CN204425048U - 一种中压开关用智能单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种中压开关用智能单元，属于智能配电网中开关设备的智能装置技术领域。本实用新型的中压开关用智能单元采用可运行嵌入式实时操作系统的ADSP+FPGA架构作为核心模块，并设计与核心模块相连的模拟信号模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块和通讯模块，通过模拟信号实现对电能参数的实时监测及继电保护，通过数字信号输入模块实现对开关设备的各开关量信号的监测，通过数字信号输出模块实现对各控制信号的输出。本实用新型构型简洁，采用的接口统一，实现了中压开关设备的状态监测、电能测量、驱动控制、继电保护和通讯功能，功能完备，有利支撑了中压开关设备的智能化。

Description

一种中压开关用智能单元

技术领域

本实用新型涉及一种中压开关用智能单元，属于智能配电网中开关设备的智能装置技术领域。

背景技术

开关设备作为电网中控制、保护的重要执行元件和关键设备，是电能传输的基本支撑，其动作的可靠性、稳定性及实时性直接关系到电网的安全与稳定。传统开关设备的一二次设备相对独立，驱动控制模块种类繁杂，功能单一，无通用性，无自我感知能力，与电网的交互功能有限，不能支撑智能电网的优化控制和运行。

近年来，随着智能配电网概念的深化与推广，中压开关设备也开始向智能化方向发展，已有多种中压断路器智能装置产品投入市场，典型的有ABB公司的智能装置RBX615及MDC4智能监控单元。但这些智能装置普遍存在功能单一，接口不统一，通用性不强。随着开关设备智能化、小型化发展，高集成度、小安装尺寸、功能完善的智能装置是智能配电网领域发展的一个趋势，具有巨大的发展潜力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种中压开关用智能单元，以解决现有中压开关设备的智能装置存在功能单一、接口不统一以及通用性不强的问题。

本实用新型为解决上述技术问题而提供一种中压开关用智能单元，该智能单元包括核心模块以及与其连接的模拟信号模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块和通讯模块，所述核心模块采用ADSP芯片+FPGA芯片架构，ADSP芯片与FPGA芯片连接。

所述核心模块还包括与ADSP芯片连接的存储单元。

所述模拟信号模块为两片8通道AD采样芯片搭建的信号调理采集模块。

所述的数字信号输入模块的输出端与核心模块的输入端连接，采用光电隔离芯片，用于将外部高电压开关量信号转化为设定电压的数字信号。

所述的通讯模块包括以太网口、RS485接口、RS232接口和USB接口。

所述核心模块上还连接有电源模块、RTC时间模块和时钟模块，分别用于为智能单元提供电源、系统时间和时钟频率。

所述的智能单元还包括温升监测模块、人机界面模块和温湿度检测模块，所述温升监测模块、人机界面模块和温湿度检测模块均通过RS485接口与核心模块连接。

所述的人机界面模块为工业串口触摸屏。

所述的温升监测模块包括CT取电模块、无线发送接收模块和串口通信模块。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的中压开关用智能单元采用可运行嵌入式实时操作系统的ADSP+FPGA架构作为核心模块，并设计与核心模块相连的模拟信号模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块和通讯模块，通过模拟信号实现对电能参数的实时监测及继电保护，通过数字信号输入模块实现对开关设备的各开关量信号的监测，通过数字信号输出模块实现对各控制信号的输出。本实用新型构型简洁，采用的接口统一，实现了中压开关设备的状态监测、电能测量、驱动控制、继电保护和通讯功能，功能完备，有利支撑了中压开关设备的智能化。

