一种二次设备在线监测与分析装置的制作方法

本发明涉及智能化变电站，具体涉及一种二次设备在线监测与分析装置。

背景技术：

目前，电力系统变电站主要通过人工巡视、离线实验、带电检测等方式获得电力设备的状态信息，根据测试方案进行设备状态评估，判断设备状态是否异常，并预判设备的故障情况，这对进一步精准监控并掌握设备状态造成了巨大的制约。

电力二次设备的稳定可靠运行是保障电力安全和维持电力系统稳定的基本条件，保证其稳定性和可靠性对整个电力系统而言是至关重要的。不论是从减少维护开销、节约资源成本还是从保障电力系统可靠运行的角度来看，针对电力二次设备的检修、维护策略升级都是非常必要的。

因此，电力系统迫切需要实现变电站故障录波及保护信息的智能管理，集录波装置和继电保护故障信息管理功能于一身，并进行功能融合与提升，实现智能上传，为本地区变电站一二次设备安全可靠运行管理提供有力工具。同时变电站内未纳入调度系统的其他二次设备，如防火及安防系统、变电站环境监测系统也需要实现在线监测，纳入变电站二次设备在线监测与分析的大数据系统，真正要能实现状态可视化、控制网络化、分析智能化。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种二次设备在线监测与分析装置。

本发明采用的技术方案为：一种二次设备在线监测与分析装置，包括控制板、电源板、接口板、综合处理板、输出板；所述控制板分别连接电源板、接口板、综合处理板、输出板；所述电源板分别连接电源板、接口板、综合处理板、输出板；所述接口板分别连接电源板、综合处理板、输出板；

电源板：将交流220v转换为直流12v，连接到接口板，为装置其他各板提供电源；

接口板：连接电源板、综合处理板、输出板，其中综合处理板、输出板和控制板连接为一个插箱，使整个装置各板卡成为一个整体；

综合处理板：与接口板相连，连接12v电源送给控制板；接收外部光纤信号，转换后送给控制板，完成对时功能；将控制板信号与接口板连通，驱动装置显示屏；将控制板送出的告警信号通过接口板转发给输出板；

控制板：完成若干个网口通信、业务数据处理、vga显示驱动、串口控制台、对时和告警处理；

输出板：连接接口板告警信号，转换为告警输出。

进一步地，所述控制板包括cpu电路、rs232电平转换电路、看门狗电路、综合板连接电路、cpu网口电路、网络交换电路、扩展网络收发电路、主板电源电路、内存电路；主板电源电路分别连接cpu电路、rs232电平转换电路、看门狗电路、综合板连接电路、cpu网口电路、网络交换电路、扩展网络收发电路、内存电路。

更进一步地，所述电源板包括ac-dc转换电路、失电信号电路、电源接口电路；电源接口电路分别连接ac-dc转换电路、失电信号电路。

更进一步地，所述ac-dc转换电路包括电源转换模块pwr1、pwr2，电感b1、b2、b5、b6，稳压管d1、d2、d6、d7；电感b1和b2并联；稳压管d1、d2并联后，正极连接并联的电感b1和b2，负极连接电源vcc_ab；并联的电感b1和b2另一端连接电源转换模块pwr1的输出端；电源转换模块pwr1的输入端分别连接端子con1和con2；电感b5和b6并联；稳压管d6、d7并联后，正极连接并联的电感b5和b6，负极连接电源vcc_ab；并联的电感b5和b6另一端连接电源转换模块pwr2的输出端。

更进一步地，所述失电信号电路包括瓷片电容c473，第一电容c1，第三电阻r3，第四电阻r4，瞬态抑制二极管d3；瓷片电容c473一端连接电源vcc_a2，一端连接电源vcc_a11，另一端连接地；第一电容c1一端连接电源vcc_a11，另一端连接地；第三电阻r3一端连接电源vcc_a11，另一端连接第四电阻r4；瞬态抑制二极管d3跨接于第四电阻r4的两端。

