專利名稱：預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對35KV、10KV各類型預(yù)裝式變電站的高低壓室、變壓器室進(jìn)行綜合保護(hù)的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置。
二背景技術(shù)：
預(yù)裝式變電站又稱箱式變電站，有著廣闊的使用范圍，適用于城市供配電、高層建筑、住宅小區(qū)、公園、還適用于油田工礦企業(yè)及施工場所等，是繼土建變電站之后崛起的一種嶄新的變電站。預(yù)裝式變電站是35KV、10KV城鄉(xiāng)配電網(wǎng)改造的關(guān)鍵設(shè)備之一，具有成套性強(qiáng)、體積小、占地少、安裝方便等一系列特點(diǎn)。目前，國內(nèi)電力系統(tǒng)中現(xiàn)有的預(yù)裝式變電站都缺少綜合保護(hù)功能。綜合保護(hù)功能主要指高壓室各電參量監(jiān)測與保護(hù)；高壓室、低壓室的防凝露保護(hù)；變壓器溫度保護(hù)；遠(yuǎn)程組網(wǎng)通訊；參數(shù)在線數(shù)字化顯示和設(shè)定等?，F(xiàn)有的預(yù)裝式變電站由于缺少綜合保護(hù)功能，所以影響設(shè)備的安全運(yùn)行，易引發(fā)配電系統(tǒng)意外事故，同時(shí)箱式站封閉式地面安裝，容易因溫度、濕度作用形成凝露而造成事故。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其集電量監(jiān)測、繼電保護(hù)、微機(jī)控制、無功補(bǔ)償、環(huán)境溫濕度監(jiān)測與調(diào)節(jié)為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，改善了設(shè)備所需的正常工作環(huán)境，確保了設(shè)備的安全運(yùn)行，有效降低了配電系統(tǒng)意外事故發(fā)生率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特殊之處在于包括單片機(jī)，所述單片機(jī)的輸入端分別接有多通道電參量模擬信號、多通道非電參量模擬信號和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)以及多通道開入量，單片機(jī)的輸出端接有多個(gè)開出量，單片機(jī)的串行口接有通信接口。
上述單片機(jī)上可連有“看門狗”復(fù)位芯片及掉電參數(shù)存貯器。
上述單片機(jī)的多路高壓輸入通道和低壓多通道可設(shè)有通道擴(kuò)展模塊。
上述單片機(jī)的無功補(bǔ)償可通過外接無功補(bǔ)償模塊實(shí)現(xiàn)。
上述多通道電參量模擬信號可分別通過高壓室、低壓室的二次電壓電流互感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，所述通道擴(kuò)展模塊經(jīng)二次電壓電流互感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，所述多路運(yùn)放的輸出端經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換后接單片機(jī)內(nèi)部A/D采集接口。
上述多通道非電參量模擬信號可分別通過高低壓室、變壓器室的溫濕度傳感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，所述多路運(yùn)放輸出端經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換后接單片機(jī)內(nèi)部A/D采集接口。
上述單片機(jī)可通過數(shù)據(jù)總線與存貯器、顯示器、操作按鍵和可編程邏輯器件連接。
上述多通道開入量可經(jīng)光電隔離網(wǎng)絡(luò)，通過可編程邏輯器件作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)相接，所述多個(gè)開出量通過可編程邏輯器件作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)總線和光電隔離網(wǎng)絡(luò)輸出端，送輸入繼電器組，同時(shí)將繼電器組狀態(tài)經(jīng)光電隔離網(wǎng)絡(luò)，通過可編程邏輯器件作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)數(shù)據(jù)總線接與單片機(jī)讀出繼電器組狀態(tài)。
上述串行通信接口可經(jīng)光電隔離器輸入端接單片機(jī)的串行口。
上述單片機(jī)可以是80C196單片機(jī)。
本實(shí)用新型對照現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)為1.本實(shí)用新型集電量監(jiān)測、繼電保護(hù)、微機(jī)控制、無功補(bǔ)償、環(huán)境溫濕度監(jiān)測與調(diào)節(jié)為一體，符合預(yù)裝式變電站無人職守和緊湊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。
