CN106253223A - 一种矿用高低压一体化移动变压器开关综合保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿用高低压一体化移动变压器开关综合保护装置，包括数据采集单元(1)、外围扩展单元(2)、数字量输入输出单元(3)、中央处理单元(4)、通讯单元(5)、人机接口单元(6)、键盘单元(7)。本发明通过增加交流信号的采样通道、配合变压器的温度检测和低压漏电电阻测量、电流通道双通道设计、采用DFT算法，实现了传统功能，提高了信号采样精度，加快保护动作时间，以及对上级配电开关短路保护闭锁，有效解决了传统移变开关高低压综合保护装置所需综保数量多、参数整定繁琐、通讯接口数量多、保护功能不完善、无法二次开发、备品备件市场易流失等问题。

Description

一种矿用高低压一体化移动变压器开关综合保护装置
技术领域
本发明属于矿井下供电安全技术领域，特别涉及一种矿用高低压一体化移动变压器开关综合保护装置。
背景技术
随着技术不断发展，矿用隔爆型移动变电站低压保护箱逐步替代了原有的低压配电装置，即移变低压侧不再设置断路器，低压故障通过断开高压断路器实现保护，由于结构限制，低压箱无法减小体积，导致现用低压保护箱只需配置低压综合保护装置及相关部件，内部空间比较空旷，浪费材料和空间；随着煤矿井下大容量移动变电站的使用，变压器合闸涌流是导致高压配电装置越级跳闸的原因之一，电力监控系统可以通过硬件闭锁或通讯闭锁上级开关的方式实现防越级跳闸功能，但未考虑移变合闸涌流引起越级跳闸问题。
传统矿用隔爆型移动变电站所用综合保护装置分为高压综合保护装置和低压综合保护装置，分别安装于高压开关配电装置装置和低压开关配电装置(或低压保护箱)内部，分别实现对变压器输入侧、输出侧线路保护以及变压器的温度保护。传统矿用隔爆型移动变电站所用综合保护装置在使用过程中暴露出以下几点问题：一是需要分别单独操作、整定繁琐、定值无法自动匹配；二是高低压综合保护器之间存在联锁线穿过隔爆型变压器，容易受干扰产生误动现象；三是一台移变具有两台综保，两个通讯接口，增加了自动化建设难度和管理成本；四是一台移变配置高、低压两种综合保护装置，配件种类多，使用和维护成本较高；五是基于单片机或DSP的综合保护装置，不具备二次开发能力，矿用电器厂家不能根据需求定制开发产品以满足客户的特殊需求；六是矿用电器厂家无法有效把控基于单片机或DSP的综合保护装置的备品备件市场。发明专利申请号201310712185.4矿用高压开关综合保护装置和发明专利申请号201310712089.X矿用低压开关综合保护装置，主要是解决了传统综保装置计算速度慢、计算精度低和保护功能不完善的问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种基于PLC+ARM架构的高低压一体化移动移动变压器开关综合保护装置，以解决传统移动变电站高低压综合保护装置所需综保数量多、参数整定繁琐、通讯接口数量多、保护功能不完善、无法二次开发、备品备件市场易流失等问题。
本发明的技术方案是：一种矿用高低压一体化移动变压器开关综合保护装置，包括：数据采集单元、外围扩展单元、数字量输入输出单元、中央处理单元、通讯单元、人机接口单元、键盘单元；
所述数据采集单元用于实时采集移动变压器输入侧和输出侧的交流电压信号、交流电流信号，以及输出侧漏电电阻、移动变压器内部温度信号，对采集到的信号进行调节、滤波、偏置处理后，送入所述数据采集单元单片机的A/D转换单元转化为数字信号，单片机采用DFT算法实时计算交流信号的有效值，并进行保护计算，将上述计算结果实时发送给所述中央处理单元；
所述外围扩展单元用于对所述中央处理单元的数据进行逻辑判断、定时、存储；
所述数字量输入输出单元用于按键开关状态、闭锁开关状态、断路器合分闸状态的采集，以及合分闸信号、故障信号及闭锁信号的输出；