更进一步地，所述电源接口电路包括端子j_p1a、j_p1b、j_p1c，端子j_p1a、j_p1b、j_p1c互相连接。

更进一步地，所述接口板包括插板接口、显示屏接口。

更进一步地，所述综合处理板包括接口电路、电源转换电路、光纤信号接入电路、485信号转换电路、信号转换电路、对时扩展电路、对时及告警电路、显示屏接口电路；所述电源转换电路分别连接接口电路、光纤信号接入电路、485信号转换电路、信号转换电路、对时扩展电路、对时及告警电路、显示屏接口电路；所述接口电路分别连接电源转换电路、光纤信号接入电路、485信号转换电路、信号转换电路、对时扩展电路、对时及告警电路、显示屏接口电路。

更进一步地，所述输出板包括电源输入电路、第一告警输出电路、第二告警输出电路、输出端子电路；输出端子电路分别连接电源输入电路、第一告警输出电路、第二告警输出电路；电源输入电路连接第一告警输出电路。

本发明的优点：

本发明的二次设备在线监测与分析装置通过电力数据通信网络（或专线）联接网、省调度中心的主站。实现了继电保护运行、管理和电网故障处理的网络信息化、自动智能化，达到为调度员安全、准确、迅速处理电网事故提供信息支持与决策参谋；为继保人员对保护、安全自动装置及故障录波器的动作行为分析和现代化运行管理提供必要的支持。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的原理框图；

图2是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的控制板原理框图；

图3是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的电源板的ac-dc转换电路原理图；

图4是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的电源板的失电信号电路原理图；

图5是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的电源板的电源接口电路原理图；

图6是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的综合处理板的接口电路原理图；

图7是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的综合处理板的电源转换电路原理图；

图8是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的综合处理板的光纤信号接入电路原理图；

图9是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的综合处理板的485信号转换电路原理图；

图10是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的综合处理板的信号转换电路原理图；

图11是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的输出板的电源输入电路原理图；

图12是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的输出板的第一告警输出电路原理图；

图13是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的输出板的第二告警输出电路原理图；

图14是本发明实施例的一种二次设备在线监测与分析装置的输出板的输出端子电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，如图1所示的一种二次设备在线监测与分析装置，包括控制板、电源板、接口板、综合处理板、输出板；所述控制板分别连接电源板、接口板、综合处理板、输出板；所述电源板分别连接电源板、接口板、综合处理板、输出板；所述接口板分别连接电源板、综合处理板、输出板；

电源板：将交流220v转换为直流12v，连接到接口板，为装置其他各板提供电源；

接口板：连接电源板、综合处理板、输出板，其中综合处理板、输出板和控制板连接为一个插箱，使整个装置各板卡成为一个整体；

综合处理板：与接口板相连，连接12v电源送给控制板；接收外部光纤信号，转换后送给控制板，完成对时功能；将控制板信号与接口板连通，驱动装置显示屏；将控制板送出的告警信号通过接口板转发给输出板；

控制板：完成若干个网口通信、业务数据处理、vga显示驱动、串口控制台、对时和告警处理；控制板的cpu型号为at91rm9200/qfp208。

输出板：连接接口板告警信号，转换为告警输出。

参考图2，如图2所示，所述控制板包括cpu电路、rs232电平转换电路、看门狗电路、综合板连接电路、cpu网口电路、网络交换电路、扩展网络收发电路、主板电源电路、内存电路；主板电源电路分别连接cpu电路、rs232电平转换电路、看门狗电路、综合板连接电路、cpu网口电路、网络交换电路、扩展网络收发电路、内存电路。

参考图3至图5，如图3至图5所示，所述电源板包括ac-dc转换电路、失电信号电路、电源接口电路；电源接口电路分别连接ac-dc转换电路、失电信号电路。

参考图3，如图3所示，所述ac-dc转换电路包括电源转换模块pwr1、pwr2，电感b1、b2、b5、b6，稳压管d1、d2、d6、d7；电感b1和b2并联；稳压管d1、d2并联后，正极连接并联的电感b1和b2，负极连接电源vcc_ab；并联的电感b1和b2另一端连接电源转换模块pwr1的输出端；电源转换模块pwr1的输入端分别连接端子con1和con2；电感b5和b6并联；稳压管d6、d7并联后，正极连接并联的电感b5和b6，负极连接电源vcc_ab；并联的电感b5和b6另一端连接电源转换模块pwr2的输出端。

