专利名称：电力系统变压器后备保护测控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于110KV以下电压等级、中性点接地侧、以及小电流接 地系统的变压器后备保护。主要应用于电力系统变压器的后备保护及测控。
背景技术：
变压器是电力系统中的重要元件，其安全运行直接关系到电力系统的稳定性和用 户用电的可靠性，因此需要对变压器配备可靠、有效的保护。变压器后备保护作为变压器 内部故障的近后备和各侧母线及母线所带出线故障的远后备，地位也非常重要。随着电子 及计算机的发展，电力系统的继电保护虽然已经进入了微机保护时代，现在大多数变压器 后备保护所采用的芯片大多为51和96系列的单片机，这种单片机对于常规的保护其性能 基本能满足要求，但是由于受到其自身硬件结构和速度的限制，这种单片机难以实现更新 的复杂算法以及达到更高的采样速率，并且这些装置外围芯片比较多，总线不能集成在CPU 芯片内部，致使保护的稳定性和抗干扰能力受到极大地限制。由于后备保稳定性及判断的 准确性不够，造成的事故每年都有发生，导致大范围停电甚至烧毁变压器和其它设备，严重 威胁电气设备和人身安全，造成巨大的经济损失。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述的不足之处，提供的一种稳定，灵敏度高，保护动 作延时小的适用于110KV以下电压等级、中性点接地侧、以及小电流接地系统的变压器后 备保护检测装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是这样的即一种电力系统变压器 的后备保护及测控装置，其特征是它包括数据采集系统、单片机系统、开关量输入/输出 部分、人机交互部分及电源部分，其中所述的数据采集系统包括若干个安装在输电线路上电压互感器和电流互感器、低 通滤波器及A/D转换器；电压互感器PT与电流互感器CT将采集的输电线路上的大电流或 大电压信号变成二次交流信号，经低通滤波器隔离变换为小电流或小电压信号，经A/D把 模拟信号转换成数字信号后交给单片机系统处理；所述的单片机系统包括主保护CPU，看门狗电路，各种储存器及通讯接口，I/O 口， 对接收的由数据采集系统A/D送来的数字信号及开关量输入部分送进来的开关量信号进 行处理，产生的控制信号由I/O 口输出给开关量输出部分产生各种控制操作；所述的开关量输入/输出部分，包含开关量输入和开关量的输出，其中开关量输 入通过传感器采集的变压器状态信号，包括断路器分/合位信号、温度信号、压力信号、弹 簧储能、风扇运行、邻侧复压，瓦斯状态、外部合闸闭锁信号，通过光电隔离后，送入单片机 系统的I/O端交由单片机系统处理；开关量的输出将单片机系统I/O端送出的控制信号连 接至执行元件的驱动电路；所述人机对话插件包括液晶显示器、键盘，打印电路和实时时钟，通过数字标准接口和与单片机系统相连接；所述电源模块输出3组电压，其中+5V用于单片机系统，士 12V用于数据采集系统， 24V用于开入量和驱动继电器的正电源。本实用新型的有益效果是1.系统采用模块化设计，也就是说对于成套的微机保护、各种线路和电气主设备 的保护，都按上述五个部分的模块化电路组成的。不同的使用场合按不同的模块化组合方 式构成。这样的成套微机保护装置，对于设计、运行及维护、调试能带来了极大方便。2.在同一片CPU内部完成几乎所有的数据操作，真正实现了总线不出芯片，大大 提高了微机保护的可靠性和抗干扰能力，由于使用三菱公司DSP芯片，所以整体硬件设计 占用的电路板面积较小，价格也较低，算法编程也容易实现。3.采用专用的自恢复电路来检测程序出轨，解决了在传统装置采用的技术里，程 序出轨以及程序出轨的自恢复在强干扰信号作用下，可能造成微机继电保护程序出错。硬 件自恢复电路能将保护动作的出口回路加以闭锁防止误动作，且迅速地反映程序出错，并 能自动地使微机继电保护装置能重新恢复正常运行，防止被保护对象一旦在此时故障出现 保护拒动的问题。