附图说明

图1是本实用新型中压开关用智能单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

本实用新型的中压开关用智能单元采用基于可运行嵌入式实时操作系统的ADSP+FPGA架构构成的核心模块，如图1所示，该智能单元包括核心模块以及与核心模块连接的模拟信号模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块和通讯模块，其中核心模块以ADSP+FPGA架构外加DDR2、NOR FLASH、SPI FLASH等存储芯片构成，ADSP芯片拥有双核特点，在核0上主要运行uClinux操作系统，在核1上主要运行继电保护算法程序；FPGA芯片用于实现各种逻辑运算，以及采集数字信号输入和控制数字信号输出。核心模块根据模拟信号模块和数字信号输入模块采集的信号进行处理，生成相应的控制信号通过数字输出模块、模拟信号模块输出。该智能单元还包括与核心模块连接的电源模块、RTC时间模块和时钟模块，以及通过通讯模块连接的温升监测模块、人机界面模块和温湿度监测模块。下面对各模块进行说明。

模拟信号模块与核心模块连接，用于将输入的模拟信号调理采样后输入到核心模块，本实施例中采用两片各8通道AD采样芯片为主搭建的信号调理采集模块，信号经过调理采集后输入到核心模块处理，该智能单元所处理的模拟信号主要有：a、三相位移传感器信号、电压电流传感器信号、温湿度传感器信号，实现对开关设备的机械状态的在线监测和保护控制；b、电子式电压电流互感器信号，实现对电能参数的实时监测及继电保护。

数字信号输入模块输出端与核心模块的输入端连接，用于通过采用光电隔离芯片将外部高电压开关量信号转化为3.3V数字信号输入到核心模块，实现对开关设备和电动底盘车位置监测、就地控制信号输入以及外部闭锁联锁的输入等，主要开关量信号有：断路器的分合位置信号、底盘车工作/试验位置信号、弹簧已储能信号、外部联锁输入信号、断路器就地分合闸命令、底盘车就地摇出摇入命令和就地/远方切换信号。

数字信号输出模块的输入端与核心模块的输出端连接，用于接收来自核心模块的控制信号，经光电隔离后控制继电器或MOS管输出，具体输出信号包括：开关设备的分合闸控制、底盘车摇入摇出控制、储能电机保护控制和祛潮加热器风扇控制。

通讯模块与核心模块连接，用于为整个智能单元提供通讯支持，具备以太网口、RS485、RS232、USB等接口。本实施例中的通讯模块包括2个以太网口、1个RS485接口、1个RS232接口、1个USB接口，其中网口能够与上一级监控平台连接，RS485接口连接温升监测模块、工业串口触摸屏、温湿度监测模块，RS232用于系统调试。

电源模块与核心模块中的ADSP芯片连接，用于为整个智能单元提供电源，可采用AC/DC模块实现交直流的转换，DC/DC芯片或模块实现不同电压等级的转换。

RTC时间模块与核心模块中的ADSP芯片连接，用于为智能单元提供系统时间，在有外部3.3V电源时，电源给RTC芯片供电，同时对电池充电；外部电源消失时，纽扣电池给RTC芯片供电。

时钟模块核心模块中的ADSP芯片连接，用为整个智能单元提供时钟频率，本实施例中的时钟模块采用四片有源晶振，分别给ADSP、FPGA、ETH0、ETH1和USB提供时钟。

温升监测模块通过RS485接口与核心模块连接，用于监测断路器各相触指(臂)储和母线搭接处的温升，包括CT取电模块、无线发送接收模块、串口通信模块，通过无线方式接受获取断路器触指(臂)处和母线搭接处温升。

人机界面模块通过RS485接口与核心模块连接，用于实现人机交互，本实施例中的人机界面交互模块采用一块工业串口触摸屏，以实现动态主接线显示、数据波形实时显示、参数设置、时间显示等功能。

温湿度监测模块通过RS485接口与核心模块连接，用于检测环境温湿度，为核心模块提供用于控制祛潮加热器及风扇投入和退出的数据。

下面就核心模块对以下几种模拟信号的处理进行说明。

三相行程信号：通过位移传感器采集断路器分合闸的三相行程曲线，核心模块对其录波，计算出三相行程值、分合闸时间、分合闸速度、三相同期性等断路器机械参数，并将各参数值与设定阈值比较，若超过输出相应的报警信号和(或)保护动作；

