CN105471105A - 变压器检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器检测系统，包括数据采集模块1、数据采集模块2、数据采集模块3、开关量输出模块、电源模块和管理模块，所述数据采集模块1与管理模块之间借助于高速数据传输总线进行数据交换，还包括通讯总线；其由软件和硬件共同构成，对于同一硬件装置可以通过改变软件来实现各种不同的功能，从而使装置适于不同领域的应用；在线监测系统采用集中式结构，系统各个模块集成度高，扩容方便。可根据监测的变压器的台数，进行系统扩容；该系统基于变电站电力设备在线状态监测系统而设计，设计考虑到要纳入断路器的在线监测项目和绝缘监测项目的要求并和故障录波装置兼容。
Description
技术领域
本发明涉及电力变压器技术领域，尤其是一种变压器检测系统。
背景技术
变电站是输配电系统中重要的环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电站综合自动化是实现无人值守变电站的重要手段，它将变电站的二次设备(包括测量仪表，信号系统、继电保护、自动装置和远动装置)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能，并要求具备电力设备自动管理功能，以实现无人值守状态的设备管理。我国变电站自动化技术经过十几年的发展已经达到一定水平，目前的变电站自动化技术虽然已经包括了基本的运行监控、测量、故障保护功能，但是缺少了电力设备状态监测环节，因此不能对电力设备的安全状况做出评估和判断，不能实现真正意义上的无人值守。变电站电力设备的在线状态监测是进行设备管理的必要手段，而且由于设备运行和设备管理上的实时性要求不同，对于运行监控系统要求较高的实时性，而设备状态监测诊断实时性要求相对较低，把实时状态监测诊断纳入运行监控系统中是不合适的，因此有必要建立。
变电站状态监测诊断系统，实现对变电站变压器、断路器、电容性设备、避雷器等电力设备的实时在线状态监测，并且系统能通过网络通信和变电站自动化系统接口，被纳入变电站自动化系统范畴。
综上所述，电力设备的状态监测和故障诊断是电力系统安全运行的需要，是实现状态检修的前提，也是实现无人值守变电站的重要组成部分。
目前国内外对变压器、容性设备、高压断路器等电力设备的在线监测都做了大量深入研究，监测量的范围也越来越广泛。在线监测的主要项目有：发电机、变压器、断路器、互感器、电容器、电力电缆、MOA以及GIS等。
国内外出现了很多种类的在线监测装置，如澳大利亚公用电力公司——Energex研发并由厦门红相电力设备公司协作的DRMCC变压器在线监测控制系统可通过可持续的在线变压器的工作状况，经过变压器的专家诊断系统综合分析各类数据，得出的结果能比较全面地反映变压器的现行工作状态和科学地预测它的使用极限；宁波理工监测设备有限公司研制的WDJC系列断路器在线监测装置，可监测6KV～500KV高压断路器的机械动作特性和开断电流，通过分析判断断路器的电气和机械特性是否正常；武汉高压所研制的HSJ-I型变电站一次设备绝缘在线监测系统可对主变压器、电抗器局部放电监测及定位，对容性电气设备（包括CT、CVT、OY、主变、电抗器套管）的介质损耗、电流、电容量的监测，对主变铁芯接地电流、避雷器泄漏电流及其有功分量、电压互感器一次电流及一次和二次间泄漏电流、母线电压及谐波的监测。
这些装置的出现对于在我国电力系统推广电气设备在线监测起到了积极的作用。但是，据中国电力科学研究院1998年对国内部分省、市电力部门安装的57套集中型在线监测系统的调查结果，属于正常或比较正常的监测系统仅占30%，而确定不能正常运行或处于闲置状态的约占35%。由于有些开发单位开发技术上的缺陷以及产品的功能完善工作不力，这些结构形式的在线监测装置都存在着不同程度的缺陷，给在线监测工作造成了被动局面。并且，目前越来越多的电力设备被纳入在线监测的范畴，而开发的产品大多是针对设备某一或者几个方面性能的监测，通用和兼容性都很差，监测量的局限性使得监测装置不能完整而准确得反映设备的状态，并且每套装置都有独立的平台，操作复杂，通信能力差，造成变电站监测装置过多，使得维护管理复杂，不符合现在大力推广的变电站自动化的趋势。
电力变压器是电网中最重要的设备之一，它的可靠性级直接关系到电网能否正常、高效、经济的运行。据2001年底统计的数据，全国220kV、330kV、500kV电压等级的电力变压器容量分别为33043万kVA、1548万kVA、11822万kVA，配电变压器总容量为245233MVA。220kV及以上的发电厂、变电站全停运和局部电网解列事故发生的次数较多，其中变压器故障造成的电网故障所占比例较大。减少变压器故障，意味着提高电网的经济效益。因此，变压器在线监测研究成为电力设备在线监测体系中的重要组成部分。
