专利名称：变电站分散式微机保护远动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于变电站的计算机保护远动装置。
变电站设备的自动保护远动控制对于维护变电站的正常运行、保护设备、加强对设备的监控都十分重要。但在目前，国内外现有的变电站综合控制自动化系列产品，由于过去技术发展的限制，其产品性能、可靠性不佳，而且结构庞大、复杂，不便于安装和运输，更不便于实行分散控制，在很大程度上浪费了用户的人力、财力和物力；另外，此类产品一般采用LED显示或小屏幕LED显示，显示信息量少，查看整定费时费力，不便于现场人员操作管理。
本实用新型的目的在于利用电子和计算机领域的最新技术成果，设计出性能优越、可靠性高、结构简单且体积小巧的变电站微机保护远动装置，实现对电网的可靠、有效地保护。
本实用新型的技术方案如下它包括主控板、继电器板、显示器、电源模块、分合闸按钮、机壳和键盘，其中的主控板包括单片机、存储器、显示器接口、键盘接口、光电隔离电路、精密电流电压传感器、多路模拟开关，可驱动断路器之跳合闸线圈的继电器板包括分合继电器、闭锁继电器、信号继电器和“五防”接口；单片机通过驱动接口与继电器板相联，精密电流电压传感器的采样输入端与被控的变电站高压设备相联，其输出端通过多路模拟开关与单片机相联；单片机又分别联接显示器接口、键盘接口和光电隔离电路。
本实用新型中，其中主控板上的单片机采用16位高速低功耗的80C196KC芯片，使得本实用新型在性能上和速度上都有很大的提高。其中的单片机联接硬件看门狗NE556型芯片。主控板的单片机包含可与变电站总控单元联接的串行通讯口，该串行通讯口通过光电隔离通讯接口与总控单元的计算机相联。其中的显示器采用大屏幕图形液晶显示器，在屏幕上可显示全部测量、保护信息，查看整定十分方便。
其中继电器板和主控板中的精密电流电压传感器配套地联接在变电站高压设备的各种不同位置上，构成针对不同设备单元的各种功能单元，用户可根据需要灵活选择和设定各种保护功能，查询各种信息。本实用新型之装置为标准模块结构，可联接独特先进的精密电压、电流传感器，用户可根据需要灵活选择，分别组成变压器成套保护远动装置、中央信号装置、线路保护远动装置、电容器保护远动装置、母联分段保护远动装置、备用电源自投装置、异步电机保护装置、主变主保护装置、主变后备保护装置、主变监控远动装置、Y/YO变压器保护远动装置、免维护电池微机直流控制装置、电压无功自动投切装置、微机监控远动装置等等各种不同的功能单元。这些功能单元均以本实用新型为基本结构，而在继电器板、电流电压传感器与变电站设备的联接上各有不同的设置，再在单片机的软件设置及附属组件上有所不同。各功能单元与总控单元可采用电流环或光纤进行通信，所有功能单元并接于一根三芯通信电缆上，或由光纤连接，从而实现信息的传送和交换，能通过后台机中的调制解调器网卡与远方调度中心进行通讯，整套系统具有遥信、遥测、遥控、遥调功能，通过总控单元可实现定值的远方查询整定及远方控制功能。
主控板的存储器包括程序存储器、数据存储器、定值存储器。本实用新型的机壳采用全密封式的结构。电源模块采用小型开关电源，纯直流供电，工作电压范围大、效率高。
变电站在采用本实用新型时，有两种选用方式一种是分散式，这种方式将各种保护远动功能单元直接安装在被控的高压设备上，可省去安装屏及大量的控制电缆；另一种方式为集中组屏式，这种方式是将保护远动功能单元装在屏中集中组成屏，则需要约20至40平方米的中控室，方便于集中管理，集中维护。两种方式均按无人值守变电站的模式运行。各功能单元通过通讯线连在一起，与上位主控微机通讯，将各单元装置的各种电量、位置信号、脉冲电度量等等送到上位机，上位机再将各种信息综合起来，按CDT规约或polling规约发往调度中心，由此组成一个完整的变电站综合自动化系统。本实用新型适用于110KV及以下电压等级的各种变电站。
