专利名称：数字式变压器保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字式变压器保护装置，该装置是专为35 — 22V电压等级的电力变 压器的保护和监控一体化装置，属于电力变压器保护技术领域。
背景技术：
电力系统综合自动化己是电网发展的方向，微电子元件的发展使得保护和监控融为 -体 有了可能性，可以提高其可靠性和运行管理水平，但是在变电站使用微机也有许多不利因素， 例如高压电磁场的干扰，变电站开关操作时有强烈的振动，就地安装环境的恶化对微机保护 提出了防振、宽温度范围、低功耗、抗干扰、高灵敏度、高精度、工作可靠性、安装维修方 便等更高的要求，这些难题在现有的微机保护装置中均未得到解决。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的问题，本实用新型所要解决的问题是提供一种数字式变压器 保护装置，将所有功能单元都模块化和标准化以插件的方式集成在箱体上，各插件之间互相 不受干扰，整个工作过程能够显示出来，使整个装置的灵敏度高、精度高、工作可靠性高、 安装维修方便，由差动保护、后备保护、本体保护配合组成的成套变压器保护装置。
为了解决上述问题，本实用新型采用的方案为数字式变压器保护装置，主要包括差 动保护装置、后备保护装置和本体保护装置，所述的差动保护装置主要包括单片机、DI开 入单元、AD采样单元、D0开出单元、通讯单元、人机界面单元、电源电路单元，单片机通
过导线分别与DI开入单元、AD采样单元、D0开出单元、通讯单元、人机界面单元和电源电 路单元相连，D0开出单元通过导线与电源电路单元相连；
上述的差动保护装置的单片机、DI开入单元、AD采样单元、D0开出单元、通讯单元、 人机界面单元和电源电路单元均为模块化集成，DI开入单元、AD采样单元、D0丌出单元、 通讯单元和电源电路单元均通过模块化集成固定在箱体的背板上，人机界面单元通过模块化 集成固定在箱体的前面板上；
前面板中上部的左侧设置有液晶屏，液晶屏的右侧设置有指示灯，液晶屏的下方设置有 操作按钮，操作按钮的右下侧设置有串行接口，操作按钮的下方自左向右设置有调试安全连 接片、接地分/合把手和运行模式切换开关；
背板上自右至左依次设置有交流模件、中央处理器模件、通讯接口模件、信号和跳合闸出口模件、电源模件、非电量出口插件和非电量插件。
差动保护装置的单片机由中央处理器模件及外围电路组成。
后备保护装置的结构与差动保护装置相同，只是其后备背板上自左向右依次设置有后备 逻辑及跳闸插件、后备电源模件、后备信号模件、后备跳合闸出口模件、后备通讯接口模件、 后备中央处理器模件和后备交流输入模件。
本实用新型数字式变压器保护装置与现有技术相比具有以下有益效果
本装置的所有功能单元都模块化和标准化以插件的方式集成在箱体上，箱体上只有内部
使用的5V和24V电压等级回路连线，强弱电完全分开，可大大减少外部电磁干扰在弱电侧的 耦合，增强了本装置的抗干扰能力，提高其可靠性和安全性。使本装置在功能配置上具有很 强的灵活性，可以根据用户需求更换或增加部分模件，扩充或更改本装置的功能；本装置由 差动保护、后备保护、本体保护配合组成。以下结合附图对本实用新型数字式变压器保护装置做进一步说明
图1为本实用新型数字式变压器保护装置的系统框图2为本实用新型数字式变压器保护装置中差动保护装置100的硬件结构示意图3为图2所示差动保护装置100中背板12的结构示意图； 图4为图1中后备保护装置200中后备背板28的结构示意图。
