一种故障诊断测控综合一体化装置的制作方法

本实用新型涉及一种变电站故障诊断技术，具体地，涉及一种故障诊断测控综合一体化装置。

背景技术：

电网经过多年发展，已经建设了一批稳定可靠的传统变电站。但随着电网的迅速发展，变电站方面对于可靠性、安全性、电能质量等方面需求与日俱增，传统综合自动化变电站己经逐渐无法满足电网的发展要求。

就目前广泛存在的常规变电站，由于一次设备及互感器等过程层设备的非电子化和无智能组件，因此完全实现全数字化直至智能化变电站改造，所涉及的范围及难度较大。

此外，随着新能源接入方式的不断增加，分布式发电技术得到了快速发展。然而，分布式电源渗透率的不断提高也给电力系统的调度、安全运行、保护和系统稳定控制带来了新的挑战。系统稳定问题日益突出，电力系统安全问题也变得更加重要。需要集成监测与控制技术、变电站自动化技术，以实现系统的稳定性监测和控制。系统一旦发生安全及稳定运行问题,就会造成长时间、大范围停电,因此,需要不断研究区域安全稳定监测控制,促进电力行业的发展。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种故障诊断测控综合一体化装置，对常规变电站的局部智能化改造以及安全稳定运行问题进行统一监控管理。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种故障诊断测控综合一体化装置，包括机箱、主控板、电源板和触摸显示屏，所述装置还包括电压采集板、电流采集板、数字输出板、数字输入板、通信板；所述机箱正面嵌有所述触摸显示屏，背面采用带有锁紧功能的拔插式板卡；所述主控板、所述电压采集板、所述电流采集板、所述数字输出板、所述数字输入板、所述通信板、所述电源板均以板卡的形式从机箱背面插入所述机箱，各板卡采用通用模块化设计，根据实际监测需要选配其中一种或多种；其中：

所述电压采集板，其输入端连接电网自身的高压电压互感器，输出端连接所述主控板；所述电压采集板采集电网监控所需的交流电压信号，并将采集的交流电压信号转换为数字信号后传输到所述主控板；

所述电流采集板，其输入端连接电网自身的高压电流互感器，输出端连接所述主控板；所述电流采集板采集电网监控所需的交流电流信号，并将采集的交流电流信号转换为数字信号后传输到所述主控板；

所述数字输出板，连接所述主控板，用于将所述主控板的电网监控所需数字控制信号电气隔离后直接输出；

所述数字输入板，连接所监测的电网设备和所述主控板，用于采集电网监控所需数字状态信号，经电气隔离后传输到所述主控板；

所述通信板，连接所述主控板，实现装置与电网自身的上级监控设备的通讯，通讯数据经所述通信板传输到所述主控板；

所述电源板，为整个装置提供工作电源，经所述电源板电气隔离及降压后，电源直接连接到所述主控板、所述电压采集板、所述电流采集板、所述数字输出板、所述数字输入板、所述通信板、所述触摸显示屏；

所述触摸显示屏，连接所述主控板，用于显示电网监控所需的信息，所述触摸显示屏集成有led指示灯；

所述主控板，是整个装置的核心，与所述电压采集板、所述电流采集板、所述数字输出板、所述数字输入板、所述通信板以及所述触摸显示屏连接，接收所述电压采集板、所述电流采集板传来的电压、电流数据；接收所述数字输入板传来的开入信号；向所述数字输出板发送控制信号；与所述通信板进行通讯数据的交互；向所述触摸显示屏发送显示内容。

本实用新型上述的各板卡采用通用模块化设计，可以根据实际监测需要，选配其中的一种或多种板卡，能最大限度的满足现场监测要求。

本实用新型进一步设置为，所述电压采集板、所述电流采集板，其与所述主控板的接口完全相同，根据监控所需的电压与电流的数量选配相应的电压采集板或电流采集板，均可以根据监控需要进行灵活选配。

本实用新型进一步设置为，所述数字输出板、所述数字输入板，其与所述主控板的接口完全相同，根据监控所需的开出与开入的数量选配相应的数字输出板或数字输入板，均可以根据监控需要进行灵活选配。

本实用新型进一步设置为，所述电压采集板及所述电流采集板，采用16位差分adc芯片。进一步的，所述adc芯片连接所述主控板内部的fpga控制器，由所述主控板内部的fpga控制器产生的采样时序控制全部电压及电流的同步采样。所述电流采集板还采用5p10录波专用电流互感器，用于可靠采集短路故障时的暂态电流信号。

