CN111458114A

CN111458114A - 一种用于sf6气体组合电器上位机的现场调试装置

Info

Publication number: CN111458114A
Application number: CN201911417150.1A
Authority: CN
Inventors: 陆旭锋; 袁思远; 王霄峰
Original assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-07-28

Abstract

一种用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，属控制领域。其将Mini型PC机、UPS模块、电池组、电池保护模块、喇叭及功放回路、电池保护电路板以及梯型图编程软件集成为一体，作为SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，一方面借助Mini型PC机的运算速度及其中梯型图编程软件的编程、修改功能，实现SF6气体组合电器上位机软件、参数设定的现场调试功能，另一方面通过集成电池、UPS模块和电池保护电路，控制整个装置的重量、体积及外形尺寸，实现现场调试装置的轻便和便于携带、易于搬运。可广泛用于SF6气体组合电器上位机现场调试装置的设计和制造领域。

Description

一种用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置

技术领域

本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置。

背景技术

六氟化硫封闭式组合电器(简称组合电器)，称为“气体绝缘开关设备”(GasInsulated Switchgear)简称GIS。它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器等，经优化设计，有机地组合成一个整体。由于带电部分以金属壳体封闭全部密封于惰性SF6气体中，不与外部接触，不受外部环境的影响，大大提高了运行可靠性。

SF6气体是世界上目前最优良的绝缘介质和灭弧介质，所以全封闭组合电器具有占地少、性能可靠、检修周期长等优点，已被国内外广泛采用。

由于绝缘和灭弧介质是用SF6气体，而SF6气体容易受水分影响，微水升高后SF6气体绝缘灭弧性能迅速下降，对设备的安全运行影响及大，因此对SF6密封的管理非常重要，气体管理得好，设备运行就可靠。

现场组合电器SF6气体PLC(上位机)就是将气体压力数据采集、分析、通过设定的编程传送至通讯模块，最后传送至云端或用户移动端数据显现出来。所以PLC是整个系统内非常重要的部件。

正因为组合电器SF6气体PLC是整个系统内非常重要的部件，所以现场调试维护也是非常重要一环。

在实际工作中，现场调试存在以下几个问题：

1)、空间问题：因组合电器是重要的电器设备，现场安装是单独安装在单独一间，所以再现场调试PLC时，空间有限，调试线、电源、显示设备等不能方便、任意地摆放。

2)、电源问题：变电站数量众多，在现场调试PLC时往往要找检修电源，如果检修电源离开远还要通过拖线板接入，调试机通过拖线板再接入市电、开机，非常浪费时间，往往不能迅速转移到下个站。

3)、携带问题：现场调试组合电器PLC时,往往1至2人，调试机笨重就需要从变电站内往返变电站外的车上，多次拿调试设备，结束也要多次折返把调试设备放回车上，对现场调试工作极为不便。

如何解决在现场修改程序时上位机笨重、携带不方便、大型梯型图编程慢的问题，是实际工作中急待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置。其采用自带电池、具有UPS功能的Mini型PC机，作为SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，一方面借助Mini型PC机的运算速度及其中梯型图编程软件的编程、修改功能，实现SF6气体组合电器上位机软件、参数设定的现场调试功能，另一方面通过集成电池、UPS模块和电池保护电路，控制整个装置的重量、体积及外形尺寸，实现现场调试装置的轻便和便于携带、易于搬运。

本发明的技术方案是：提供一种用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是：

采用Mini型PC机的机箱作为现场调试装置的机箱；

在Mini型PC机机箱内前端的上部，设置稳压模块；

在Mini型PC机机箱内前端的下部，设置电池组模块；

在Mini型PC机机箱内的后部，设置Mini型PC机主板；

在Mini型PC机主板上设置有CPU、CPU散热器、内存条以及电子硬盘；

在Mini型PC机主板的周边，设置UPS模块、电池保护模块、喇叭及功放回路和电池保护电路板；

在Mini型PC机中，装载有与上位机相匹配的梯型图编程软件；

外接的市电，经稳压模块变换为19V电压，再经电池组模块、UPS模块为PC机主板供电；

在Mini型PC机机箱的后壁上，设置键盘、鼠标、显示器及外部通讯接口；

所述的现场调试装置，将Mini型PC机、UPS模块、电池组、电池保护模块、喇叭及功放回路、电池保护电路板以及梯型图编程软件集成为一体，实现SF6气体组合电器上位机的现场调试工作。