所述中央处理单元用于控制所述数据采集单元实现数据采集和预处理；控制所述外围扩展单元实现数据的逻辑判断、定时、存储；控制所述数字量输入输出单元完成按键开关状态、闭锁开关状态、断路器合分闸状态的采集，以及合分闸信号、故障信号及闭锁信号的输出；控制所述通讯单元完成与上位机的通讯和本级的通讯；所述中央处理单元与所述数据采集单元通过RS485串口实现信息交互；
所述通讯单元用于通过以太网接口或RS485串口与上位机进行通讯，接收上位机发送的控制移动变压器运行的控制信号和保护参数设置，并将移动变压器的工作状态传送给上位机；移动变压器合闸期间输出闭锁信号发送给上级配电开关，用于上级配电开关的短路保护闭锁，避免出现越级跳闸；通过1路RS485接口实现与人机接口屏的连接，预留1路RS485接口用于扩展通讯；
所述人机接口单元配合键盘单元用于用户对移动变压器开关进行参数设置和控制，同时给用户反馈移动变压器开关的相关状态信息；所述人机接口单元与中央处理单元通过RS485串口实现信息交互，二者之间采用标准MODBUS-RTU协议；所述人机接口单元与键盘单元采用USB接口实现数据交互。
更进一步地，所述数据采集单元采集交流电流信号时，采用双通道设计，同一电流信号同时输入量程不同的两路交流信号采集通道，在满足10倍额定电流范围内的保护的同时提高额定电流范围内的电流精度。
更进一步地，所述中央处理单元采用XE164芯片，用户使用AutoThink软件实现PLC程序的编写、下载及在线调试。
更进一步地，所述通讯单元的以太网接口支持MODBUS-TCP从站协议，RS485接口支持标准MODBUS-RTU协议，以太网接口和RS485接口均支持PLC程序的下载与在线监视。
本发明通过增加交流信号的采样通道，配合变压器的温度检测和低压漏电电阻测量，一套装置实现了传统移变高、低压开关综合保护装置的所有功能；通过电流通道双通道设计，在满足10倍额定电流范围内的保护的同时提高额定电流范围内的电流精度；采用DFT算法计算交流信号的有效值，提高信号采样精度，加快保护动作时间；合闸期间给出闭锁信号，通知上级开关进行短路保护闭锁，避免上级开关出现越级跳闸；采用大尺寸人机显示屏配合本安型键盘，改善设备人机交互友好性；进一步解决了传统移动变电站高低压综合保护装置所需综保数量多、参数整定繁琐、通讯接口数量多、保护功能不完善、无法二次开发、备品备件市场易流失等问题。
附图说明
图1为本发明系统组成示意图。
具体实施方式
实施例1：参见图1，一种矿用高低压一体化移动变压器开关综合保护装置，包括：数据采集单元1、外围扩展单元2、数字量输入输出单元3、中央处理单元4、通讯单元5、人机接口单元6、键盘单元7；
所述数据采集单元1用于实时采集移动变压器输入侧和输出侧的交流电压信号、交流电流信号，以及输出侧漏电电阻、移动变压器内部温度信号，对采集到的信号进行调节、滤波、偏置处理后，送入所述数据采集单元1单片机的A/D转换单元转化为数字信号，单片机采用DFT算法实时计算交流信号的有效值，并进行保护计算，将上述计算结果实时发送给所述中央处理单元4；
所述外围扩展单元2用于对所述中央处理单元4的数据进行逻辑判断、定时、存储；
所述数字量输入输出单元3用于按键开关状态、闭锁开关状态、断路器合分闸状态的采集，以及合分闸信号、故障信号及闭锁信号的输出；
所述中央处理单元4用于控制所述数据采集单元1实现数据采集和预处理；控制所述外围扩展单元2实现数据的逻辑判断、定时、存储；控制所述数字量输入输出单元3完成按键开关状态、闭锁开关状态、断路器合分闸状态的采集，以及合分闸信号、故障信号及闭锁信号的输出；控制所述通讯单元5完成与上位机的通讯和本级的通讯；所述中央处理单元4与所述数据采集单元1通过RS485串口实现信息交互；
所述通讯单元5用于通过以太网接口或RS485串口与上位机进行通讯，接收上位机发送的控制移动变压器运行的控制信号和保护参数设置，并将移动变压器的工作状态传送给上位机；移动变压器合闸期间输出闭锁信号发送给上级配电开关，用于上级配电开关的短路保护闭锁，避免出现越级跳闸；通过1路RS485接口实现与人机接口屏的连接，预留1路RS485接口用于扩展通讯；
