CN103105796B - 智能式pt自动并列解列切换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能式PT自动并列解列切换装置，两组PT的二次电压接入到该装置的电压互感器回路，互感器将电压信号转换成小信号电流，经AD采样电路调整为数字信号接入到DSP。分段断路器位置、PT开关位置和分段隔离刀闸位置等开入信号接入到直(交)流开入控制电路，进行降压、去除交流量处理后，转变为稳定的直流5V电压小信号，接入到DSP，DSP利用1ms定时器中断，不断检测开入采样值。同时将两组PT电压接入到该装置的并列解列操作板，DSP根据PT电压采样值和位置信息进行综合判断后，控制并列解列操作板上的继电器操作回路，完成PT的并列、解列和切换动作。
Description
技术领域
[0001] 本发明涉及自动化控制装置领域，具体为一种智能式PT自动并列解列切换装置。
背景技术
[0002] 电压互感器(PT)是变电站中必须采用的电力设施，其将一次侧高压与二次侧隔离开来，提供标准的二次电压使用，包括测量表计、继电保护的电压采样等，在电力系统中占据非常重要的地位。PT运行模式主要分为两种:单母分段运行方式和双母运行方式。对于单母分段运行方式，两段母线，每段母线各一台PT，当I母PT因检修或故障退出运行而无法提供二次电压时，I母的继电保护可能会因为失去电压发生误动，此时就需要II母PT来同时维持两段母线上的保护电压和计量测量电压，因此就需要对PT进行并列操作。对于双母线运行方式，在对I母和II母倒闸操作时，这时保护的电压和相应的测量、计量表计电压也需要跟着刀闸的位置变化而对应切换电压，此时就需要对PT进行电压切换操作。PT电压并列切换是单母分段或双母线接线变电站中保证供电可靠性的重要手段。
[0003]目前，满足上述PT并列切换的传统装置大部分停留在手动操作阶段，只支持手动并列、解列和切换，结构简单，功能单一，不支持智能逻辑判断，不能实现远程通讯和集中监控，当I母PT出现故障，无法提供二次电压时，不能及时进行并列或切换操作，引起I母二次回路长时间失压，可导致继电保护发生误动和一些表计无法计量，同时，由于两段PT性能的差异，其二次电压也存在一定程度的压差、角差，在长期二次并列运行过程中，传统PT装置可能会因为环流造成内部继电器过热烧断，引起PT 二次空气开关多次跳闸，另外，操作人员的误操作也不能完全避免，这些都会影响继电保护和电网安全自动装置的正确动作，对电网安全稳定运行造成威胁。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种智能式PT自动并列解列切换装置，以解决现有技术存在的问题。
[0005] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0006] 智能式PT自动并列解列切换装置，其特征在于:包括有DSP、单片机，所述单片机与DSP双向通讯连接，DPS通过单片机与外部以太网连接，所述DSP的输入端分别通过AD采样电路接入有电压互感器采样回路，DSP的输入端还接入有开关量输入回路，DSP的输出端通过输出控制电路分别接入有保护动作出口、保护报警出口、继电器操作回路，DSP上还接入有LCD液晶显示器、键盘、声音报警电路；
[0007] 多组PT的二次电压输入到电压互感器采样回路，电压互感器采样回路将电压信号转换成小信号电流，经AD采样电路调整为数字信号输入到DSP，DSP进行FFT快速运算，实时计算PT电压有效值；PT的分段断路器位置、PT开关位置和分段隔离刀闸位置信号分别接入到开关量输入回路，经过开关量输入回路进行降压、去除交流量处理后，转变为稳定的直流5V电压小信号并输入到DSP，DSP利用Ims定时器中断，不断检测开入采样值；同时，多组PT电压输入到继电器操作回路，DSP根据PT电压采样值和位置信息进行综合判断后，控制继电器操作回路和保护动作出口完成PT的并列、解列和切换动作，并通过保护报警出口发出报警，以及将相关信息在IXD液晶显示器中进行显示；DSP还通过内部CAN总线与单片机进行数据交互，单片机实现以太网通讯功能，将电压采样值，开入位置信息、报警和动作信息通过TCP/UDP发送到后台监控系统。
