CN101393245A - 一种变压器综合监控仪 - Google Patents

Abstract

本发明的变压器综合监控仪，其特殊之处在于：由三个相互独立的DSP模块组成，分别为温度控制DSP模块、电量监测DSP模块和人机交互DSP模块，三者之间通过RS232串行总线连接。DSP即Digital Signal Processing，数字信号处理。本发明的有益效果是，因为减少了监控硬件，去掉了远动装置模块，所以成本很低，而且系统联网、集中监控变压器方便，运行安全可靠。

Description

一种变压器综合监控仪

(一)技术领域

本发明属于电力变压器监控领域，特别涉及一种变压器综合监控仪。

(二)背景技术

变压器监控一般包括变压器温度监控和变压器电参数监控两方面，变压器电参数监控又包括电压、电流、频率等参数监控和电能参数监控。变压器监控功能以往都是由变压器电子温控器、远动装置(或其他变压器电参数采集装置)和电能表(电度表)共同完成。变压器温度监控包括变压器温度采集、处理、显示、超温报警、超温跳闸、散热风机手动启停等功能，过去一般采用一台变压器配备一台电子温控器的模式；变压器电参数监控包括变压器电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波、频率等电量参数的采集、处理，断路器、隔离开关、低压出线开关、联络开关、变压器分接头位置等状态监视以及断路器合闸、跳闸控制等功能，以往一般采用一台变压器配备一台远动装置(或其他变压器电参数采集装置)的模式；变压器有功电能、无功电能的采集过去一般采用一台变压器配备一块电能表(电度表)的模式(见图1)。

从图1可以看出，过去对一台变压器的监控一般都是采用一台电子温控器、一台远动装置(或其他变压器电参数采集装置)和一块电能表(电度表)共三种硬件装置共同完成，硬件采购及安装成本均较高，而且这三种装置一般都是由不同的厂家生产，接口往往不统一，将它们联网非常麻烦，因而不利于对变压器的集中统一监控。

对变压器的电参数如电压、电流、频率等的采集处理，断路器、联络开关等状态监视以及断路器跳合闸控制等以往一般都是采用远动装置来完成，远动装置一般都是由多个模块组成(见图2)，如电源模块、CPU模块、模拟量采集模块、开入开出模块等，一般一个模块就是一块独立的电路板，这些模块(电路板)都是通过非标准总线或一些接插件连接在一起，大大降低了整个系统的可靠性，且成本相对较高。

(三)发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种成本低、系统联网集中监控方便、可靠性高的变压器综合监控仪。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的变压器综合监控仪，其特殊之处在于：由三个相互独立的DSP模块组成，分别为温度控制DSP模块、电量监测DSP模块和人机交互DSP模块，三者之间通过RS232串行总线连接。DSP即DigitalSignal Processing，数字信号处理。

本发明的变压器综合监控仪，温度控制DSP模块和电量监测DSP模块集成安装在一块监控电路板上，监控电路板还设有能够与后台监控软件联网的RS485串行总线和CAN工业现场总线接口。CAN即controller area network，控制器局部网络。RS485串行总线和CAN工业现场总线接口，可以方便地和后台监控软件联网，实现多台变压器的集中监控功能，可广泛应用于电力变压器的温度控制和电量参数监控领域。

本发明的变压器综合监控仪，人机交互DSP模块安装在人机交互板，人机交互板上还安装有操作键盘和液晶显示器；人机交互DSP模块的输入端连接操作键盘，输出端连接液晶显示器。

本发明的变压器综合监控仪，温度控制DSP模块完成变压器温度监控功能；电量监测DSP模块完成变压器电量参数与开关状态监测以及断路器控制功能；人机交互DSP模块实现变压器监控的人机交互功能。温度控制DSP模块的输入端连接温度传感器，输出端连接散热风机。电量监测DSP模块的输入端连接电压互感器和电流互感器，输出端连接断路器、开关等。温度控制DSP模块和电量监测DSP模块之间通过RS232串行总线连接。