本实用新型进一步设置为，所述主控板包括用于数据处理的arm与dsp双核处理器、用于控制时序的fpga控制器以及用于存储数据的存储器，所述arm与dsp双核处理器、所述fpga控制器、所述存储器均与所述电压采集板、所述电流采集板、所述数字输出板、所述数字输入板、所述通信板连接。

本实用新型进一步设置为，所述通信板为以下任一种通信板：

-支持rs232、rs485串行通讯的通信板；

-支持网络通讯的通信板，比如网络通讯支持常规rj45接口，也支持多模光纤接口。rj45接口或光纤接口都可以组成环网。

本实用新型进一步设置为，所述数字输入板包括全桥整流电路、光电隔离电路、脉冲去抖动电路，其中：

所述全桥整流电路，其输入端连接到电网自身的开入信号输出节点，输出端连接到光电隔离电路；所述全桥整流电路使所述数字开入板支持多种电压等级的开入信号，以及支持直流或交流开入信号；对直流信号，可以支持共阳极或共阴极开入信号；

所述光电隔离电路，其输入端连接全桥整流电路，输出端连接到脉冲去抖电路；所述光电隔离电路使所述数字开入板将外部开入信号与内部的电路实现电气隔离，防止外部干扰进入装置内部；

所述脉冲去抖动电路，其输入端连接光电隔离电路，输出端连接到所述主控板；所述脉冲去抖电路用于去掉外部开入信号中的干扰脉冲，防止由于干扰造成开入信号误采集。

本实用新型上述故障诊断测控综合一体化装置可以独立安装于各变电站监控点，实现对各点的就地实时监控，采用分布式组成。同时，采用dsp与arm双核处理器为数据处理的核心，fpga为控制时序核心，利用高精度16位差分adc采集器件、高速数据处理，可以实时得到现场的电流、电压、功率、电量等信息，并实时监测谐波、电压波动、闪变、功率和三相不平衡等常见的电能质量问题，为变电站安全监控提供可靠的支持。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型设计采用一体化、模块化硬件，设计合理、实用、稳定可靠性高，贴合现场控制要求，可以根据现场具体监控要求调整装置配置，整机运行稳定可靠，各系统显示精确，监测全面，符合在线监控的要求，对配电网故障诊断检测的准确性方面提供了有力和可靠保障。

本实用新型结构简单安全稳定，在现场监控单元设备相互独立，一个功能故障不会影响其它功能运行，系统充分考虑系统的冗余容错能力，具备完善的防雷和抗电磁场干扰及静电影响的能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一实施例中装置的外观示意图；

图2为本实用新型一实施例中装置的机箱及板卡分布位置示意图；

图3为本实用新型一实施例中装置的板卡连接原理图；

图4为本实用新型一实施例中装置的主控板与板卡工作原理图；

图5为本实用新型一实施例中装置的电压采集板结构图；

图6为本实用新型一实施例中装置的主控板结构图；

图7为本实用新型一实施例中装置的触摸显示屏结构图。

图中：机箱1、电压采集板2、电流采集板3、数字输入板4、数字输出板5、主控板6、通信板7、电源板8、插拔式组件9、触摸显示屏10、助拔和锁紧扣11、电压输入端子12、电压互感器13、arm与dsp双核处理器14、fpga控制器15、存储器16、连接插座17、18、led指示灯19。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1-4所示，为本实用新型一实施例中的故障诊断测控综合一体化装置的外观图、板卡配置图、板卡关系图，图中包括：机箱1，机箱1内设置有电压采集板2、电流采集板3、数字输入板4、数字输出板5、主控板6、通信板7和电源板8。机箱1外设置有用于锁紧的插拔式组件9。电压采集板2、电流采集板3、数字输入板4、数字输出板5、通信板7和电源板8在机箱1内部均连接到主控板6。电压采集板2的输入端连接电网自身的高压电压互感器，输出端连接主控板6；电流采集板3的输入端连接电网自身的高压电流互感器，输出端连接主控板6；数字输出板5连接主控板6；数字输入板4连接所监测的电网设备和主控板6；触摸显示屏10连接主控板6；主控板6是整个装置的核心，与电压采集板2、电流采集板3、数字输出板5、数字输入板4、通信板7以及触摸显示屏10连接；电源板8为整个装置提供工作电源。

