专利名称：一种智能风电箱变保护测控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风电技术领域，特别涉及一种风力发电场箱式变压器智能保护测
控装置。
背景技术：
我国风电产业迅猛发展，对增加我国能源供应、调整能源结构和保护生态环境起到了积极作用。根据《风力发电机组异步发电机》(GB/T 19071.1-2003)中第3.6条关于发电机型式、基本参数及尺寸中规定:单速发电机的额定频率为50Hz，同步转速为1500r/min，额定电压(V)为400，690，1000，1500。目前国际上风力发电机组出口电压大部分是400V或690V。传统的变压器测控装置交流电压采集系统额定电压一般为100V。不能满足风力发电机组出口电压采集的要求。由于风力资源分布特殊原因，风电项目多在西北及沿海等自然条件相对恶劣的地方，冬天温度最低要到-40°C左右，而传统测控设备一般要求满足在_5°C低温正常运行。恶劣的环境使得常规的变压器测控设备在风电场内出现运行不稳定的情况。风力发电场箱式变压器的测控除了检测高、低压两则交流电量外，还需增加2 4路温度测量。另外非电量检测也比较多，如变压器重瓦斯、变压器轻瓦斯、过电压、油位异常等近20路非电量。而常规的变压器测控设备的模拟量采样通道，非电量检测通道都相对有限，若用于风力发电场箱式变压器的测控，需另外增加采样通道，增加硬件成本，甚至增加测控设备体积。另外，风电场风力发电机组的分布比较分散，信号远距离传输比较困难，传统通讯方式实现成本很高，因此，设计一种新型智能风电箱变保护测控装置，满足风电场恶劣环境运行要求及箱式变压器保护测控要注，并具有可靠通讯功能，具有积极意义。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种智能风电箱变保护测控装置，能直接采集风机出口 690V电压，稳定运行于_40°C 45°C的特殊环境。本实用新型智能风电箱变保护测控装置，它由中央处理模块1，电量信号采集模块
2、非电量采集模块3、出口执行模块4、存储模块5、通讯模块6、人机交互模块7及电源8构成，电量信号采集模块2、人机交互模块7、通讯模块6分别与中央处理模块I连接并实现双向通讯，非电量采集模块3的信号输入到中央处理模块1，中央处理模块I的信号输出到出口执行模块4。本实用新型智能风电箱变保护测控装置，所述中央处理模块I由32位嵌入式微控制器MCU构成，它还连接有大容量SRAM、FLASH存储模块5，大容量SRAM、FLASH存储模块5与32位嵌入式微控制器MCU连接并实现双向通讯。本实用新型智能风电箱变保护测控装置，所述交流电量信号采集模块2包括12路交流电量采集通道、两路温度采集通道和两路直流信号采集通道；所述12路交流电量采集通道是采集箱式变压器高压侧三相电压、三相电流和低压侧三相电压、三相电流的通道，采集到的电量信号分别输入电气隔离电路，电气隔离电路输出到滤波电路，滤波电路输出到运放电路，运放电路输出到通道扩展电路；两路温度采集通道采集热电阻PTlOO的信号分别输入电气隔离电路一 2-3，电气隔离电路一 2-3输出到滤波电路2-4，滤波电路2-4输出到运放电路2-5，运放电路2-5输出到三线制桥式测量电路2-6，三线制桥式测量电路输出到通道复用控制器2-7，通道复用控制器2-7输出到通道扩展电路2-8 ;两路直流信号采集通道采集温度变送器2-1输出的电量信号，如果温度变送器2-1输出是直流电流信号，直流电流信号输入到电流/电压(I/U)转换电路2-2，电流/电压(I/U)转换电路2-2输出到电气隔离电路一 2-3，电气隔离电路一 2-3输出到滤波电路2-4，滤波电路2-4输出到运放电路2-5，运放电路2-5输出到通道复用控制器2-7，通道复用控制器2-7输出到通道扩展电路2-8 ;如果温度变送器输出是直流电压信号，则不用经过电流/电压(I/U)转换电路2-2，温度变送器2-1输出直接输入接到电气隔离电路一 2-3 ;通道扩展电路2-8与模/数(A/D)转换电路2-9连接并实现双向通讯，模/数(A/D)转换电路2-9与中央处理模块I连接并实现双向通讯，中央处理模块I的信号输入到通道复用控制器2-7。