CN215681937U - 一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，包括电源模块、信号输入模块、信号处理判断模块、控制输出模块、IEC61850通信模块以及人机界面模块共六个模块；电源模块用于为干式变压器本体智能终端提供电源；信号输入模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输；控制输出模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输；IEC61850通信模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输；人机界面模块，包括液晶屏、指示灯、报警器、控制面板。本实用新型支持实时查看设备通讯情况及运行状态、动态展示各信号的交互情况，极大的保障了城市轨道交通的可靠、安全、稳定的运行。

Description

一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端

技术领域

本实用新型涉及一种变压器智能终端，尤其涉及一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端。

背景技术

干式变压器是输配电系统的关键设备，干式变压器的安全运行和使用寿命很大程度取决于绕组的安全可靠。干式变压器长期工作在高电压、大电流、强电磁的环境中，运行过程中会持续发热。温度对绝缘材料的老化起决定作用，绕组温度超过绝缘层耐受温度使绝缘层失效，是导致干式变压器不能正常工作的主要原因之一，因此准确地测量干式变压器绕组温度就显得尤为重要。为保证城市轨道交通供电系统内配电干式变压器的安全运行，每台干式变压器均需配置干式变压器温控器，主要作用就是用来监测干式变压器的温度，控制干式变压器风机的启动和停止，还有超温报警，跳闸等功能。

传统的干式变压器温控器，采用干接点、硬接线的方式完成与变电所内保护装置的跳闸联锁数据交互，通信规约采用modbus TCP/RTU协议，监控后台需要经过规约转换才能实现远程监控。随着城市轨道交通行业的蓬勃发展，以及智能变电所的技术发展，传统的干式变压器温控器越来越不满足用户需要。特别的，由于城市轨道交通的线路越来越长，越来越多的区间跟随所与降压变电所之间的距离超过了4公里。因信号传输存在电压降低问题，需采用硬接线+增加中间继电器的方式才能实现区间跟随所与降压变电所所之间的闭锁与联跳功能，存在干扰严重、造价成本高、施工复杂、需增设电源供电等缺点，不能保证数据传输及系统运行的可靠性和安全性。同时，传统干式变压器温控器不具备接入到智能变电所的数字化保护网络中，制约了智能供电的发展。另外，其非标准化的串口通信协议，也无法支撑智能变电所高级运维功能的开发。因此，为解决上述问题，需开发一款具备IEC61850标准建模、长距离GOOSE通信优势的城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，实现城市轨道交通智能变电所的建设要求及工程应用需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，该装置基于标准IEC61850标准开发，采用面对对象建模以及光纤传输技术，以MMS协议与PSCADA系统通信实现数据监控，以光纤GOOSE方式实现装置间的数据交互，解决远距离闭锁联跳信号传输、网络化保护接入、统一通信协议监控的问题。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，包括电源模块、信号输入模块、信号处理判断模块、控制输出模块、IEC61850通信模块以及人机界面模块共六个模块；所述电源模块用于为干式变压器本体智能终端提供电源，所述信号处理判断模块用于采样数据的运算处理并进行逻辑判断，输出指令；

所述信号输入模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输，所述信号输入模块包括变压器线圈、铁芯温度信号以及运行状态开关量信号；

所述控制输出模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输，所述控制输出模块通过干接点控制变压器的外围栏门的电磁锁和风机的开合；

所述IEC61850通信模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输，用于实现装置内外信号的标准化交互与转换；

所述人机界面模块，包括液晶屏、指示灯、报警器、控制面板，用于设备运行状态的显示、查看、提醒及操作。

进一步地，所述IEC61850通信模块，包括硬件和软件，软件嵌入硬件中；所述硬件包括核心板和底板，所述核心板包括ARM板和FPGA板，ARM板和FPGA板扣在底板上，ARM板和FPGA板之间通过PCIE总线进行通信。

