一种箱式变压器智能测控装置及其控制系统的制作方法

本发明涉及涉及变电站监测设备技术领域，具体涉及一种箱式变压器智能测控装置及其控制系统。

背景技术：

现有技术中的箱式变压器(以下简称箱变)智能测控装置主要是采用南瑞集团与南自集团的箱变保护测控装置，该装置包含6个电压和6个电流采集口；20路开关量输入口；8路继电器输出口；两路以太网通讯；两路rs485通讯；3路非电量采集口(2路pt100,1路4-20ma)；led宽温显示器。将箱变里面的信号线，例如重瓦斯、轻瓦斯信号线接到箱变保护装置的背面。

现有技术中的箱变智能测控装置的缺点在于：

1、通讯方式有串口(485)、网口(以太网)、光口，但是光口不能作为光电交换机来使用，必须在对端再安装一台光电设备才能够进行数据传输。这样会增加成本。

2、现有装置没有事故追忆功能，无法查询故障信息。

3、现有装置的通讯协议不全面，有的是104规约，有的是103规约，有的是modbus规约，没有统一。

4、cpu插件的抗干扰能力差。

5、工作电流只有220v交流。

6、ct二次值只有5a。

7、开入端子只有24路，不利于扩展。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种箱式变压器智能测控装置及其控制系统，以提高测控装置的cpu插件的抗干扰能力。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种箱式变压器智能测控装置，包括：采用多层印制板及表面贴装工艺制作的cpu插件，所述cpu插件包括：数字量输入通道、数字量输出通道、模拟量输入通道、主数据缓冲单元及分别与所述主数据缓冲单元连接的实时时钟、dsp芯片、flah芯片和串行eeprom芯片，其中，

所述数字量输入通道包括依次连接的第一光电隔离单元和第一数据缓冲单元，所述第一数据缓冲单元的输出端与所述主数据缓冲单元连接；所述数字量输出通道包括依次连接的数据锁存单元和第二光电隔离单元，其中，所述数据锁存单元的输入端与所述主数据缓冲单元连接；所述模拟量输入通道包括依次连接的低通滤波单元、信号采样单元、模数转换单元和第二数据缓冲单元，所述第二数据缓冲单元的输出端与所述主数据缓冲单元连接。

优选地，所述箱式变压器智能测控装置，还包括交流输入插件，所述交流输入插件的输出端与所述cpu插件连接；

所述交流输入插件包括三相电压输入端和三相电流输入端，所述三相电压输入端连接有小pt输入变换单元，所述三相电流输入端连接有小ct输入变换单元；所述小pt输入变换单元和小ct输入变换单元的输出端连接有低通滤波单元；所述低通滤波单元的输出端依次连接有信号采样单元、模数转换单元和频率跟踪采样单元；所述低通滤波单元的输出端还连接有方波生成单元，所述方波生成单元的输出端通过cpu输入口与所述cup插件连接。

优选地，所述箱式变压器智能测控装置，还包括电源插件，所述电源插件外接220v直流电或220v交流电，输出+5v、±12v和+24v三组直流电源，其中，

所述+5v用于为所述箱式变压器智能测控装置内部的计算机系统供电，±12v为所述箱式变压器智能测控装置内部的数据采集系统供电，+24v用于驱动所述箱式变压器智能测控装置内部的继电器。

优选地，所述箱式变压器智能测控装置最多有40路开入量，标配24路；

所述箱式变压器智能测控装置共有3路直流量输入，任意一路可配置为4～20ma电流输入或pt100电阻测温输入；其中，所述pt100电阻测温范围为-50℃～+200℃，精度为±1℃。

优选地，所述箱式变压器智能测控装置采用标准1/319英寸6u机箱；所述机箱采用背插式结构，包括机箱主体和设置在所述机箱主体前部的显示屏。

优选地，所述机箱还包括设置在所述显示屏下方的按键模组，所述按键模组包括：上移光标键、下移光标键、左移光标键、右移光标键、增加光标所在行列键、减少光标所在行列键、确认键、取消键和复位键。

