专利名称：变电站单片机现场监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种安装在露天变电站或户内变电站一次设备现场附近，具有测量、监视、保护、通信和分合闸操作功能的变电站单片机现场监控装置。
以微机集控台为代表的变电站计算机监控系统由于其功能完善，安全性、可靠性高，操作、维护方便，有远动接口，可实现变电站无人值班等优点，正逐步取代常规的电磁式继电保护和信号系统，得到越来越多的应用。但现有的计算机监控系统不适合于露天变电站，又由于其价格较高，也不适合于农村变电站和小型工矿变电站。
本实用新型的目的是，提供一种变电站单片机现场监控装置，它适合于露天变电站和户内变电站，可对主变压器，断路器、负荷开关等一次设备进行测量、监视、保护和分合闸操作，并可将测量和监视信号传送到安装在变电站值班室或中心调度所的上位机，和接收与执行经上位机发来的操作指令。
本实用新型的技术方案是，它由采样电阻、分压电阻、线性整流器、滤波限幅器、多路转换器、整形和过零检测器、光电隔离器、放大器、出口继电器，单片机和真空屏蔽盒组成，其结构特征是，把交流电流信号转变为交流电压信号的采样电阻与将交流电压信号变为直流电压信号的线性整流器和滤波限幅器连接，滤波限幅器又与用于扩展模拟信号通道的多路转换器连接，多路转换器将直流电压信号经A/D接口输入单片机；将交流电压信号幅值减小的分压电阻与将交流电压信号变为直流电压信号的线性整流器和滤波限幅器连接，滤波限幅器又与多路转换器连接，多路转换器将直流电压信号经A/D接口输入单片机；检测交流电流信号和交流电压信号的相位和频率的整形和过零检测器的一端分别与采样电阻或分压电阻连接，另一端分别与鉴定交流电流信号和交流电压信号的相位和频率的单片机的输入接口连接；防止干扰的光电隔离器与单片机开关量输入、输出接口连接，将输出信号放大的放大器分别与光电隔离器和驱动操作机构的出口继电器连接，然后将连接好的采样电阻、分压电阻、线性整流器、滤波限幅器、多路转换器、整形和过零检测器、光电隔离器、放大器、出口继电器、单片机一起密封于一钢板制的屏蔽盒中，盒内抽真空至10-3～10-4毫米汞柱，或向抽成真空的盒内充入纯净的、不易电离的惰性气体。真空屏蔽盒的进出线均通过接插头。
本实用新型的另一种技术方案是，可以用将交流电流信号变流的微型电流互感器代替所述的采样电阻，用将交流电压信号降压的微型电压互感器代替所述的分压电阻。
下面接合附图对本实用新型的保护、测量和监视原理作详细的说明。
图1为本实用新型的外形图，图2为本实用新型用于变电站主变压器保护和监控的方框图，图3为本实用新型用于变电站馈出线路保护和监控的方框图，图4、图5、图6均为本实用新型的电气原理分图，图7为电气原理分图位置图，图8为本实用新型的实施例的主接线图，其中1-真空屏蔽盒，2-接插头，3-操作机构，4-温度信号计，5-风机继电器，6-瓦斯继电器，7-电流互感器，8-电压互感器，9-采样电阻，10-分压电阻，11,12-线性整流器，13,14-滤波限幅器，15,16-整形和过零检测器，17-多路转换器，18,19-光电隔离器，20-放大器，21-出口继电器，22-单片机，23-共用开发机键盘，24-共用通信处理器，25-上位机。
图2为本实用新型用于变电站主变压器的保护和监控的方框图。对于变压器的本体保护，如温度保护，风冷保护、瓦斯保护等，均是以开关量的形式来实施的；而对于变压器绕组的相间短路、匝间短路，单相接地短路、过负荷等故障，则以变压器的电流、电压不同程度的变化表现出来，对于这两种情况，本实用新型分别实施保护。为了实施本体保护，温度信号计4，风机继电器5，瓦斯继电器6等输出的开关量信号经抗干扰的光电隔离器18进入单片机22，与单片机存储的开关量地址比较，如属油温升高、风机停转、轻瓦斯动作等，则经共用通信处理器24将报警信号传至上位机25；如为重瓦斯动作，则单片机22立即发出跳闸指令，经光电隔离器19输出和放大器20放大后，使出口继电器21动作，驱动操作机构3跳闸，同时向上位机25发出信号。