参考图4，如图4所示，所述失电信号电路包括瓷片电容c473，第一电容c1，第三电阻r3，第四电阻r4，瞬态抑制二极管d3；瓷片电容c473一端连接电源vcc_a2，一端连接电源vcc_a11，另一端连接地；第一电容c1一端连接电源vcc_a11，另一端连接地；第三电阻r3一端连接电源vcc_a11，另一端连接第四电阻r4；瞬态抑制二极管d3跨接于第四电阻r4的两端。

参考图5，如图5所示，所述电源接口电路包括端子j_p1a、j_p1b、j_p1c，端子j_p1a、j_p1b、j_p1c互相连接。

所述接口板包括插板接口、显示屏接口。

所述综合处理板包括接口电路、电源转换电路、光纤信号接入电路、485信号转换电路、信号转换电路、对时扩展电路、对时及告警电路、显示屏接口电路；所述电源转换电路分别连接接口电路、光纤信号接入电路、485信号转换电路、信号转换电路、对时扩展电路、对时及告警电路、显示屏接口电路；所述接口电路分别连接电源转换电路、光纤信号接入电路、485信号转换电路、信号转换电路、对时扩展电路、对时及告警电路、显示屏接口电路。

参考图6，如图6所示，为接口电路；

参考图7，如图7所示，为电源转换电路；

参考图8，如图8所示，为光纤信号接入电路；

参考图9，如图9所示，为485信号转换电路；

参考图10，如图10所示，为信号转换电路。

参考图11至图14，如图11至图14所示，所述输出板包括电源输入电路、第一告警输出电路、第二告警输出电路、输出端子电路；输出端子电路分别连接电源输入电路、第一告警输出电路、第二告警输出电路；电源输入电路连接第一告警输出电路。

电源板：将交流220v转换为直流12v，连接到接口板，为装置其他各板提供电源；

接口板：连接电源板、综合处理板、输出板，其中综合处理板、输出板和控制板连接为一个插箱，使整个装置各板卡成为一个整体；

综合处理板：与接口板相连，连接12v电源送给控制板；接收外部光纤信号b码，转换后送给控制板，完成对时功能；将控制板信号与接口板连通，驱动装置显示屏；将控制板送出的告警信号通过接口板转发给输出板；

控制板：完成若干个网口通信、业务数据处理、vga显示驱动、串口控制台、对时和告警处理；

输出板：连接接口板告警信号，转换为告警输出。

整个装置系统主要完成保护、录波器设备的信息采集、处理、分析、存储及信息转发，是一套高可靠、高稳定、分布及实时性数字式故障信息系统,系统总体特点如下：

该硬件体系采用了性能高、工作稳定的嵌入式体系的硬件系统。

以分布式为设计理念,支持串口、以太网口、lonwork、can总线、gps软，硬对时、多路开关量输入输出等符合国际标准的通信接口。

具有强大的、完善的自诊断和自恢复能力。

支持热插拔。

完成实时多路采集、多种分析、多路转发的功能要求。

该软件体系以标准化、模块化、插件化为设计思想。

以面向对象方式建立通用的数据模型及通信服务平台,以解决不同厂家、不同型号、不同通信模式的保护及录波器的无缝接入问题。

以完备、开放、选择、可扩展为设计理念，满足目前的电力系统要求及未来数字化变站的发展方向。

该系统以简单操作为基础，以工程化为目的。

提供了使用方便、操作性强的建模工具。让技术人员入门更简单、解决问题更快、工程调试时间更短、人为操作错误更少；用户能在更短时间、更优操作途径、更直观的操作模式来完成任何操作。