2.本實(shí)用新型采用RS485/RS422總線方式之外的GSM無線組網(wǎng)技術(shù)和多站管理技術(shù)，利用中國電信GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信管理，可以到達(dá)任意地點(diǎn)，保密性強(qiáng)。
3.本實(shí)用新型針對預(yù)裝式變電站主要建在戶外，工作環(huán)境較為復(fù)雜的情況，將防凝露保護(hù)綜合集成到本裝置，降低了預(yù)裝式變電站故障率，提高了供電可靠性。
4.本實(shí)用新型在線監(jiān)測變電器繞組溫度或絕緣油溫度，降低了因溫度過高而造成的變壓器永久性故障，避免了不必要的損耗。
5.本實(shí)用新型采用實(shí)時(shí)監(jiān)測功率因數(shù)控制必要的無功補(bǔ)償模塊，使預(yù)裝式變電站保持額定電壓下的無功功率平衡，使系統(tǒng)安全可靠。
四

圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的通信接口的電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型的開入量電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型的開出量電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型的電參量模擬信號一路輸入的電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型的非電參量模擬信號一路輸入的電路原理圖。
五具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型包括單片機(jī)1和通過數(shù)據(jù)總線與之相接的存貯器2、LCD液晶顯示器3、操作按鍵4和可編程器件5，單片機(jī)1的輸入端分別接有多通道電參量模擬信號6、多通道非電參量模擬信號7和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)8、多通道開入量9，其輸出端接有多個(gè)開出量10，其串行口接有通信接口11，其所有硬件電路設(shè)計(jì)有“看門狗”復(fù)位芯片12，單片機(jī)1還連有掉電參數(shù)存貯器13，其多路高壓輸入通道和低壓多通道設(shè)有通道擴(kuò)展模塊，其無功補(bǔ)償可外接無功補(bǔ)償模塊。所述單片機(jī)1為80C196，其內(nèi)部包含了多種傳統(tǒng)的外部設(shè)備電路，如時(shí)鐘發(fā)生器、I/O口、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、監(jiān)視定時(shí)器、高速輸入/輸出、外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS、波形發(fā)生器等。該單片機(jī)最大特點(diǎn)是RALU沒有采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，其操作直接面向256字節(jié)寄存器空間，同時(shí)通過窗口切換映射獲得另一個(gè)256字節(jié)寄存器空間，消除了累加器的瓶頸效應(yīng)，加速了數(shù)據(jù)交換和更改的能力，提高了單片機(jī)CPU的吞吐力，非常適合于多通道數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、存貯和傳送收發(fā)?？删幊踢壿嬈骷?選用AT22V10芯片，可直接通過數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)1相連，它把單片機(jī)1外圍擴(kuò)展電路都作為數(shù)據(jù)存貯器來處理，減少了硬件電路的元件數(shù)目，提高了系統(tǒng)的可靠性。存貯器采用62256作為數(shù)據(jù)存貯器，采用27C512作為程序存貯器，通過數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)1連接，其片選信號均由可編程器件5給出，可根據(jù)程序大小、存放數(shù)據(jù)多少靈活決定相應(yīng)的存貯空間，提高了系統(tǒng)的應(yīng)用適應(yīng)性?？紤]可靠性及參數(shù)和數(shù)據(jù)掉電保存問題，電路使用了集電源監(jiān)視和看門狗電路為一體的集成芯片12，解決了電源保護(hù)和死機(jī)問題；電路使用串行口芯片，解決了歷史數(shù)據(jù)存貯和參數(shù)、數(shù)據(jù)的掉電存貯，同時(shí)簡化了電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。LCD液晶顯示器3采用帶備光的128×64液晶顯示模塊，驅(qū)動器為T6963，內(nèi)有8K的顯示緩存器，顯示容量大，為全中文菜單顯示；為保證本實(shí)用新型在各種工況下的適應(yīng)性和工作的合理性，可通過操作按健4分別設(shè)置故障電流定值和延時(shí)定值、溫濕度上下限定值等系統(tǒng)參數(shù)。
