CN112331502A - 一种基于龙芯处理器的sf6封闭式组合电器操作联锁装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置。本发明包括开关量采集模块、限流元件、光电隔离开关组块Ⅰ、FPGA、光电隔离开关组块Ⅱ、继电器组块、微控制器、电平转换芯片、触摸屏、供电模块；所述开关量采集模块通过限流元件与光电隔离开关组块Ⅰ连接，光电隔离开关组块Ⅰ与FPGA连接，FPGA再分别与微控制器、隔离开关组块Ⅱ连接，微控制器再通过电平转换芯片与触摸屏连接，隔离开关组块Ⅱ再与继电器组块连接，供电模块用于进行供电。本发明相关电气一次设备只需取一个触点，经光隔元件接入FPGA，实现逻辑计算最终通过继电器输出实现开放与闭锁，最大限度简化了二次电路、降低了元器件异常带来的故障。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，属于电力设备技术领域。
背景技术
SF6封闭式组电器（Gas Insulated Switchgear），简称GIS设备。其特点是将断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。因采用绝缘性能好的六氟化硫气体做绝缘和灭弧介质，所以能大幅度缩小变电站的体积，实现小型化。GIS的优点在于占地面积小，可靠性高，安全性强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。由于上述优点GIS设备在电力系统中被广泛应用。
电力系统专业人员在GIS上的最常见工作是完成各类操作，为了防止发生“带电合接地开关”“带负荷拉隔离开关”“带接地开关送电”等严重的误操作事故，国内外GIS设备都设有电气联锁功能，主要依靠隔离开关、接地开关、低压空气开关的辅助助触点相互间串联、并联并通过一些继电器、接触器来实现一些闭锁功能。
但也存在以下三方面的问题围绕当前的专业工作：
1.二次元器件较多导致可靠性降低，运行多年后设备老化故障率较高，运行人员操作过程中由于联锁回路故障无法操作的故障时有发生；
2.二次元器件较多且彼此之间多为串联构成“与门”电路，加之各联接单元不在一处，导致二次接线在多个设备单元依靠控制电缆反复穿越联接，形成庞大复杂联锁系统，给专业人员的运行维护带来极大困难，在紧急情况下发生故障处理难度较大。极端情况下甚至影响电网运行方式。
3.由于GIS设备使用寿命较长，目前联锁控制系统都没有智能提示功能，加之专业人员新老更替导致一些重要工作经验无法100%传授，运行维护工作开展愈发困难。
发明内容
本发明针对上述问题，采用龙芯中科微控制器LS1C101、大规模现场可编程门阵列FPGA、可触控显示LCD屏等元器件构成电力系统开关量采集、逻辑运算及控制平台。实现了各元器件开关量点对点采集，实现逻辑判断，最终经光电隔离控制中间继电器动作与返回，达到开放或闭锁相应隔离开关、接地开关、断路器等设备操控的目的。
本发明技术方案是：一种基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，包括开关量采集模块、限流元件、光电隔离开关组块Ⅰ、FPGA、光电隔离开关组块Ⅱ、继电器组块、微控制器、电平转换芯片、触摸屏、供电模块；所述开关量采集模块通过限流元件与光电隔离开关组块Ⅰ连接，光电隔离开关组块Ⅰ与FPGA连接，FPGA再分别与微控制器、隔离开关组块Ⅱ连接，微控制器再通过电平转换芯片与触摸屏连接，隔离开关组块Ⅱ再与继电器组块连接，供电模块用于进行供电。
进一步地，所述微控制器采用龙芯中科微控制器LS1C101。
进一步地，所述电平转换芯片采用MAX232。
进一步地，所述开关量采集模块与83WDL隔离开关、接地开关、开关量输出回路连接。
进一步地，所述限流元件采用若干个电阻。
进一步地，所述供电模块包括DC220V直流工作电源、24V电源、+12V电源通过DC/DC转换器转换为+3.3V、+5V电源进行供电。
进一步地，所述继电器组块中若干个继电器分别与83WDL单元开放闭锁回路连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明大幅降低元器件使用数量，相关电气一次设备只需取一个触点，经光隔元件接入FPGA，实现逻辑计算最终通过继电器输出实现开放与闭锁，最大限度避免了元器件机械磨损带来的故障。
2、本发明最大限度降低了二次接线的复杂程度，一次设备的辅助触点与发明系统之间采用点对点联接方式，系统整体简单清晰，复杂的逻辑关系不再由二次接线实现而由FPGA完成，降低了机械故障，可靠性得到了极大的提高。