当变压器发生各种短路故障及过负荷时，由电流互感器7采集的反映故障的交流电流信号首先由采样电阻9转换为交流电压信号，由电压互感器8采集的同样反映故障的交流电压信号首先由分压电阻10降压，然后两组交流电压信号分别经线性整流器11,12和滤波限幅器13,14整流和滤波，变为直流电压信号，再经多路转换器17进入单片机22,A/D转换后，与单片机存储的各个整定值比较，如超过有关整定值，经光电隔离器19，放大器20和出口继电器21瞬时或延时发出跳闸指令，并同时向上位机发出信号。
采用多路转换器是在单片机模拟通道不够的情况下采取的措施。
本实用新型还可对变电站的电力电容器组、母线和馈出线路等实施保护，图3为本实用新型用于变电站馈出线路保护和监控的方框图。本实用新型安装在馈出断路器附近，断路器操作机构3的分合闸状态经光电隔离器18和开关量输入接口进入单片机，并传送至上位机。当线路发生各种短路或接地故障或过负荷时，安装在断路器附近的电流互感器7和电压互感器8采集的反映故障的交流电流和交流电压信号，首先转换为交流电压信号和降压，再经整流，滤波变为直流电压信号进入单片机，A/D转换后，与单片机存储的各个整定值比较，根据超过的某一整定值，单片机经光电隔离器19，放大器20和出口继电器21瞬时或延时发出跳闸指令，并同时向上住机25发出信号。
变电站值班室或中心调度所还可以通过上位机和本实用新型对变电站的电力设备和馈出线路进行实时监视、测量和遥控。由电流互感器7和电压互感器8采集的、反映每台电力设备、每条馈电线路正常情况和运行状况的交流电流和交流电压信号，经转变为直流电压信号及A/D转换，和经整形和过零检测器15,16检测，由单片机22鉴定相位和频率，然后经共用通信处理器24将反映变电站运行状况的各台设备，各条线路的电流、电压的频率、相位和幅值以数字形式传送至上位机25，供上位机显示电流、电压、频率、相位，计算有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度等，并可由上位机进行分合闸操作、保护巡检、设备正常情况诊断、打印统计报表和操作票等。
可以用共用开发机键盘23或上位机25向本实用新型的单片机22写入或修改电流、电压保护整定值。
本实用新型的工作电源可以由变电站的直流或交流操作电源提供。
一件本实用新型一般对应一台电力设备，即一对一保护。对于重要的电力设备，如主变压器和重要供电线路，也可采取二对一保护，即两件整定值完全相同的本实用新型互为热备用，保护同一台电力设备。其中一件实时运行，另一件处于监视状态，当工作的一件出现不可恢复故障时，立即自动切换，由另一件接替工作，出现故障的一件可在不停止被保护设备运行的情况下更换。
由上述可知，本实用新型既有现有的变电站计算机监控系统的优点，还有下述重要优点1、工作可靠。本实用新型的所有电子、电器元件均密封于一钢板制的屏敝盒中，隔绝了电磁干扰；盒内高真空的或洁净的隋性气体的小环境，没有灰尘和凝露现象，使电子无件和单片机工作稳定、可靠；因处于高真空或隋性气体环境中，故出口继电器触头分、合时不会产生电火花和电孤，使触头寿命延长，和消除了电弧对电子电路的影响。
2、成本较低。本实用新型用价格较低的采样电阻、分压电阻、线性整流器、滤波限幅器、整形和过零检测器代替了价格较贵的各种电量变送器，如电流、电压、功率因数、功率变送器等，并使装置的体积大大缩小，故成本较低。
3、安装方便，安装费用低。本实用新型通过接插头与外部设备连接，很方便。本实用新型安装在户外或户内电力设备附近，接线距离短，通过一根通信电缆与共用通信处理器连接后，就可向变电站值班室或中心调度所发送测量、监视信号和接收指令，与常规变电站比较，大大减少了所需电缆和安装工作量。
4、维护工作量小，扩容性能好。用于保护各种电力设备和电力线路的本实用新型，除地址码和整定值不同外，构造是完全相同的，当某一件本实用新型出现不可恢复故障时，很容易用另一件替换。
当变电站需要扩充容量，增加设备和馈出线路时，采用几件本实作新型，通过其接插头与操作机构、互感器等连接，就可对新增电力设备和馈出线路进行保护、测量和监控。
本实用新型完全适应在露天环境中工作，因此可应用于露天变电站；本实用新型还可应用于新建的户内变电站，或用于对采用常规的电磁式继电保护的变电站进行改造。