其中，1 —单片机、2—DI开入单元、3—AD采样单元、4一DO开出单元、5 —通讯单元、 6 —人机界面单元、7 —电源电路单元，8 —变压器、9一继电器、IO —信号采集器、ll一箱体、 12 —背板、13 —前面板、14一液晶屏、15 —指示灯、16 —操作按钮16， 17 —串行接口、 18 — 调试安全连接片、19一接地分/合把,、20 —运行模式切换开关、21 —交流模件、22—中央处 理器模件、23 —通讯接口模件、24 —信号和跳合闸出口模件、25 —电源模件、26 —非电量出 口插件、27 —非电量插件、28 —后备背板、29 —后备逻辑及跳闸插件、30 —后备电源模件、 31 —后备信号模件、32 —后备跳合闸出口模件、33 —后备通讯接口模件、34 —后备中央处理 器模件、35—后备交流输入模件、IOO —差动保护装置、200 —后备保护装置、300 —本体保护 装置。
具体实施方式
如图l所示数字式变压器保护装置，主要包括差动保护装置IOO、后备保护装置200
和本体保护装置300，差动保护装置100主要包括单片机l、 DI开入单元2、 AD采样单元 3、 DO开出单元4、通讯单元5、人机界面单元6、电源电路单元7，单片机l通过导线分别与DI开入单元2、 AD采样单元3、 DO开出单元4、通讯单元5、人机界面单元6和电源电路 单元7相连，D0丌出单元4通过导线与电源电路单元7相连，AD采样单元3的信号采集器 10采集变压器8的电流和电压数据，D0开出单元4与变压器8上的继电器9相连。
单片机1获得采样的数字信号后，进行数字滤波和算法运算获得模拟量的幅值信息，分 别经保护软件模块的逻辑判断、显示处理、报告存储、录波等环节，当满足保护动作条件后 向出口回路发出跳闸、信号等命令。由于单片机1内部无存放程序的空间，保护程序是存放 在快速闪存FLASH中，单片机1通过总线来读取程序令并执行。主程序在软件中是一个管理 者，负责将不同功能的模块组织在一起。主程序中的初始化主要是整个系统为正常工作做好 准备，对于主变保护装置来说，主程序主要包括CPU初始化和对必要的参数设置默认值。 初始化完成后主程序进入工作状态，液晶屏上显示相关的菜单，首先判断是否需要进行定值 整定工作，如果需要则转入定值整定模块，否则继续向下执行。在采集开关量和检测键盘环 节中，如果检测到开关量变位或有按键被按下，则由主程序发出信息并转入信息处理模块进 行处理，信息处理的结果再传送到显示打印模块进行显示、打印，否则程序继续向下执行信 号采集与计算模块。逻辑判断模块根据电压无功的计算值和其他有关条件判断是否需要动作。 当逻辑判断模块产生动作指令后，通过检测装置出口继电器是否动作，以及检测被测量设备 的状态来判断动作指令是否得到正确执行，如果正确执行则转入下一次循环，否则将此异常 信息传送到信息处理模块进行处理，再将结果送给显示输出模块。上电复位以后，首先对CPU 及其外围芯片进行初始化，同时初始化控制状态，接下来显示主菜单，最后采用查询方式处 理键盘和A/D转换、并与智能模块通信，获取信息。与上位机通信采用中断形式，且中断级 别设为最高。开关量的输入采取先产生中断，后查询的方法。
AD采样单元3实现多路交流模拟信号的模数转换，并向单片机I提供实时的高精度的数 字信号。电力系统中的电量一般都是模拟量，而数字继电保护的实现则是基于由微型计算机 对数字量进行计算和判断。所以，为了实现计算机继电保护，必须对来自被保护单元设备的 模拟电量进行一系列预处理，从而得到所需形式的数字量提供给保护功能处理程序。由电力 系统输入到继电保护装置的模拟信号主要是来自PT (或CT)的交流电压(或电流)信号。根 据采样定理如果被测信号频率(或信号中要保留的最高次谐波频率)为f0，则采样频率fk (每秒钟的采样次数)必须大于fk的2倍，否则，就不可能由采样值拟合还原成原来的曲线"。 因此，在出现大于l/2fk频率的谐波，而且这些谐波又是无用的情况下，有必要在信号引进 采样器以前装设一模拟式低通滤过器将频率等于和高于l/2fk的高次谐波滤掉。