图1是本实用新型的组成结构原理图；图2是硬件自恢复电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细的介绍如附图1所示，本实用新型主要由 1.数据采集系统、2.单片机系统、3.开关量输入/输出部分、4.人机交互部分、5.电源部分 5个部分组成。第一部分为数据采集系统，包括若干电压互感器和电流互感器，低通滤波器，A/D 转换器。输电线路上的大电流或大电压信号经电压互感器PT与电流互感器CT后变成二次 交流信号，经低通滤波器隔离变换为小电流或小电压信号，经隔离调整后输入到A/D。A/D 把模拟信号转换成数字信号后交给单片机系统处理。第二部分为单片机系统，它由主保护CPU，看门狗电路，各种储存器及通讯接口，I/ 0 口组成，对数据采集系统送进来成数字信号与开关量输入部分送进来的开关量，进行各种 保护判据的运算和判断，然后产生相应的控制信号，交由I/O 口输出给开关量输出部分产 生各种控制操作。所述通讯接口包括独立的CAN，RS485，RS232接口，通过这些通讯接口能 与打印机或者通讯管理机等人机交互设备联系起来，构成电力系统自动化。该单片机系统是整个装置的核心，完成模拟量、开关量的处理，各种保护判据的运 算、判断，它采用高性能的三菱DSP芯片构成简洁高效的数据采集和处理系统，独特的设计 和先进的表面贴装技术及多层印刷板工艺，大大提高了系统的可靠性和抗干扰能力；硬件 具有两级看门狗保证系统在异常时能及时复位；完善的软硬件自检还能使系统杂运行时保 证各种参数完好；用具有多重写保护功能的串行EEPROM保存定值、系数和配置，确保这些 参数不被误修改而且能够掉电保持，CPU通过并口与液晶人机对话板通讯，可以通过CAN通
4讯与数字变电站管理系统交换数据。第三部分为开关量输入/输出部分，包含开关量输入和开关量的输出，开关量输 入获取传感器采集的变压器状态信号，包括断路器分合位，温度信号，压力异常，弹簧储能， 风扇运行，邻侧复压，瓦斯状态，外部合闸闭锁等信号，通过光电隔离后，送入单片机系统的 I/O端交由单片机系统处理。开关量的输出将单片机系统I/O端送出的控制信号连接至执 行元件的驱动电路；单片机系统I/O端送出控制信号包括监控分合闸，风扇停或启，保护跳 邻侧，保护跳分段等，这些信号送到相应的驱动电路，相应设备会根据驱动电路出口端信号 执行相应操作。第四部分为人机交互部分，由液晶、键盘、打印电路、实时时钟等组成，它接受单片 机系统测量数据、开关量数据、及各种故障告警信息在液晶屏幕上或者打印机上显示出来 供用户浏览，通过便捷的键盘操作和汉化液晶显示及打印机的打印结果，为用户提供了友 好的使用界面，借助该界面能很方便地浏览测量数据、修改定值及通道系数、进行就地操 作。系统提供详细的故障告警信息和追忆SOE的功能，帮助用户及时准确地处理问题。上述人机交互部分可通过一些通信接口与单片机系统相连，比如CAN、RS232、 RS485 接 Π。第五部分为电源部分，采用星源丰泰公司型号为“XRA05/110S24”的220V交流转 直流的开关电源，采用浮地方式，同外壳不相连。电源具有过压保护和过流保护功能，它经 抗干扰滤波回路后输出3组电压，其中+5V用于单片机系统，士 12V用于数据采集系统，24V 用于开入量和驱动继电器的正电源。如附图2所示，上述的单片机系统2中还包括自恢复电路。该电路包括一个反向 器，一个或门，3个延时器，一个单稳态触发器，其中反向器的输入端与单片机系统2的复位 检测端A连接，其输出端通过一延时器(tl)与或门的输入端连接；另一延时器的输入端接 在反向器的输入端上，其输出端接或门的输入端；或门的输出端分别通过单稳态触发器和 第三延时器(t3)输出复位信号和报警信号。当程序没有出轨时，复位检测端A的电位按一定的周期T在“0”和“ 1 ”之间变化。 从A点输入的信号分为两路，一路经反相器，另一路不经反相器，分别接至两个瞬时返回而 延时tl动作的元件。