分合闸线圈电流：通过霍尔电流传感器采集断路器动作时的分闸线圈电流，核心模块对其录波，并计算分合闸线圈动作次数、最大电流值和平均电流值等参数，若超过阈值输出报警信号；

储能电机电流：通过霍尔电流传感器采集储能电机工作时电流，输入到核心模块，核心模块记录其波形，并计算单次储能时间、累计运行时间、最大电流值、电机启动次数等参数。若单次储能时间超出技术参数或最大电流超出最大阈值，发出报警信号并启动保护切断电机电源；

底盘车电机电流：通过霍尔电流传感器采集电机工作时电流，输入到核心模块，核心模块记录其波形，并计算底盘车摇入摇出动作时间、电机累计运行时间、电机最大电流值等参数。若动作过程中最大电流超过堵转电流，底盘车退回动作前位置，并发出动作不成功报警信号；

控制路和电机路电压：通过霍尔电压传感器采集控制路和电机路的电压，输入到核心模块，实时监测两路电压，若电压超出设定阈值，发出报警信号；

电子式电压电流互感器信号：通过电子式电压电流互感器采集一次电压电流信号输入到核心模块，计算各相电压电流值、电压频率、有功功率、无功功率、电压频率等电能参数，另外，核心模块的继电保护算法程序对采集的电压电流值进行运算，实现继电保护功能。

本实用新型采用以ADSP+FPGA为构造的核心模块，以及与核心模块连接模拟信号模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块和通讯模块，实现了中压开关设备的状态监测、电能测量、驱动控制、继电保护和通讯等功能，功能完备，有力支撑中压开关设备的智能化；可取代传统的驱动控制模块、温升监测模块等，减小安装空间，有利于开关设备的小型化发展；可取代测控装置、继电保护装置等电子装置，规范通讯接口，节约后台和各功能装置成本；高度集成的设计减少二次元器件，简化二次接线，有利于缩短装配线工时，有利于节约成本。在工业串口触摸屏上实现动态主接线图取代传统的主接线图，一方面主接线图随着一次本体状态实时更新，形象醒目；另一方面节约面板空间。

Claims (9)

1.一种中压开关用智能单元，其特征在于，该智能单元包括核心模块以及与其连接的模拟信号模块、数字信号输入模块、数字信号输出模块和通讯模块，所述核心模块采用ADSP芯片+FPGA芯片架构，ADSP芯片与FPGA芯片连接。

2.根据权利要求1所述的中压开关用智能单元，其特征在于，所述核心模块还包括与ADSP芯片连接的存储单元。

3.根据权利要求1所述的中压开关用智能单元，其特征在于，所述模拟信号模块为两片8通道AD采样芯片搭建的信号调理采集模块。

4.根据权利要求1所述的中压开关用智能单元，其特征在于，所述的数字信号输入模块的输出端与核心模块的输入端连接，采用光电隔离芯片，用于将外部高电压开关量信号转化为设定电压的数字信号。

5.根据权利要求1所述的中压开关用智能单元，其特征在于，所述的通讯模块包括以太网口、RS485接口、RS232接口和USB接口。

6.根据权利要求1所述的中压开关用智能单元，其特征在于，所述核心模块上还连接有电源模块、RTC时间模块和时钟模块，分别用于为智能单元提供电源、系统时间和时钟频率。

7.根据权利要求5所述的中压开关用智能单元，其特征在于，所述的智能单元还包括温升监测模块、人机界面模块和温湿度检测模块，所述温升监测模块、人机界面模块和温湿度检测模块均通过RS485接口与核心模块连接。

8.根据权利要求7所述的中压开关用智能单元，其特征在于，所述的人机界面模块为工业串口触摸屏。

9.根据权利要求7所述的中压开关用智能单元，其特征在于，所述的温升监测模块包括CT取电模块、无线发送接收模块和串口通信模块。