本实用新型智能风电箱变保护测控装置，所述两路温度采集通道和两路直流信号采集通道共用AD采样通道，以乒乓式切换的方式分时采样。本实用新型智能风电箱变保护测控装置，所述非电量采集模块3包括20路非电量检测通道，采集到的信号输入到光电隔离电路，光电隔离电路输出到电平转换电路，电平转换电路输出到中央处理模块。 本实用新型智能风电箱变保护测控装置，所述出口执行模块4包括8个出口通道，中央处理模块I的信号输入到光电隔离电路，光电隔离电路输出到驱动电路，驱动电路输出到继电器执行出口电路，继电器执行出口电路输出到8个出口通道。本实用新型智能风电箱变保护测控装置，所述电源模块8提供5V电源、正负12V电源和24V电源，正负12V电源给运算放大器和通道扩展器供电，24V电源给继电器及其驱动电路供电。本实用新型智能风电箱变保护测控装置，所述通讯模块6设置有光纤接口 6-2、以太网接口 6-1、串口 6-3和GPS接口 6-4，光纤接口 6_2、以太网接口 6_1连接到电气隔离电路二 6-5，电气隔离电路二 6-5分别连接以太网控制器6-7和光纤转以太网控制器6-6，光纤转以太网控制器6-6与以太网控制器6-7连接，以太网控制器6-7与中央处理模块I连接并实现双向通讯，中央处理模块I与光纤转以太网控制器6-6实现双向通讯；串口和GPS接口的信号输入到光电隔离电路三6-8，光电隔离电路三6-8输出分两路，一路输出到中央处理模块，另一路输出到GPS解码器6-9，GPS解码器6-9输出到中央处理模块。本实用新型通过乒乓式切换通道的方式扩展采样通道，满足风电场中较多模拟量检测的测控要求。通过以太网转光纤模块扩展两个光纤接口，光纤接口与主干网相连，可组成自愈式光纤环型以太网。实时将各分散式风电场箱式变压器的信息传送至集控室，并集控室内发出的控制命令发送给箱式变压器，以完成对整个箱式变压器的保护及测控，具有测量精度高、电路简单、性能稳定的特点。
图1是本实用新型智能风电场箱式变压器保护测控装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。如图1所示，本实用新型智能风电场箱式变压器保护测控装置包括中央处理模块I (MCU)、电量信号采集模块2、非电量信号采集模块3、出口执行模块4、数据存储模块5、通讯模块6、人机交互模块7及电源8。电量信号米集模块2、人机交互模块7、通讯模块6分别与中央处理模块I连接并实现双向通讯，非电量采集模块3的信号输入到中央处理模块1，中央处理模块I的信号输出到出口执行模块4。所述的中央处理模块I由一个硬件功能强大的32位嵌入式微控制器MCU构成，它还连接有大容量SRAM、FLASH存储模块5，大容量SRAM、FLASH存储模块5与32位嵌入式微控制器MCU连接并实现双向通讯。32位嵌入式微控制器MCU和大容量RAM、FLASH存储芯片5共同组成功能强大的中央处理模块硬件平台，在此硬件平台上移植嵌入式实时操作系统，具有实时性高，数据处理、逻辑运算和信息存储能力强，运行速度快的特点。满足风力发电场箱式变压器各项工作保护和测控功能要求。所述的交流电量信号采集模块2接收一次电流互感器CT电流信号，一次电压互感器PT或风力发电机组出口电压信号。