具体的，所述的外部通讯接口至少包括网线接口、U盘接口以及485通讯接口。

具体的，所述的UPS模块采用双路电源切换模块，实现一路主电源与另一路备用电源之间的自动切换；当主电源断电或欠压时，UPS模块零时间自动切换到备用电源供电；当主电源电压恢复正常时，零时间自动切回到主电源供电，无缝切换、无延迟切换，切换过程中负载不断电。

具体的，所述的电池组模块为18650大功率放电电池组。

进一步的，所述的18650大功率放电电池组设置有均衡充放电电路及充电前级串接稳压模块，输入电压在DC16～DC21V之间，输出电压稳定在DC21V，充电回路最大1A充电，电池组电路带短路过放电截至保护，在单路3.2V截至放电，5节电池串联放电；

电池组的充电电压即为电池充电截止电压，在前级串接DC21V稳压充电，使每节电池的充电截止电压为DC4.2V，输出给主板电压为DC21V至DC17V电，以满足调试机主板的使用要求。

进一步的，所述现场调试装置的总体重量不大于1500～1800克。

进一步的，所述的现场调试装置的总体高度或厚度小于80mm。

进一步的，所述现场调试装置的外框尺寸为190*190mm。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.采用自带电池、具有UPS功能的Mini型PC机，作为SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，一方面借助Mini型PC机的运算速度及其中梯型图编程软件的编程、修改功能，实现SF6气体组合电器上位机软件、参数设定的现场调试功能；

2.通过集成电池、UPS模块和电池保护电路，控制整个装置的重量、体积及外形尺寸，实现了现场调试装置的轻便和便于携带、易于搬运；

3、借助PC机的各种外接端口，方便地实现了与外部显示器、鼠标、键盘的连接以及与外界的信息传输和交换。

附图说明

图1是本发明整体技术方案的示意图；

图2是本发明电源电路的原理示意图；

图3是本发明UPS模块的接线方案示意图；

图4是本发明电池保护模块接线方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1至图4中，本发明的技术方案提供了一种用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其发明点在于：

采用Mini型PC机的机箱作为现场调试装置的机箱；

在Mini型PC机机箱内前端的上部，设置稳压模块；

在Mini型PC机机箱内前端的下部，设置电池组模块；

在Mini型PC机机箱内的后部，设置Mini型PC机主板；

在Mini型PC机中，装载有与上位机相匹配的梯型图编程软件；

具体的，本技术方案的电路方案及特点如下：

因为要考虑便携电源性，所以设计必须带电池，还要从携带性考虑，电池选择高密度锂离子电池，因为长时间饱和充电，高密度锂离子电池会内部膨胀，不利安全使用，故选用常用的18650大功率放电电池，再者还要设计电池放电特性：

1)、如果用12V电源，主板取电范围在12V～13V，3节锂电池最低放电电压在3.5*3＝10.5，电池在12V以下主板不能取电，电池使用率只有40％，缩短了用电时间，所以此方案不妥。

2)、如果用12V电源，主板取电范围在12V～13V，4节锂电池最低放电电压在3.5*4＝14，4节锂电池最高放电电压在4.2*4＝16.8，电池在16.8～14V电压范围内，主板需要配上稳压模块，而该主板最大功率在100W，12V下10A，该稳压模块巨大，不能满足整体体积需要，所以此方案不妥。

3)、如果用19V电源，主板取电范围在17V～21V，5节锂电池最低放电电压在3.5*5＝17.5，5节锂电池最高放电电压在4.2*5＝21，电池在21～17.5V电压范围内，主板完全可以使用，且事实使用起来电源稳定。同时高电压适配器输入比12V适配器重量轻，也便于携带，所以该方案最为妥当。

4)、UPS方案：

采用双路电源切换模块，可实现一路主电源与另一路备用电源自动切换，当主电源断电或欠压时，模块0时间自动切换到备用电源供电。主电源电压恢复正常时，0时间自动切回到主电源供电，无缝切换、无延迟切换，切换过程中负载不断电。