具有先进的故障分析模块，为未来的专家系统做出了更进一步地诠释。

直观的三维分析代替传统的二维分析。

提供了最新、最全的故障分析算法。

提供了更规范、更方便、更美观的故障分析报告。

提供了新算法接入扩展模块。

具有先进的、方便的界面操作模式。

采用触摸屏技术。

将触摸显示屏集中于装置中,使整套系统更加现代、集中、方便、简洁。

系统信息处理方面体现了完备性、开放性、先进性：

子站负责采集所有接入本系统的外部设备的信息，并完备地保存在本地。

子站系统具有开放性结构，当有新型设备接入系统时，只需增加新的驱动软插件即可，而不需修改整个系统的处理过程。

采集的信息必须经过本地智能预处理，系统将只把经过滤后的信息上传，从而实现信息传输和处理的有效性。

系统在信息传输方面体现了快速性、层次性、可靠性、适应性：

电力系统发生故障后，系统对信息的处理是分层次的，即按照故障简况、保护事件、soe、故障详细波形的顺序分层次进行数据处理及向远方传送。

本系统利用独有的“断点续传”（instantresuming™）技术，使得信息传输非常可靠。

本系统可以利用多种传输介质，如公共电话网、微波电话网、专线、双绞线以及光纤网、2m专用网、数据网等等。

系统在故障分析方面体现了智能性：

具有专家系统模块。利用知识库和推理机，综合判断故障设备和故障类型，并进行继电器动作行为分析。

利用专家经验、网络拓扑知识、故障信息等，判断故障设备和及故障类型，评判保护装置和开关动作情况在线分析，将在线分析的相关结果以标准格式输出至文件或打印。

系统具有强大设备接入能力：

系统已经接入国内外不同阶段、不同时间的保护及录波器装置。

系统支持接入≥255台的保护及录波器装置。

系统支持接入目前国内所有的主站调度。

系统支持接入目前国内所有的综自。

系统具有远程维护功能，用户可以在调度端根据用户级别完成远程维护功能。

系统具有自动远程升级功能，当用户的要求及软件功能发生变化时，如果在子站端在数据网内指定文件服务器，子站可以根据升级级别自动完成子站软件的升级。

本装置硬件体系：

采用嵌入式硬件技术，去掉了以前采用工控机方式故障信息子站系统中可靠性较薄弱的环节：如带转动的硬盘和cpu风扇。使得子站系统的可靠性和稳定性得到了大大的提高。

采用分布式多cpu结构，各智能模块之间相互独立运行、互不影响（即使系统中某个智能模块出现问题时也不影响其他模块的正常运行），使得系统的功能扩展和容量扩充非常方便，且在功能扩展和容量扩充过程中不影响原有系统的正常运行（各智能模块具有带电热拔插功能）。

故障信息子站系统数据采用多级存储方式，充分保证了数据的可靠性：各智能采集模块上具有的大容量flash为第一级数据存储器；数据处理转发模块上的大容量cf卡为第二级数据存储器；硬盘（硬盘对子站系统来说不是必须的，是可选的）为长时间、大容量保存数据的第三级数据存储器。

故障信息子站系统采用linux嵌入式操作系统,操作系统可裁剪、可定制，操作系统占用空间小,与应用程序结合后可直接固化到芯片中运行，因此软件的可靠性高、抗干扰能力强，也正因为软件固化在芯片中运行，从本质上解决了防止病毒和黑客攻击的问题。

采用了高可靠性网络协议栈，这样大大提高了网络数据的实时性和流量，同时有效地防止了网络的恶意入侵。保证了装置的安全可靠地运行。

采用工业级以太网交换机，（抑制网络风暴）需满足变电站电磁兼容标准，10/100m自适应，rj45接口，不少于24口。采用无阻塞配置的结构设计,保证满配置时能以线速接收帧，并能无延迟地处理。采用分布式交换处理结构，所有接口模块均具有本地自主交换的能力。宜具备实时镜像功能和支持snmp协议。采用直流供电方式。工作环境温度要求：-5～700c。

采用分布、分功能设计，采用插板模式，无限扩展。能根据现场具体情况灵活配置串口、以太网、gps、开关量等接口。

具有较强大的、完善的自诊断和自恢复功能,通过“系统狗”、“硬件狗”来完成系统极端情况下的自恢复功能。

本装置软件体系：

61850设计理念

故障信息子站系统软件按照iec61850思想进行数据建模(7-1至7-4)、数据服务(8-1acsi)，并且支持间隔层与系统层的mms规约，完全满足数字化变电站的需求。