优选地，所述机箱主体的背部采用分面板结构，包括：模拟量插件面板、cpu插件面板、开入插件面板和电源插件面板；

所述模拟量插件面板上设置有a端子和b端子，所述a端子为电流输入端子，b端子为电压和直流输入端子；

所述cpu插件面板上设置有四个运行指示灯，分别为运行指示灯、异常指示灯、跳闸指示灯和告警指示灯；

所述开入插件面板满配32路开入，可选配16路开入；

所述电源插件面板上设置有g接口端子和h接口端子，所述g接口端子为8路遥信接入端子，h接口端子为6路继电器输出端子、工作电源接入端子和电源接地端子。

一种箱式变压器智能测控装置的控制系统，包括：

实时信息模块，用于显示实时刷新的测量值、计算值以及状态量；所述实时信息模块里显示的各量的相角均是以ua相角为0作为基准的，超前ua时显示的角度范围为[0°，180°]，滞后时为(180°，360°)；

系统参数模块，用于显示和修改系统参数；

保护定值模块，用于显示相过流保护参数、零序过流保护参数、电压保护参数、频率保护参数和非电量保护参数；

调试工具模块，用于交流校准、直流校准、开出传动和报告清除；

软件参数模块，用于显示监控软件和保护软件的版本号和校验码。

优选地，所述实时信息模块包括：一次测量值模块、二次测量值模块、电度累计模块、直流测量值模块和装置状态模块；

所述系统参数模块包括：tatv参数模块、直流类型模块、遥信参数模块、电度参数模块、通信参数模块、出口配置模块、保护功能配置模块、以太网a参数模块、以太网b参数模块、系统时间模块和保存参数模块；

所述保护定值模块包括：相过流保护模块、零序过流保护模块、电压保护模块、频率保护模块、非电量保护模块和保存定值模块。

优选地，所述调试工具模块包括：交流自动校准模块、交流手动校准模块、直流校准模块、出口传动模块和报告清除模块；

所述软件参数模块包括：装置型号模块、dsp软件参数模块和mmi软件参数模块。

本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置，cpu插件采用了多层印制板及表面贴装工艺，大大提高装置的可靠性及抗电磁干扰能力。cpu插件为高性能的dsp芯片，它兼具高效率数字信号处理能力和mcu的实时控制能力，工作频率为168mhz，可提供1.25dmips/mhz的性能，达到了0.06mw/mhz能效比，支持并行处理。片内集成了相当容量的flash、ram以及丰富的i/o模块，并具有多个带输入捕捉的定时器，中断管理功能强大。片外扩展了一片1m字节flash、32kx8位串行eeprom以及两片以太网控制器，运行速度快。

另外，本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置及其控制系统，相比现有技术，通讯方式有串口(485)、网口(以太网)、光口，但是光口可以作为光电交换机来使用，降低了成本。本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置，具有事故追忆功能，可以存储故障信息。本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置，通讯协议包括104规约、103规约、modbus规约，可以为各种上位机上传数据。工作电流既有220v交流又有220v直流。ct二次值既有5a也有1a。开入端子只有40路，有利于扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种箱式变压器智能测控装置的cpu插件的电路示意框图；

图2为本发明一实施例提供的一种箱式变压器智能测控装置的交流输入插件的电路示意框图；

图3为本发明一实施例提供的一种箱式变压器智能测控装置的机箱的整体结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种箱式变压器智能测控装置的控制系统的示意框图；

