CN101964548B

CN101964548B - 电力变压器综合智能组件

Info

Publication number: CN101964548B
Application number: CN201010543538A
Authority: CN
Inventors: 张斌; 徐石明; 倪益民; 周斌; 谭永; 戴欣欣; 赵东坡; 樊陈
Original assignee: Nari Technology Co Ltd
Current assignee: Nari Technology Co Ltd; NARI Nanjing Control System Co Ltd
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: CN101964548A

Abstract

本发明公开了一种电力变压器综合智能组件，其包括主变压器高压侧遥测、遥信、同步相量、故障录波功能；中压侧遥测、遥信、同步相量、故障录波功能；低压侧遥测、遥信、同步相量、故障录波功能；主变压器本体的遥测、遥测和状态监测功能。本发明变压器综合智能组件通过采用上述方案实现变压器自我状态感知与基于自检测信息的运行状态智能评估和智能控制，使得运行管理人员准确了解设备状态信息并根据其状态安排设备的运行和检修，能够有力的保证电力变压器自身的安全运行和电网的安全运行，降低设备的维护费用，这对电网的运行和实现对变压器设备的精益化管理都具有非常重要的意义。

Description

电力变压器综合智能组件

技术领域

本发明涉及一种电力变压器综合智能组件，特别是涉及一种实现了功能高度融合的电力变压器综合智能组件，属于变电站自动化领域。

背景技术

电力变压器，特别是超高压的大型电力变压器是变电站中价值昂贵的设备，也是十分重要的设备，尤其是在枢纽变电站，更是站内的关键设备。电力变压器故障率相对较高，发生故障后影响较大，随着国内智能电网和智能变电站建设的逐步推进，实现变压器设备的状态可视化、控制网络化和自动化需求非常急迫。同时国内数字化变电站和变压器在线监测等的实施也为变压器智能组件的实现创造了条件，具体包括以下内容：

一、电子式互感器和网络通信技术的发展为综合智能组件的测量和控制信息的数字化和网络化创造了条件。数字化变电站建设对网络通信提出了更高的要求，尤其是测控装置下放就地后连带的通信装置也将下放，其抗干扰和网络通信的实时性都在数字化变电站的试点中得到验证。

二、基于数字接口的智能设备的技术基础

与传统的二次智能设备相比，基于数字接口的智能设备其基本的工作原理相同，所不同的是：数据源，数据量，数据同步。数据源来自站内的以太网网络数据，由于其高速采样，因而其数据流量巨大，需要从中筛选，另外如从多侧来的数据还需要做同步处理。合并单元、智能操作箱、数字接口的保护与测控等设备的研制和推广过程中有了充分实践，为综合智能组件功能的融合创造了条件。

三、 IEC61850标准的实施基础

IEC61850标准为数字化变电站内以及变电站与调度之间的信息传输制定了统一的规范和机制。变压器综合智能组件与合并单元、本体智能操作箱之间的通信以及智能组件与站控层之间的通信都是基于IEC81850标准的。

四、变压器在线监测技术的应用

国内在变压器状态参量的检测方面也取得了一定的成果，有一部分已进入实用，如油色谱、局部放电、超声定位、容性设备在线监测等。这些技术的应用是变压器综合智能组件综合应用变压器自身状态信息对自身状态判断的前提。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种变压器综合智能组件，其包括主变压器高压侧遥测、遥信、同步相量、故障录波功能；中压侧遥测、遥信、同步相量、故障录波功能；低压侧遥测、遥信、同步相量、故障录波功能；主变压器本体的遥信、遥测和状态监测功能，实现了功能高度融合。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电力变压器综合智能组件，其包括：高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件，用于处理高精度对时功能、测控功能、同步相量测量功能、故障录波功能和以太网通信功能；高压侧数字化信息采集模件，用于负责接收来自合并单元的IEC61850-9-2交流采样数据、处理IEEE1588对时和收发GOOSE信息，并通过FPGA硬件平台实现与高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件之间的通信；中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件；中压侧数字化信息采集模件；低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件；低压侧数字化信息采集模件；内部信息管理模件，用于完成与高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件、中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件、低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件、人机接口模件以及主变压器本体信息采集和应用模件之间的信息交互，是变压器综合智能组件的信息枢纽中心；主变压器本体信息采集和应用模件，用于完成与主变压器本体智能操作箱之间的信息通信，实现与在线监测智能终端之间的信息采集，完成状态诊断功能的实现以及与变压器本体信息的IEC61850数据信息建模和站控层的信息交互；人机接口模件，由键盘输入、液晶显示和相关电路组成，以完成输入输出功能；电源模件，其输入220V交流或直流电源，输出5V和24V直流电源供给其它模件；其中，所述中压侧数字化信息采集模件、低压侧数字化信息采集模件与所述高压侧数字化信息采集模件功能相同，分别对应中压侧与低压侧间隔；所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件、低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件功能相同，分别对应中压侧与低压侧间隔。