先进的软件构架思想

故障信息子站系统软件采用分层、分布式模块化的设计思想，通信规约设计成驱动插件方式，满足“即选即用”或“在线组态”的要求，可以很方便的实现通信规约的更换和升级。

强大的多路转发功能

故障信息子站系统有强大的硬件平台，可以向≥8个主站传送信息及处理来自主站的相关功能操作。

实时的信息处理功能

故障信息子站系统采用多线程、多任务处理方式，实时采集、处理、转发所有保护、故障录波数据。

信息优先级分类传输方式

故障信息子站系统可按信息的重要程度对保护装置上传的数据分类优先级传送，把重要数据优先传送至主站。一般来说，与事故有直接关系的重要信息优先级高，与事故有直接关系的次要信息的优先级次之，与事故有间接关系的信息优先级再次之,这样可以让用户最关心的信息在最短的时间内获取,便于故障分析。

同步显示、同步存储功能

故障信息子站系统在传输大型波形文件时，本系统利用独有的“即时绘”（instantplotting™）技术，能在传输的同时显示波形，而不必等待全部传输完毕；

可靠、快速的断点续传功能

故障信息子站系统“断点续传”（instantresuming™）技术，使得信息传输非常可靠。

有效的信息定制功能

故障信息子站系统还可以设定数据过滤规则，在数据上传时过滤掉无关或不重要的数据。用户可预先订制在电力系统发生故障时所需上传到主站的信息内容。

智能过滤功能

故障信息子站系统还可以设置智能过滤，根据变电站的是否发生故障来进行故障信息的传送，这样可以减少网络流量，将海量的无关信息不用上送到调度系统，这样可能让用户在最短的时间内获取故障情况。

强大的设备状态功能

故障信息系统可以根据变电站、电压等级、线路、装置设置运行、检修、点表核对等不同状态，实现信息点的是否保存及是否向多个调度的传送信息。

简单人机界面功能

具有友好的人机界面。可以很方便、快捷地完成信息组态、建模等功能。

直观的告警输出功能

具有独立的运行指示和告警输出灯。同时还具有lcd显示,可以直观地判断设置的运行状态及电网运行状态。

强大的实时信息监视功能

可以完成远方命令监视、当前系统运行状态监视、各通信口报文的监视、系统的运行参数监视(cpu占用率、内存显用率等)、装置运行处理数据过程监视等。

全面的信息模板库

子站系统具有目前国、内外非常全面的装置信息模板库，工程人员及用户只需要根据现场装置型号、装置版本、地区就可以方便地在模板库中快速地获取装置的信息点表。

国内领先的波形分析

将传统的二维分析升级为更为直观的三维分析系统，并提供了目前最新、最全的故障分析算法,如双端测距、向量分析、谐波分析等为满足电力系统的不断发展，并提供了相应的扩展接口及新算法处理脚本，

系统具有强大设备接入能力

目前接入主站规约≥20个

目前开发的规约≥150个

智能的软件自恢复功能

系统可以通过“软件狗”实时监视软件及线程的运行状态,一旦发现某个软件或线程”死掉”,“软件狗”将会自动恢复其运行状态。

数据存储的多样性

系统提供了的ftp、nfs等协议，只要在本系统设置相关的协义及服务器地址，电网一旦发生故障，系统将会将相关的波形及其它数据同时保存到不同的服务器上。其中包括目前变电站使用的网络存储器。

系统支持冗余模式

系统支持双机双网、单机双网等不同网络结构模式，当一台故障时，可以实现无扰动、无缝切换,不丢失数据。

系统支持svg、scd建模

系统支持标准的svg图形及scd文件的建模工具，能与主站共享变站模型数据，可以方便地实现此类数据及信息的共享。

主子站通信流量控制功能

由于目前的子站系统与其它的自动化装置共享数据网，并且很多电网公司增加了纵向加密装置，因此本系统可以针对不同的地区网络进行流程控制功能。通过人机界面设置延时及数据包大小来解决这些问题。

本发明的二次设备在线监测与分析装置通过电力数据通信网络（或专线）联接网、省调度中心的主站。实现了继电保护运行、管理和电网故障处理的网络信息化、自动智能化，达到为调度员安全、准确、迅速处理电网事故提供信息支持与决策参谋；为继保人员对保护、安全自动装置及故障录波器的动作行为分析和现代化运行管理提供必要的支持。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。