但是，现有的针对变压器检测的产品都是面对变压器的某几个性能的在线监测，未能全面反映变压器的状态。因此，本领域急需解决的问题是开发能监测多种电力设备，并能完整准确反映设备状态信息的综合在线监测分析系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种变压器检测系统，该在线监测系统由软件和硬件共同构成，对于同一硬件装置可以通过改变软件来实现各种不同的功能，从而使装置适于不同领域的应用；在线监测系统采用集中式结构，系统各个模块集成度高，扩容方便。可根据监测的变压器的台数，进行系统扩容；该系统基于变电站电力设备在线状态监测系统而设计，设计考虑到要纳入断路器的在线监测项目和绝缘监测项目的要求并和故障录波装置兼容；采用了控制方便的高速FIFO，并扩展了多组通信，保证了系统和变电站自动化系统的接口以及和其它网络的兼容。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种变压器检测系统，包括数据采集模块1、数据采集模块2、数据采集模块3、开关量输出模块、电源模块和管理模块，所述数据采集模块1与管理模块之间借助于高速数据传输总线进行数据交换，还包括通讯总线，所述管理模块包括上层机、人机接口、通讯接口、可编程逻辑器件、微处理器、程序存储器、数据存储器和其他外围设备，所述微处理器与可编程逻辑器件通信，程序存储器和数据存储器与微处理器通信，所述其他外围设备与可编程逻辑器件通信，所述可编程逻辑器件与高速数据传输总线通信，所述通讯接口与可编程逻辑器件通信，通讯接口连接通讯总线，所述人机接口和上层机连接通讯接口，所述数据采集模块1包括主控板、直流模拟量采集模块、交流模拟量采集模块和开关量输入模块，所述主控板包括相互通信的通讯接口和数据采集处理模块，所述直流模拟量采集模块、交流模拟量采集模块和开关量输入模块与数据采集采集处理模块通信，所述主控板的通讯接口与通讯总线连接，所述数据采集处理模块与高速数据传输总线连接。
所述数据采集模块2和数据采集模块3均与通讯总线和高速数据传输总线通信，所述开关量输出模块与高速数据传输总线通信，所述电源模块为数据采集模块1、数据采集模块2和数据采集模块3以及开关量输出模块供电。
所述主控板包括大规模可编程逻辑器件、DSP芯片、看门狗电路、4片A/D转换芯片、8路开关量光隔输入模块、64路开关量输入模块和16路开关量输出模块，4片A/D转换芯片、8路开关量光隔输入模块、64路开关量输入模块和16路开关量输出模块与大规模可编程逻辑器件通信，主控板还包括数据总线、地址总线、非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器、串行EEPROM、时钟芯片、A/D采样同步及故障启动同步模块，所述非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器和时钟芯片分别与大规模可编程逻辑器件通信，同时非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器和时钟芯片均与数据总线和地址总线通信，所述DSP芯片的D0-D15端连接数据总线，DSP芯片的A0-A15端连接地址总线，DSP芯片的RST端通过看门狗电路连接大规模可编程逻辑器件，DSP芯片的1/0口通过串行EEPROM连接大规模可编程逻辑器件，所述大规模可编程逻辑器件通过A/D采样同步及故障启动同步模块连接管理模块。
本发明的有益效果如下：本发明的上层机选用PC机，它通过通信接口与下层的管理板即时交换数据。通过对监测到的数据综合应用各种诊断方法，完成对变压器的状态诊断。同时可进行数据输出，包括显示，打印等功能。管理板管理人机对话、数据采集模块间的采集同步、数据通信上传、数据海量存储，并发出开关量开出命令。它是整个装置的核心部分，协调各个模块间的工作。它把主控板通过FIFO送过来的数据以通信方式传送至人机对话模块(显示板)，完成波形显示，人机对话功能，并能即时把数据传送至上层机。数据采集模块完成交流模拟量和小电流信号以及开关量输入的数据采集，并具备故障启动判断功能，故障时能即时通知其它采集模块和管理板完成故障时状态监测任务。通过人机接口部分可以实现定值输入，修改操作，并能反映设备运行状态。
