路圖之二；圖4是本實(shí)用新型的電路圖之三；圖5是本實(shí)用新型的控制面板的示意圖。
本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，它完全通過電網(wǎng)的一次設(shè)備CT、PT采集三相電壓VAB、VBC、VCA和三相電流IA、IB、IC以及零序電壓VON、零序電流I等；這些采樣來的電壓、電流由精密電壓電流傳感器采樣，再可經(jīng)過由低通濾波器、高精度運(yùn)算放大器、限幅保護(hù)電路組成的信號處理電路，變換成一定幅度的交流電壓信號，此信號經(jīng)多路模擬開關(guān)進(jìn)入到單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過CPU單片機(jī)運(yùn)算、處理；同時，單片機(jī)可接收經(jīng)光電隔離而來的脈沖信號及遙信量輸入信號，以及通過鍵盤的查詢、整定定值等的輸入信號；所有信號量經(jīng)過單片機(jī)運(yùn)算、處理，發(fā)出控制保護(hù)信息和相應(yīng)的跳合閘信號到驅(qū)動接口電路，驅(qū)動接口電路將跳合閘命令輸送給繼電器板，由繼電器直接驅(qū)動斷路器的跳合閘線圈，從而達(dá)到保護(hù)電網(wǎng)的目的。同時，單片機(jī)還可聯(lián)接一個LED信號顯示電路，單片機(jī)向該電路發(fā)出本實(shí)用新型相應(yīng)的狀態(tài)、位置信號并顯示，所有測量信號、保護(hù)動作值、跳合閘變位記錄、整定過程、查詢過程、事故故障、遙信量、電網(wǎng)頻率、時間等信息均能在LED上顯示，并提示操作和數(shù)據(jù)改寫。
如圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)用新型包括80C196型CPU單片機(jī)U1、程序存儲器27C256型芯片U4、數(shù)據(jù)存儲器6264型芯片U5、定值存儲器28C17型芯片U6，以及地址鎖存器74LS373型芯片、開關(guān)量輸入口74HC244型芯片U10、跳合閘出口A/D通道選擇鎖存器74LS273型芯片U11、地址譯碼器74LS139型芯片U2A、門電路74LS32型芯片U3A、U3B、U3C和U3D。各存儲器通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)相聯(lián)，單片機(jī)U1對進(jìn)入數(shù)據(jù)總線的各種數(shù)據(jù)、命令進(jìn)行處理和運(yùn)算，并通過數(shù)據(jù)總線和地址總線發(fā)出各種命令和信息。
本實(shí)用新型還包括硬件看門狗NE556型芯片U17、延時計(jì)數(shù)器74LS393型芯片U6、跳閘出口N3、合閘出口N4、遙控合閘出口N2、閉鎖信號出口N5，以及裝置工作狀態(tài)指示燈故障燈、保護(hù)燈及通訊燈信號出口J4。如各圖中所示，還有開關(guān)量輸入口PR2、光電隔離電路TLP521-4型芯片U8、通訊口J1、脈沖輸入口J2、附加通訊口、八選一多路模擬開關(guān)、大屏幕LCD顯示器輸出接口PR1、電壓采樣入口J6、電源輸入口J9、八路交流采樣輸入電路、精密電壓電流傳感器、CT、PT、低通濾波器、高精度運(yùn)放LM324型芯片U13和U14、精密電位調(diào)節(jié)器、限幅保護(hù)電路、A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓發(fā)生器LM336/5型芯片U16、運(yùn)放比較電位發(fā)生器。
本實(shí)用新型測量的具體參數(shù)為電壓0～120V，電流0～6A。電網(wǎng)保護(hù)的具體參數(shù)為過壓100～200V，欠壓50～100V，電流0～60A，零序過壓10～60V，零序過流0.25～5A。電源模塊通過一個五芯插座P2與主控板相聯(lián)，為模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)U1等提供+5V/5A、+12V/0.6A、-6V/0.6A三個工作電壓，為繼電器板提供+12V的工作電源，其輸入單子與單元箱的+/-KM單子相聯(lián)。大屏幕液晶顯示器通過一個16芯插座PR1與主控板相聯(lián)，主控板為其提供8位總線數(shù)據(jù)(AD0～AD7)、一個復(fù)位信號(RST)、一個地址選通信號(AD)、一個LCD片選信號(LCDCS)、讀/寫信號、電源地、+5V和-5VT作電源。繼電器板通過一個八芯插座與主控板相聯(lián)，為主控板提供斷路器的跳合閘位置信號，主控板則為其提供跳閘信號、合閘信號和閉鎖信號。主控板上的脈沖輸入單子、電壓和電流單子、遙信量單子、通訊單子以及繼電器板上的跳閘壓板單子、合閘壓板單子、五防壓板單子及跳、合閘出口單子都與單元箱上的相應(yīng)單子相連；主控板上的信號指示單子、鍵盤輸入單子以及繼電器板上的手合、手跳單子、跳合閘位置信號單子都與控制面板部分的插座相聯(lián)。