本实用新型的设计是根据市场上现有产品的状况及优缺点，同时考虑到中国电力行业的现实情况以及用户的需求，利用世界领先技术之成果，使本实用新型成为可取代现有产品的新一代产品。它性能优越，速度快，可靠性高，采用单板式的结构，结构简单，体积小巧，安装调试方便；采用全密封式结构，且设有光电隔离电路和看门狗电路，使得抗干扰性能十分优越，大大提高了运行的可靠性。本实用新型可就地和远方控制和操作，可代替负荷定量器；具有八个事故追忆功能，可记忆故障的电流值和时同；保护采用国际最流行的原理和算法；全部电量的测量采用交流采样获得，舍去传统的直流变送器。
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型。
图1是本实用新型的原理结构框图；图2是本实用新型的电路图之一；图3是本实用新型的电路图之二；图4是本实用新型的电路图之三；图5是本实用新型的控制面板的示意图。
本实用新型的基本结构如图1所示，它完全通过电网的一次设备CT、PT采集三相电压VAB、VBC、VCA和三相电流IA、IB、IC以及零序电压VON、零序电流I等；这些采样来的电压、电流由精密电压电流传感器采样，再可经过由低通滤波器、高精度运算放大器、限幅保护电路组成的信号处理电路，变换成一定幅度的交流电压信号，此信号经多路模拟开关进入到单片机的A/D转换部分，经转换后的数字量通过CPU单片机运算、处理；同时，单片机可接收经光电隔离而来的脉冲信号及遥信量输入信号，以及通过键盘的查询、整定定值等的输入信号；所有信号量经过单片机运算、处理，发出控制保护信息和相应的跳合闸信号到驱动接口电路，驱动接口电路将跳合闸命令输送给继电器板，由继电器直接驱动断路器的跳合闸线圈，从而达到保护电网的目的。同时，单片机还可联接一个LED信号显示电路，单片机向该电路发出本实用新型相应的状态、位置信号并显示，所有测量信号、保护动作值、跳合闸变位记录、整定过程、查询过程、事故故障、遥信量、电网频率、时间等信息均能在LED上显示，并提示操作和数据改写。
如图2、图3和图4所示，本实用新型包括80C196型CPU单片机U1、程序存储器27C256型芯片U4、数据存储器6264型芯片U5、定值存储器28C17型芯片U6，以及地址锁存器74LS373型芯片、开关量输入口74HC244型芯片U10、跳合闸出口A/D通道选择锁存器74LS273型芯片U11、地址译码器74LS139型芯片U2A、门电路74LS32型芯片U3A、U3B、U3C和U3D。各存储器通过地址总线和数据总线与单片机相联，单片机U1对进入数据总线的各种数据、命令进行处理和运算，并通过数据总线和地址总线发出各种命令和信息。
本实用新型还包括硬件看门狗NE556型芯片U17、延时计数器74LS393型芯片U6、跳闸出口N3、合闸出口N4、遥控合闸出口N2、闭锁信号出口N5，以及装置工作状态指示灯故障灯、保护灯及通讯灯信号出口J4。如各图中所示，还有开关量输入口PR2、光电隔离电路TLP521-4型芯片U8、通讯口J1、脉冲输入口J2、附加通讯口、八选一多路模拟开关、大屏幕LCD显示器输出接口PR1、电压采样入口J6、电源输入口J9、八路交流采样输入电路、精密电压电流传感器、CT、PT、低通滤波器、高精度运放LM324型芯片U13和U14、精密电位调节器、限幅保护电路、A/D转换基准电压发生器LM336/5型芯片U16、运放比较电位发生器。