因此模拟信 号首先被转换到与微型计算机相匹配的电平，通过模滤波削去其中的高频成分，然后由采样保持环节将连续信号离散化。由于输入信号往往不止一个，故由多路转换器逐个交给A/D转 换器变为数字量。这些数字量还应在存储器中按先后顺序排列以方便功能处理程序取用。在 AD采样单元3的电路设计中增设两级阻容元件构成的低通滤波回路，模拟量输入信号经过低 通滤波回路，分别将信号接入两片多路转换开关器件的输入，多路转换丌关的输出信号分别 输到AD转换芯片的输入回路，进行模数转换，由CPU定时来读取AD转换的结果，来作为 每一路模拟量的原始采样数据。
DI开入单元2为来自外部接点的开入量，经开入回路光电隔离后，经三态门电路向单片 机1输入，经软件逻辑判断抗干扰处理，获取开入量信号。外部开关量(空接点)取用装置提供 的24V信号电源，经过电阻限流，输入到光隔离器的输入端，光隔离器的输出端取用内部的 5V电源，接入到8路三态门器件，由CPU经总线读取信号的"0"或"1"状态，以判别外部 接点的开闭情况。采用光隔离器可以使外部开入电源与内部5V电源没有直接的电气联系，有 效消除了外部电磁干扰对CPU内部电路的影响，提高了可靠性。
D0开出单元4执行由CPU发出的出口动作命令，经与门电路到光隔离器的输入回路，光 隔离器的输出经单向二极管驱动继电器动作。光隔离器的输入部分为CPU内部5V电源，输出 部分为24V电源，用以驱动24V继电器。通过光隔离器把CPU内部电路和继电器驱动电路进 行了隔离，有效防止了电磁干扰，提高了硬件电路的可靠性。为保证出口回路的可靠性，采 用了多项闭锁措施。如釆用启动元件开放出口正电源，采用硬件看门狗闭锁出口等。单片机l 发出出口命令的同时，必须发出解除闭锁信号，同时驱动启动继电器方能驱动出口继电器， 发出跳闹命令。
差动保护装置100可做到四侧差动，CT二次支持全星型接线或常规接线；比率差动保护，
带CT断线闭锁；二次谐波制动；偶次谐波制动；差动速断保护；CT断线告警与闭锁。
后备保护装置200的结构与差动保护装置100相同，只是其后备背板28的插件不同，其实 现过流保护；复合电压过流保护；复合电压方向过流保护；零序过流保护；零序方向过流保 护；零序电压闭锁零序过流保护；间隙保护；非全相保护；过负荷告警功能；闭锁调压功能； 风扇按电流启动功能。
本体保护装置100与现有设备相同，可接入12路外部开关量，其中跳闸量可达6个，实现 本体重瓦斯保护；有载重瓦斯保护；本体轻瓦斯保护；有载轻瓦斯保护；压力释放保护；冷 却器故障保护；零序选跳保护；油位低保护；温度保护等。
图2和图3所示，上述差动保护装置100的单片机1、 DI开入单元2、 AD采样单元3、 DO开出单元4、通讯单元5、人机界面单元6和电源电路单元7均为模块化集成，DI开入单元2、 AD采样单元3、 DO开出单元4、通讯单元5和电源电路单元7均通过模块化集成固定 在箱体11的背板12上，人机界面单元6通过模块化集成固定在箱体11的前面板13上。
前面板13中上部的左侧设置有液晶屏14，液晶屏14的右侧设置有指示灯15，液晶屏 14的下方设置有操作按钮16，操作按钮16的右下侧设置有串行接口 17，操作按钮16的下 方自左向右设置有调试安全连接片18、接地分/合把手19和运行模式切换开关20。人机界面 单元6的电路设计主要考虑到间隔层设备的人机交互的方便性，同时又能够沿袭传统运行观 念，设计了汉化液晶模块，众多的信号指示灯，简洁方便的导电橡胶按钮，便于用户的使用 维护和操作。背板12上自右至左依次设置有交流模件21、中央处理器模件22、通讯接口模 件23、信号和跳合闸出口模件24、电源模件25、非电量出UI插件26和非电量插件27。差动 保护装置100的单片机1由中央处理器模件22及外围电路组成，中央处理器模件22可实现 差动保护和非电量保护。交流模件21上设置有1X01 — 1X24接线端子，共计24个，其中左侧 设置有1X13 — 1X24接线端子，右侧设置有1X01 — 1X12接线端子，其中包括四侧保护CT的三 相输入。
