專利名稱：變電站單片機現(xiàn)場監(jiān)控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種安裝在露天變電站或戶內變電站一次設備現(xiàn)場附近，具有測量、監(jiān)視、保護、通信和分合閘操作功能的變電站單片機現(xiàn)場監(jiān)控裝置。
以微機集控臺為代表的變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)由于其功能完善，安全性、可靠性高，操作、維護方便，有遠動接口，可實現(xiàn)變電站無人值班等優(yōu)點，正逐步取代常規(guī)的電磁式繼電保護和信號系統(tǒng)，得到越來越多的應用。但現(xiàn)有的計算機監(jiān)控系統(tǒng)不適合于露天變電站，又由于其價格較高，也不適合于農村變電站和小型工礦變電站。
本實用新型的目的是，提供一種變電站單片機現(xiàn)場監(jiān)控裝置，它適合于露天變電站和戶內變電站，可對主變壓器，斷路器、負荷開關等一次設備進行測量、監(jiān)視、保護和分合閘操作，并可將測量和監(jiān)視信號傳送到安裝在變電站值班室或中心調度所的上位機，和接收與執(zhí)行經(jīng)上位機發(fā)來的操作指令。
本實用新型的技術方案是，它由采樣電阻、分壓電阻、線性整流器、濾波限幅器、多路轉換器、整形和過零檢測器、光電隔離器、放大器、出口繼電器，單片機和真空屏蔽盒組成，其結構特征是，把交流電流信號轉變?yōu)榻涣麟妷盒盘柕牟蓸与娮枧c將交流電壓信號變?yōu)橹绷麟妷盒盘柕木€性整流器和濾波限幅器連接，濾波限幅器又與用于擴展模擬信號通道的多路轉換器連接，多路轉換器將直流電壓信號經(jīng)A/D接口輸入單片機；將交流電壓信號幅值減小的分壓電阻與將交流電壓信號變?yōu)橹绷麟妷盒盘柕木€性整流器和濾波限幅器連接，濾波限幅器又與多路轉換器連接，多路轉換器將直流電壓信號經(jīng)A/D接口輸入單片機；檢測交流電流信號和交流電壓信號的相位和頻率的整形和過零檢測器的一端分別與采樣電阻或分壓電阻連接，另一端分別與鑒定交流電流信號和交流電壓信號的相位和頻率的單片機的輸入接口連接；防止干擾的光電隔離器與單片機開關量輸入、輸出接口連接，將輸出信號放大的放大器分別與光電隔離器和驅動操作機構的出口繼電器連接，然后將連接好的采樣電阻、分壓電阻、線性整流器、濾波限幅器、多路轉換器、整形和過零檢測器、光電隔離器、放大器、出口繼電器、單片機一起密封于一鋼板制的屏蔽盒中，盒內抽真空至10-3～10-4毫米汞柱，或向抽成真空的盒內充入純凈的、不易電離的惰性氣體。真空屏蔽盒的進出線均通過接插頭。
本實用新型的另一種技術方案是，可以用將交流電流信號變流的微型電流互感器代替所述的采樣電阻，用將交流電壓信號降壓的微型電壓互感器代替所述的分壓電阻。
下面接合附圖對本實用新型的保護、測量和監(jiān)視原理作詳細的說明。


圖1為本實用新型的外形圖，圖2為本實用新型用于變電站主變壓器保護和監(jiān)控的方框圖，圖3為本實用新型用于變電站饋出線路保護和監(jiān)控的方框圖，圖4、圖5、圖6均為本實用新型的電氣原理分圖，圖7為電氣原理分圖位置圖，圖8為本實用新型的實施例的主接線圖，其中1-真空屏蔽盒，2-接插頭，3-操作機構，4-溫度信號計，5-風機繼電器，6-瓦斯繼電器，7-電流互感器，8-電壓互感器，9-采樣電阻，10-分壓電阻，11,12-線性整流器，13,14-濾波限幅器，15,16-整形和過零檢測器，17-多路轉換器，18,19-光電隔離器，20-放大器，21-出口繼電器，22-單片機，23-共用開發(fā)機鍵盤，24-共用通信處理器，25-上位機。