參見圖2，本實(shí)用新型通信接口11采用的方式是三種方式選擇之一，即RS-485半雙工總線方式、RS422全雙工總線方式和GSM模塊無線組網(wǎng)方式。總線方式簡單方便，采用多總線掛接方式實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)總線結(jié)構(gòu)。通過外擴(kuò)通訊模塊，可與EtherNet、CAN等各種通訊網(wǎng)絡(luò)連接；GSM模塊無線組網(wǎng)方式利用中國電信GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，遵守GSM7.05短信協(xié)議，數(shù)據(jù)可以傳遞至任何地點(diǎn)，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)的保密性。為了減少線路干擾，每一種通訊方式均采用高速光隔芯片6N137進(jìn)行隔離?？偩€方式采用的全雙工RS485驅(qū)動接收器模塊，驅(qū)動能力強(qiáng)，通訊距離可達(dá)1200米，最多可255臺裝置組網(wǎng)，與上位機(jī)串行通信，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙調(diào)、遙控功能；無線組網(wǎng)方式采用西門子公司的GSM模塊內(nèi)置方式，不受距離、數(shù)量的限制，與上位機(jī)無線通信，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙調(diào)、遙控功能。
參見圖3，為了避免預(yù)裝式變電站強(qiáng)電場對信號的干擾，采用TIP521系列光隔芯片對斷路器等輔助接電信號進(jìn)行隔離后通過可編程器件5經(jīng)數(shù)據(jù)總線輸入單片機(jī)1，同時(shí)將多通道開入量9的狀態(tài)在液晶顯示器3上顯示觀察。多通道開入量9經(jīng)光電隔離網(wǎng)絡(luò)，通過可編程器件5作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)1相接。
參見圖4，系統(tǒng)多個(gè)開出量10是繼電器組的接點(diǎn)信號，將控制信號由單片機(jī)1的數(shù)據(jù)總線通過可編程器件5作為片外地址數(shù)據(jù)通過TIP521系列光隔芯片控制繼電器組的輸出。多個(gè)開出量10通過可編程器件5作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)總線和光電隔離網(wǎng)絡(luò)輸出端接繼電器組；同時(shí)將繼電器組狀態(tài)經(jīng)光電隔離網(wǎng)絡(luò)，通過可編程器件5作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)數(shù)據(jù)總線接與單片機(jī)1讀出繼電器組狀態(tài)，由開出量10經(jīng)光電隔離網(wǎng)絡(luò)輸出控制信號控制上述無功補(bǔ)償模塊，跟蹤調(diào)節(jié)功率因數(shù)保持在指定限制范圍內(nèi)。
參見圖5，將高壓室一次電壓互感器PT、一次電流互感器CT或低壓室的電壓、一次電流互感器CT的信號輸入至本系統(tǒng)的二次電壓互感器PT、二次電流互感器CT，將信號轉(zhuǎn)換成峰值為1.5mA的電流信號輸入，經(jīng)運(yùn)放放大和RC回路進(jìn)行濾波后的實(shí)時(shí)信號為-2.5V～+2.5V的交流信號，而單片機(jī)1片內(nèi)A/D只能采集0～5V信號，因此，將實(shí)時(shí)信號通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)8后迭加一2.5V將其轉(zhuǎn)換成0～5V信號進(jìn)入單片機(jī)1內(nèi)部A/D采樣接口。通道擴(kuò)展模塊經(jīng)二次電壓電流互感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，多通道電參量模擬信號6分別通過高壓室、低壓室的二次電壓電流互感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，通道擴(kuò)展模塊經(jīng)二次電壓電流互感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，多路運(yùn)放的輸出端經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)8轉(zhuǎn)換后接單片機(jī)1內(nèi)部A/D采集接口。
