一种芯片化模数信号转换设备的制作方法

本实用新型涉及电力系统继保自动化技术领域，特别是涉及一种芯片化模数信号转换设备。

背景技术：

智能变电站发展迅速，有力推动了继电保护技术创新，但也暴露了一些问题，智能变电站通过CPU软件程序实现变压器、断路器等一次设备与屏柜中的芯片化保护装置之间的数字报文信号与电信号之间的转化，CPU软件程序易受外部干扰(如电磁干扰)，当受到干扰时，就可能发生程序跑飞的风险。

基于此，提供一种硬件形式的实现一次设备与屏柜中的芯片化保护装置之间的数字报文信号与电信号之间的转化装置，以保证该装置能够适用于屏柜比较狭窄的空间，便于在屏柜中安放，尽量避免对屏柜中的其他电路造成干扰是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种芯片化模数信号转换设备，包括：

内置于屏柜中数量可调的芯片化模数信号转换装置；

其中，每个芯片化模数转换装置包括对芯片化保护装置开出的数字报文信号进行编解码，并对一次设备开入的电信号进行逻辑判断的FPGA芯片；与所述 FPGA芯片相连的通讯接口；与所述FPGA芯片相连，连接对所述FPGA芯片进行调试的仪器的调试接口；与所述FPGA芯片相连的开入继电器和开出继电器；其中，所述开入继电器通过第一预设数量的开入信号接口与一次设备相连，所述开出继电器通过第二预设数量的开出信号接口与芯片化保护装置相连；为所述FPGA芯片、所述开入继电器及所述开出继电器供电的电源装置；

各所述芯片化模数信号转换装置的所述开入信号接口的总数大于等于所述屏柜的开入量，所述开出信号接口的总数大于等于所述屏柜的出入量。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述开入继电器具体为设置有10 个所述开入信号接口的继电器；所述开出继电器具体为设置有8个所述开出信号接口的继电器。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

与各所述开入信号接口和各所述开出信号接口一一对应相连的状态指示灯。

在本实用新型的一种具体实施方式中，各所述开入信号接口为按预设分组进行并联连接的接口。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

承载并固定所述FPGA芯片、所述通讯接口、所述调试接口、所述开入继电器、所述开出继电器及所述电源装置的底壳。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

内置于所述底壳，对所述FPGA芯片、所述通讯接口、所述调试接口、所述开入继电器、所述开出继电器及所述电源装置进行注塑的透明晶体。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述透明晶体具体为透明橡胶。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

设置于所述底壳的底部，与屏柜中的导轨相卡接，对所述底壳进行固定的成对卡扣。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

连接所述成对卡扣中两个卡扣的调节梁；

对两个所述卡扣之间的距离进行调节的调节旋钮。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

设置于所述开入继电器与所述开入信号接口之间及所述开出继电器与所述开出信号接口之间的滤波电路。

应用本实用新型实施例所提供的芯片化模数信号转换设备，包括内置于屏柜中数量可调的芯片化模数信号转换装置；每个芯片化模数转换装置包括对芯片化保护装置开出的数字报文信号进行编解码，并对一次设备开入的电信号进行逻辑判断FPGA芯片；与FPGA芯片相连的通讯接口；与FPGA芯片相连，连接对FPGA芯片进行调试的仪器的调试接口；与FPGA芯片相连的开入继电器和开出继电器；其中，开入继电器通过第一预设数量的开入信号接口与一次设备相连，开出继电器通过第二预设数量的开出信号接口与芯片化保护装置相连；为FPGA芯片、开入继电器及开出继电器供电的电源装置；各芯片化模数信号转换装置的开入信号接口的总数大于等于屏柜的开入量，开出信号接口的总数大于等于屏柜的出入量。通过设置可根据应用场景中屏柜的开入量和开出量，进行调整小型化的芯片化模数信号转换装置的数量的芯片化模数信号转换设备，将用于一次设备与屏柜中的芯片化保护装置之间的数字报文信号与电信号之间的转化的芯片化模数信号转换装置小型化，不仅相较于通过软件CPU 程序实现一次设备与芯片化保护装置之间的数字报文信号与电信号之间的相互转化方式，降低了对运行环境的要求，提高了可靠性，还易于将芯片化模数信号转换设备安装于屏柜中，较大地降低了对屏柜中的其他电路造成干扰的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例中一种芯片化模数信号转换装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例中一种底壳的结构示意图。