圖2為本實用新型用于變電站主變壓器的保護和監(jiān)控的方框圖。對于變壓器的本體保護，如溫度保護，風冷保護、瓦斯保護等，均是以開關量的形式來實施的；而對于變壓器繞組的相間短路、匝間短路，單相接地短路、過負荷等故障，則以變壓器的電流、電壓不同程度的變化表現(xiàn)出來，對于這兩種情況，本實用新型分別實施保護。為了實施本體保護，溫度信號計4，風機繼電器5，瓦斯繼電器6等輸出的開關量信號經(jīng)抗干擾的光電隔離器18進入單片機22，與單片機存儲的開關量地址比較，如屬油溫升高、風機停轉、輕瓦斯動作等，則經(jīng)共用通信處理器24將報警信號傳至上位機25；如為重瓦斯動作，則單片機22立即發(fā)出跳閘指令，經(jīng)光電隔離器19輸出和放大器20放大后，使出口繼電器21動作，驅動操作機構3跳閘，同時向上位機25發(fā)出信號。
當變壓器發(fā)生各種短路故障及過負荷時，由電流互感器7采集的反映故障的交流電流信號首先由采樣電阻9轉換為交流電壓信號，由電壓互感器8采集的同樣反映故障的交流電壓信號首先由分壓電阻10降壓，然后兩組交流電壓信號分別經(jīng)線性整流器11,12和濾波限幅器13,14整流和濾波，變?yōu)橹绷麟妷盒盘?，再?jīng)多路轉換器17進入單片機22,A/D轉換后，與單片機存儲的各個整定值比較，如超過有關整定值，經(jīng)光電隔離器19，放大器20和出口繼電器21瞬時或延時發(fā)出跳閘指令，并同時向上位機發(fā)出信號。
采用多路轉換器是在單片機模擬通道不夠的情況下采取的措施。
本實用新型還可對變電站的電力電容器組、母線和饋出線路等實施保護，圖3為本實用新型用于變電站饋出線路保護和監(jiān)控的方框圖。本實用新型安裝在饋出斷路器附近，斷路器操作機構3的分合閘狀態(tài)經(jīng)光電隔離器18和開關量輸入接口進入單片機，并傳送至上位機。當線路發(fā)生各種短路或接地故障或過負荷時，安裝在斷路器附近的電流互感器7和電壓互感器8采集的反映故障的交流電流和交流電壓信號，首先轉換為交流電壓信號和降壓，再經(jīng)整流，濾波變?yōu)橹绷麟妷盒盘栠M入單片機，A/D轉換后，與單片機存儲的各個整定值比較，根據(jù)超過的某一整定值，單片機經(jīng)光電隔離器19，放大器20和出口繼電器21瞬時或延時發(fā)出跳閘指令，并同時向上住機25發(fā)出信號。
變電站值班室或中心調度所還可以通過上位機和本實用新型對變電站的電力設備和饋出線路進行實時監(jiān)視、測量和遙控。由電流互感器7和電壓互感器8采集的、反映每臺電力設備、每條饋電線路正常情況和運行狀況的交流電流和交流電壓信號，經(jīng)轉變?yōu)橹绷麟妷盒盘柤癆/D轉換，和經(jīng)整形和過零檢測器15,16檢測，由單片機22鑒定相位和頻率，然后經(jīng)共用通信處理器24將反映變電站運行狀況的各臺設備，各條線路的電流、電壓的頻率、相位和幅值以數(shù)字形式傳送至上位機25，供上位機顯示電流、電壓、頻率、相位，計算有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電度、無功電度等，并可由上位機進行分合閘操作、保護巡檢、設備正常情況診斷、打印統(tǒng)計報表和操作票等。