图5为本发明一实施例提供的过流i段保护的逻辑框图；

图6为本发明一实施例提供的零序电流保护的逻辑框图；

图7为本发明一实施例提供的过电压保护的逻辑框图；

图8为本发明一实施例提供的低电压保护的逻辑框图；

图9为本发明一实施例提供的过频率保护的逻辑框图；

图10为本发明一实施例提供的低频率保护的逻辑框图；

图11为本发明一实施例提供的pt断线检测的逻辑框图；

图12为本发明一实施例提供的ct断线检测的逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

参见图1，本发明一实施例提供的一种箱式变压器智能测控装置，包括：采用多层印制板及表面贴装工艺制作的cpu插件，所述cpu插件包括：数字量输入通道1、数字量输出通道2、模拟量输入通道3、主数据缓冲单元12及分别与所述主数据缓冲单元12连接的实时时钟4、dsp芯片5、flah芯片6和串行eeprom芯片7，其中，

所述数字量输入通道1包括依次连接的第一光电隔离单元10和第一数据缓冲单元11，所述第一数据缓冲单元11的输出端与所述主数据缓冲单元12连接；所述数字量输出通道2包括依次连接的数据锁存单元21和第二光电隔离单元22，其中，所述数据锁存单元21的输入端与所述主数据缓冲单元12连接；所述模拟量输入通道3包括依次连接的低通滤波单元31、信号采样单元32、模数转换单元33和第二数据缓冲单元34，所述第二数据缓冲单元34的输出端与所述主数据缓冲单元12连接。

由上述技术方案可知，本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置，cpu插件采用了多层印制板及表面贴装工艺，大大提高装置的可靠性及抗电磁干扰能力。cpu插件为高性能的dsp芯片，它兼具高效率数字信号处理能力和mcu的实时控制能力，工作频率为168mhz，可提供1.25dmips/mhz的性能，达到了0.06mw/mhz能效比，支持并行处理。片内集成了相当容量的flash、ram以及丰富的i/o模块，并具有多个带输入捕捉的定时器，中断管理功能强大。片外扩展了一片1m字节flash、32kx8位串行eeprom以及两片以太网控制器，运行速度快。

参见图2，优选地，所述箱式变压器智能测控装置，还包括交流输入插件，所述交流输入插件的输出端与所述cpu插件连接；

所述交流输入插件包括三相电压输入端8和三相电流输入端9，所述三相电压输入端8连接有小pt输入变换单元81，所述三相电流输入端9连接有小ct输入变换单元91；所述小pt输入变换单元81和小ct输入变换单元91的输出端连接有低通滤波单元82；所述低通滤波单元82的输出端依次连接有信号采样单元83、模数转换单元84和频率跟踪采样单元85；所述低通滤波单元的输出端还连接有方波生成单元86，所述方波生成单元86的输出端通过cpu输入口87与所述cup插件连接。

优选地，所述箱式变压器智能测控装置，还包括电源插件，所述电源插件外接220v直流电或220v交流电，输出+5v、±12v和+24v三组直流电源，其中，

所述+5v用于为所述箱式变压器智能测控装置内部的计算机系统供电，±12v为所述箱式变压器智能测控装置内部的数据采集系统供电，+24v用于驱动所述箱式变压器智能测控装置内部的继电器。

需要说明的是，+5v、±12v和+24v三组直流电源均不共地，且采用浮地方式，同外壳不相连。

所述箱式变压器智能测控装置共有两个接地点：机箱接地点及电源板接地点h18，实际使用时应该将这两个接地点可靠接入大地。

优选地，所述箱式变压器智能测控装置最多有40路开入量，标配24路；

所述箱式变压器智能测控装置共有3路直流量输入，任意一路可配置为4～20ma电流输入或pt100电阻测温输入；其中，所述pt100电阻测温范围为-50℃～+200℃，精度为±1℃。

参见图3，优选地，所述箱式变压器智能测控装置采用标准1/319英寸6u机箱；所述机箱采用背插式结构，包括机箱主体100和设置在所述机箱主体前部的显示屏101。

优选地，所述机箱还包括设置在所述显示屏101下方的按键模组102，所述按键模组102包括：上移光标键、下移光标键、左移光标键、右移光标键、增加光标所在行列键、减少光标所在行列键、确认键、取消键和复位键。

