CN212162921U - 一种多核处理的在线监测与保护一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多核处理的在线监测与保护一体化装置，包括以多核处理器、在线监测模块、设备保护插件模块、人机交互模块、通信模块和集中式电源模块，所述在线监测模块、设备保护插件模块、人机交互模块、集中式电源模块、通信模块分别与多核处理器电信号连接；所有模块都与多核处理器连接，处理器内部各个核之间通过内部总线连接通信，通过多核并行协同处理，实现在线监测与保护的一体化处理与控制。

Description

一种多核处理的在线监测与保护一体化装置

技术领域

本实用新型涉及变电站在线监测与继电保护领域，尤其涉及一种多核处理的在线监测与保护一体化装置。

背景技术

现阶段在变电站以及输配电系统中，用到了各种在线监测装置如无线测温、操显装置、局放监测装置等，以及不同的继电保护装置如线路保护、电动机保护、PT保护等，几乎占满了整个开关柜，仪表室也相对臃肿，这种种类繁多、设备功能单一的方式，存在着占用空间大、接线复杂凌乱、安装麻烦、操作复杂、互存干扰、浪费材料、能耗较高等问题，不论从经济成本方面考虑还是技术安全方面考虑，都需要一种在线监测与保护一体化的装置。

针对现有相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷与相关技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种多核处理的在线监测与保护一体化装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

一种多核处理的在线监测与保护一体化装置，包括以多核处理器、在线监测模块、设备保护插件模块、人机交互模块、通信模块和集中式电源模块，所述在线监测模块、设备保护插件模块、人机交互模块、集中式电源模块、通信模块分别与多核处理器电信号连接；所述多核处理器包括第一ARM核、第二ARM核和一个FPGA核；所述第一ARM核与在线监测模块之间通FPGA电信号连接，第二ARM核与设备保护插件模块、人机交互模块、通信模块之间通过FPGA电信号连接。

进一步的，所述在线监测模块包括温度在线监测模块、局部放电在线监测模块、环境温湿度在线监测模块、烟雾在线监测模块和分合闸状态在线监测模块。

进一步的，所述设备保护插件模块包括电压电流采集保护插件模块、开入量检测保护插件模块和出口继电器保护插件。

进一步的，所述温度在线监测模块为数字温度感应器，通过无线LORA形式与FPGA数据连接，并通过内部总线与第一ARM核数据连接。

进一步的，所述局部放电在线监测模块包括接收天线、带通滤波电路、带阻滤波电路、信号放大电路和高速ADC芯片，依次串联形式与FPGA数据连接，并通过内部总线与第一ARM核数据连接。

进一步的，所述环境温湿度在线监测模块为温湿度传感器，通过IIC总线方式与FPGA数据连接，通过内部总线与第一ARM核数据连接。

进一步的，所述分合闸状态在线监测模块包括电压互感器、电流互感器、分合闸按钮和断路器，分合闸按钮通过光耦隔离电路与FPGA核一端连接，断路器通过光耦隔离电路与FPGA另一端连接。

进一步的，所述电压电流采集保护插件模块为电压、电流互感器，电压、电流互感器通过ADC芯片与FPGA核数据连接，并通过内部总线与第二ARM核数据连接。

进一步的，所述开入量检测保护插件模块包括若干接入通道，每一通道通过电阻与光耦隔离连接接入FPGA核，并通过内部总线与第二ARM核数据连接。

进一步的，所述出口继电器保护插件包括多路出口继电器，多路出口继电器通过光耦与第二ARM核数据连接。

与现有技术相比，具有的有益效果为：1、将处理器的软件可编程性与FPGA 的硬件可编程性进行完美整合，高度灵活的可编程逻辑（FPGA）可以实现系统的优化和差异化；2、在线检测模块通过FPGA核接收数据后，通过内部总线与第一个ARM连接，由其进行数据的处理、分析；3、设备保护插件与FPGA核连接，FPGA核将处理完的信号传输给第二个ARM核计进行数据处理、分析；4、通过按键进行定值设置、修改和查看，方便人员操作维护；5、集中式电源模块解决所有供电，节省材料、降低能耗。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型温度在线监测模块结构连接图。