它包括12路交流电量采集通道、两路温度采集通道和两路直流信号采集通道；所述12路交流电量采集通道是采集箱式变压器高压侧三相电压、三相电流和低压侧三相电压、三相电流的通道，采集到的电量信号分别输入电气隔离电路一 2-3，电气隔离电路一 2-3输出到滤波电路一 2-4，滤波电路一 2-4输出到运放电路一2-5，运放电路一 2-5输出到通道扩展电路2-8，其中，交流电压采样通道可根据安装的匹配电阻不同，可直接采集最高690V交流电压。两路温度采集通道采集热敏电阻PT100的信号分别输入电气隔离电路一 2-3，电气隔离电路一 2-3输出到滤波电路2-4，滤波电路2-4输出到运放电路2-5，运放电路2-5输出到三线制桥式测量电路2-6，三线制桥式测量电路输出到通道复用控制器2-7，通道复用控制器2-7输出到通道扩展电路2-8，两路温度采集通道采用三线制桥式测量电路2-6，具有电路简单，能消除线路等效电阻的误差，精度高等特点。两路直流信号采集通道采集温度变送器2-1输出的电量信号，如果温度变送器2-1输出是直流电流信号，直流电流信号输入到电流/电压(I/U)转换电路2-2，电流/电压(I/U)转换电路2-2输出到电气隔离电路一 2-3，电气隔离电路一 2-3输出到滤波电路2-4，滤波电路2-4输出到运放电路2-5，运放电路2-5输出到通道复用控制器2-7，通道复用控制器2-7，输出到通道扩展电路2-8。如果温度变送器输出是直流电压信号，则不用经过电流/电压(I/U)转换电路2-2，温度变送器2-1输出直接输入接到电气隔离电路一 2-3。通道扩展电路2-8与模/数(A/D)转换电路2-9连接并实现双向通讯，模/数(A/D)转换电路2_9与中央处理模块I连接并实现双向通讯，中央处理模块I的信号输入到通道复用控制器2-7。两路直流采样通道根据焊接的元器件不同可测量温度变送器输出的标准0-5V直流电压或4-20mA直流电流。不仅节省通道且满足现场不同的测量需求。若输入信号为4-20mA，则首先经过电流/电压(I/U)转换电路2-2将电流转换成电压信号，便于测量。因为温度测量和直流采样实时性要求不高，为节省硬件资源，两路温度测量和两路直流采样共用两个通道。由通道复用控制器控制，采用分时复用原理，在第一个采样时刻两个通道传送温度测量信息，下一个采样时刻两个通道传送直流采样信息，往复地进行乒乓式切换以达到两个通道完成四组信号采样的功能。所有采样通道采集的电量信号均经过电气隔离，滤波处理，运算放大后通过通道扩展器接入一款只有4个通道的14位(A/D)模/数转换芯片，转换后的采样数据传入MCU进行处理。通道扩展器用于将A/D芯片的4个通道扩展成16个通道。降低了硬件成本，设计成本。所述的非电量采集模块3包括20路非电量检测通道3-1，采集到的信号输入到光电隔离电路一 3-2，光电隔离电路一 3-2输出到电平转换电路3-3，电平转换电路3-3输出到中央处理模块I。非电量采集模块3根据焊接的匹配电阻不同，可兼容24VU10V或220V的输入信号。当有非电量信号，如变压器重瓦斯、变压器轻瓦斯、油位异常等信号出现时，输入信号经光电隔离后送到电平转换电路，将电平转换为中央处理模块I可直接处理的电平送入中央处理模块I进行处理。所述的出口执行模块4包括8个出口通道4-1，中央处理模块I的信号输入到光电隔离电路二 4-4，光电隔离电路二 4-4输出到驱动电路4-3，驱动电路4-3输出到继电器执行出口电路4-2，继电器执行出口电路4-2输出到8个出口通道4-1。出口执行模块4选用性能可靠，负载容量大的继电器元件。当MCU根据采集的外部信息或总控制室发出的命令，需进行告警、跳闸等动作时，MCU发出动作信号，经光电隔离电路二 4-4后送入驱动电路4-3以驱动继电器执行相应的动作。