该在线监测系统由软件和硬件共同构成，对于同一硬件装置可以通过改变软件来实现各种不同的功能，从而使装置适于不同领域的应用；在线监测系统采用集中式结构，系统各个模块集成度高，扩容方便。可根据监测的变压器的台数，进行系统扩容；该系统基于变电站电力设备在线状态监测系统而设计，设计考虑到要纳入断路器的在线监测项目和绝缘监测项目的要求并和故障录波装置兼容；采用了控制方便的高速FIFO，并扩展了多组通信，保证了系统和变电站自动化系统的接口以及和其它网络的兼容。
附图说明
图1是本发明的系统原理图；
图2是主控板原理图；
图3是管理板原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
综上所述，本发明公开了一种如图1所示的变压器检测系统，其特征在于：包括数据采集模块1、数据采集模块2、数据采集模块3、开关量输出模块、电源模块和管理模块，所述数据采集模块1与管理模块之间借助于高速数据传输总线进行数据交换，还包括通讯总线，所述管理模块包括上层机、人机接口、通讯接口、可编程逻辑器件、微处理器、程序存储器、数据存储器和其他外围设备，所述微处理器与可编程逻辑器件通信，程序存储器和数据存储器与微处理器通信，所述其他外围设备与可编程逻辑器件通信，所述可编程逻辑器件与高速数据传输总线通信，所述通讯接口与可编程逻辑器件通信，通讯接口连接通讯总线，所述人机接口和上层机连接通讯接口，所述数据采集模块1包括主控板、直流模拟量采集模块、交流模拟量采集模块和开关量输入模块，所述主控板包括相互通信的通讯接口和数据采集处理模块，所述直流模拟量采集模块、交流模拟量采集模块和开关量输入模块与数据采集采集处理模块通信，所述主控板的通讯接口与通讯总线连接，所述数据采集处理模块与高速数据传输总线连接；所述数据采集模块2和数据采集模块3均与通讯总线和高速数据传输总线通信，所述开关量输出模块与高速数据传输总线通信，所述电源模块为数据采集模块1、数据采集模块2和数据采集模块3以及开关量输出模块供电。
上层机选用PC机，它通过通信接口与下层的管理板即时交换数据。通过对监测到的数据综合应用各种诊断方法，完成对变压器的状态诊断。同时可进行数据输出，包括显示，打印等功能。管理板管理人机对话、数据采集模块间的采集同步、数据通信上传、数据海量存储，并发出开关量开出命令。它是整个装置的核心部分，协调各个模块间的工作。它把主控板通过FIFO送过来的数据以通信方式传送至人机对话模块(显示板)，完成波形显示，人机对话功能，并能即时把数据传送至上层机。数据采集模块完成交流模拟量和小电流信号以及开关量输入的数据采集，并具备故障启动判断功能，故障时能即时通知其它采集模块和管理板完成故障时状态监测任务。通过人机接口部分可以实现定值输入，修改操作，并能反映设备运行状态。
所述主控板包括大规模可编程逻辑器件、DSP芯片、看门狗电路、4片A/D转换芯片、8路开关量光隔输入模块、64路开关量输入模块和16路开关量输出模块，4片A/D转换芯片、8路开关量光隔输入模块、64路开关量输入模块和16路开关量输出模块与大规模可编程逻辑器件通信，主控板还包括数据总线、地址总线、非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器、串行EEPROM、时钟芯片、A/D采样同步及故障启动同步模块，所述非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器和时钟芯片分别与大规模可编程逻辑器件通信，同时非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器和时钟芯片均与数据总线和地址总线通信，所述DSP芯片的D0-D15端连接数据总线，DSP芯片的A0-A15端连接地址总线，DSP芯片的RST端通过看门狗电路连接大规模可编程逻辑器件，DSP芯片的1/0口通过串行EEPROM连接大规模可编程逻辑器件，所述大规模可编程逻辑器件通过A/D采样同步及故障启动同步模块连接管理模块。
主控板（参见附图2）主要实现的功能包括：数据采集存储功能、故障启动判断功能、开出告警功能、遥信、系统自维护功能、通信功能、可扩充功能。从两块变换板上传的16路交流模拟量和直流信号32路通过总线板欧式插座送入MAX125进行A/D变换。每块主控板还处理一块开入板的64路开入量。板上预留8路光隔输入。
主控板采用DSP＋CPLD结构模式的设计。DSP采用TI公司的TMS320F206为CPU，具有高速度，先进的并行结构和较高的性能价格比的特点，片内和可扩展存储器资源丰富，方便大容量数据存储。CPLD采用Altera公司的EPM7192E实现系统的功能扩展和逻辑控制。应用CPLD的设计思想是：
(1)用软件设计替代硬件设计