所述的电力变压器综合智能组件的高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件采用32位MPC8313处理器。

所述的电力变压器综合智能组件的主变压器本体信息采集和应用模件具备4个以太网接口、4个串口和2个CAN网接口。

所述的电力变压器综合智能组件的内部信息管理模件通过以太网实现与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件、所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件、所述低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件以及所述人机接口模件的信息相互。

所述的电力变压器综合智能组件的内部信息管理模件通过双口RAM方式与所述主变压器本体信息采集和应用模件连接。

所述的电力变压器综合智能组件的高压侧数字化信息采集模件与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件之间，所述中压侧数字化信息采集模件与所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件之间，所述低压侧数字化信息采集模件与所述低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件之间通过内部高速串行总线SPI进行通信。

本发明的优点是，本发明所涉及的电力变压器的综合智能组件是应用现代各种传感器，实现变压器自我状态感知与基于自检测信息的运行状态智能评估和智能控制，能够实现变压器的状态参量数字化、控制网络化和状态可视化，能够实现变压器在突发异常情况下的自我保护和故障隔离，能够与调度系统、检修管理系统进行有效的信息互动，使得运行管理人员准确了解设备状态信息并根据其状态安排设备的运行和检修，能够有力的保证电力变压器自身的安全运行和电网的安全运行，降低设备的维护费用，这对电网的运行和实现对变压器设备的精益化管理都具有非常重要的意义。

附图说明

图1为本发明电力变压器综合智能组件的整体结构图；

图2为本发明电力变压器综合智能组件的硬件组成及互联关系原理图；

图3为本发明电力变压器综合智能组件的内部信息流向示意图。

附图符号说明：

CPUS1——高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件；

DAC1——高压侧数字化信息采集模件；

CPUS2——中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件；

DAC2——中压侧数字化信息采集模件；

CPUS3——低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件；

DAC3——低压侧数字化信息采集模件；

NET6——内部信息管理模件；

MMI——人机接口模件；

CPU4E——主变压器本体信息采集和应用模件；

PWR——电源模件；

SPI接口——内部高速串行总线。

附图标记说明：

101——高压侧过程层；

102——中压侧过程层；

103——低压侧过程层；

104——站控层。

具体实施方式

为进一步揭示本发明的技术方案，兹结合附图详细说明本发明的实施方式：

图1为本发明电力变压器综合智能组件的整体结构图；图2为本发明电力变压器综合智能组件的硬件组成及互联关系原理图；图3为本发明电力变压器综合智能组件的内部信息流向示意图。其中，包括：高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201，用于处理高精度对时功能、测控功能、同步相量测量功能、故障录波功能和以太网通信功能；高压侧数字化信息采集模件202，用于负责接收来自合并单元的IEC61850-9-2交流采样数据、处理IEEE1588对时和收发GOOSE信息，并通过FPGA硬件平台实现与高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201之间的通信；中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件203；中压侧数字化信息采集模件204；低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件205；低压侧数字化信息采集模件206；内部信息管理模件209，用于完成与高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201、中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件203、低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件205、人机接口模件210以及主变压器本体信息采集和应用模件211之间的信息交互，是变压器综合智能组件的信息枢纽中心；主变压器本体信息采集和应用模件211，用于完成与主变压器本体智能操作箱之间的信息通信，实现与在线监测智能终端之间的信息采集，完成状态诊断功能的实现以及与变压器本体信息的IEC61850数据信息建模和站控层的信息交互；人机接口模件210，由键盘输入、液晶显示和相关电路组成，以完成输入输出功能；电源模件208，其输入220V交流或直流电源，输出5V和24V直流电源供给其它模件；其中，所述中压侧数字化信息采集模件204、低压侧数字化信息采集模件206与所述高压侧数字化信息采集模件202功能相同，分别对应中压侧与低压侧间隔；所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件203、低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件205与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201功能相同，分别对应中压侧与低压侧间隔。

