CN202059214U - 一种变压器智能组件主智能电子设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种变压器智能组件主智能电子设备，属变电站自动化领域，其特征为，包括对变压器本体数字化测量、控制、通信和对时的数字测控模件，用于建立IEC61850客户端、收集变压器三侧的稳态数据的信息综合应用模件，信息综合应用模件与数字测控模件相连；人机接口模件，通过以太网与信息综合应用模件相连，通过信号线与数字测控模件相连；为上述各模件供电的电源模件。本实用新型提出在智能组件主IED中采用IEC61850客户端技术，从站控层网络采集主变三侧的电压、电流等信息的方法。智能组件主IED完成变压器的测量功能、控制功能、监测功能和就地分析功能。

Description

一种变压器智能组件主智能电子设备
技术领域
本实用新型涉及一种变压器智能组件主智能电子设备，属变电站自动化领域。 
背景技术
一次设备智能化是智能变电站建设的重要方面，目前采用一次设备+传感器+智能组件的方式实现一次设备智能化，这种方式是最终实现智能一次设备的过度方式，智能组件的定义如下：由若干智能电子装置集合组成，承担宿主设备的测量、控制和监测等基本功能：在满足相关标准要求时，智能组件还可承担相关计量、保护等功能，可包括测量、控制、状态监测、计量、保护等全部或部分装置。
目前智能组件在智能变电站中分为两层设备：过程层设备和间隔层设备。过程层设备包括了智能操作箱、合并单元，各在线监测子IED（IED即智能电子设备）等，间隔层设备包括了保护装置、计量装置和智能组件主IED。智能组件主IED可包含测量、控制、监测、保护和计量功能的部分或全部。
智能组件是在不断发展和完善的，其发展方向是功能的高度集成以及与一次设备结构上的一体化设计。传统二次范畴的控制、测量功能在当前的技术条件下已能够集成到单个装置中。状态监测属传统一次领域，专业技术门槛增加了现阶段一、二次设备融合的难度，状态监测与传统意义的保护、控制、测量功能集成度不高，未能有机融合形成更高程度的智能应用。目前变压器智能化实现方案中还有智能组件各种功能装置堆砌的痕迹，传统的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition系统，即数据采集与监视控制系统)信息和在线监测信息还存在重复采集的情况，集成度不高, 智能组件中缺少对监测信息的分析，或是分析大多基于单项检测项目的分析，缺少对变压器多项检测结果和运行数据的综合分析。目前用于综合分析的智能组件主IED大多采用工控机方式，抗干扰能力有待进一步提升，不利于智能组件主IED的就地安装。
变压器智能化需要实现一些高级应用，如冷却系统智能控制、状态诊断等，实现这些功能就要求智能组件主IED采集包括主变各侧的电压、电流、功率等稳态数据在内的变压器相关信息。在目前的大多数智能组件生产厂家一般采用专门的测量IED采集三侧的稳态数据，或是采用传统的模拟量采集，或是采用数字量采集（IEC61850-9-2）方式，文献一《电力变压器综合智能组件》（中国专利申请号201010543538.9）就是采用了数字量采集方式，然后将采集的稳态数据信息送给智能组件主IED实现高级应用功能。然而，变压器三侧的稳态数据在各侧的断路器智能组件中也有采集，断路器智能组件将信息采集后通过站控层MMS网络送给后台系统,智能组件主IED可考虑从站控层MMS网络获取主变三侧的稳态数据。 
发明内容
本实用新型的目的是：
1、研制出一种嵌入式变压器智能组件主IED，取代传统使用工控机作为变压器智能组件主IED,提高智能组件的抗干扰能力，完成变压器智能组件间隔层测量、控制、状态监测和就地综合分析功能的融合设计；
2、提出一种从站控层MMS网络获取主变三侧的稳态数据的方法，即将IEC61850客户端技术应用在智能组件主IED中，省去了专门测量三侧稳态数据的装置或模件，避免信息的重复采集；
3、智能组件主IED具备与变压器智能终端、在线监测各子IED以及变电站站控层网络在IEC61850体系下的信息交互能力和通信接口。
为了实现上述目的，本实用新型采取以下的技术方案来实现：
一种变压器智能组件主智能电子设备（IED），智能组件主IED包括电源模件、数字测控模件、信息综合应用模件与人机接口模件。