进一步地，所述IEC61850通信模块通过光缆与降压变电所的PSCADA系统和保护装置进行数据传输。

进一步地，所述ARM板内设有用于负责实现人机交互配置工作的CPU芯片，ARM板上集成了ARM处理器、DDR3内存、QSPI、EMMC、PMIC电源管理电路，所述ARM板通过两个2mm的双排插针与底板连接。

进一步地，所述FPGA板上集成了FPGA芯片、QSPI、DDR3内存、PMIC电源管理电路，所述FPGA板通过4个高速连接器与底板连接，所述FPGA板内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。

进一步地，所述底板上设有4个主备光口、1个USB接口和1个调试网口，2个主备光口连接MMS网络；2个主备光口连接GOOSE网络。

进一步地，数字化干式变压器本体智能终端设置于区间跟随所，通过光缆与降压变电所的PSCADA系统和保护装置进行数据传输。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本数字化干式变压器本体智能终端通过面对对象建模以及采用光纤传输技术，分别使用两路主备光纤传输MMS报文和GOOSE报文信号解决远距离闭锁联跳信号传输、网络化保护接入、统一通信协议监控的问题；采用IEC61850标准协议的光纤传输方式具有传输距离长、传输节点少、信号传输时延低、抗干扰性强、可靠性高及造价成本低等优点，可有效替代了传统硬接线+中间继电器的方式。通过面向对象建模，装置具备自描述功能与统一通信协议，可以直接与PSCADA系统通信，节省了规约转换环节；支持实时查看设备通讯情况及运行状态、动态展示各信号的交互情况，极大的保障了城市轨道交通的可靠、安全、稳定的运行。城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端实现了干式变压器的智能化，扩展了城市轨道交通供电系统智能化的范围。

附图说明

图1：本实用新型的结构布局示意图；

图2：本实用新型的IEC61850通信模块的结构示意图；

图3：本实用新型实施例的城市轨道交通信号远距离传输应用示意图；

图4：本实用新型实施例的本柜维护接地闭锁信号数据流向图；

图5：本实用新型实施例的非本柜维护接地闭锁信号数据流向图；

图6：本实用新型实施例超温跳闸GOOSE信号数据流向图。

具体实施方式

为加深对本实用新型的理解，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步详述，本实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1所示，本实用新型公开了一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，包括电源模块、信号输入模块、信号处理判断模块、控制输出模块、IEC61850通信模块以及人机界面模块共六个模块；其中，电源模块主要为干式变压器本体智能终端提供电源，信号处理判断模块用于采样数据的运算处理并进行逻辑判断，输出指令；

信号输入模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输，信号输入模块包括变压器线圈、铁芯温度信号以及运行状态开关量信号；

控制输出模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输，控制输出模块通过干接点控制变压器围栏门的电磁锁和风机等机械设备的开合；

IEC61850通信模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输，用于实现装置内外信号的标准化交互与转换；

人机界面模块，包括液晶屏、指示灯、报警器、控制面板，用于设备运行状态的显示、查看、提醒及操作。

信号输入模块采集的温度以及开关量等信息传输至信号处理判断模块，同时IEC61850通信模块将外部获取的数字化光信号转变成电信号后经总线也传输至信号处理判断模块，后者对接收到的信号进行处理并依照编译好的逻辑进行判断，将结果通过总线输出至人机界面模块、IEC61850通信模块、控制输出模块，用于设备运行状态的显示及提醒、远距离数据传输及网络化保护信息交互、机械设备的开合控制。

IEC61850通信模块，包括硬件和软件，软件嵌入硬件中。如图2所示，IEC61850通信模块的硬件包括核心板和底板，核心板为ARM板和FPGA板，ARM板和FPGA板扣在底板上，ARM板和FPGA板之间通过PCIE总线进行通信。