[0008] 所述的智能式PT自动并列解列切换装置，其特征在于:智能式PT自动并列解列切换装置设置为多个电路板构成的插件式结构，多个电路板分别为液晶面板、主CPU/总线控制板、PT电压采样板、PT并列解列操作板、输入输出控制板、以太网通讯板，其中液晶面板上集成有IXD液晶显示器、键盘以及声音报警电路，主CPU/总线控制板上集成有DSP、多路AD采样电路、输出控制电路，PT电压采样板上集成有多个电压互感器采样回路、供电至各个电路的电源模块，PT并列解列操作板上集成有继电器操作回路，输入输出控制板上集成有动作出口回路、交/直流开入控制电路、报警出口回路，以太网通讯板上集成有单片机芯片。
[0009] 本发明优点为:
[0010] 1、在完全实现传统PT并列切换装置的全部功能，并支持远方遥控并列、解列动作功能基础上，实现了 PT自动并列切换和自动解列功能，并集多种保护功能于一体。
[0011] 2、装置结构简单，集成度高，通过外置12位AD芯片采集电压数据，采样精度高，线性范围广，响应速度快，环境适应能力强且性价比高。
[0012] 3、采用双CPU运行模式，各司其责，保证独立进行逻辑处理，互不干扰，简单高效。并实现TCP/UDP百兆以太网通讯。
[0013] 4、克服了电压互感器二次电压反充电问题，直流操作回路故障造成的失压致使保护误动问题，长时间PT运行而引起的继电器过热烧断，PT 二次空气开关多次跳闸的问题，减少继电保护不正确动作的隐患，提高电网安全稳定运行的水平。同时，也减少了操作人员的工作量，解决了手动切换不迅速、不彻底等毛病。
[0014] 5、传统的PT并列切换装置，都是继电器重动式操作结构，本装置除了具备PT并列，解列和切换功能外，还具备母线绝缘监察功能，可以通过计算三相电压的矢量关系得出零序电压，也可以采集外来PT开口电压作为母线绝缘检查的判据，只要线路有接地或绝缘下降，装置可以显示3U。的值，并发出相应的接地告警信息，在装置上面实时显示是接地情况，并上送到后台监控系统，这样很有利于运行操作人员及时的发现和解决故障，进一步为电力系统的安全可靠运行提供很好的保障。
[0015] 6、同时支持交流开入和直流开入两种采样方式，支持交流和直流两种操作回路，应用更加广泛。
附图说明
[0016] 图1为本发明的电路原理框图。
[0017] 图2为本发明的总体结构示意图。
[0018] 图3为单母分段运行方式PT典型接线图。
[0019] 图4为双母运行方式PT典型接线图。
[0020] 图5为本发明的主要控制逻辑流程图。
具体实施方式
[0021] 智能式PT自动并列解列切换装置，包括有DSP、单片机，单片机与DSP双向通讯连接，DPS通过单片机与外部以太网连接，DSP的输入端分别通过AD采样电路接入有电压互感器采样回路，DSP的输入端还接入有开关量输入回路，DSP的输出端通过输出控制电路分别接入有保护动作出口、保护报警出口、继电器操作回路，DSP上还接入有IXD液晶显示器、键盘、声音报警电路；
[0022] 多组PT的二次电压输入到电压互感器采样回路，电压互感器采样回路将电压信号转换成小信号电流，经AD采样电路调整为数字信号输入到DSP，DSP进行FFT快速运算，实时计算PT电压有效值；PT的分段断路器位置、PT开关位置和分段隔离刀闸位置信号分别接入到开关量输入回路，经过开关量输入回路进行降压、去除交流量处理后，转变为稳定的直流5V电压小信号并输入到DSP，DSP利用Ims定时器中断，不断检测开入采样值；同时，多组PT电压输入到继电器操作回路，DSP根据PT电压采样值和位置信息进行综合判断后，控制继电器操作回路和保护动作出口完成PT的并列、解列和切换动作，并通过保护报警出口发出报警，以及将相关信息在IXD液晶显示器中进行显示；DSP还通过内部CAN总线与单片机进行数据交互，单片机实现以太网通讯功能，将电压采样值，开入位置信息、报警和动作信息通过TCP/UDP发送到后台监控系统。
[0023] 智能式PT自动并列解列切换装置设置为多个电路板构成的插件式结构，多个电路板分别为液晶面板、主CPU/总线控制板、PT电压采样板、PT并列解列操作板、输入输出控制板、以太网通讯板，其中液晶面板上集成有LCD液晶显示器、键盘以及声音报警电路，主CPU/总线控制板上集成有DSP、多路AD采样电路、输出控制电路，PT电压采样板上集成有多个电压互感器采样回路、供电至各个电路的电源模块，PT并列解列操作板上集成有继电器操作回路，输入输出控制板上集成有动作出口回路、交/直流开入控制电路、报警出口回路，以太网通讯板上集成有单片机芯片。