下面举例说明本实用新型的实施。
图8为某35KV户内变电站的主接线图，该变电站单回路进线，母线不分段，有8路馈出回路。
对于该变电站的主变压器的要求是当发生绕组相间短路，匝间短路及引出线相间短路时，两侧断路器瞬间跳闸；当由于外部相间短路引起过电流时，应反时限跳闸；当过负荷、油温升高、冷却风机故障、轻瓦斯动作等时，应发出报警信号或延时跳闸。
馈出线路的要求是相间短路时应瞬时跳闸，接地短路及中性点过电压时，应报警及定时限跳闸；过负荷应报警。
对并联电容器组的要求是过电流、内部连接线短路及母线失压时，应瞬时跳闸。
本实用新型完全可以满足上述保护要求。用于该变电站的本实用新型采用8798单片机，在每一台馈出开关柜和电容器柜原安装继电器的位置安装一件本实用新型，用于馈出线路和电容器组的测量、监视和保护；在变压器两侧的断路器附近各安装一件本实用新型1AC和2AC，其中1AC完成主变保护、计测和与上位机通信等功能，2AC既作为10KV侧的后备保护，又与1AC互为热备用，当1AC出现不可恢复的故障时，立即自动切换，由2AC担负主变压器的保护。该变电站共采用11件本实用新型，共同通过一台带RS-232或RS-485通信接口的微处理器建立与位于变电站值班室或中心调度所的上位机之间的通信联系。
权利要求1．一种变电站单片机现场监控装置，它由采样电阻9，分压电阻10，线性整流器11、12，滤波限幅器13、14，整形和过零检测器15、16，多路转换器17，光电隔离器18、19，放大器20，出口继电器21，单片机22，真空屏蔽盒1组成，其特征是，所述把交流电流信号转变为交流电压信号的采样电阻9与将交流电压信号变为直流电压信号的线性整流器11和滤波限幅器13连接，滤波限幅器13又与用于扩展模拟信号通道的多路转换器17连接，多路转换器17将直流电压信号经A/D接口输入单片机，将交流电压信号幅值减小的分压电阻10与将交流电压信号变为直流电压信号的线性整流器12和滤波限幅器14连接，滤波限幅器14又与多路转换器17连接，多路转换器17将直流电压信号经A/D接口输入单片机，检测交流电流信号和交流电压信号的相位和频率的整形和过零检测器15、16的一端分别与采样电阻9或分压电阻10连接，另一端分别与鉴定交流电流信号和交流电压信号的相位和频率的单片机22的输入接口连接，防止干扰的光隔离器18、19与单片机22的开关量输入、输出接口连接，将输出信号放大的放大器20分别与光电隔离器19和驱动操作机械3的出口继电器21连接，然后将连接好的采样电阻9，分压电阻10，线性整流器11、12，滤波限幅器13、14，整形和过零检测器15、16，多路转换器17，光电隔离器18、19，放大器20，出口继电器21，单片机22一起密封于真空屏蔽盒1中，盒内抽真空。
2．权利要求1所述的变电站单片机现场监控装置，其特征还在于，可以用将交流电流信号变流的微型电流互感器代替所述的采样电阻9，用将交流电压信号降压的微型电压互感器代替所述的分压电阻10。
3．权利要求1所述的变电站单片机现场监控装置，其特征还在于，真空屏蔽盒1内可以充有惰性气体。
4．权利要求1所述的变电站单片机现场监控装置，其特征还在于，真空屏蔽盒1的进出线均通过接插头2。
专利摘要一种变电站单片机现场监控装置,其结构是,采样电阻9和分压电阻10分别与线性整流器11、12和滤波限幅器13、14连接,并经多路转换器17与单片机22的A/D接口连接,整形和过零检测器15、16的一端分别与采样电阻9或分压电阻10连接,另一端分别与单片机22的输入接口连接,光电隔离器18、19分别与单片机22的开关量输入、输出接口连接,放大器20分别与光电隔离器19和出口继电器21连接,然后一起密封于一钢板制的屏蔽盒中,盒内抽真空或充入惰性气体。本实用新型具有保护、测量、监视、通信和运动功能,适用于露天变电站和户内变电站。
文档编号H02B5/00GK2309001SQ9723859
公开日1999年2月24日 申请日期1997年7月24日 优先权日1997年7月24日
发明者陈家山 申请人:陈家山