本发明的有益效果是，因为减少了监控硬件，去掉了远动装置模块，所以成本很低，而且系统联网、集中监控变压器方便，运行安全可靠。

(四)附图说明

图1为采用电子温控器、远动装置和电能表的变压器监控系统示意图，是现有技术，图2为变压器远动装置系统示意图，也是现有技术，图3为本发明的变压器监控系统示意图。

(五)具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

本发明的变压器综合监控仪，由三个相互独立的DSP模块组成，分别为温度控制DSP模块、电量监测DSP模块和人机交互DSP模块，三者之间通过RS232串行总线连接。温度控制DSP模块和电量监测DSP模块集成安装在一块监控电路板上，监控电路板还设有能够与后台监控软件联网的RS485串行总线和CAN工业现场总线接口。人机交互DSP模块安装在人机交互板，人机交互板上还安装有操作键盘和液晶显示器；人机交互DSP模块的输入端连接操作键盘，输出端连接液晶显示器。

本发明的变压器综合监控仪，温度控制DSP模块完成变压器温度监控功能；电量监测DSP模块完成变压器电量参数与开关状态监测以及断路器控制功能；人机交互DSP模块实现变压器监控的人机交互功能。温度控制DSP模块的输入端连接温度传感器，输出端连接散热风机。电量监测DSP模块的输入端连接电压互感器和电流互感器，输出端连接断路器、开关等。温度控制DSP模块和电量监测DSP模块之间通过RS232串行总线连接，不需要任何接插件，提高了整个系统的可靠性和可维护性，并且有效的降低了硬件成本。

本发明的变压器综合监控仪，基于多DSP并行处理、各DSP处理系统独立运行且通过RS232串行总线连成局部网络。变压器综合监控仪由人机交互板和监控电路板共两块电路板组成。其中监控电路板由温度控制DSP模块和电量监测DSP模块组成，集成了变压器温度监控、变压器电量参数与开关状态监测以及断路器控制等功能，软硬件均采用模块化设计，便于安装、维护和系统扩展。各自独立运行的温度控制DSP模块、电量监测DSP模块和人机交互DSP模块三者之间通过RS232串行总线连接构成一个统一的局部网络，实现了变压器监控的结构及功能模块化，易于扩展及维护。三个DSP模块之间的任务协调和信息交换在监控仪内部完成，变压器集中监控所需的全部信息通过RS485或CAN总线统一输出，大大方便了变压器集中监控的网络实现。

本发明首先采用三个各自独立的DSP系统并行处理变压器温度监控、变压器电量参数与开关状态监测以及断路器控制、人机交互等任务，各个独立运行的DSP处理系统之间通过RS232串行总线连成一个统一的局部网络，实现变压器安全可靠运行的目的。其次，本发明将电力变压器电子温控器、远动终端、电能表的功能实现电路集成在一块监控电路板上，结构紧凑，便于安装和维护，在监控仪人机交互板出现故障的情况下，监控电路板仍能独立运行，在降低成本的同时提高了整个监控仪的可靠性。

本发明融入了数字信号处理(DSP)技术、智能传感技术、智能控制技术、局部网络技术、干扰隔离技术以及实时控制、容错、自动故障诊断等技术，大大提高了监控仪的实时处理能力和在恶劣电磁环境下的抗干扰能力。

本发明与图1所示系统的不同之处在于：

本发明采用变压器温度控制DSP模块完成变压器三相温度(或油温)及环境温度的采集、处理、超温报警、超温跳闸、最高温度记录、掉电温度记录以及风机定时启动等功能，也就是完成图1中变压器电子温控器的功能；采用变压器电量监测DSP模块完成变压器电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、功率因数、谐波、频率等电量参数的采集、处理，断路器、隔离开关、低压出线开关、联络开关、变压器分接头位置等状态监视以及断路器合闸、跳闸控制等功能，也就是完成图1中远动装置(或电参数采集装置)和电能表(电度表)的功能。变压器温度控制DSP模块和变压器电量监测DSP模块之间通过RS232串行总线连接在一起，两个DSP模块之间的任务协调和信息交换在监控仪内部完成，变压器集中监控所需的全部信息通过RS485或CAN总线统一输出，从而有效地克服了图1所示系统各个设备之间联网困难的缺陷。

本发明与图2所示系统的不同之处在于：

本发明中变压器温度控制DSP模块和变压器电量监测DSP模块处在同一块电路板上，节省了成本，而且两个DSP模块之间的连接不需要任何接插件，大大提高了整个系统的可靠性，有效地克服了图2所示系统成本高、可靠性差的缺陷。