本实用新型测量的具体参数为电压0～120V，电流0～6A。电网保护的具体参数为过压100～200V，欠压50～100V，电流0～60A，零序过压10～60V，零序过流0.25～5A。电源模块通过一个五芯插座P2与主控板相联，为模拟电路、数字电路、单片机U1等提供+5V/5A、+12V/0.6A、-6V/0.6A三个工作电压，为继电器板提供+12V的工作电源，其输入单子与单元箱的+/-KM单子相联。大屏幕液晶显示器通过一个16芯插座PR1与主控板相联，主控板为其提供8位总线数据(AD0～AD7)、一个复位信号(RST)、一个地址选通信号(AD)、一个LCD片选信号(LCDCS)、读/写信号、电源地、+5V和-5VT作电源。继电器板通过一个八芯插座与主控板相联，为主控板提供断路器的跳合闸位置信号，主控板则为其提供跳闸信号、合闸信号和闭锁信号。主控板上的脉冲输入单子、电压和电流单子、遥信量单子、通讯单子以及继电器板上的跳闸压板单子、合闸压板单子、五防压板单子及跳、合闸出口单子都与单元箱上的相应单子相连；主控板上的信号指示单子、键盘输入单子以及继电器板上的手合、手跳单子、跳合闸位置信号单子都与控制面板部分的插座相联。
控制面板如图5所示，包括控制按键“复位、编程、显示、查询”及按键“+、-、▲、”、状态指示灯“通讯、保护、故障”、手控开关“跳闸、合闸、操作允许”等。按“复位”键可对装置进行复位，左上角的显示屏回到控制主画面，按“显示”键则在任何情况下回到主画面，“编程”键用于修改定值；“查询”键是为了配合保护整定设置的，查询时先按该键，再用“▲”或“”键移动光标在异上翻页，查询各种保护状态和定值；“+”、“-”键是在编程状态下用以修改状态或定值的。
实施例一、本实用新型作为变电站微机线路保护远动装置，其保护功能包括带方向(不带方向)的速断保护、带方向(不带方向)的过流、低电压和滑差闭锁的低频减载、三相一次重合闸、重合闸后加速、手合前加速等，所有保护种类可方便地取舍，定值可方便修改。全部电量的测量采用交流采样获得，采样元件采用精密电压电流传感器，体积小，重量轻，负载小，可以测量回路的电压、电流、无功、有功、功率因数、频率等，直接汉字显示实际值(一次侧值)。通过负荷定值，可以实现负荷监控；如遇过负荷，装置首先报警，而后跳闸，报警后提醒值班人员减负荷，否则自动跳闸，也可通过后台机进行联合控制。通过总控单元可以实现远方控制，远方信号、远方调整、远方测量、远方改变定值等，也可与传统的集中式RTU连接。各功能单元与总控单元采用电流环或光纤进行通信，所有功能单元并接于一根三芯通信电缆上，或由光纤连接，从而实现信息的传送、交换；通过总控单元可实现定值的远方查询整定及远方控制功能。该装置还具有8个事故追忆功能，可自动记录事故的类型、时间、故障的电流值和动作值，时间精确到5ms。该装置可灵活选择和设定各种保护功能，查询各种信息。装置背面的接口端子分别联接保护和测量电流的A相和C相输入端IA*、IC*、Ia*、Ic*；保护和测量电流的A相和C相输出端IA、IC、Ia、Ic；三相电压接入端Ua、Ub、Uc；分闸压板输入端FY1、FY2；合闸压板输入端HY1、HY2；五防压板输入端WF1、WF2；分闸合闸出口TZ、HZ；刀闸位置遥信量输入端1G、2G；遥信量输入端YX5～YX8；有功脉冲量输入端MC1和无功脉冲量输入端MC2；遥信量及脉冲量公共输入端GD；通讯发TX、收RX、地CM；直流控制母线接入端+KM、-KM等。全部开关柜上的CT、PT电缆及信号线均直接接入装置。
实施例二、本实用新型作为变压器成套保护远动装置，包括变压器主保护单元、后备保护单元及测控单元三部分，每部分在软硬件上完全独立，每部分都包括主控板、继电器板、电源模块、薄膜按键、液晶显示器、机壳等，并采用优质接线端子排，主控板上仍采用80C196KC单片机。变压器主保护包括差动速断、二次谐波制动比率差动保护、零序过电流、零序过电压、CT断线闭锁、主变轻(重)瓦斯保护等；变压器后备保护包括复合电压启动的过流保护、过电荷保护、调压装置轻(重)瓦斯保护、PT断线闭锁、零序保护等；变压器测控单元可测量电压、电流、功率、功率因数、时间、温度、调压分接头位置、风扇启停，可自动(手动)、远方(就地)有载调压、电流(温度)启动风扇、通风故障告警和有载调压告警等。本装置的硬件为单元式全密封抗干扰结构，各单元由独立的CPU完成功能，可靠性高；大屏幕图形液晶显示器可直接汉字显示各种测量值、状态、保护定值等，保护定值可通过按键就地整定，也可通过后台计算机远方整定；有完善的自检及看门狗电路，程序飞逸后能自动复位运行，具有远动、时间自动校正等功能。