3、本发明通过触控LCD屏实时显示各触点关系，那里存在问题一目了然，降低了运维人员的素质要求，出现问题系统能直接发出提示，便于故障的快速排除。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明实施例详细结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-2所示，一种基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，包括开关量采集模块、限流元件、光电隔离开关组块Ⅰ、FPGA、光电隔离开关组块Ⅱ、继电器组块、微控制器、电平转换芯片、触摸屏、供电模块；所述开关量采集模块通过限流元件与光电隔离开关组块Ⅰ连接，光电隔离开关组块Ⅰ与FPGA连接，FPGA再分别与微控制器、隔离开关组块Ⅱ连接，微控制器再通过电平转换芯片与触摸屏连接，隔离开关组块Ⅱ再与继电器组块连接，供电模块用于进行供电。
进一步地，所述微控制器采用龙芯中科微控制器LS1C101。
进一步地，所述电平转换芯片采用MAX232。
进一步地，所述开关量采集模块与83WDL隔离开关、接地开关、开关量输出回路连接。
进一步地，所述限流元件采用若干个电阻。
进一步地，所述供电模块包括DC220V直流工作电源、24V电源、+12V电源通过DC/DC转换器转换为+3.3V、+5V电源进行供电。
进一步地，所述继电器组块中若干个继电器分别与83WDL单元开放闭锁回路连接。
本发明的工作原理如下：
本发明采用龙芯中科微控制器LS1C101、大规模现场可编程门阵列FPGA、可触控显示LCD屏等元器件构成电力系统开关量采集、逻辑运算及控制平台。实现了各元器件开关量点对点采集，计算机编程实现逻辑判断，最终经光电隔离控制中间继电器动作与返回，达到开放或闭锁相应隔离开关、接地开关、断路器等设备操控的目的。
本发明采用大规模现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）构建逻辑运算平台，将电力系统断路器（GCB）、隔离开关（DS）、接地开关（ES）、快速接地开关（HES）等电气设备的二次辅助触点经光电隔离接入FPGA芯片，并使用VHDL电路设计高级语言编写程序完成各电气设备联锁关系逻辑运算，最后经由FPGA芯片经光电隔离后控制相关继电器开放控制目标设备的“电气操作”回路。
龙芯微控制器设计选用的I/0接口与FPGA芯片实现编码、译码功能，将FPGA计算结果通过232串口芯片传输给触摸屏，实现了各电气设备分、合闸情况的实时显示。运行人员操作时可查看一次设备与二次设备状态对应情况，如操作过程中遇到问题，此系统可发出告警信号，并提示存在问题，极大方便了运维人员掌控操作正确性及存在问题的处理。
相比较现在现场运行的联锁装置，由于摒弃了使用多个触点串、并联实现联锁的方法，极大的简化了电路，同时由于计算机系统程序实现逻辑计算的灵活性，无需一台电气设备提供多付触点接入不同联锁回路，使系统可靠性得以质的飞跃。加之系统的可扩展性，极便于实现大型发电厂、变电站的超高压GIS设备的定制化接入，使二次回路接线大幅减少，带来成本的大幅降低，具有极强的推广应用价值。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，其特征在于：包括开关量采集模块、限流元件、光电隔离开关组块Ⅰ、FPGA、光电隔离开关组块Ⅱ、继电器组块、微控制器、电平转换芯片、触摸屏、供电模块；所述开关量采集模块通过限流元件与光电隔离开关组块Ⅰ连接，光电隔离开关组块Ⅰ与FPGA连接，FPGA再分别与微控制器、隔离开关组块Ⅱ连接，微控制器再通过电平转换芯片与触摸屏连接，隔离开关组块Ⅱ再与继电器组块连接，供电模块用于进行供电。
2.根据权利要求1所述的基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，其特征在于：所述微控制器采用龙芯中科微控制器LS1C101。
3.根据权利要求1所述的基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，其特征在于：所述电平转换芯片采用MAX232。
4.根据权利要求1所述的基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，其特征在于：所述开关量采集模块与83WDL隔离开关、接地开关、开关量输出回路连接。
5.根据权利要求1所述的基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，其特征在于：所述限流元件采用若干个电阻。
6.根据权利要求1所述的基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，其特征在于：所述供电模块包括DC220V直流工作电源、24V电源、+12V电源通过DC/DC转换器转换为+3.3V、+5V电源进行供电。
7.根据权利要求1所述的基于龙芯处理器的SF6封闭式组合电器操作联锁装置，其特征在于：所述继电器组块中若干个继电器分别与83WDL单元开放闭锁回路连接。
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