中央处理器模件22上设置有2X01—2X22接线端子，共计22个，包含16路开关量和一 个公共端，具体为差动保护投入接点、备用开入接点，路遥信号开入接点，其余备用；实现 差动保护功能。
通讯接口模件23上设置有3X01 — 3X12接线端子，共计12个，下部设置有两个以太网接 口指示灯和接入口。
信号和跳合闸出口模件24上设置有4X01—4X24接线端子，共计24个，包含高压侧出口 接点、中压侧出口接点、低压侧出口接点，两组远动信号、保护动作、保护告警、装置故障 接点。
电源模件25上设置有5X01 — 5X12接线端子，共计12个，中部设置有+5V和+24V电源， 下部右侧设置有电源开关。
非电量出口插件26上设置有6X01 — 6X24接线端子，共计24个，包含非电量保护出口的 输出端子，非电量的远动信号，本体重瓦斯，有载重瓦斯，零序选跳，压力释放，冷却器故 障，本体轻瓦斯，有载轻瓦斯，温度高，油位低，绕组温度高的接点
非电量插件27上设置有7X01 — 7X24接线端子，共计24个，包含本体重瓦斯出口，有载 重瓦斯出口，零序选跳出口，压力释放出口，冷却器故障出口，保护跳闸输入，本体重瓦斯 输入，有载重瓦斯输入，零序选跳输入，压力释放输入，冷却器故障输入，本体轻瓦斯输入， 有载轻瓦斯输入，温度高输入，油位低输入，绕组温度高输入，以及非电量电源的输入。差动保护装置100可实现差动保护a、启动元件；b、差动电流速断保护元件；C、三段 折线比率差动保护元件；d、 二次谐波制动元件；e、偶次谐波制动元件；f、 CT断线判别元 件；g、相位补偿；还可以实现非电量保护。
图4为图1中后备保护装置200中后备背板28的结构示意图，后备保护装置200的结构 与差动保护装置100相同，只是其后备背板28上自左向右依次设置有后备逻辑及跳闸插件 29、后备电源模件30、后备信号模件31、后备跳合闸出口模件32、后备通讯接口模件33、 后备中央处理器模件34和后备交流输入模件35。
其中，后备逻辑及跳闸插件29上设置有1X01 — 1X24接线端子，共计24个，具体包含-压力低禁止跳闸的输入接点、压力低禁止操作的输入接点、压力低禁止合闸的输入接点、手 动跳闹输入接点、手动合闸输入接点、控制电源输入接点、手跳继电器输出接点、合闸出口 接点、跳位继电器输出接点、远动信号接点、断路器合间位置重动接点、断路器跳闸位置重 动接点、跳闸出口接点、合位继电器接点、跳l'甲j入口接点。
后备电源模件30上设置有2X01— 2X12接线端子，共计12个，中部设置有+5V和+24V电 源，下部右侧设置有电源开关。
后备信号模件31上设置有3X01 — 3X24接线端子，共计24个，其中包含两组保护信号， 可分别作为中央信号和远动信号，遥控合闸出口接点、遥控跳闸出口接点，以及遥控备用接 点。
后备跳合闸出口模件32上设置有4X01—4X24接线端子，共计24个，其中包含高压侧出 口接点、中压侧MJ口接点、低压侧出口接点、高压侧母联出口接点、中压侧母联出口接点、 低压侧母联出口接点。
后备通讯接口模件33上设置有5X01 — 5X12接线端子，共计12个，下部设置有两个以太 网接口指示灯和接入口。
后备中央处理器模件34上设置有6X01—6X22接线端子，共计22个，包含方向过流保护 投入接点、零序过流保护投入接点；间隙保护投入接点；复压开入/投入接点；复压开入二投 入接点、路遥信号开入接点。
后备交流输入模件35，上设置有7X01 — 7X24接线端子，共计24个，其中左侧设置有7X13 一7X24接线端子，右侧设置有7X01 -7X12接线端子，其中包括保护CT的三相输入、零序 保护CT的输入，测量CT的输入，间隙保护CT输入，母线电压三相及零线的输入，零序电压