[0024] DSP、单片机构成双CPU运行模式，其中主CPU为用32位DSP，子CPU为16位单片机，单片机与DSP通过CAN总线连接，实现装置的以太网通讯，支持TCP/UDP网络模式，支持串口协议报文承载在TCP/UDP传输层之上，与电力通讯监控单元进行以太网远程通讯。
[0025] 如图1所示。两组PT的二次电压接入该装置的电压互感器采样回路617，617将电压信号转换成小信号电流，经AD采样电路621调整为数字信号并接入到DSP610，DSP610在一个周波内采集32个数据点，进行FFT运算，利用全波傅氏算法，滤去高次谐波，提取基波分量，实时计算出电压有效值。分段断路器位置、PT开关位置和分段隔离刀闸位置等开入信号接入到直(交)流开入控制电路622，进行降压、去除交流量后，转变为稳定的直流5V电压小信号，接入到DSP610，DSP610利用Ims定时器中断，不断检测开入采样值。同时，将两组PT电压接入到该继电器操作回路616，DSP610根据PT电压采样值和位置信息进行逻辑判断后，控制继电器操作回路616，进而完成PT的并列、解列和切换动作，并通过报警出口回路614驱动蜂鸣器，发出报警声音，驱动动作出口回路615开放动作出口，并通过显示驱动电路将相关信息在IXD液晶显示界面623进行中文循环显示。DSP610利用通讯中断服务程序，检测通讯数据收发，与单片机618进行实时数据交互，单片机618通过以太网处理电路619，实现TCP/UDP数据的接收与发送。
[0026] 本发明的核心DSP610为32位处理芯片，具有丰富的1资源，拥有5个定时器中断，3个通讯中断，具有强大的逻辑处理能力，运算速度快，功耗低，由5V电压驱动，具备开门狗处理逻辑，能及时在故障时自复位，保障系统运行安全。AD采样电路采用12位的模数转换芯片，每周波采样32点，保证采样数据有很高的精度。键盘及其接口电路611用于人机操作，共8个按键，具有良好的可操作性，DSP610接收按键输入信号，执行参数设定、定值整定、报告查询、事故查询、采样查询等操作；LCD液晶显示界面623采样12864点阵屏，全中文显示，驱动电压3.3V，功耗低，可直观显示装置参数信息、PT电压实时值、告警信息、动作信息、工作状态等，直观易懂。DC/AC 220V电源模块620可将85-265V的工频电压直接转换成隔离的直流电源，为整个系统提供工作电源。直(交)流开入控制电路622不但支持直流接入采样，还支持交流接入采样，使得该装置的应用范围更加广阔。
[0027] 如图2所示。本发明整体为插件式结构，由液晶面板311、主CPU/总线控制板310、PT电压采样板312、PT并列解列操作板313、输入输出控制板314、以太网通讯板315共6块电路板构成。液晶面板311包含IXD液晶显示界面623，键盘及其接口 611以及声音报警输出612，主要用于人机交互，简单直观易懂是其主要特征；主CPU/总线控制板310包含DSP芯片610、AD采样电路621、输入输出控制电路613以及底层驱动电路，电路板采用4层设计，抗干扰强，是整个装置的核心处理部件，负责各种逻辑判据的处理；PT电压采样板312包含多组电压互感器回路617和装置电源模块620，负责2组PT电压的采样接入，并提供装置的工作电源；ΡΤ并列解列操作板313包含多组继电器回路616，负责PT电压并列、解列的控制；输入输出控制板314包含动作出口回路615、交直流开入控制电路622和继电器操作回路616，负责位置信号的采样接入和动作出口的开关控制；以太网通讯板315包括单片机芯片618和以太网处理电路619，实现以太网TCP/UDP网络通讯功能；
[0028] 如图3、图4所示，为PT运行的两种常见方式，本发明就是针对两种运行方式提供的智能式PT并列解列切换装置，能很好的完成PT的自动并列、自动切换和自动解列功能。