所述人机接口单元6配合键盘单元7用于用户对移动变压器开关进行参数设置和控制，同时给用户反馈移动变压器开关的相关状态信息；所述人机接口单元6与中央处理单元4通过RS485串口实现信息交互，二者之间采用标准MODBUS-RTU协议；所述人机接口单元6与键盘单元7采用USB接口实现数据交互；
所述数据采集单元1采集交流电流信号时，采用双通道设计，同一电流信号同时输入量程不同的两路交流信号采集通道，在满足10倍额定电流范围内的保护的同时提高额定电流范围内的电流精度；
所述中央处理单元4采用XE164芯片，用户使用AutoThink软件实现PLC程序的编写、下载及在线调试；
所述通讯单元5的以太网接口支持MODBUS-TCP从站协议，RS485接口支持标准MODBUS-RTU协议，以太网接口和RS485接口均支持PLC程序的下载与在线监视。

Claims (4)

1.一种矿用高低压一体化移动变压器开关综合保护装置，其特征在于，包括：数据采集单元(1)、外围扩展单元(2)、数字量输入输出单元(3)、中央处理单元(4)、通讯单元(5)、人机接口单元(6)、键盘单元(7)；
所述数据采集单元(1)用于实时采集移动变压器输入侧和输出侧的交流电压信号、交流电流信号，以及输出侧漏电电阻、移动变压器内部温度信号，对采集到的信号进行调节、滤波、偏置处理后，送入所述数据采集单元(1)单片机的A/D转换单元转化为数字信号，单片机采用DFT算法实时计算交流信号的有效值，并进行保护计算，将上述计算结果实时发送给所述中央处理单元(4)；
所述外围扩展单元(2)用于对所述中央处理单元(4)的数据进行逻辑判断、定时、存储；
所述数字量输入输出单元(3)用于按键开关状态、闭锁开关状态、断路器合分闸状态的采集，以及合分闸信号、故障信号及闭锁信号的输出；
所述中央处理单元(4)用于控制所述数据采集单元(1)实现数据采集和预处理；控制所述外围扩展单元(2)实现数据的逻辑判断、定时、存储；控制所述数字量输入输出单元(3)完成按键开关状态、闭锁开关状态、断路器合分闸状态的采集，以及合分闸信号、故障信号及闭锁信号的输出；控制所述通讯单元(5)完成与上位机的通讯和本级的通讯；所述中央处理单元(4)与所述数据采集单元(1)通过RS485串口实现信息交互；
所述通讯单元(5)用于通过以太网接口或RS485串口与上位机进行通讯，接收上位机发送的控制移动变压器运行的控制信号和保护参数设置，并将移动变压器的工作状态传送给上位机；移动变压器合闸期间输出闭锁信号发送给上级配电开关，用于上级配电开关的短路保护闭锁，避免出现越级跳闸；通过1路RS485接口实现与人机接口屏的连接，预留1路RS485接口用于扩展通讯；
所述人机接口单元(6)配合键盘单元(7)用于用户对移动变压器开关进行参数设置和控制，同时给用户反馈移动变压器开关的相关状态信息；所述人机接口单元(6)与中央处理单元(4)通过RS485串口实现信息交互，二者之间采用标准MODBUS-RTU协议；所述人机接口单元(6)与键盘单元(7)采用USB接口实现数据交互。
2.如权利要求1所述的一种矿用高低压一体化移动变压器开关综合保护装置，其特征在于：所述数据采集单元(1)采集交流电流信号时，采用双通道设计，同一电流信号同时输入量程不同的两路交流信号采集通道，在满足10倍额定电流范围内的保护的同时提高额定电流范围内的电流精度。
3.如权利要求1所述的矿用高低压一体化移动变电站用综合保护装置，其特征在于：所述中央处理单元(4)采用XE164芯片，用户使用AutoThink软件实现PLC程序的编写、下载及在线调试。
4.如权利要求1所述的矿用高低压一体化移动变电站用综合保护装置，其特征在于：所述通讯单元(5)的以太网接口支持MODBUS-TCP从站协议，RS485接口支持标准MODBUS-RTU协议，以太网接口和RS485接口均支持PLC程序的下载与在线监视。
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