參見圖6，將溫度或濕度傳感器信號經(jīng)運(yùn)放放大后直接到單片機(jī)1內(nèi)部A/D采樣接口。多通道非電參量模擬信號7分別通過高低壓室、變壓器室的溫濕度傳感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，多路運(yùn)放的輸出端經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)8轉(zhuǎn)換后接單片機(jī)1內(nèi)部A/D采集接口。
實(shí)際工作時(shí)，預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置將高壓室、低壓室的二次PT、CT系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)1內(nèi)部A/D允許的信號經(jīng)電參模擬量多通道6進(jìn)入A/D接口采樣。將高低壓室、變壓器室的溫濕度傳感器信號、變壓器繞組或絕緣油的溫度傳感器信號轉(zhuǎn)換成電參量信號經(jīng)非電參模擬量7到單片機(jī)1內(nèi)部A/D接口采樣。本實(shí)用新型上電正常工作后，顯示面板上的運(yùn)行指示燈閃爍顯示，通過操作按鍵4進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、保護(hù)投入、系統(tǒng)自檢等，一切正常，則顯示高壓室二次電壓電流值。預(yù)裝式變電站正常工作時(shí)，綜合保護(hù)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測高壓室三相入口電壓、高壓室三相出口電流、低壓室三相電壓三相電流、低壓室有功功率和無功功率、低壓室功率因數(shù)、低壓室頻率、高低壓室、變壓器的溫濕度信號，經(jīng)單片機(jī)1處理后通過數(shù)據(jù)總線將所測數(shù)據(jù)送至液晶顯示器3顯示。本實(shí)用新型正常工作時(shí)，通過操作按鍵4可在液晶顯示器3查詢顯示開入量9和開出量10的狀態(tài)，保護(hù)投入狀態(tài)，保護(hù)裝置的型號，模擬通道系數(shù)和零點(diǎn)系數(shù)，通訊地址編號，高壓室電壓電流一次變比等。當(dāng)檢測到預(yù)裝式變電站高壓室出口電流有異常時(shí)，如果保護(hù)是投入的，則系統(tǒng)將當(dāng)前檢測值與保存在掉電參數(shù)保存器13中設(shè)定的速斷定值、限時(shí)速斷定值和時(shí)間整定值、定限時(shí)過流定值和時(shí)間整定值等參數(shù)進(jìn)行分析比較，超過設(shè)定的參數(shù)時(shí)通過開出量10發(fā)出保護(hù)報(bào)警。當(dāng)檢測到預(yù)裝式變電站低壓室零序電流有異常時(shí)，如果保護(hù)是投入的，則系統(tǒng)將當(dāng)前檢測值與保存在掉電參數(shù)保存器13中設(shè)定的定值進(jìn)行分析比較，超過設(shè)定的參數(shù)時(shí)通過開出量10發(fā)出保護(hù)報(bào)警，同時(shí)將事件記錄存放在掉電參數(shù)保存器13中。當(dāng)檢測到預(yù)裝式變電站高壓室、低壓室、變壓器室的溫濕度有可能結(jié)露時(shí)，如果保護(hù)是投入的，則系統(tǒng)將當(dāng)前檢測值與保存在掉電參數(shù)保存器13中設(shè)定的各路溫濕度上下限值進(jìn)行分析比較，超過設(shè)定的參數(shù)時(shí)通過開出量10發(fā)出超溫超濕報(bào)警信號，同時(shí)將事件記錄存放在掉電參數(shù)保存器13中。當(dāng)檢測到預(yù)裝式變電站變壓器繞組溫度或絕緣油溫有異常時(shí)，如果保護(hù)是投入的，則系統(tǒng)將當(dāng)前檢測值與保存在掉電參數(shù)保存器13中設(shè)定的溫度上下限值進(jìn)行分析比較，超過設(shè)定的參數(shù)時(shí)通過開出量10發(fā)出超溫報(bào)警信號，同時(shí)將事件記錄存放在掉電參數(shù)保存器13中。當(dāng)測量計(jì)算的功率因數(shù)有異常時(shí)，如果保護(hù)是投入的，則系統(tǒng)將當(dāng)前檢測值與保存在掉電參數(shù)保存器13中設(shè)定的功率因數(shù)限值進(jìn)行分析比較，超過設(shè)定的參數(shù)時(shí)通過開出量10控制無功補(bǔ)償模塊進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償。單片機(jī)1通過通信接口11監(jiān)聽到上位及通信呼喚時(shí)，根據(jù)通訊協(xié)議將上位機(jī)所需的數(shù)據(jù)通過RS485或RS422總線方式或GSM無線通訊方式傳遞給上位機(jī)，如果有任意一種報(bào)警狀態(tài)，則同時(shí)將報(bào)警狀態(tài)隨同數(shù)據(jù)一起上串。需要擴(kuò)展通道時(shí)，將通道擴(kuò)展模塊與綜合保護(hù)裝置通過多心屏蔽電纜線連接，進(jìn)行多通道的測量保護(hù)。