所述的电力变压器综合智能组件的高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201采用32位MPC8313处理器以及大规模FPGA综合处理高精度对时功能、测控功能、同步相量测量功能、故障录波功能和以太网通信功能。通过利用MPC8313处理器上的两个千兆以太网传输动态数据和暂态故障录波波形数据并接受高精度IEEE1588对时；通过MPC8313处理器上的两个百兆以太网传输SCADA数据，支持IEC61850标准和103协议。该模件上光纤秒脉冲输入接口和光纤IRIG-B码输入接口用于输入高精度光纤秒脉冲对时信号和光纤IRIG-B码对时信号。该模件上还具有一内部通信网口用于与内部信息管理模件之间的信息通信以及高速串行接口用于与高压侧数字化信息采集模件之间的信息通信。

所述的电力变压器综合智能组件的主变压器本体信息采集和应用模件211具备4个以太网接口、4个串口和2个CAN网接口。

所述的电力变压器综合智能组件的内部信息管理模件209通过以太网212实现与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201、所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件203、所述低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件205以及所述人机接口模件210的信息相互。

所述的电力变压器综合智能组件的内部信息管理模件209通过双口RAM方式与所述主变压器本体信息采集和应用模件211连接。

所述的电力变压器综合智能组件的高压侧数字化信息采集模件202与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201之间，所述中压侧数字化信息采集模件204与所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件203之间，所述低压侧数字化信息采集模件206与所述低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件205之间通过内部高速串行总线SPI207进行通信。

以下结合图1、图2、图3说明本发明电力变压器综合智能组件100与外部的连接关系以及相互间的信息流向：

从图1中可知，变压器综合智能组件100的实施需要与高、中、低压侧的过程层设备以及站控层104设备配合使用才能完成它的功能，现分述如下：①变压器综合智能组件100与高压侧过程层101本体智能终端、高压侧断路器智能终端、高压侧母联智能终端、高压侧合并单元通过高压侧过程层101网络交换机实现互联，完成主变电压本体和主变压器高压侧的信息采集和控制；②变压器综合智能组件100与中压侧过程层102的智能操作箱、合并单元通过中压侧过程层102交换机实现互联，实现交流量信息的采集和数字化控制；③变压器综合智能组件100与低压侧过程层103的智能操作箱、合并单元通过低压侧过程层103交换机实现互联实现，实现交流量信息的采集和数字化控制④变压器综合智能组件100与主变压器本体在线监测智能终端，例如油色谱、局部放电、避雷器等监测设备通过串行总线实现互联，完成变压器状态信息的采集和分析；⑤站控层104的高中低压侧的动态向量和故障录波数据单独组网，接入数据集中器，高中低压侧的测控及主变压器本体的测控和状态监测信息与信息一体化平台通过交换机连接。

如图2所示，变压器综合智能组件100内部信息的互动实现方案，NET6——内部信息管理模件209是组件内部信息互动的核心模件、分别通过内部以太网212实现与CPUS1——高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201、CPUS2——中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件203、CPUS3——低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件205和MMI——人机接口模件210的信息交互，NET6——内部信息管理模件209通过双口RAM方式实现与CPU4E——主变压器本体信息采集和应用模件211的信息交互；另外，CPUS1——高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件201与DAC1——高压侧数字化信息采集模件202之间、CPUS2——中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件203与DAC2——中压侧数字化信息采集模件204之间、CPUS3——低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件205与DAC3——低压侧数字化信息采集模件206之间通过内部高速串行总线SPI207进行通信。这样，任何两个模件之间均可通过NET6——内部信息管理模件209交互信息。