[0029] 如图5所示，结合图5进一步说明本发明的工作过程，装置上电后，先进行全局初始化，完成对各个模块的设置，包括定时器设置、中断设置、全局变量设置等。此时装置的运行参数使用缺省值，需根据实际需求进入菜单重新设置运行参数。装置先进行PT电压的采样，包括2组PT电压(三相)，计算出正序电压、负序电压、零序电压、相电压、线电压、相位角度等，根据设置的定值，判断是否出现接地故障、电压是否过低或过高、装置是否运行异常，一旦出现故障，装置进入预警状态，如果在规定的时间内未消除，则通过蜂鸣器发出声音告警，并在LCD液晶上显示故障描述，开放动作出口，并通过通讯接口传送相关信息给单片机，单片机处理后通过TCP/UDP发送给上位监控机。装置再根据PT电压信息，判断是否符合自动并列切换条件，当条件成立并在规定的时间内未发送变化，则开放并列出口，进行自动并列切换动作；装置通过Ims中断不断采集PT开关位置信息，并判断是否符合自动解列条件，当条件符合并在规定的时间内无变化，则进行自动解列动作，上述动作信息会在LCD液晶上进行显示，并发送到单片机，单片机进行以太网封装后再传送到上位监控机。
[0030] 本发明结构简单，集成度高，采样精度高，线性范围广、响应速度快，环境适应能力强、功耗低、操作简单。在保留传统PT并列装置的手动并列切换功能，并支持远方遥控并列、解列动作功能基础上，实现了 PT自动并列切换和自动解列功能且同时具备母线绝缘检查功能，集多种保护功能于一体，可广泛应用于35KV及以下电压的变电站系统，具有显著的经济效益和社会效益，目前已成功应用于多个项目中。
Claims (3)
1.智能式PT自动并列解列切换装置，其特征在于:包括有DSP、单片机，所述单片机与DSP双向通讯连接，DPS通过单片机与外部以太网连接，所述DSP的输入端分别通过AD采样电路接入有电压互感器采样回路，DSP的输入端还接入有开关量输入回路，DSP的输出端通过输出控制电路分别接入有保护动作出口、保护报警出口、继电器操作回路，DSP上还接入有LCD液晶显示器、键盘、声音报警电路；多组PT的二次电压输入到电压互感器采样回路，电压互感器采样回路将电压信号转换成小信号电流，经AD采样电路调整为数字信号输入到DSP，DSP进行FFT快速运算，实时计算PT电压有效值；PT的分段断路器位置、PT开关位置和分段隔离刀闸位置信号分别接入到开关量输入回路，经过开关量输入回路进行降压、去除交流量处理后，转变为稳定的直流5V电压小信号并输入到DSP，DSP利用Ims定时器中断，不断检测开入采样值；同时，多组PT电压输入到继电器操作回路，DSP根据PT电压采样值和位置信息进行综合判断后，控制继电器操作回路和保护动作出口完成PT的并列、解列和切换动作，并通过保护报警出口发出报警，以及将相关信息在LCD液晶显示器中进行显示；DSP还通过内部CAN总线与单片机进行数据交互，单片机实现以太网通讯功能，将电压采样值，开入位置信息、报警和动作信息通过TCP/UDP发送到后台监控系统。
2.根据权利要求1所述的智能式PT自动并列解列切换装置，其特征在于:智能式PT自动并列解列切换装置设置为多个电路板构成的插件式结构，多个电路板分别为液晶面板、主CPU/总线控制板、PT电压采样板、PT并列解列操作板、输入输出控制板、以太网通讯板，其中液晶面板上集成有LCD液晶显示器、键盘以及声音报警电路，主CPU/总线控制板上集成有DSP、多路AD采样电路、输出控制电路，PT电压采样板上集成有多个电压互感器采样回路、供电至各个电路的电源模块，PT并列解列操作板上集成有继电器操作回路，输入输出控制板上集成有动作出口回路、交/直流开入控制电路、报警出口回路，以太网通讯板上集成有单片机芯片。
3.根据权利要求1所述的智能式PT自动并列解列切换装置，其特征在于:所述DSP、单片机构成双CPU运行模式，其中主CPU为用32位DSP，子CPU为16位单片机，单片机与DSP通过CAN总线连接，实现装置的以太网通讯，支持TCP/UDP网络模式，支持串口协议报文承载在TCP/UDP传输层之上，与电力通讯监控单元进行以太网远程通讯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Cai Yong Inventor before: Liu Rongtang Inventor before: Cai Yong Inventor before: Li Peng Inventor before: Dai Lizhi |
|
| COR | Change of bibliographic data |