權(quán)利要求1.一種預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于包括單片機(jī)(1)，所述單片機(jī)(1)的輸入端分別接有多通道電參量模擬信號(6)、多通道非電參量模擬信號(7)和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(8)以及多通道開入量(9)，單片機(jī)(1)的輸出端接有多個(gè)開出量(10)，單片機(jī)(1)的串行口接有通信接口(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述單片機(jī)(1)上連有“看門狗”復(fù)位芯片(12)和掉電參數(shù)存貯器(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述單片機(jī)(1)的多路高壓輸入通道和低壓多通道設(shè)有通道擴(kuò)展模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述單片機(jī)(1)的無功補(bǔ)償通過外接無功補(bǔ)償模塊實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述多通道電參量模擬信號(6)分別通過高壓室、低壓室的二次電壓電流互感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，所述通道擴(kuò)展模塊經(jīng)二次電壓電流互感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，所述多路運(yùn)放的輸出端經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(8)轉(zhuǎn)換后接單片機(jī)(1)內(nèi)部A/D采集接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述多通道非電參量模擬信號(7)分別通過高低壓室、變壓器室的溫濕度傳感器輸出端接多路運(yùn)放的實(shí)時(shí)信號輸出端，所述多路運(yùn)放的輸出端經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(8)轉(zhuǎn)換后接單片機(jī)(1)內(nèi)部A/D采集接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述單片機(jī)(1)通過數(shù)據(jù)總線與存貯器(2)、顯示器(3)、操作按鍵(4)和可編程邏輯器件(5)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述多通道開入量(9)經(jīng)光電隔離網(wǎng)絡(luò)，通過可編程邏輯器件(5)作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)(1)相接，所述多個(gè)開出量(10)通過可編程邏輯器件(5)作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)總線和光電隔離網(wǎng)絡(luò)輸出端，送輸入繼電器組，同時(shí)將繼電器組狀態(tài)經(jīng)光電隔離網(wǎng)絡(luò)，通過可編程邏輯器件(5)作為外部數(shù)據(jù)存貯器經(jīng)數(shù)據(jù)總線接與單片機(jī)(1)讀出繼電器組狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述串行通信接口(11)經(jīng)光電隔離器輸入端接單片機(jī)(1)的串行口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述單片機(jī)(1)為80C196單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置，其集電量監(jiān)測、繼電保護(hù)、微機(jī)控制、無功補(bǔ)償、環(huán)境溫濕度監(jiān)測與調(diào)節(jié)為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，改善了設(shè)備所需的正常工作環(huán)境，確保了設(shè)備的安全運(yùn)行，有效降低了配電系統(tǒng)意外事故發(fā)生率。本實(shí)用新型包括單片機(jī)，所述單片機(jī)的輸入端分別接有多通道電參量模擬信號、多通道非電參量模擬信號和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)以及多通道開入量，單片機(jī)的輸出端接有多個(gè)開出量，單片機(jī)的串行口接有通信接口。
文檔編號H02H5/00GK2565179SQ02262009
公開日2003年8月6日 申請日期2002年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者吳惠紅, 容江偉, 黃海龍 申請人:西安市遠(yuǎn)征科技有限公司