电压采集板2用于采集电网监控所需的交流电压信号，交流电压信号来自电网自身的高压电压互感器，所采集的交流电压信号为模拟信号，经电压采集板2转换为数字信号后，直接传输到主控板6；电流采集板3用于采集电网监控所需的交流电流信号，交流电流信号来自电网自身的高压电流互感器，所采集的交流电流信号为模拟信号，经电流采集板3转换为数字信号后，直接传输到主控板6；数字输出板5用于输出电网监控所需数字控制信号，控制信号直接来自主控板，经数字输出板5电气隔离后直接输出；数字输入板4用于采集电网监控所需数字状态信号，状态信号来自所监测的电网设备，经数字输入板电气隔离后直接传输到主控板6；通信板7实现装置与电网自身的上级监控设备的通讯，通讯数据经通信,7直接传输到主控板6；电源板8为整个装置提供工作电源，经电源板8电气隔离及降压后，电源直接连接到主控板6、电压采集板2、电流采集板3、数字输出板5、数字输入板4、通信板7、触摸显示屏10；触摸显示屏10用于显示电网监控所需的信息，所显示数据直接来自主控板6，触摸显示屏10集成了led指示灯19，可以在触摸显示屏10处于节能屏保时，直观的显示出装置的运行状态。

作为本实用新型装置的核心部件，主控板6包括用于数据处理的arm与dsp双核处理器14、用于控制时序的fpga控制器15以及用于存储数据的存储器16，arm与dsp双核处理器14、fpga控制器15、存储器16均与电压采集板2、电流采集板3、数字输入板4、数字输出板5、通信板7和电源板8连接。fpga控制器15完成全部控制时序，包括电压电流采样时序、数字输入输出时序、通信时序；同时存储器16采用大容量内存及tf卡，用于协助全部数据的处理及存储数据。基于arm与dsp双核处理器14对采集数据的处理，主控板6可以实现包括但不限于以下功能：监测包括支路电流、电压、功率流向、电能质量、设备运行状态的实时数据；故障录波、功角检测、系统稳定监测、分级卸载功能；站内设备数据异常及故障预警；电网电参数异常检测提醒等。

如图1所示，在一具体实施例中，机箱1采用符合gb/t19520.12规定的机箱，整体面板，机箱1正面嵌有触摸显示屏10，背面采用带有锁紧功能的拔插式板卡，整体为嵌入式一体化结构，后接线方式，同类型板卡尺寸相同。各板卡从机箱1背面插入机箱1。

如图2、3、4所示，机箱内设置如下板件：电压采集板2(pt板)、电流采集板3(ct板)、数字输入板4(di板)、数字输出板5(do板)、主控板6(cpu板)、通信板7(com板)和电源板8(power板)等。这些板卡采用通用模块化设计，可以根据实际监测的需求来进行选择装配，每个板卡上都可以设置助拔和锁紧扣，与用于锁紧的插拔式组件9配合，方便板卡从机箱1中插入和拔出。

在具体实施例中，电压采集板2、电流采集板3采用16位差分adc芯片，结合fpga时序控制，实现电流、电压量的高速、同步采集。采样速率高达12.8kb/s，且全部信号全同步采集，完整还原真实的输入信号。采用10mbps光纤通讯接口，实时上传全数字的电压、电流信号，有效提高抗数据干扰能力，实现采样数据的光电隔离；电流采集板3电流采集部分采用高性能5p10录波专用ct，可靠采集短路故障时的暂态电流信号。

在具体实施例中，数字输入板4可以包括全桥整流电路、光电隔离电路、脉冲去抖动电路，其中：全桥整流电路的输入端连接到电网自身的开入信号输出节点，输出端连接到光电隔离电路，全桥整流电路使数字开入板支持多种电压等级的开入信号，以及支持直流或交流开入信号，对直流信号，可以支持共阳极或共阴极开入信号；光电隔离电路输入端连接全桥整流电路，输出端连接到脉冲去抖电路，光电隔离电路使数字开入板将外部开入信号与内部的电路实现电气隔离，防止外部干扰进入装置内部；脉冲去抖动电路输入端连接光电隔离电路，输出端连接到主控板；脉冲去抖电路用于去掉外部开入信号中的干扰脉冲，防止由于干扰造成开入信号误采集。该实施例中全桥整流电路、光电隔离电路、脉冲去抖动电路可以采用现有成熟电路实现。