附图中标记如下：

1-FPGA芯片、2-通讯接口、3-调试接口、4-开入继电器、41-开入信号接口、5-开出继电器、51-开出信号接口、6-电源装置、7-状态指示灯、8-底壳、 81-成对卡扣、82-调节梁、83-调节旋钮、9-整机运行状态指示灯。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，图1为本实用新型实施例中一种芯片化模数信号转换装置的结构框图，该芯片化模数信号转换设备可以包括：

内置于屏柜中数量可调的芯片化模数信号转换装置；

其中，每个芯片化模数转换装置包括对芯片化保护装置开出的数字报文信号进行编解码，并对一次设备开入的信号进行逻辑判断的FPGA芯片1；与FPGA 芯片1相连的通讯接口2；与FPGA芯片1相连，连接对FPGA芯片1进行调试的仪器的调试接口3；与FPGA芯片1相连的开入继电器4和开出继电器5；其中，开入继电器4通过第一预设数量的开入信号接口41与一次设备相连，开出继电器5通过第二预设数量的开出信号接口51与芯片化保护装置相连；为FPGA芯片1、开入继电器4及开出继电器5供电的电源装置6；

各芯片化模数信号转换装置的开入信号接口41的总数大于等于屏柜的开入量，开出信号接口51的总数大于等于屏柜的出入量。

本实用新型实施例所提供的芯片化模数信号转换设备可以包括内置于屏柜中数量可调的芯片化模数信号转换装置；每个芯片化模数转换装置可以包括 FPGA芯片1，用于对变电站屏柜中芯片化保护装置开出的数字报文信号进行编解码，将数字报文信号转化为电信号发送给一次设备，控制一次设备进行相应的动作。并对一次设备开入的信号(如刀闸的开合状态信号)进行逻辑判断，从而得知相应的一次设备当前的状态(即相应的刀闸是断开状态，还是闭合状态)。并设置有与FPGA芯片1相连的通讯接口2，用于FPGA芯片1与芯片化保护装置之间及FPGA芯片1与一次设备之间的通信。采用的通讯方式可以是有线通讯，也可以是无线通讯，本实用新型实施例对此不做限定。由于FPGA 芯片1作为芯片化模数信号转换设备的核心部件，由专用芯片、电子元件及电路板搭建，代替了原有的操作系统及编程软件，可以规避数字化变电站中因软件程序性能差产生的各种不稳定因素，提高了可靠性，大大降低了运行检修难度，较大地减少了检修人员的检修调试工作量及停电时间，使用寿命较长，故障率低，一次设备动作速度快，不存在因人为编程产生的各种安全隐患问题。

FPGA芯片1在首次安装时需要对其进行调试，因此本实用新型实施例所提供的芯片化模数信号转换设备还可以包括与FPGA芯片1相连的调试接口 3，用于连接对FPGA芯片1进行调试的仪器。还可以包括与FPGA芯片1相连的开入继电器4和开出继电器5，开入继电器4通过第一预设数量的开入信号接口41与一次设备相连，开出继电器5通过第二预设数量的开出信号接口 51与芯片化保护装置相连。各芯片化模数信号转换装置的开入信号接口41的总数大于等于所述屏柜的开入量，开出信号接口51的总数大于等于屏柜的出入量。通过设置由多个小型的芯片化模数信号转换装置集成的芯片化模数信号转换系统，从而对芯片化模数信号转换装置进行标准化，可以根据当前应用场景中屏柜的开入量和开出量，设置适当数量的芯片化模数信号转换装置，可以避免过多冗余的开入信号接口41和开出信号接口51占用屏柜过多的空间，从而能够尽量避免对其他电路造成干扰。