如图3所示，图3是变压器综合智能组件100内部信息的互动策略，其中，高、中、低压侧的测控、动态向量和故障录波信息通过自身的网络直接上传至站控层104，同时将高、中、低压侧的测控、动态向量和故障录波信息通过内部以太网212传送给NET6——内部信息管理模件209，NET6——内部信息管理模件209一方面将上述信息送给MMI——人机接口模件210显示，另一方面，将上述信息通过双口RAM送给CPU4E——主变压器本体信息采集和应用模件211，CPU4E——主变压器本体信息采集和应用模件211结合在线检测信息对变压器健康状态进行评价和故障诊断，同时将状态诊断结果、在线监测数据和主变压器本体信息上送给站控层104后台系统和NET6——内部信息管理模件209，再传给MMI——人机接口模件210显示。变压器综合智能组件100所需定值参数原则上按照谁使用谁存储的原则，MMI——人机接口模件210的参数存储在NET6——内部信息管理模件209上，其他模件所需参数分别存在自己的FLASH中。可通过MMI——人机接口模件210对各模件参数进行整定。

以上通过对所列实施方式的介绍，阐述了本发明的基本构思和基本原理。但本发明绝不限于上述所列实施方式，凡是基于本发明的技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣等行为，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种电力变压器综合智能组件，其特征在于，包括：

高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件（201），用于处理高精度对时功能、测控功能、同步相量测量功能、故障录波功能和以太网通信功能；

高压侧数字化信息采集模件（202），用于负责接收来自合并单元的IEC61850-9-2交流采样数据、处理IEEE1588对时和收发GOOSE信息，并通过FPGA硬件平台实现与高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件（201）之间的通信；

中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件（203）；

中压侧数字化信息采集模件（204）；

低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件（205）

低压侧数字化信息采集模件（206）；

内部信息管理模件（209），用于完成与高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(201)、中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(203)、低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(205)、人机接口模件(210)以及主变压器本体信息采集和应用模件(211)之间的信息交互；

主变压器本体信息采集和应用模件（211），用于实现与主变压器本体智能操作箱之间的信息通信，实现与在线监测智能终端之间的信息采集，实现主变压器本体的状态诊断功能，实现主变压器本体信息的IEC61850数据信息建模以及与站控层（104）的信息交互；

人机接口模件（210），由键盘输入、液晶显示和相关电路组成，以完成输入输出功能；

电源模件（208），其输入220V交流或直流电源，输出5V和24V直流电源供给其它模件；

其中，所述中压侧数字化信息采集模件(204)、低压侧数字化信息采集模件（206）与所述高压侧数字化信息采集模件(202)功能相同，分别对应中压侧与低压侧间隔；所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(203)、低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(205)与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(201)功能相同，分别对应中压侧与低压侧间隔。

2.根据权利要求1所述的电力变压器综合智能组件，其特征在于，所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(201)采用32位MPC8313处理器。

3.根据权利要求1或2所述的电力变压器综合智能组件，其特征在于，所述主变压器本体信息采集和应用模件（211）具备4个以太网接口、4个串口和2个CAN网接口。

4.根据权利要求3所述的电力变压器综合智能组件，其特征在于，所述内部信息管理模件（209）通过以太网实现与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(201)、所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(203)、所述低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件(205)以及所述人机接口模件（210）之间的信息交互。

5.根据权利要求4所述的电力变压器综合智能组件，其特征在于，所述内部信息管理模件（209）通过双口RAM方式与所述主变压器本体信息采集和应用模件（211）连接。

6.根据权利要求5所述的电力变压器综合智能组件，其特征在于，所述高压侧数字化信息采集模件（202）与所述高压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件（201）之间，所述中压侧数字化信息采集模件（204）与所述中压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件（203）之间，所述低压侧数字化信息采集模件（206）与所述低压侧测控、计量、故障录波、动态向量监测综合功能模件（205）之间通过内部高速串行总线SPI（207）进行通信。