IEC61850通信模块通过光缆与降压变电所的PSCADA系统和保护装置进行数据传输。

ARM板内设有用于负责实现人机交互配置工作的CPU芯片，集成了ARM处理器、DDR3内存、QSPI、EMMC、PMIC电源管理电路等高速和关键部分的设计，ARM板通过两个2mm的双排插针与底板连接。

FPGA板上集成了FPGA芯片、QSPI、DDR3内存、PMIC电源管理电路，通过4个高速连接器与底板连接，FPGA板采用了逻辑单元阵列LCA的方式，FPGA板内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。FPGA板用于实现GOOSE协议功能，可实现不同应用功能的切换。

底板上设有4个主备光口、1个USB接口和1个调试网口，用于对外提供物理接口，其中2个主备光口连接MMS A/B网络，用于MMS报文的上送；2个主备光口连接GOOSE A/B网，用于GOOSE报文信号的传输；USB接口和调试网口用于实现配置文件的上传下载。

IEC61850通讯板卡软件系统采用标准的IEC61850 SCL语言，以面向对象方式对数字化干式变压器本体智能终端的通信数据建立完备的系统配置模型，包括通信状态、装置自检数据、模拟量、数字量、虚端子、GOOSE连线。

数字化干式变压器本体智能终端设置于区间跟随所，通过光缆与降压变电所的PSCADA系统和保护装置进行数据传输。

降压变电所的电压为33kV，区间跟随所的电压为400V。

在本实施例中，如图1所示，本干式变压器本体智能终端的信号输入模块采集的温度以及设备运行状态开关量等信息传输至信号处理判断模块，同时IEC61850通信模块将外部获取的数字化光信号转变成电信号后经总线也传输至信号处理判断模块，信号处理判断模块对接收到的信号进行处理并依照编译好的逻辑进行判断，将结果通过总线输出至人机界面模块、IEC61850通信模块、控制输出模块，用于设备运行状态的显示及提醒、远距离数据传输及网络化保护信息交互、机械设备的开合控制。

如图3所示，在城市轨道交通信号远距离传输应用中，由主备光口将设备监控数据以MMS协议送出，经光缆传输至降压变电所控制室站控层交换机，完成与变电所PSCADA系统的数据交互，实现干式变压器的远程监控，内容包括：

①上送变压器A、B、C及铁芯的温度数据；

②上送高温、超温、门开、装置故障的告警信号；

③上送干式变压器外围栏门开关状态、风机运行状态数据；

④上送IEC61850通信模块的光纤模块的发送及接收的光强阈值、光口温度、FPGA温度阈值、内存超限阈值；

⑤接收风机启停控制命令。

干式变压器的闭锁与联跳信号由主备光口以GOOSE协议收发，经光缆传输至降压变电所33kV保护装置的GOOSE交换机，完成与降压变电所保护装置的数据交互，实现供电系统远距离保护联闭锁，内容包括:

①高温、干式变压器故障、干式变压器失电的告警信号；

②超温、变压器门开的跳闸信号；

③维护接地、非维护接地的闭锁信号。

本实用新型在闭锁信号数据流向中，通过维护接地闭锁信号、非维护接地闭锁信号对当地的变压器外围栏门电磁锁的控制，控制干式变压器外围栏门在维护检修或正常运行工况下的开关，信号由33kV保护装置发出。

如图4所示，维护接地闭锁信号由降压变电所的33kV保护装置将维护接地GOOSE闭锁信号通过GOOSE交换机，经光缆传输至区间跟随所的数字化干式变压器本体智能终端的主备光口进行数据交互，经数字化干式变压器本体智能终端的信号处理判断模块做出逻辑判断后，由控制输出模块触发干接点闭合逻辑，进一步干式变压器外围栏门电磁锁带电，外围栏门解锁，检修人员可打开外围栏门进行维护检修工作。同时，外围栏门开关状态信号经电缆发送给数字化干式变压器本体智能终端信号输入模块，信号输入模块进一步将信号传输给信号处理判断模块，信号处理判断模块将信号传输给IEC61850通信模块，后进一步通过主备光口将MMS报文经光缆发送给PSCADA系统。