优选地，所述机箱主体的背部采用分面板结构，包括：模拟量插件面板、cpu插件面板、开入插件面板和电源插件面板；

所述模拟量插件面板上设置有a端子和b端子，所述a端子为电流输入端子，b端子为电压和直流输入端子；

所述cpu插件面板上设置有四个运行指示灯，分别为运行指示灯、异常指示灯、跳闸指示灯和告警指示灯；

所述开入插件面板满配32路开入，可选配16路开入；

所述电源插件面板上设置有g接口端子和h接口端子，所述g接口端子为8路遥信接入端子，h接口端子为6路继电器输出端子、工作电源接入端子和电源接地端子。

参见图4，本发明还提供了一种箱式变压器智能测控装置的控制系统200，包括：

实时信息模块201，用于显示实时刷新的测量值、计算值以及状态量；所述实时信息模块里显示的各量的相角均是以ua相角为0作为基准的，超前ua时显示的角度范围为[0°，180°]，滞后时为(180°，360°)；

系统参数模块202，用于显示和修改系统参数；

保护定值模块203，用于显示相过流保护参数、零序过流保护参数、电压保护参数、频率保护参数和非电量保护参数；

调试工具模块204，用于交流校准、直流校准、开出传动和报告清除；

软件参数模块205，用于显示监控软件和保护软件的版本号和校验码。

优选地，所述实时信息模块201包括：一次测量值模块、二次测量值模块、电度累计模块、直流测量值模块和装置状态模块；

所述系统参数模块202包括：tatv参数模块、直流类型模块、遥信参数模块、电度参数模块、通信参数模块、出口配置模块、保护功能配置模块、以太网a参数模块、以太网b参数模块、系统时间模块和保存参数模块；

所述保护定值模块203包括：相过流保护模块、零序过流保护模块、电压保护模块、频率保护模块、非电量保护模块和保存定值模块。

优选地，所述调试工具模块204包括：交流自动校准模块、交流手动校准模块、直流校准模块、出口传动模块和报告清除模块；

所述软件参数模块205包括：装置型号模块、dsp软件参数模块和mmi软件参数模块。

需要说明的是，本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置及其控制系统，适用于风力发电场箱式变或普通变压器低压侧的保护及测控，具备完善的保护、测量、控制与监视功能，可以与箱变厂家集成或在开关柜就地安装，为箱变监控系统提供了完整、可靠的解决方案。

本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置及其控制系统，具备以下功能：

一、保护功能：

1、三段相过流保护：本装置设三段定时限相过流保护，三段均为三相式。每段过流保护均带一个时限。过流ⅰ段保护动作判据如图5所示，过流ⅱ段和过流ⅲ段逻辑同过流ⅰ段。过流定值的整定值均为标幺值，电流基准值in为系统参数中的相电流ct二次额定值。

2、零序过流保护：针对风电场直接接地系统，装置设立了一段零序过流保护以反映接地保护，零序电流保护的逻辑图如图6所示。本装置通过计算线路的零序电流，或采用零序电流互感器获取零序电流来构成接地保护。

3、过压、低压保护：本装置设有一段过电压保护，当任一线电压大于过电压保护定值时，过电压保护经整定延时跳闸。其动作判据如图7所示：

图中，ugy：过电压保护定值(v)，t：过电压保护延时(s)。

装置包含一段低电压保护，当三相线电压全部小于低电压保护定值时，低电压保护经整定延时跳闸。其动作判据如图8所示：

图中，udy：低电压保护定值(v)，t：低电压保护延时(s)。

4、过频、低频保护：本装置设有一段过频率保护，当频率测量值大于保护定值时，过频率保护经整定延时跳闸。其动作判据如图9所示：

图中，fzd：过频率保护定值(hz)，t：过频率保护延时(s)。

本装置设有一段低频率保护，当频率测量值小于保护定值时，低频率保护经整定延时跳闸。其动作判据如图10所示：

图中，fzd：低频率保护定值(hz)，t：低频率保护延时(s)。

5、6路非电量保护：可接入重瓦斯跳闸、轻瓦斯报警、sf6气压异常报警、变压器高温报警、变压器超高温跳闸、变压器油位低报警等信号；

6、pt断线告警：pt断线判据如图11所示，当正序电压小于20v并且三相最大电流大于0.05倍额定电流或者负序电压大于2.5v，即认为pt断线，延时10s报信号。