非电量采集模块3和出口执行模块4均经过光电隔离后再与中央处理模块相连，提高了装置的电气隔离性能，使装置可靠运行。本实用新型智能风电场箱式变压器保护测控装置设计有功能完善的通讯接口模块6，根据使用需求灵活配置有光纤接口 6-2、以太网接口 6-1、串口 6-3和GPS接口 6_4，光纤接口 6-2、以太网接口 6-1连接到电气隔离电路二 6-5，电气隔离电路二 6-5分别连接以太网控制器6-7和光纤转以太网控制器6-6，光纤转以太网控制器6-6与以太网控制器6-7连接，以太网控制器与中央处理模块I连接并实现双向通讯，中央处理模块I与光纤转以太网控制器6-6实现双向通讯；串口和GPS接口的信号输入到光电隔离电路三6-8，光电隔离电路三6-8输出分两路，一路输出到中央处理模块1，另一路输出到GPS解码器6-9，GPS解码器6-9输出到中央处理模块I。光纤接口 6-2可与系统主干网组成自愈式光纤环网，简化了箱式变压器监控系统连线，满足风力发电场“少人值守”或“无人值守”的运行管理方式。装置通讯规约采用标准的IEC103/104规约，可方便地与升压变电站综自系统接入，解决了一般设备通讯规约大都对综合自动化不兼容问题。所述的人机交互模块7，包括按键7-2和液晶屏7-1。在必要时方便工作人员对装置进行功能设置，各项运行数据实时显示。人机交互模块通过数据、地址总线直接与MCU相连。所述的电源模块8提供5V电源、正负12V电源、24V电源。正负12V电源给运算放大器和通道扩展器供电，24V电源给继电器及其驱动电路供电。本实用新型装置通过采集箱式变压器的各种电量、非电量信号，对信号进行分析处理后，按设定逻辑判断箱式变压器工作状态、运行情况后给出相应的信息显示和出口执行信号，将相关信息传送至远方调度系统，或按远方调度系统下发的指令执行相应操作。本实用新型装置的交流电压采样通道，选用高精度电流型电压互感器结合外部设计的匹配取样电阻，运算放大电路等辅助电路，根据所需采集电压等级选用不同的匹配电阻，不需外接一次电压互感器(PT)，可直接测量100V、400V、690V电压。本实用新型装置的两路温度和两路直流采集通道，共用2个AD采样通道，以乒乓式切换的方式分时采样，以最少的硬件成本实现多路模拟量采集。
权利要求1.一种智能风电箱变保护测控装置，其特征在于:它由中央处理模块(1)，电量信号采集模块(2 )、非电量采集模块(3 )、出口执行模块(4 )、存储模块(5 )、通讯模块(6 )、人机交互模块(7)及电源(8)构成，电量信号采集模块(2)、人机交互模块(7)、通讯模块(6)分别与中央处理模块(I)连接并实现双向通讯，非电量采集模块(3)的信号输入到中央处理模块(I)，中央处理模块(I)的信号输出到出口执行模块(4)。
2.按权利要求1所述智能风电箱变保护测控装置，其特征在于:所述中央处理模块(I)由32位嵌入式微控制器MCU构成，它还连接有大容量SRAM、FLASH存储芯片(5)，大容量SRAM、FLASH存储芯片(5)与32位嵌入式微控制器MCU连接并实现双向通讯。
3.按权利要求1所述智能风电箱变保护测控装置，其特征在于:所述电量信号采集模块(2)包括12路交流电量采集通道、两路温度采集通道和两路直流信号采集通道；所述12路交流电量采集通道是采集箱式变压器高压侧三相电压、三相电流和低压侧三相电压、三相电流的通道，采集到的电量信号分别输入电气隔离电路一(2-3)，电气隔离电路一(2-3)输出到滤波电路(2-4)，滤波电路(2-4)输出到运放电路(2-5)，运放电路(2-5)输出到通道扩展电路(2-8);两路温度采集通道采集热电阻PTlOO的信号分别输入电气隔离电路一(2-3)，电气隔离电路一(2-3)输出到滤波电路(2-4)，滤波电路(2-4)输出到运放电路(2-5 )，运放电路(2-5 )输出到三线制桥式测量电路(2-6)，三线制桥式测量电路输出到通道复用控制器(2-7)，通道复用控制器(2-7)输出到通道扩展电路(2-8);两路直流信号采集通道采集温度变送器(2-1)输出的电量信号，如果温度变送器(2-1)输出是直流电流信号，直流电流信号输入到电流/电压(I/U)转换电路(2-2)，电流/电压(I/U)转换电路(2-2 )输出到电气隔离电路一(2-3 )，电气隔离电路一(2-3 )输出到滤波电路(2-4 )，滤波电路(2-4)输出到运放电路(2-5)，运放电路(2-5)输出到通道复用控制器(2-7)，通道复用控制器(2-7 )输出到通道扩展电路(2-8 );如果温度变送器输出是直流电压信号，则不用经过电流/电压(I/U)转换电路(2-2)，温度变送器(2-1)输出直接输入接到电气隔离电路一(2-3);通道扩展电路(2-8)与模/数(A/D)转换电路(2-9)连接并实现双向通讯，模/数(A/D)转换电路(2-9)与中 央处理模块(I)连接并实现双向通讯，中央处理模块(I)的信号输入到通道复用控制器(2-7)。
4.按权利要求3所述智能风电箱变保护测控装置，其特征在于:所述两路温度采集通道和两路直流信号采集通道共用AD采样通道，以乒乓式切换的方式分时采样。
5.按权利要求1所述智能风电箱变保护测控装置，其特征在于:所述非电量采集模块(3)包括20路非电量检测通道，采集到的信号输入到光电隔离电路一，光电隔离电路一输出到电平转换电路，电平转换电路输出到中央处理模块。
6.按权利要求1所述智能风电箱变保护测控装置，其特征在于:所述出口执行模块(4)包括8个出口通道，中央处理模块的信号输入到光电隔离电路二，光电隔离电路二输出到驱动电路，驱动电路输出到继电器执行出口电路，继电器执行出口电路输出到8个出口通道。
7.按权利要求1所述智能风电箱变保护测控装置，其特征在于:所述电源模块(8)提供5V电源、正负12V电源和24V电源，正负12V电源给运算放大器和通道扩展器供电，24V电源给继电器及其驱动电路供电。
8.按权利要求1所述智能风电箱变保护测控装置，其特征在于:所述通讯模块(6)设置有光纤接口(6-2)、以太网接口(6-1)、串口(6-3)和GPS接口(6_4)，光纤接口(6_2)、以太网接口(6-1)连接到电气隔离电路二(6-5)，电气隔离电路二(6-5)分别连接以太网控制器(6-7)和光纤转以太网控制器(6-6)，光纤转以太网控制器(6-6)与以太网控制器(6-7)连接，以太网控制器与中央处理模块连接并实现双向通讯，中央处理模块与光纤转以太网控制器实现双向通讯；串口和GPS接口的信号输入到光电隔离电路三(6-8)，光电隔离电路三(6-8)输出分两路，一路输出到中央处理模块，另一路输出到GPS解码器(6-9)，GPS解码器(6-9 )输出到中央处理模块。`
专利摘要本实用新型公开了一种智能风电箱变保护测控装置，它中央处理模块(1)，电量信号采集模块(2)、非电量采集模块(3)、出口执行模块(4)、存储模块(5)、通讯模块(6)、人机交互模块(7)及电源(8)构成，电量信号采集模块、人机交互模块、通讯模块分别与中央处理模块连接并实现双向通讯，非电量采集模块的信号输入到中央处理模块，中央处理模块的信号输出到出口执行模块。本实用新型通过采集风力发电场箱式变压器的电压电流及非电量信号，根据信号执行相应动作，实现对风力发电场箱式变压器的各种保护测控功能。
文档编号G05B19/418GK202929471SQ20122069375
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者郑锐艺, 刘海锋, 王健 申请人:广西星宇智能电气有限公司