控制面板如圖5所示，包括控制按鍵“復(fù)位、編程、顯示、查詢”及按鍵“+、-、▲、”、狀態(tài)指示燈“通訊、保護(hù)、故障”、手控開關(guān)“跳閘、合閘、操作允許”等。按“復(fù)位”鍵可對裝置進(jìn)行復(fù)位，左上角的顯示屏回到控制主畫面，按“顯示”鍵則在任何情況下回到主畫面，“編程”鍵用于修改定值；“查詢”鍵是為了配合保護(hù)整定設(shè)置的，查詢時先按該鍵，再用“▲”或“”鍵移動光標(biāo)在異上翻頁，查詢各種保護(hù)狀態(tài)和定值；“+”、“-”鍵是在編程狀態(tài)下用以修改狀態(tài)或定值的。
實(shí)施例一、本實(shí)用新型作為變電站微機(jī)線路保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其保護(hù)功能包括帶方向(不帶方向)的速斷保護(hù)、帶方向(不帶方向)的過流、低電壓和滑差閉鎖的低頻減載、三相一次重合閘、重合閘后加速、手合前加速等，所有保護(hù)種類可方便地取舍，定值可方便修改。全部電量的測量采用交流采樣獲得，采樣元件采用精密電壓電流傳感器，體積小，重量輕，負(fù)載小，可以測量回路的電壓、電流、無功、有功、功率因數(shù)、頻率等，直接漢字顯示實(shí)際值(一次側(cè)值)。通過負(fù)荷定值，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷監(jiān)控；如遇過負(fù)荷，裝置首先報(bào)警，而后跳閘，報(bào)警后提醒值班人員減負(fù)荷，否則自動跳閘，也可通過后臺機(jī)進(jìn)行聯(lián)合控制。通過總控單元可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，遠(yuǎn)方信號、遠(yuǎn)方調(diào)整、遠(yuǎn)方測量、遠(yuǎn)方改變定值等，也可與傳統(tǒng)的集中式RTU連接。各功能單元與總控單元采用電流環(huán)或光纖進(jìn)行通信，所有功能單元并接于一根三芯通信電纜上，或由光纖連接，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳送、交換；通過總控單元可實(shí)現(xiàn)定值的遠(yuǎn)方查詢整定及遠(yuǎn)方控制功能。該裝置還具有8個事故追憶功能，可自動記錄事故的類型、時間、故障的電流值和動作值，時間精確到5ms。該裝置可靈活選擇和設(shè)定各種保護(hù)功能，查詢各種信息。裝置背面的接口端子分別聯(lián)接保護(hù)和測量電流的A相和C相輸入端IA*、IC*、Ia*、Ic*；保護(hù)和測量電流的A相和C相輸出端IA、IC、Ia、Ic；三相電壓接入端Ua、Ub、Uc；分閘壓板輸入端FY1、FY2；合閘壓板輸入端HY1、HY2；五防壓板輸入端WF1、WF2；分閘合閘出口TZ、HZ；刀閘位置遙信量輸入端1G、2G；遙信量輸入端YX5～YX8；有功脈沖量輸入端MC1和無功脈沖量輸入端MC2；遙信量及脈沖量公共輸入端GD；通訊發(fā)TX、收RX、地CM；直流控制母線接入端+KM、-KM等。全部開關(guān)柜上的CT、PT電纜及信號線均直接接入裝置。
實(shí)施例二、本實(shí)用新型作為變壓器成套保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，包括變壓器主保護(hù)單元、后備保護(hù)單元及測控單元三部分，每部分在軟硬件上完全獨(dú)立，每部分都包括主控板、繼電器板、電源模塊、薄膜按鍵、液晶顯示器、機(jī)殼等，并采用優(yōu)質(zhì)接線端子排，主控板上仍采用80C196KC單片機(jī)。變壓器主保護(hù)包括差動速斷、二次諧波制動比率差動保護(hù)、零序過電流、零序過電壓、CT斷線閉鎖、主變輕(重)瓦斯保護(hù)等；變壓器后備保護(hù)包括復(fù)合電壓啟動的過流保護(hù)、過電荷保護(hù)、調(diào)壓裝置輕(重)瓦斯保護(hù)、PT斷線閉鎖、零序保護(hù)等；變壓器測控單元可測量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、時間、溫度、調(diào)壓分接頭位置、風(fēng)扇啟停，可自動(手動)、遠(yuǎn)方(就地)有載調(diào)壓、電流(溫度)啟動風(fēng)扇、通風(fēng)故障告警和有載調(diào)壓告警等。本裝置的硬件為單元式全密封抗干擾結(jié)構(gòu)，各單元由獨(dú)立的CPU完成功能，可靠性高；大屏幕圖形液晶顯示器可直接漢字顯示各種測量值、狀態(tài)、保護(hù)定值等，保護(hù)定值可通過按鍵就地整定，也可通過后臺計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方整定；有完善的自檢及看門狗電路，程序飛逸后能自動復(fù)位運(yùn)行，具有遠(yuǎn)動、時間自動校正等功能。