(2)设计和调试的方式为自顶向下(Top-down)。
它的最底层设计工具是硬件描述语言VHDL/AHDL，同时在高层利用CPLD的软件开发工具中包含的元件库进行电路图形设计。这些元件都是基于AHDL设计出来的，基本上涵盖了传统的中小规模数字集成电路。用户也可以应用VHDL/AHDL编写自己的元件，然后在高层设计中加以调用。在设计次序上，先进行系统层次上的设计，待仿真调试通过后，再将系统按功能进行划分，然后分别加以设计和调试。这样从设计上简化了系统的硬件，提高了系统的稳定性，并使系统维护方便，能有效实现数据采集与存储上传的并行进行，具有功能集成度高、编程方便的优点。
管理板（参见附图3）接收主控板经FIFO上传的数据，故障时记录故障报告，与开出板，显示板，上层系统通信传输数据，给三块主控板发同步采集信号，接收三块主控板的故障启动信号。管理板在设计上与主控板大致相同。不同之处在于，管理板不具备A/D数据采集转换和功能。但是扩展了两组CAN，一组CAN通信用于与三块主控板的通信，另一组用于与上层的通信，两组RS485通信。同时具备GPS接口，用来精确修正系统时钟。扩展了8M的NVRAM，用来存放主控板送来的历史数据。
总之，本发明在线监测系统由软件和硬件共同构成，对于同一硬件装置可以通过改变软件来实现各种不同的功能，从而使装置适于不同领域的应用；在线监测系统采用集中式结构，系统各个模块集成度高，扩容方便。可根据监测的变压器的台数，进行系统扩容；该系统基于变电站电力设备在线状态监测系统而设计，设计考虑到要纳入断路器的在线监测项目和绝缘监测项目的要求并和故障录波装置兼容；采用了控制方便的高速FIFO，并扩展了多组通信，保证了系统和变电站自动化系统的接口以及和其它网络的兼容。
Claims (3)
1.一种变压器检测系统，其特征在于：包括数据采集模块1、数据采集模块2、数据采集模块3、开关量输出模块、电源模块和管理模块，所述数据采集模块1与管理模块之间借助于高速数据传输总线进行数据交换，还包括通讯总线，所述管理模块包括上层机、人机接口、通讯接口、可编程逻辑器件、微处理器、程序存储器、数据存储器和其他外围设备，所述微处理器与可编程逻辑器件通信，程序存储器和数据存储器与微处理器通信，所述其他外围设备与可编程逻辑器件通信，所述可编程逻辑器件与高速数据传输总线通信，所述通讯接口与可编程逻辑器件通信，通讯接口连接通讯总线，所述人机接口和上层机连接通讯接口，所述数据采集模块1包括主控板、直流模拟量采集模块、交流模拟量采集模块和开关量输入模块，所述主控板包括相互通信的通讯接口和数据采集处理模块，所述直流模拟量采集模块、交流模拟量采集模块和开关量输入模块与数据采集采集处理模块通信，所述主控板的通讯接口与通讯总线连接，所述数据采集处理模块与高速数据传输总线连接。
2.根据权利要求1所述的变压器检测系统，其特征在于：所述数据采集模块2和数据采集模块3均与通讯总线和高速数据传输总线通信，所述开关量输出模块与高速数据传输总线通信，所述电源模块为数据采集模块1、数据采集模块2和数据采集模块3以及开关量输出模块供电。
3.根据权利要求2所述的变压器检测系统，其特征在于：所述主控板包括大规模可编程逻辑器件、DSP芯片、看门狗电路、4片A/D转换芯片、8路开关量光隔输入模块、64路开关量输入模块和16路开关量输出模块，4片A/D转换芯片、8路开关量光隔输入模块、64路开关量输入模块和16路开关量输出模块与大规模可编程逻辑器件通信，主控板还包括数据总线、地址总线、非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器、串行EEPROM、时钟芯片、A/D采样同步及故障启动同步模块，所述非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器和时钟芯片分别与大规模可编程逻辑器件通信，同时非易失性存储器、全局数据存储器、局部数据存储器、程序存储器和时钟芯片均与数据总线和地址总线通信，所述DSP芯片的D0-D15端连接数据总线，DSP芯片的A0-A15端连接地址总线，DSP芯片的RST端通过看门狗电路连接大规模可编程逻辑器件，DSP芯片的1/0口通过串行EEPROM连接大规模可编程逻辑器件，所述大规模可编程逻辑器件通过A/D采样同步及故障启动同步模块连接管理模块。
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Non-Patent Citations (1)
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160406 |