本发明(图3)的具体工作原理：

①变压器温度控制DSP模块采用PT100铂电阻温度传感器采集变压器的三相温度(干式变压器)或油温(油浸式变压器)，及环境温度，采集到的数据经过A/D(模/数)转换后由DSP进行非线性校准等处理，处理好的数据通过RS232串行总线送到人机交互DSP模块进行显示，同时可通过RS485或CAN总线送往后台监控软件。当温度超过用户设置值时，进行超温报警、超温跳闸等报警并对变压器散热风机进行相关操作，温度控制DSP模块还可根据用户设置实现最高温度记录、掉电温度记录以及风机定时启动等功能。

②变压器电量监测DSP模块通过电压互感器和电流互感器采集变压器的三相电压和三相电流模拟数据，经高精度A/D转换芯片转换成数字信号后经内部总线送入DSP，DSP经过相关处理后分别计算变压器电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、功率因数、谐波、频率等电量参数，处理好的电量参数通过RS232串行总线送到人机交互DSP模块进行显示，同时可通过RS485或CAN总线送往后台监控软件。电量监测DSP模块还完成对断路器、隔离开关、低压出线开关、联络开关、变压器分接头位置等状态监视以及对断路器进行合闸、跳闸等操作。

③人机交互DSP模块从操作键盘接收用户输入的变压器报警温度等定值设置参数以及变压器散热风机、断路器的手动起停等命令，通过RS232串行总线分别送往温度控制DSP模块与电量监测DSP模块，由温度控制DSP模块与电量监测DSP模块进行相关的定值参数设置和对散热风机、断路器进行相关操作。另外，人机交互DSP模块通过液晶显示器实现变压器温度、电量参数、各个开关状态、分接头位置等的显示，通过LED发光二极管实现变压器运行状态、报警等信息的显示。

本发明(图3)中温度控制DSP模块和人机交互DSP模块的CPU均采用TI(德州仪器)公司生产的TMS320LF2407A，它是专门针对控制领域应用的16位DSP芯片，具有高速信号处理和数字控制功能所必需的体系结构，其指令执行速度高达40MIPS，且绝大部分的指令都可以在一个25ns的单周期内执行完毕。另外，它还具有非常强大的片内I/O(输入/输出)端口和其它外围设备，简化了温度控制DSP模块和人机交互DSP模块外围电路设计，降低了系统成本。TMS320LF2407A集程序存储器、数据存储器、CAN通信控制器于一体，使温度控制DSP模块和人机交互DSP模块具有体积小，抗干扰能力强的特点，可长期工作在变压器柜内等强电磁干扰环境和-45～+80℃的温度环境。

本发明(图3)中电量监测DSP模块的CPU采用TI公司生产的TMS320LF2812A，它是一个功能齐全的32位DSP，拥有高达150MIPS的性能，其功能包括单周期32*32MAC、多条片上总线、单个保护通路、单周期指令执行、强大的寻址模式、移位器以及集成的实时仿真。TMS320LF2812A片上内置大内存以及集成的外设接口，使得采用该DSP芯片设计的电量监测DSP模块具有体积小，可靠性高，抗干扰能力强等特点。

电量监测DSP模块采用14位精度A/D转换芯片，利用TMS320LF2812A优良的运算性能，软件采用了快速傅立叶变换、电压互感器、电流互感器角差校准等算法，变压器电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波、频率等电量参数的采集计算精度达到了0.5％，并且断路器、隔离开关、低压出线开关、联络开关、变压器分接头位置等状态更新速度和断路器合闸、跳闸等操作速度均比采用单片机的远动装置有了显著的提高。

Claims (3)

1.一种变压器综合监控仪，其特征在于：由三个相互独立的DSP模块组成，分别为温度控制DSP模块、电量监测DSP模块和人机交互DSP模块，三者之间通过RS232串行总线连接。

2.根据权利要求1所述的变压器综合监控仪，其特征在于：温度控制DSP模块和电量监测DSP模块集成安装在一块监控电路板上，监控电路板还设有能够与后台监控软件联网的RS485串行总线和CAN工业现场总线接口。

3.根据权利要求1或2所述的变压器综合监控仪，其特征在于：人机交互DSP模块安装在人机交互板，人机交互板上还安装有操作键盘和液晶显示器；人机交互DSP模块的输入端连接操作键盘，输出端连接液晶显示器。

Images