可以用共用開發(fā)機鍵盤23或上位機25向本實用新型的單片機22寫入或修改電流、電壓保護整定值。
本實用新型的工作電源可以由變電站的直流或交流操作電源提供。
一件本實用新型一般對應一臺電力設備，即一對一保護。對于重要的電力設備，如主變壓器和重要供電線路，也可采取二對一保護，即兩件整定值完全相同的本實用新型互為熱備用，保護同一臺電力設備。其中一件實時運行，另一件處于監(jiān)視狀態(tài)，當工作的一件出現(xiàn)不可恢復故障時，立即自動切換，由另一件接替工作，出現(xiàn)故障的一件可在不停止被保護設備運行的情況下更換。
由上述可知，本實用新型既有現(xiàn)有的變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點，還有下述重要優(yōu)點1、工作可靠。本實用新型的所有電子、電器元件均密封于一鋼板制的屏敝盒中，隔絕了電磁干擾；盒內高真空的或潔凈的隋性氣體的小環(huán)境，沒有灰塵和凝露現(xiàn)象，使電子無件和單片機工作穩(wěn)定、可靠；因處于高真空或隋性氣體環(huán)境中，故出口繼電器觸頭分、合時不會產(chǎn)生電火花和電孤，使觸頭壽命延長，和消除了電弧對電子電路的影響。
2、成本較低。本實用新型用價格較低的采樣電阻、分壓電阻、線性整流器、濾波限幅器、整形和過零檢測器代替了價格較貴的各種電量變送器，如電流、電壓、功率因數(shù)、功率變送器等，并使裝置的體積大大縮小，故成本較低。
3、安裝方便，安裝費用低。本實用新型通過接插頭與外部設備連接，很方便。本實用新型安裝在戶外或戶內電力設備附近，接線距離短，通過一根通信電纜與共用通信處理器連接后，就可向變電站值班室或中心調度所發(fā)送測量、監(jiān)視信號和接收指令，與常規(guī)變電站比較，大大減少了所需電纜和安裝工作量。
4、維護工作量小，擴容性能好。用于保護各種電力設備和電力線路的本實用新型，除地址碼和整定值不同外，構造是完全相同的，當某一件本實用新型出現(xiàn)不可恢復故障時，很容易用另一件替換。
當變電站需要擴充容量，增加設備和饋出線路時，采用幾件本實作新型，通過其接插頭與操作機構、互感器等連接，就可對新增電力設備和饋出線路進行保護、測量和監(jiān)控。
本實用新型完全適應在露天環(huán)境中工作，因此可應用于露天變電站；本實用新型還可應用于新建的戶內變電站，或用于對采用常規(guī)的電磁式繼電保護的變電站進行改造。
下面舉例說明本實用新型的實施。
圖8為某35KV戶內變電站的主接線圖，該變電站單回路進線，母線不分段，有8路饋出回路。
對于該變電站的主變壓器的要求是當發(fā)生繞組相間短路，匝間短路及引出線相間短路時，兩側斷路器瞬間跳閘；當由于外部相間短路引起過電流時，應反時限跳閘；當過負荷、油溫升高、冷卻風機故障、輕瓦斯動作等時，應發(fā)出報警信號或延時跳閘。
饋出線路的要求是相間短路時應瞬時跳閘，接地短路及中性點過電壓時，應報警及定時限跳閘；過負荷應報警。
對并聯(lián)電容器組的要求是過電流、內部連接線短路及母線失壓時，應瞬時跳閘。