图3为本实用新型局部放电在线监测模块结构连接图。

图4为本实用新型环境温湿度在线监测模块结构连接图。

图5为本实用新型烟雾在线监测模块结构连接图。

图6为本实用新型分合闸状况在线监测模块结构连接图。

图7为本实用新型电压电流采集插件结构连接图。

图8为本实用新型出口继电器插件结构连接图。

图9为本实用新型通信模块结构连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种多核处理的在线监测与保护一体化装置，包括一多核处理器S1、在线监测模块S2、设备保护插件模块S3、人机交互模块S4、通信模块S5和集中式电源模块S6，所述在线检测模块、设备保护插件模块、人机交互模块、集中式电源模块、通信模块分别与多核处理器电信号连接；所述多核处理器包括第一ARM核a1、第二ARM核a2和一个FPGA核a3；所述第一ARM核与在线监测模块之间通FPGA电信号连接，第二ARM核与设备保护插件模块、人机交互模块、通信模块之间通过FPGA电信号连接。

在本实施方式中，所述多核处理器采用ZYNQ7000系列芯片处理器，包括两个ARM核，一个FPGA核，是新一代全可编程片上系统，它将处理器的软件可编程性与FPGA 的硬件可编程性进行完美整合，以提供无与伦比的系统性能、灵活性与可扩展性。与传统SoC解决方案不同的是，高度灵活的可编程逻辑（FPGA）可以实现系统的优化和差异化，允许添加定制外设与加速器，从而适应各种广泛的应用。

在本实施方式中，在线监测模块包括温度在线监测模块b1，如图2所示，采用数字温度传感器（型号DS18B20）b11，传感器与母排、触头、电缆接头等监测点紧贴，低功耗单片机b12定时采集温度数据，并通过无线LORA形式b13传送给FPGA核，FPGA核接收数据后，通过内部总线与第一个ARM连接，由其进行数据的处理、分析；

包括局部放电在线监测模块b2，如图3所示，通过天线b21接收高频电磁波，经过带通滤波电路和带阻滤波电路b22，滤除干扰信号，然后将有效信号传输给运算放大器b23，经放大后的信号，连接到高速ADC芯片进行模数转换b24，ADC芯片与FPGA核连接，FPGA核接收并处理数字信号，然后通过内部总线与第一个ARM连接，由其进行数据的处理、分析；最终实现对绝缘异常状态和放电性故障做出及时预警；

包括环境温湿度在线监测模块b3，如图4所示，采用温湿度传感器b31采集环境温湿度，通过IIC总线方式与FPGA核连接，然后通过内部总线与第一个ARM连接，由其进行数据的处理、分析；温湿度传感器安装在开关柜的母线室、电缆室、断路器室、仪表室，实现对开关柜内的环境监测；

包括烟雾在线监测模块b4，如图5所示，通过烟雾检测电路实现包括绝缘材料故障如燃弧等产生的烟雾监测；FPGA核控制一个发光二极管b41实时发出一道光，通过大气中的烟雾折射后，接收二极管b42接收光信号后转换为电信号传输给ADC芯片b43，ADC芯片与FPGA核连接，FPGA核对信号进行处理与判断，反推烟雾比率，如果超过设定的阈值，则通过内部总线形式传送结果给第一个ARM核，由其确定烟雾预警；

包括分合闸状况在线监测模块b5，如图6所示，通过电压互感器b51、电流互感器b52，将强电信号转换为弱电信号给ADC芯片进行模数转换b53，ADC芯片与FPGA核连接，FPGA核将处理完的信号传输给第一个ARM核计算电压电流；同时外部分合闸按钮经过光耦隔离电路与FPGA核的第一个引脚连接，断路器合后位置、分后位置信号经过光耦隔离电路与FPGA核的第二个引脚连接，FPGA核通过引脚的高低电平信号判断状态位置，通过一个引脚与第二个引脚的时间差，算出分合闸的时间，并将结果传送给第一个ARM核。