7、ct断线告警：ct断线判据如图12所示，三相电流的计算零序电流(3i0)大于25％的最大相电流与5％in之和，即认为ct断线，延时10s报警。

8、故障录波。

二、测控功能：

1、模拟量测量，包括ia、ib、ic、3i0、ua、ub、uc、3u0、uab、ubc、uca、f、p、q、s、cosφ等16个模拟量的测量；

2、标配24路遥信开入，最多可扩充40路遥信开入，ac/dc220v有源开入；

3、6路遥控开出；

4、3路直流输入(pt100、4～20ma任意组合)。

三、通讯功能：

1、标配1个rs485接口；

2、可选配2个100mbps以太网接口；

3、可选配光纤环网接口；

4、1个rs232调试口；

5、通讯规约支持：iec-60870-5-103、iec-60870-5-104、modbusrtu。

四、事件报告：

按时间顺序记录各事件变化的具体信息，如装置自检时发现的故障记录，遥信变位记录、保护动作或者告警的过程记录，一共可以记录最新的1000条变位信息。

五、操作记录：

记录各种途径(包括主单元、维护口和键盘等)对装置的各种操作行为，如修改定值和系统参数、开出传动，通道系数校准，主单元的遥控记录等，一共可以记录最新的256条操作记录。

本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置及其控制系统，是基于统一硬、软件平台的全新产品，具有以下特点：

1、功能齐全：面向对象设计，专业的、充分考虑现场实际需求的功能配置及其精确实现，具备强大的保护、测控功能，支持电气自动化所需的各种高级应用功能。为更好的满足现场应用需求，在基本的保护、测控功能上又提供了如下功能：

单元化设计、模块化结构，可扩充性强；

封闭、加强型单元机箱抗振动，适应于特别恶劣环境，温度范围-40℃～70℃；

装置可接入远方/就地权限开关，可采集负荷开关位置、接地刀位置、低压侧开关位置等普通开关量信号；

装置针对箱式变可实现非电量保护功能(具体可接入重瓦斯动作跳闸、轻瓦斯动作告警、sf6气压异常报警、变压器高温报警、变压器超高温跳闸、变压器油位低等信号)；

保护及自动控制功能动作过程透明化，信息记录完备，提供了完善而全面的事故追忆信息；

完善的装置自检策略。

2、高性能的硬件平台：高性能32位微处理器为核心的强大的硬件平台；高分辨率a/d转换器，每周波32点采样，实时并行计算，可靠而高效；大容量存储器用于故障信息、波形信息记录。

3、友善的人机接口：友善的人机界面，操作方便，同时提供功能强大的基于windows的调试软件，提高了现场调试、维护的效率；为方便调试，提供了虚拟测试功能，包括：开出传动等。

4、良好的电磁兼容性能：装置机箱采用多层屏蔽抗强干扰设计，整机具有良好的电磁兼容性能。

由上述可知，本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置及其控制系统，相比现有技术，通讯方式有串口(485)、网口(以太网)、光口，但是光口可以作为光电交换机来使用，降低了成本。本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置，具有事故追忆功能，可以存储故障信息。本发明提供的这种箱式变压器智能测控装置，通讯协议包括104规约、103规约、modbus规约，可以为各种上位机上传数据。工作电流既有220v交流又有220v直流。ct二次值既有5a也有1a。开入端子只有40路，有利于扩展。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。