雙卷變壓器主保護(hù)單元背面的接口端子分別聯(lián)接差動保護(hù)高壓側(cè)三相電流的輸入端IA*、IB*、IC*；差動保護(hù)低壓側(cè)三相電流的輸入端Ia*、Ib*、Ic*；差動保護(hù)高壓側(cè)三相電流的輸出端IA、IB、IC；差動保護(hù)低壓側(cè)三相電流的輸出端Ia、Ib、Ic；分閘壓板輸入端FY1、FY2；合閘壓板輸入端HY1、HY2；五防壓板輸入端WF1、WF2；分閘合閘出口TZ、HZ；高壓側(cè)刀閘位置遙信量輸入端1G；遙信量輸入端YX6～YX8；有功脈沖量輸入端MC1和無功脈沖量輸入端MC2；遙信量及脈沖量公共輸入端GD；通訊發(fā)TX、收RX、地CM；直流控制母線接入端+KM、-KM；本體重瓦斯和本體輕瓦斯遙信量輸入端BZW、BQW等。
雙卷變壓器后備保護(hù)單元的接口端子的聯(lián)接與主保護(hù)單元大致相同。另聯(lián)接高壓側(cè)零序電流的接入端3Io，電壓接入端Ua、Ub、Uc；低壓側(cè)刀閘位置遙信量輸入端2G等。雙卷變壓器測控單元的接口端子的聯(lián)接與后備保護(hù)單元大致相同，另聯(lián)接電壓中性線接入端Un、風(fēng)扇啟動輸出接點(diǎn)FS1、FS2；有載調(diào)壓的升壓UP、降壓DW、公共端COM；分接頭檔位遙信量輸入端YX1～YX8等。
權(quán)利要求1.一種變電站分散式微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其特征在于它包括主控板、繼電器板、顯示器、電源模塊、分合閘按鈕、機(jī)殼和鍵盤，其中的主控板包括單片機(jī)、存儲器、顯示器接口、鍵盤接口、光電隔離電路、精密電流電壓傳感器、多路模擬開關(guān)，可驅(qū)動斷路器之跳合閘線圈的繼電器板包括分合繼電器、閉鎖繼電器、信號繼電器和“五防”接口；單片機(jī)通過驅(qū)動接口與繼電器板相聯(lián)，精密電流電壓傳感器的采樣輸入端與被控的變電站高壓設(shè)備相聯(lián)，其輸出端通過多路模擬開關(guān)與單片機(jī)相聯(lián)；單片機(jī)又分別聯(lián)接顯示器接口、鍵盤接口和光電隔離電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其特征在于其中主控板上的單片機(jī)采用16位高速低功耗的80C196KC芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其特征在于其中的單片機(jī)聯(lián)接硬件看門狗NE556型芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其特征在于主控板的單片機(jī)包含可與變電站總控單元聯(lián)接的串行通訊口，該串行通訊口通過光電隔離通訊接口與總控單元的計(jì)算機(jī)相聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其特征在于其中的顯示器采用大屏幕圖形液晶顯示器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其特征在于其中繼電器板和主控板中的精密電流電壓傳感器配套地聯(lián)接在變電站高壓設(shè)備的各種不同位置上，構(gòu)成針對不同設(shè)備單元的各種功能單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其特征在于主控板的存儲器包括程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定值存儲器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，其特征在于所述的機(jī)殼采用全密封式的結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種性能優(yōu)越的變電站保護(hù)遠(yuǎn)動裝置，包括主控板、繼電器板、顯示器、電源模塊、分合閘按鈕、機(jī)殼和鍵盤，主控板包括單片機(jī)、存儲器、顯示器接口、鍵盤接口、光電隔離電路、精密電流電壓傳感器、多路模擬開關(guān)，繼電器板包括分合繼電器、閉鎖繼電器、信號繼電器和“五防”接口；單片機(jī)通過驅(qū)動接口聯(lián)接繼電器板，傳感器采樣輸入端與變電站高壓設(shè)備相聯(lián)，其輸出端通過多路模擬開關(guān)聯(lián)接單片機(jī)；單片機(jī)分接顯示器接口、鍵盤接口和光電隔離電路。
文檔編號H02H7/00GK2355486SQ98231838
公開日1999年12月22日 申請日期1998年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月17日
發(fā)明者陶崗清 申請人:長沙市精密儀器廠