双卷变压器主保护单元背面的接口端子分别联接差动保护高压侧三相电流的输入端IA*、IB*、IC*；差动保护低压侧三相电流的输入端Ia*、Ib*、Ic*；差动保护高压侧三相电流的输出端IA、IB、IC；差动保护低压侧三相电流的输出端Ia、Ib、Ic；分闸压板输入端FY1、FY2；合闸压板输入端HY1、HY2；五防压板输入端WF1、WF2；分闸合闸出口TZ、HZ；高压侧刀闸位置遥信量输入端1G；遥信量输入端YX6～YX8；有功脉冲量输入端MC1和无功脉冲量输入端MC2；遥信量及脉冲量公共输入端GD；通讯发TX、收RX、地CM；直流控制母线接入端+KM、-KM；本体重瓦斯和本体轻瓦斯遥信量输入端BZW、BQW等。
双卷变压器后备保护单元的接口端子的联接与主保护单元大致相同。另联接高压侧零序电流的接入端3Io，电压接入端Ua、Ub、Uc；低压侧刀闸位置遥信量输入端2G等。双卷变压器测控单元的接口端子的联接与后备保护单元大致相同，另联接电压中性线接入端Un、风扇启动输出接点FS1、FS2；有载调压的升压UP、降压DW、公共端COM；分接头档位遥信量输入端YX1～YX8等。
权利要求1.一种变电站分散式微机保护远动装置，其特征在于它包括主控板、继电器板、显示器、电源模块、分合闸按钮、机壳和键盘，其中的主控板包括单片机、存储器、显示器接口、键盘接口、光电隔离电路、精密电流电压传感器、多路模拟开关，可驱动断路器之跳合闸线圈的继电器板包括分合继电器、闭锁继电器、信号继电器和“五防”接口；单片机通过驱动接口与继电器板相联，精密电流电压传感器的采样输入端与被控的变电站高压设备相联，其输出端通过多路模拟开关与单片机相联；单片机又分别联接显示器接口、键盘接口和光电隔离电路。
2.根据权利要求1所述的变电站微机保护远动装置，其特征在于其中主控板上的单片机采用16位高速低功耗的80C196KC芯片。
3.根据权利要求1所述的变电站微机保护远动装置，其特征在于其中的单片机联接硬件看门狗NE556型芯片。
4.根据权利要求1所述的变电站微机保护远动装置，其特征在于主控板的单片机包含可与变电站总控单元联接的串行通讯口，该串行通讯口通过光电隔离通讯接口与总控单元的计算机相联。
5.根据权利要求1所述的变电站微机保护远动装置，其特征在于其中的显示器采用大屏幕图形液晶显示器。
6.根据权利要求1所述的变电站微机保护远动装置，其特征在于其中继电器板和主控板中的精密电流电压传感器配套地联接在变电站高压设备的各种不同位置上，构成针对不同设备单元的各种功能单元。
7.根据权利要求1所述的变电站微机保护远动装置，其特征在于主控板的存储器包括程序存储器、数据存储器、定值存储器。
8.根据权利要求1所述的变电站微机保护远动装置，其特征在于所述的机壳采用全密封式的结构。
专利摘要一种性能优越的变电站保护远动装置，包括主控板、继电器板、显示器、电源模块、分合闸按钮、机壳和键盘，主控板包括单片机、存储器、显示器接口、键盘接口、光电隔离电路、精密电流电压传感器、多路模拟开关，继电器板包括分合继电器、闭锁继电器、信号继电器和“五防”接口；单片机通过驱动接口联接继电器板，传感器采样输入端与变电站高压设备相联，其输出端通过多路模拟开关联接单片机；单片机分接显示器接口、键盘接口和光电隔离电路。
文档编号H02H7/00GK2355486SQ98231838
公开日1999年12月22日 申请日期1998年12月17日 优先权日1998年12月17日
发明者陶岗清 申请人:长沙市精密仪器厂