该芯片化模数信号转换系统集成度高，安装调试灵活，对于一些所需的开入量和开出很少的场景中，不必安装内置有众多开入信号接口41和开出信号接口51的芯片化模数信号转换装置，FPGA芯片1不需要对未使用的接口进行数字报文信号的编解码和电信号的逻辑判断，减轻了FPGA芯片1的负担，提升了数字报文信号与电信号之间的转换效率。当场景所需的开入量各开出量比较多时，可以相应增加芯片化模数信号转换装置的数量，通过这种方式，更加适用于内部空间较狭窄的屏柜，具备极大的可扩展性，已安装芯片化模数信号转换装置的电路，可以在保持原电路不变的情况下，增加芯片化模数信号转换装置数量来实现扩容，可以较大地节省成本，节省人力。

需要说明的是，本实用新型实施例中FPGA芯片1对芯片化保护装置开出的数字报文信号的编解码程序，FPGA芯片1对一次设备开入信号进行逻辑判断的程序均是现有的，本实用新型实施例对此不作保护。

应用本实用新型实施例所提供的芯片化模数信号转换设备，包括内置于屏柜中数量可调的芯片化模数信号转换装置；每个芯片化模数转换装置包括对芯片化保护装置开出的数字报文信号进行编解码，并对一次设备开入的电信号进行逻辑判断FPGA芯片；与FPGA芯片相连的通讯接口；与FPGA芯片相连，连接对FPGA芯片进行调试的仪器的调试接口；与FPGA芯片相连的开入继电器和开出继电器；其中，开入继电器通过第一预设数量的开入信号接口与一次设备相连，开出继电器通过第二预设数量的开出信号接口与芯片化保护装置相连；为FPGA芯片、开入继电器及开出继电器供电的电源装置；各芯片化模数信号转换装置的开入信号接口的总数大于等于屏柜的开入量，开出信号接口的总数大于等于屏柜的出入量。通过设置可根据应用场景中屏柜的开入量和开出量，进行调整小型化的芯片化模数信号转换装置的数量的芯片化模数信号转换设备，将用于一次设备与屏柜中的芯片化保护装置之间的数字报文信号与电信号之间的转化的芯片化模数信号转换装置小型化，不仅相较于通过软件CPU 程序实现一次设备与芯片化保护装置之间的数字报文信号与电信号之间的相互转化方式，降低了对运行环境的要求，提高了可靠性，还易于将芯片化模数信号转换设备安装于屏柜中，较大地降低了对屏柜中的其他电路造成干扰的概率。

在本实用新型的一种具体实施方式中，开入继电器4具体为设置有10个开入信号接口41的继电器；开出继电器5具体为设置有8个开出信号接口51 的继电器。

开入继电器4具体可以设置有10个开入信号接口41，开出继电器5具体可以设置8个开出信号接口51。在这种情况下，更加适用于所需开入量较少，比如2个开入量的情况，并且更加具备灵活调整性，可以尽量减少对屏柜空间的浪费，减少对屏柜中其他电路的干扰。

在本实用新型的一种具体实施方式中，该芯片化模数信号转换设备还可以包括：

与各开入信号接口41和各开出信号接口51一一对应相连的状态指示灯 7。

本实用新型实施例所提供的芯片化模数信号转换设备还可以包括与各开入信号接口41和各开出信号接口51一一对应相连的状态指示灯7。通过查看状态指示灯7的状态，可以了解到当前的一次设备的状态信息及芯片化保护装置的是否能够正常发送动作信号。如可以设置与开入信号接口41一一对应的状态指示灯7为红色、黄色及未点亮时的灰色三个颜色，假设开入信号为刀闸状态信号，状态指示灯7为红色代表刀闸处于断开状态、状态指示灯7为绿色代表刀闸处于闭合状态、状态指示灯7为灰色代表刀闸处于不正常动作状态，需要对其进行故障维修。