输入。后备保护装置200可实现后备保护a、后备保护启动元件；b、相间保护；C、接地保 护；d、零序电压闭锁零序过流保护e、间隙保护；f、零序选跳保护；g、非全相保护。
权利要求1、数字式变压器保护装置，主要包括差动保护装置(100)、后备保护装置(200)和本体保护装置(300)，其特征在于差动保护装置(100)主要包括单片机(1)、DI开入单元(2)、AD采样单元(3)、DO开出单元(4)、通讯单元(5)、人机界面单元(6)、电源电路单元(7)，单片机(1)通过导线分别与DI开入单元(2)、AD采样单元(3)、DO开出单元(4)、通讯单元(5)、人机界面单元(6)和电源电路单元(7)相连，DO开出单元(4)通过导线与电源电路单元(7)相连。
2、 根据权利要求1所述的数字式变压器保护装置，其特征在于上述的差动保护装置 (100)的单片机(1)、 DI开入单元(2)、 AD采样单元(3) 、 D0开出单元(4)、通讯单元(5)、人机界面单元(6)和电源电路单元(7)均为模块化集成，DI开入单元(2)、 AD采 样单元(3) 、 D0开出单元(4)、通讯单元(5)和电源电路单元(7)均通过模块化集成固 定在箱体(11)的背板(12)上，人机界面单元(6)通过模块化集成固定在箱体(11)的前 面板(13)上。
3、 根据权利要求2所述的数字式变压器保护装置，其特征在于前面板(13)中上部的 左侧设置有液晶屏(14)，液晶屏(14)的右侧设置有指示灯(15)，液晶屏(14)的下方 设置有操作按钮(16)，操作按钮(16)的右下侧设置有串行接口 (17)，操作按钮(16) 的下方自左向右设置有调试安全连接片(18)、接地分/合把手(19)和运行模式切换开关(20)。
4、 根据权利要求2所述的数字式变压器保护装置，其特征在于背板(12)上自右至/'-: 依次设置有交流模件(21)、中央处理器模件(22)、通讯接口模件(23)、信号和跳合闸出 口模件(24)、电源模件(25)、非电量出「]插件(26)和非电量插件(27)。
5、 根据权利要求l一4任意一项所述的数字式变压器保护装置，其特征在于差动保护 装置(100)的单片机(1)由中央处理器模件(22)及外围电路组成。
6、 根据权利要求1所述的数字式变压器保护装置，其特征在于后备保护装置(200) 的结构与差动保护装置(100)相同，只是其后备背板(28)上自左向右依次设置有后备逻辑 及跳闸插件(29)、后备电源模件(30)、后备信号模件(31)、后备跳合闸出口模件(32)、 后备通讯接口模件(33)、后备中央处理器模件(34)和后备交流输入模件(35)。
专利摘要本实用新型涉及一种数字式变压器保护装置，属于电力变压器保护技术领域，所要解决的问题是提供一种将所有功能单元都模块化和标准化以插件的方式集成在箱体上，且各插件之间互相不受干扰的装置，整个工作过程能够显示出来，使整个装置的灵敏度高、精度高、工作可靠性高、安装维修方便，由差动保护、后备保护、本体保护配合组成的成套变压器保护装置；其结构为差动保护装置主要包括单片机、DI开入单元、AD采样单元、DO开出单元、通讯单元、人机界面单元、电源电路单元，单片机通过导线分别与DI开入单元、AD采样单元、DO开出单元、通讯单元、人机界面单元和电源电路单元相连，DO开出单元通过导线与电源电路单元相连；本装置可广泛应用于各变电站中。
文档编号H02H7/045GK201278459SQ20082013606
公开日2009年7月22日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者(请求不公开姓名) 申请人:山西南自晋能自动化成套有限公司