所述数字测控模件完成变压器本体数字化测量、智能控制、IEC61850通信和对时功能；包括MPC8313模块和FPGA模块，所述MPC8313模块、FPGA模块通过数据线和信号线相连。FPGA模块用于B码的解码和双口RAM功能，包含1光纤B码输入接口；MPC8313模块完成变压器本体测量、冷却系统智能控制、有载分接开关数字化控制、IEC61850通信和1588对时功能，对外设计有2个光纤网口、2个电口和一个RS485接口，光纤网口用于与过程层的通信，电口用于与站控层的通信。
所述信息综合应用模件包含PC/104模块，采用PC/104高性能网络通信嵌入式处理器，采用与X86兼容的64位第六代处理器，主频达到300M HZ，在板内存支持128M 3.3V SDRAM，同时支持IDE接口和USB接口。可用于完成建立IEC61850客户端，收集变压器三侧的稳态数据和采集各在线监测子就地单元的监测数据，同时就地完成故障诊断、智能评估等高级应用功能。
所述PC/104模块外扩了以太网接口和串口，通过所述以太网接口、串口接入站控层SCADA系统的MMS网络、站控层在线监测网络。
较佳的方案是PC/104模块外扩6个以太网接口和一个串口，其中一个通过内部走线与人机接口模件连接，其余都接入站控层或与在线监测子IED相连。 
所述PC/104模块通过数据总线与所述数字测控模件内的FPGA模块相连，实现FPGA上双口RAM的访问。
所述人机接口模件通过以太网与信息综合应用模件相连，完成显示、定值整定、调试等功能，包含MCF5329处理器；人机接口模件通过信号线与数字测控模件内的MPC8313模块相连，控制LED灯的显示；人机接口模件通过以太网口与所述信息综合应用模件相连；
用于建立IEC61850客户端、收集变压器三侧的稳态数据的信息综合应用模件，所述信息综合应用模件与所述数字测控模件相连；
人机接口模件，通过以太网与所述信息综合应用模件相连，通过信号线与所述数字测控模件相连。
为数字测控模件、信息综合应用模件、人机接口模件供电的电源模件，所述电源模件通过背板总线与这些模件相连。
本实用新型所产生的有益效果：
1、本实用新型的嵌入式变压器智能组件主IED，取代传统使用工控机作为变压器智能组件主IED,提高了智能组件的抗干扰能力，完成变压器智能组件间隔层测量、控制、状态监测和就地综合分析功能的融合设计；
2、从站控层MMS网络获取主变三侧的稳态数据的方法，将IEC61850客户端技术应用在智能组件主IED中，省去了专门测量三侧稳态数据的装置或模件，避免了信息的重复采集，提高了信息的共享，节约智能组件的成本和组屏空间；
3、智能组件主IED具备与变压器智能终端、在线监测各子IED以及变电站站控层网络在IEC61850体系下的信息交互能力和通信接口，由智能组件主IED完成变压器的测量功能、控制功能、监测功能和就地分析功能。
附图说明  
图1是变压器智能组件主IED与外部信息交互示意图；
图2是变压器智能组件主IED内部信息流示意图；
图3、图4是变压器智能组件主IED硬件结构示意图。
具体实施方式
下面是本实用新型的一个优选实施例，包括了采用本实用新型的方法实现的三侧稳态数据采集功能和智能组件主IED。
如图1所示，变压器智能组件主IED的NET6与过程层的变压器本体智能终端通信实现了对变压器本体的测量、控制和非电量保护。智能组件主IED的NET8与油色谱在线监测子IED通信采集油色谱的测量信息。智能组件主IED的NET9和局部放电监测子IED通信采集局部放电信息。智能组件主IED的NET10和其它监测子单元通信实现其它监测信息的采集。当监测子IED数量超过3个时可通过增加交换机方式实现多个监测对象信息的采集。智能组件主IED的NET1和NET2分别接入站控层MMS网的A网和B网，实现变压器本体测控及非电量保护功能的信息交互和在线监测诊断结果的上送。智能组件主IED的NET4接入站控层在线监测网，实现各在线监测数据的上送。智能组件主IED的NET3接入站控层MMS网的A网或者B网，与变压器的高压侧测控装置、中压侧测控装置、低压侧测控装置挂在同一个网上，通过在PC/104模块中建立IEC61850客户端方式收集变压器三侧的电压、电流等稳态数据。站控层MMS网的A网和B网、站控层在线监测网一体化信息平台。