本實用新型完全可以滿足上述保護要求。用于該變電站的本實用新型采用8798單片機，在每一臺饋出開關柜和電容器柜原安裝繼電器的位置安裝一件本實用新型，用于饋出線路和電容器組的測量、監(jiān)視和保護；在變壓器兩側的斷路器附近各安裝一件本實用新型1AC和2AC，其中1AC完成主變保護、計測和與上位機通信等功能，2AC既作為10KV側的后備保護，又與1AC互為熱備用，當1AC出現(xiàn)不可恢復的故障時，立即自動切換，由2AC擔負主變壓器的保護。該變電站共采用11件本實用新型，共同通過一臺帶RS-232或RS-485通信接口的微處理器建立與位于變電站值班室或中心調度所的上位機之間的通信聯(lián)系。
權利要求1．一種變電站單片機現(xiàn)場監(jiān)控裝置，它由采樣電阻9，分壓電阻10，線性整流器11、12，濾波限幅器13、14，整形和過零檢測器15、16，多路轉換器17，光電隔離器18、19，放大器20，出口繼電器21，單片機22，真空屏蔽盒1組成，其特征是，所述把交流電流信號轉變?yōu)榻涣麟妷盒盘柕牟蓸与娮?與將交流電壓信號變?yōu)橹绷麟妷盒盘柕木€性整流器11和濾波限幅器13連接，濾波限幅器13又與用于擴展模擬信號通道的多路轉換器17連接，多路轉換器17將直流電壓信號經(jīng)A/D接口輸入單片機，將交流電壓信號幅值減小的分壓電阻10與將交流電壓信號變?yōu)橹绷麟妷盒盘柕木€性整流器12和濾波限幅器14連接，濾波限幅器14又與多路轉換器17連接，多路轉換器17將直流電壓信號經(jīng)A/D接口輸入單片機，檢測交流電流信號和交流電壓信號的相位和頻率的整形和過零檢測器15、16的一端分別與采樣電阻9或分壓電阻10連接，另一端分別與鑒定交流電流信號和交流電壓信號的相位和頻率的單片機22的輸入接口連接，防止干擾的光隔離器18、19與單片機22的開關量輸入、輸出接口連接，將輸出信號放大的放大器20分別與光電隔離器19和驅動操作機械3的出口繼電器21連接，然后將連接好的采樣電阻9，分壓電阻10，線性整流器11、12，濾波限幅器13、14，整形和過零檢測器15、16，多路轉換器17，光電隔離器18、19，放大器20，出口繼電器21，單片機22一起密封于真空屏蔽盒1中，盒內抽真空。
2．權利要求1所述的變電站單片機現(xiàn)場監(jiān)控裝置，其特征還在于，可以用將交流電流信號變流的微型電流互感器代替所述的采樣電阻9，用將交流電壓信號降壓的微型電壓互感器代替所述的分壓電阻10。
3．權利要求1所述的變電站單片機現(xiàn)場監(jiān)控裝置，其特征還在于，真空屏蔽盒1內可以充有惰性氣體。
4．權利要求1所述的變電站單片機現(xiàn)場監(jiān)控裝置，其特征還在于，真空屏蔽盒1的進出線均通過接插頭2。
專利摘要一種變電站單片機現(xiàn)場監(jiān)控裝置,其結構是,采樣電阻9和分壓電阻10分別與線性整流器11、12和濾波限幅器13、14連接,并經(jīng)多路轉換器17與單片機22的A/D接口連接,整形和過零檢測器15、16的一端分別與采樣電阻9或分壓電阻10連接,另一端分別與單片機22的輸入接口連接,光電隔離器18、19分別與單片機22的開關量輸入、輸出接口連接,放大器20分別與光電隔離器19和出口繼電器21連接,然后一起密封于一鋼板制的屏蔽盒中,盒內抽真空或充入惰性氣體。本實用新型具有保護、測量、監(jiān)視、通信和運動功能,適用于露天變電站和戶內變電站。
文檔編號H02B5/00GK2309001SQ9723859
公開日1999年2月24日 申請日期1997年7月24日 優(yōu)先權日1997年7月24日
發(fā)明者陳家山 申請人:陳家山