延时元件的输出接至“或”门的两个输入端tl应比A点电位变化的 周期T长，因此在正常时两个延时元件都不会动作，“或”门输出为“0”。一旦程序出轨，A 点电位停止变化，不论停在“ 1，，态还是“0”态，两个延时元件中总有一个会动作，动作后通 过“或”门起动单稳触发器，触发器的输出脉冲接至CPU的复位端(RESET)，因而使保护装置 重新初始化，恢复正常工作。上述电路不仅可以用于对付程序出轨，还可以用于装置主要元 件(如CPU、A/D转换器等)损坏而停止工作时发出报警信号。此时，由于单稳触发器发出 的复位信号使A点电位不能周期性变化，故可利用t2进行延时后发出报警信号。本实用新型装置是一种适用于110KV以下电压等级、中性点接地侧、以及小电流 接地系统的变压器后备保护装置。系统采用全开放，模块化结构设计，能实现保护，测量，控 制，远动，信号，通讯，事故记录，故障滤波和5防等功能，采用了当今先进技术和器件，满足 可靠，安全，经济，实用，技术先进和便于扩充等基本原则。并且解决了微机装置不如传统装 置可靠的问题，能在恶劣环境下长期可靠运行。本实用新型可集中组屏也可在开关柜就地安装。
权利要求一种电力系统变压器后备保护测控装置，其特征是它包括数据采集系统(1)、单片机系统(2)、开关量输入/输出部分(3)、人机交互部分(4)及电源部分(5)，其中所述的数据采集系统包括若干个安装在输电线路上电压互感器和电流互感器、低通滤波器及A/D转换器；电压互感器PT与电流互感器CT将采集的输电线路上的大电流或大电压信号变成二次交流信号，经低通滤波器隔离变换为小电流或小电压信号，经A/D把模拟信号转换成数字信号后交给单片机系统处理；所述的单片机系统(2)包括主保护CPU，看门狗电路，各种储存器及通讯接口，I/O口，对接收的由数据采集系统A/D送来的数字信号及开关量输入部分送进来的开关量信号进行处理，产生的控制信号由I/O口输出给开关量输出部分产生各种控制操作；所述的开关量输入/输出部分(3)，包含开关量输入和开关量的输出，其中开关量输入获取由传感器采集的变压器状态信号，通过光电隔离后，送入单片机系统的I/O端交由单片机系统处理；开关量的输出将单片机系统I/O端送出的控制信号连接至执行元件的驱动电路；所述人机对话插件(4)包括液晶显示器、键盘，打印电路和实时时钟，通过通过数字标准接口和与单片机系统(2)相连接；所述电源模块(5)输出3组电压，其中+5V用于单片机系统，±12V用于数据采集系统，24V用于开入量和驱动继电器的正电源。
2.根据权利要求1所述的电力系统变压器后备保护测控装置，其特征是单片机系统 (2)中还包括自恢复电路，该电路包括一个反向器，一个或门，3个延时器，一个单稳态触发 器，其中反向器的输入端与单片机系统(2)的总线连接，其输出端通过一延时器(tl)与或 门的输入端连接；另一延时器的输入端接在反向器的输入端上，其输出端接或门的输入端； 或门的输出端分别通过单稳态触发器和第三延时器(t3)输出复位信号和报警信号。
专利摘要一种用于110KV以下电压等级、中性点接地侧、以及小电流接地系统的变压器后备保护装置，包括数据采集系统、单片机系统、开关量输入/输出部分、人机交互部分、电源部分。数据采集系统把二次交流信号隔离变换为小电流或小电压信号，然后通过模数转换后与单片机系统相连；单片机系统完成模拟量、开关量的处理。人机交互部分通过数字标准接口和单片机系统相连；电源部分采用采用220V交直流两用的开关电源，经抗干扰滤波回路后输出3组电压为单片机系统、数据采集系统和开关量输入/输出部分提供电源。装置还采用了自恢复电路来检测程序出错。本装置具有可靠、安全、经济、实用、等特点。
文档编号H02J13/00GK201667561SQ20102026169
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者曹龙汉, 瞿胜 申请人:重庆迅驰电气有限公司