UPS模块特点：

工作电压范围：12～30V；

最大输出切换电流：15A；

工作温度：-40～+100度；

MCU主控、切换执行单元MOS管、主备电源切换0时间。

5)、电池组特性：

18650 3000MAH电池特性：均衡充放电电路，充电前级串接稳压模块，输入可以在DC16～DC21v之间，输出稳定输出在DC21V，充电回路最大1A充电，电路带短路过放电截至保护，在单路3.2V截至放电，5S串联放电。

该电路设置特点，因该电路充电电压即为电池充电截止电压，故前级串接DC21V稳压充电，正好使每节电池的充电截止电压为DC4.2V，这样可以把每节电池都充饱，输出给主板电压为DC21V电池上限至DC17V电池下限，满足了调试机主板的使用要求，

电池放电设计：采用单节为18650 3000MAH的电池进行组合，共5节电池，本调试机主板最大功率为19V 5A＝95W，一般使用过功率为19V 2A＝38W，以电池21V*3＝63WAH，主板电源输入效率0.9计算，电池供电为56.7WAH，可以为主板一般供电56.7/38＝1.5个小时，最大功率情况下供电0.6小时，完全可以在现场无电源情况下使用。

6)、体积重量外围方案：

重量设计：主板重量含散热器元器件控制在1000克内，18650单节60克，5节为300克，外壳重量控制在400克，其它稳压模块、UPS模块、充电模块、电压显示模块，控制在100克内。总体重量设计在1500～1800克内。

高度设计：主板高度含散热器高度在40mm，加上主板底部焊脚，提高10mm，18650电池盒高度38mm，总体高度(亦称整机的厚度)控制在80mm内。

外围尺寸设计：主板长宽尺寸是170*170mm，外框厚度3mm，主板与外框连接缝隙留1～2mm之间，还需考虑稳压模块尺寸，所以最后尺寸设计为190*190mm。

本发明在针对SF6组合电器现场监控及电器设备PLC程序修改工作时，存在诸多弊端，在市面上又买不到符合要求的成品的情况下，创新研制的专用器具，其携带方便，程序修改便捷、调试迅速，能够更好的保障电力系统电力设施安全稳定运行。

本发明的技术方案，采用自带电池、具有UPS功能的Mini型PC机，作为SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，一方面借助Mini型PC机的运算速度及其中梯型图编程软件的编程、修改功能，实现SF6气体组合电器上位机软件、参数设定的现场调试功能，另一方面通过集成电池、UPS模块和电池保护电路，控制整个装置的重量、体积及外形尺寸，实现现场调试装置的轻便和便于携带、易于搬运。

本发明可广泛用于SF6气体组合电器上位机现场调试装置的设计和制造领域。

Claims

1.一种用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是：

采用Mini型PC机的机箱作为现场调试装置的机箱；

在Mini型PC机机箱内前端的上部，设置稳压模块；

在Mini型PC机机箱内前端的下部，设置电池组模块；

在Mini型PC机机箱内的后部，设置Mini型PC机主板；

在Mini型PC机中，装载有与上位机相匹配的梯型图编程软件；

2.按照权利要求1所述的用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是所述的外部通讯接口至少包括网线接口、U盘接口以及485通讯接口。

3.按照权利要求1所述的用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是所述的UPS模块采用双路电源切换模块，实现一路主电源与另一路备用电源之间的自动切换；当主电源断电或欠压时，UPS模块零时间自动切换到备用电源供电；当主电源电压恢复正常时，零时间自动切回到主电源供电，无缝切换、无延迟切换，切换过程中负载不断电。

4.按照权利要求1所述的用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是所述的电池组模块为18650大功率放电电池组。

5.按照权利要求4所述的用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是所述的18650大功率放电电池组设置有均衡充放电电路及充电前级串接稳压模块，输入电压在DC16～DC21V之间，输出电压稳定在DC21V，充电回路最大1A充电，电池组电路带短路过放电截至保护，在单路3.2V截至放电，5节电池串联放电；

6.按照权利要求1所述的用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是所述现场调试装置的总体重量不大于1500～1800克。

7.按照权利要求1所述的用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是所述的现场调试装置的总体高度或厚度小于80mm。

8.按照权利要求1所述的用于SF6气体组合电器上位机的现场调试装置，其特征是所述现场调试装置的外框尺寸为190*190mm。