在本实施方式中，设备保护插件模块包括电压电流采集保护插件模块c1，通过电压、电流互感器，将强电信号转换为弱电信号给ADC芯片进行模数转换，ADC芯片与FPGA核连接，FPGA核将处理完的信号传输给第二个ARM核计算三相电压电流与零序电压电流;

包括开入量检测插件c2，如图7所示，本实施例举了一种30路通道，主要用于各种电气开关量和非电气量的采集；每一个路通道接入外部电路信号，经电阻分压后传输给光耦c21隔离，隔离后的弱点信号直接连接FPGA核，FPGA核通过滤波算法后将结果信号传输给第二个ARM核进行处理分析；

包括出口继电器插件c3，如图8所示，包括多路出口继电器，主要用于保护的跳闸或告警。第二个ARM核对采集各种保护数据进行逻辑处理判断，当超过设定的定值时，及时发出动作信号给出口继电器进行跳闸或告警。第二个ARM核经光耦c31与出口继电器连接c32。

在本实施方式中，所述人机交互界面，包括指示灯、液晶屏、按键，多核处理器与指示灯、液晶屏、按键连接，用于观察各个采集数据的实时值、运行情况、动作情况，并可通过按键进行定值设置、修改和查看，方便人员操作维护。

在本实施方式中，所述通信模块，如图9所示，多核处理器与以太网s51、RS-485串行总线s52连接，以太网、RS-485与后台主机B1连接。

在本实施方式中，所述集中式电源模块，主要实现AC/DC转DC的电源电路，给处理器以及各个模块供电，提供输出24V、12V、5V、3.3V电压与其他模块电性连接，只需一块集中式电源模块即可解决所有供电，节省材料、降低能耗。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：包括以多核处理器、在线监测模块、设备保护插件模块、人机交互模块、通信模块和集中式电源模块，所述在线监测模块、设备保护插件模块、人机交互模块、集中式电源模块、通信模块分别与多核处理器电信号连接；所述多核处理器包括第一ARM核、第二ARM核和一个FPGA核；所述第一ARM核与在线监测模块之间通FPGA电信号连接，第二ARM核与设备保护插件模块、人机交互模块、通信模块之间通过FPGA电信号连接。

2.如权利要求1所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述在线监测模块包括温度在线监测模块、局部放电在线监测模块、环境温湿度在线监测模块、烟雾在线监测模块和分合闸状态在线监测模块。

3.如权利要求1所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述设备保护插件模块包括电压电流采集保护插件模块、开入量检测保护插件模块和出口继电器保护插件。

4.如权利要求2所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述温度在线监测模块为数字温度感应器，通过无线LORA形式与FPGA数据连接，并通过内部总线与第一ARM核数据连接。

5.如权利要求2所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述局部放电在线监测模块包括接收天线、带通滤波电路、带阻滤波电路、信号放大电路和高速ADC芯片，依次串联形式与FPGA数据连接，并通过内部总线与第一ARM核数据连接。

6.如权利要求2所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述环境温湿度在线监测模块为温湿度传感器，通过IIC总线方式与FPGA数据连接，通过内部总线与第一ARM核数据连接。

7.如权利要求2所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述分合闸状态在线监测模块包括电压互感器、电流互感器、分合闸按钮和断路器，分合闸按钮通过光耦隔离电路与FPGA核一端连接，断路器通过光耦隔离电路与FPGA另一端连接。

8.如权利要求3所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述电压电流采集保护插件模块为电压、电流互感器，电压、电流互感器通过ADC芯片与FPGA核数据连接，并通过内部总线与第二ARM核数据连接。

9.如权利要求3所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述开入量检测保护插件模块包括若干接入通道，每一通道通过电阻与光耦隔离连接接入FPGA核，并通过内部总线与第二ARM核数据连接。

10.如权利要求3所述多核处理的在线监测与保护一体化装置，其特征在于：所述出口继电器保护插件包括多路出口继电器，多路出口继电器通过光耦与第二ARM核数据连接。

Images