在本实用新型的一种具体实施方式中，各开出信号接口51为按预设分组进行并联连接的接口。

各开入信号接口41可以是按预设分组进行并联连接的接口，相应的状态指示灯7也对应进行设置，如开入信号接口41输入的刀闸状态信号，预先设置由两个状态指示灯7来表示刀闸的状态，并设置两个状态指示灯7为红色时，用1表示，为绿色时用0表示。设置为01状态(即绿红状态)时，表示刀闸处于闭合状态，设置为10状态(即红绿状态)时，表示刀闸处于断开状态，设置00状态(即绿绿状态)时，表示刀闸处于动作过程中状态。设置11状态 (即红红状态)时，表示刀闸处于不正常动作状态。通过将各开出信号接口 51按预设分组进行并联连接，通过多个状态指示灯7的亮灭状态组合来表示一次设备的状态信息，更有利于状态分析，提高了一次设备的状态信息的精度和分辨率。

在本实用新型的一种具体实施方式中，该芯片化模数信号转换设备还可以包括：

承载并固定FPGA芯片1、通讯接口2、调试接口3、开入继电器4、开出继电器5及电源装置6的底壳8。

本使用新型实施例所提供的芯片化模数信号转换设备还可以包括承载并固定FPGA芯片1、通讯装置2、调试接口3、开入继电器4、开出继电器5 及电源装置6的底壳8，底壳8可以采用顶层裸露，四周和底部密封结构。通过设置的底壳8对各器件进行固定，增加了器件的稳定性，并且可以将每个 FPGA芯片1与其配合工作的各元器件进行明确的划分，更有利于根据场景所需开入量和开出量的不同，以一个底壳8包含的整体电路为单位进行相应数量的设置。并可以设置有对整个装置的运行状态进行显示的整机运行状态指示灯 9。

在本实用新型的一种具体实施方式中，该芯片化模数信号转换设备还可以包括：

内置于底壳8，对FPGA芯片1、通讯接口2、调试接口3、开入继电器4、开出继电器5及电源装置6进行注塑的透明晶体。

基于上述实施例，可以将一套由内置于底壳8的FPGA芯片1、通讯接口 2、调试接口3、开入继电器4、开出继电器5及电源装置6构成的单位装置使用透明晶体进行注塑，既不妨碍对状态指示灯7的状态进行查看，又可以达到防尘、防盗、避免被篡改及散热快的效果。

在本实用新型的一种具体实施方式中，透明晶体具体为透明橡胶。

基于上述实施例，用于注塑的透明晶体可以为透明橡胶，可以起到缓冲作用，降低对元器件的损伤。

在本实用新型的一种具体实施方式中，该芯片化模数信号转换设备还可以包括：

设置于底壳8的底部，与屏柜中的导轨相卡接，对底壳8进行固定的成对卡扣81。

基于上述实施例，还可以包括设置于壳体底部的卡扣，该卡扣与屏柜中的导轨相卡接，通过卡接的当时易于灵活更换。并且卡扣可以成对设置，可以对底壳8记性有效固定。

在本实用新型的一种具体实施方式中，该芯片化模数信号转换设备还可以包括：

连接成对卡扣81中两个卡扣的调节梁82；

对两个卡扣之间的距离进行调节的调节旋钮83。

基于上述实施例，还可以包括连接成对卡扣81中两个卡扣的调节梁82，并设置有对两个卡扣之间的距离进行调节的调节旋钮83。通过调节梁82对两个卡扣起到支撑作用，通过调节旋钮83对两个卡扣之间的距离进行调节，使其能够适用于不同屏柜中导轨的不同间距，也可以调整卡扣与导轨之间的松紧度。

在本实用新型的一种具体实施方式中，该芯片化模数信号转换设备还可以包括：

设置于开入继电器4与开入信号接口41之间及开出继电器5与开出信号接口51之间的滤波电路。

本实用新型实施例所提供的片化模数信号转换设备还可以包括设置于开入继电器4与开入信号接口41之间及开出继电器5与开出信号接口51之间的滤波电路。通过设置的滤波电路对噪声、失效数据或外部节点输入毛刺等进行滤除，消除干扰。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的一种芯片化模数信号转换设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。