如图5所示，电压采集板2采用180v/7.07v的电压互感器13。后背板宽度11te*5.08＝55.88mm，可放置16路电压互感器，与主控板6连接采用3*16＝48p欧的连接插座17，外部电压输入端子12采用3个6位的菲尼克斯绿色端子,额定电流12a,额定电压320v,位数6,间距5.08mm；并在电压采集板2的一侧设有助拔和锁紧扣11，方便该板件的插入和拔出。

电流采集板3采用100a/7.07v的电压型电流互感器。后背板宽度11te*5.08＝55.88mm。可放置16路电流互感器，与主控板6连接采用3*16＝48p欧的插座，外部接线端子采用12针的端子。

数字输入板4后背板宽度5te，与主控板6连接采用2*16＝32p欧插，外部接线端子采用2个16p针的绿色接线端子，针脚间距5.08mm。板上有两个指示灯：运行(绿)、故障(红)。

数字输出板5后背板宽度5te，与主控板6连接采用2*16＝32p欧插，外部接线端子采用2个14p针的绿色接线端子，针脚间距5.08mm。板上有两个指示灯：运行(绿)、故障(红)。

如图6所示，主控板6后背板宽度9te*5.08＝45.72mm，与其他板卡通过1个96p和1个128p欧的连接插座18连接，主控板6的边缘设置助拔和锁紧扣11。arm与dsp双核处理器14与fpga控制器15靠近设置，同时还设有存储器16。存储器16用于存储采集的数据以及主控板6的结果，包括：记录接地发生全过程的电流、电压、开关量等相关信号，便于后期对事故进行分析处理，用于对电压、频率、谐波等电能质量异常时的各电压、电流信号进行录波存储，便于查找电能质量异常原因，电能异常波形可以导出为标准comtrade格式，以便在第三方装置上查看。存储器16存储内容主要包括两部分：一个是历史数据部分，用户积累大量的历史数据；一个是数据库的冗余部分，用于存储少量的实时数据，从而达到既可以高效率地获取实时数据又能够提供历史数据分析或查询。

通信板7，后背板宽度7te*5.08＝35.56mm，与主控板连接采用1个96p欧插。

电源板8，后背板宽度9te*5.08＝45.72mm，与其他板卡连接采用1个48p欧插。

如图7所示，在一具体实施例中，触摸显示屏10采用嵌入式安装方式安装在机箱1前面板，触摸显示屏10由主控板6得到显示数据，可实时显示三相电压、电流、有/无功功率、有/无功电度、功率因数等主要电参数和运行状态等内容，比如实时显示各电源点的电压、电流、功率、电量，并可以实时显示各电压、电流信号的波形。一实施例中，触摸显示屏采用8英寸全触摸显示屏，实现人机交互操作、电源数据存储及查看、系统参数配置及电网状态实时显示。可实时显示电压、电流、功率、电量、谐波等信息并与变电站scada系统数据交换等功能。

上述装置采用分布式组成，通用模块化设计，且采用一体化结构，其中各板卡可以根据监测需要进行选配，整个组成方式灵活、可靠，扩展性强，适合各种规模电网电能监测，主要技术特点有：

1、采用arm+dsp双核核心主控板，计算速度快、数据处理能力强；采用高精度16位ad芯片，利用fpga控制，采样率高达12.8kb/s；能实现所有交流采样、信号量采集完全同步，保证波形记录的真实可靠；

2、单装置可以具备48路交流采样，可同时监控3段母线的相电压、零序电压，以及36个电流信号，电流信号可以配置为相电流或零序电流；单装置可以具备60路开入、40路开出，开出及开入均可灵活配置；交流信号可以灵活配为相电压、相电流、零序电压、零序电流，一套装置解决全站接地选线、电能质量分析、故障录波等；

3、通过设置保护监控，装置具备跳闸、轮切、后加速等动作方式，保证快速、准确的切除故障线路，防止事故进一步扩大；能够记录接地发生全过程的电流、电压、开关量等相关信号，便于后期对事故进行分析处理；能够对电压、频率、谐波等电能质量异常时的各电压、电流信号进行录波，便于查找电能质量异常原因。

4、支持irigb、sntp、通讯规约等对时方式，保证装置时间与系统一致；支持就地监控、web监控、scada通讯监控等多种监控方式。

本实用新型实施例通过上述人机交互的操作，结合具体的fpga、dsp和arm为核心的一体化硬件，设计合理、实用、稳定可靠性高，贴合现场控制要求，整机运行稳定可靠，各系统显示精确，监测全面，人机界面科学易懂，图形曲线清晰，符合在线监控的要求，对配电网故障诊断检测的准确性方面提供了有力和可靠保障。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。