如图2所示为智能组件主IED的信息流向。PC/104模块接收三侧稳态数据后通过FPGA模块将三侧稳态信息送给MPC8313模块，MPC8313模块综合智能终端送来的本体油温、环境温度和负荷等信息形成控制策略，自动调节冷却风扇的投切。MPC8313接受过程层的主变本体操作终端的遥测、遥信和非电量保护信息，通过FPGA模块中的双口RAM送给PC/104模块，PC/104模块再将本地SCADA及监测显示信息送给人机接口模件显示。PC/104模块会保存本体油温信息、综合三侧的稳态数据和在线监测数据进行综合的分析和诊断。FPGA模块设计有IRIG-B码的接口，FPGA模块将B码信息进行解码，生成秒脉冲信号输出给MPC8313和PC/104模块，同时将时间信息存储在双口RAM中供MPC8313模块和PC/104模块读取。
图3、图4所示显示了智能组件主IED 的主要硬件模块，信息综合应用模件采用PC/104模块，PC/104模块具有超小尺寸、超低功耗和宽温特性，其处理能力和存储空间足以胜任IEC61850客户端和故障诊断算法的需求，同时通过PCI总线外扩的多路以太网接口满足了在线监测子IED和在线监测系统之间的信息交互。数字测控模件包括MPC8313模块和FPGA模块，FPGA模块具有丰富的片上存储资源，可以方便的生成双口RAM，同时可实现编解码功能，完成B码的解析。MPC8313是一款高性能的网络处理芯片，集成双百、千兆以太网MACs，并支持IEEE1588协议，可实现变压器本体的过程层GOOSE通信和站控层的MMS通信。
本实用新型按照优选实施例进行了说明，应当理解，但上述实施例不以任何形式限定本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (10)

1. 一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征是，包括
对变压器本体数字化测量、控制、通信和对时的数字测控模件，
用于建立IEC61850客户端、收集变压器三侧的稳态数据的信息综合应用模件，所述信息综合应用模件与所述数字测控模件相连；
人机接口模件，通过以太网与所述信息综合应用模件相连，通过信号线与所述数字测控模件相连；
为上述各模件供电的电源模件，所述电源模件通过背板总线与上述其它各模件相连。
2.根据权利要求1所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述数字测控模件包括MPC8313模块和FPGA模块，所述MPC8313模块、FPGA模块通过数据线和信号线相连。
3.根据权利要求2所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述FPGA模块包含1光纤B码输入接口，所述MPC8313模块包含与过程层通信的光纤网口、与站控层通信的电口和RS485接口。
4.根据权利要求1或2所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述人机接口模件通过信号线与所述数字测控模件内的MPC8313模块相连。
5.根据权利要求1所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述信息综合应用模件包含PC/104模块。
6.根据权利要求5所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述PC/104模块通过数据总线与所述数字测控模件内的FPGA模块相连。
7.根据权利要求5所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述PC/104模块与所述人机接口模件连接。
8.根据权利要求5所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述PC/104模块外扩了以太网接口和串口，通过所述以太网接口、串口接入站控层SCADA系统的MMS网络、站控层在线监测网络。
9.根据权利要求5所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述PC/104模块与在线监测子智能电子设备相连。
10.根据权利要求1所述的一种变压器智能组件主智能电子设备，其特征在于，所述人机接口模件包含MCF5329处理器。
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