如图5所示，非维护接地闭锁信号由降压变电所的33kV保护装置将维护接地GOOSE闭锁信号通过GOOSE交换机，经光缆传输至区间跟随所的数字化干式变压器本体智能终端的主备光口进行数据交互，经数字化干式变压器本体智能终端信号处理判断模块做出逻辑判断后，由控制输出模块触发干接点打开，进一步干式变压器外围栏门电磁锁失电，外围栏门闭锁，进一步禁止外围栏门开关操作。同时，外围栏门开关状态信号经电缆发送给数字化干式变压器本体智能终端的信号输入模块，信号输入模块进一步将信号传输给信号处理判断模块，信号处理判断模块将信号传输给IEC61850通信模块，后通过主备光口将MMS报文经光缆发送给PSCADA系统。

在本实施例中，本实用新型在超温跳闸GOOSE信号数据流向如图6所示，数字化干式变压器本体智能终端的变压器A相线圈温度超140℃，进一步经温度传感总成采样输入温度输入模块，进一步将温度测量数据通过温度采集电路传送至信号输入模块，进一步信号处理判断模块进行模拟量运算判断为A相超温跳闸故障，进一步通过IEC61850通信模块将GOOSE报文超温跳闸信号经GOOSE A/B网光缆传输至降压变电所33kV保护装置，更进一步保护装置发出跳闸命令经干接点对降压变电所的33kV开关柜断路器跳闸，进一步33kV开关柜回传断路器分位状态，动作执行完毕。

上述实施例和图示并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化和修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (7)

1.一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，其特征在于，包括电源模块、信号输入模块、信号处理判断模块、控制输出模块、IEC61850通信模块以及人机界面模块共六个模块；所述电源模块用于为干式变压器本体智能终端提供电源，所述信号处理判断模块用于采样数据的运算处理并进行逻辑判断，输出指令；

所述信号输入模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输，所述信号输入模块包括变压器线圈、铁芯温度信号以及运行状态开关量信号；

所述控制输出模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输，所述控制输出模块通过干接点控制变压器的外围栏门的电磁锁和风机的开合；

所述IEC61850通信模块，所述IEC61850通信模块通过总线与所述信号处理判断模块之间进行信息传输；

所述人机界面模块，包括液晶屏、指示灯、报警器、控制面板，用于设备运行状态的显示、查看、提醒及操作。

2.如权利要求1所述的一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，其特征在于，所述IEC61850通信模块包括硬件，所述硬件包括核心板和底板，所述核心板包括ARM板和FPGA板，ARM板和FPGA板扣在底板上，ARM板和FPGA板之间通过PCIE总线进行通信。

3.如权利要求1所述的一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，其特征在于，所述IEC61850通信模块通过光缆与降压变电所的PSCADA系统和保护装置进行数据传输。

4.如权利要求2所述的一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，其特征在于，所述ARM板内设有用于负责实现人机交互配置工作的CPU芯片，ARM板上集成了ARM处理器、DDR3内存、QSPI、EMMC、PMIC电源管理电路，所述ARM板通过两个2mm的双排插针与底板连接。

5.如权利要求2所述的一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，其特征在于，所述FPGA板上集成了FPGA芯片、QSPI、DDR3内存、PMIC电源管理电路，所述FPGA板通过4个高速连接器与底板连接，所述FPGA板内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。

6.如权利要求2所述的一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，其特征在于，所述底板上设有4个主备光口、1个USB接口和1个调试网口，2个主备光口连接MMS网络；2个主备光口连接GOOSE网络。

7.如权利要求1所述的一种城市轨道交通数字化干式变压器本体智能终端，其特征在于，数字化干式变压器本体智能终端设置于区间跟随所，通过光缆与降压变电所的PSCADA系统和保护装置进行数据传输。

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