CN220020150U - 一种用于电厂的总线式开关系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于电厂的总线式开关系统，属于电厂开关控制技术领域，解决了现有技术中电厂的分布式现场设备的运行信息不能被DCS及时识别处理的问题。总线式开关系统包括断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、隔离电源与储能机构；断路器连接至电厂中的多个分布式现场设备的主回路中；主回路信息采集装置与各分布式现场设备的主回路电连接，将采集的信息传送至微处理器；微处理器通过PROFIBUS通信装置与外部DCS进行通信；隔离电源与储能机构均与断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置连接。实现了及时采集分析分布式现场设备的运行信息。
Description
技术领域
本实用新型涉及电厂开关控制技术领域，尤其涉及一种用于电厂的总线式开关系统。
背景技术
随着现代化火力发电厂装机容量的不断增大，对电厂系统的电动阀门、仪器仪表等分布式现场设备的自动化控制水平的要求也越来越高。因此，DCS(Distributed ControlSystem，分散控制系统)需要更多地、及时的获取分布式现场设备的运行信息和数据，才能实现进一步优化控制，达到电厂系统安全、高效、经济运行的目的。
以在火力发电厂中用于气、水、油、风等流体介质的阀门为例，一台300MW火力发电机组，阀门数量大约为3000～3500个，其中电动阀门的数量随着自动化程度的提高也越来越多，并分布在系统不同的现场位置。而电动阀门的电源等控制电缆，都是从这些不同的现场位置连接到集中管理的电源柜对应的电气开关，不仅距离远，而且路径和现场情况复杂；特别是在恶劣天气或者复杂环境下，从现场设备到主控以及电源柜之间往返停送电，客观上存在以下问题：
1、停送电操作不及时，特别是当现场设备出现故障时，通常情况下运行人员都不方便立即操作电源柜内部的断路器，这样不仅影响对故障设备的处理速度，而且有可能致使故障范围进一步扩大；
2、当现场设备或者电气开关自身出现故障时，运行人员不能立即准确判断故障类别，致使排除故障的时间延长；
3、现场设备的运行时间、电压和电流等参数的变化情况、断路器的温度和动作次数，不能进行历史数据查询和分析。影响对设备维护保养以及进行有的放矢的提前预案。
类似以上这些故障信息或数据，如果不能及时被DCS控制系统识别，就会影响机组系统安全经济运行。虽然目前现场就地设备有些已经具备了智能化、总线控制功能，但是，由于电源柜中的电气开关自身不具备通讯功能，开关自身以及开关以下的线路、单元仪表或者设备的运行情况，有很多的信息不能上传到DCS系统，所以，系统也不能针对这些故障情况进行及时有效地处理。
实用新型内容
鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种用于电厂的总线式开关系统，用以解决现有技术中电厂的分布式现场设备的运行信息不能被DCS及时识别处理的问题。
本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
总线式开关系统包括断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、隔离电源与储能机构；
断路器连接至电厂中的多个分布式现场设备的主回路中；
主回路信息采集装置与各分布式现场设备的主回路电连接，将采集的信息传送至微处理器；
微处理器通过PROFIBUS通信装置与外部DCS进行通信；
隔离电源与储能机构均与断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置连接。
基于上述方案的进一步改进，隔离电源为超小型隔离式开关电源，电源频率范围为47-63Hz。
基于上述方案的进一步改进，储能机构包括超级电容器组，隔离电源与超级电容器组并联。
基于上述方案的进一步改进，PROFIBUS通信装置包括PROFIBUS协议芯片、光电隔离电路和差分电平转换电路；
PROFIBUS协议芯片的一端连接微处理器，另一端连接光电隔离电路的一端；光电隔离电路的另一端连接差分电平转换电路的一端；差分电平转换电路的另一端连接至DCS的现场数据总线。
基于上述方案的进一步改进，主回路信息采集装置包括电压采样装置和电流采样装置，电流采样装置为电流互感器，电压采样装置为电压互感器。
基于上述方案的进一步改进，总线式开关系统还包括断路器状态采集装置，断路器状态采集装置包括温度传感器和开关量采集装置。
基于上述方案的进一步改进，总线式开关系统还包括信号调理电路和模数转换电路；
信号调理电路的一端连接电压采样装置、电流采样装置和温度传感器，另一端连接模数转换电路的一端；
模数转换电路的另一端连接至微处理器。
基于上述方案的进一步改进，总线式开关系统还包括封闭式金属外壳，封闭式金属外壳内置35mm标准卡轨；
断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、断路器状态采集装置、信号调理电路、模数转换电路、隔离电源与储能机构通过35mm标准卡轨与封闭式金属外壳连接，形成一体化结构。
基于上述方案的进一步改进，总线式开关系统的壳架等级电流小于100A。
基于上述方案的进一步改进，微处理器包括TMS320LF2407芯片或TMS320F28334芯片。
与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
1、本实用新型通过主回路信息采集装置对多个分布式现场设备的运行信息进行采集，将采集的信息发送至微处理器，微处理器通过PROFIBUS通信装置与DCS进行通信，实现了及时采集分析分布式现场设备的运行信息。
2、本实用新型通过隔离电源与储能机构对总线式开关系统进行供电，即使当隔离电源突然断电，通过储能机构依然能够将断电前的运行指令执行完成。
本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实用新型实施例提供的一种用于电厂的总线式开关系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
本实用新型的一个具体实施例，公开了一种用于电厂的总线式开关系统，如图1所示。
总线式开关系统包括断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、隔离电源与储能机构；
断路器连接至电厂中的多个分布式现场设备的主回路中；
主回路信息采集装置与各分布式现场设备的主回路电连接，将采集的信息传送至微处理器；
微处理器通过PROFIBUS通信装置与外部DCS进行通信；
隔离电源与储能机构均与断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置连接。
具体的，如图1所示，1、2、3…N用于表示电厂中的多个分布式现场设备，在多个分布式现场设备的主回路中连接断路器，断路器的每一对触头用于控制相应分布式现场设备主回路的关断或闭合。
值得说明的是，断路器的开关触点能够通过本地手动关断或者闭合，也可以接收和执行远程上位机DCS发过来的闭合或关断指令，并根据该指令通过断路器中的操作机构实现触点闭合或断开。本地手动关断后，DCS的闭合操作指令无效，但是DCS依然能够继续读取当前的运行状态和数据信息；本地手动闭合后，DCS的闭合操作指令有效。当总线式开关系统本身的运行参数或者其线路、设备出现异常状态时，通过主回路信息采集装置将采集的信息上传到DCS。
值得说明的是，当总线式开关系统失去供电电源后，断路器能够保持断电前的关断或者闭合状态。
如图1所示，在用于电厂的总线式开关系统中包括断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、隔离电源与储能机构。主回路信息采集装置可以用于采集每一个分布式现场设备的主回路的电压和电流。
优选地，如图1所示，主回路信息采集装置包括电压采样装置和电流采样装置，电流采样装置为电流互感器，电压采样装置为电压互感器。
具体的，主回路信息采集装置通过电流互感器对每一个分布式现场设备的主回路的电流进行采集以及通过电压互感器对每一个分布式现场设备的主回路的电压进行采集。
具体的，主回路信息采集装置将采集到的每一个分布式现场设备的主回路的电流或电压传送至微处理器，微处理器通过内置的现有程序或算法对电压、电流进行监测，以确定电压、电流值是否处于正常范围内，并将电压、电流值以及监测结果通过PROFIBUS通信装置发送至DCS。
可以理解的是，DCS作为电厂常用的控制系统，通信协议为PROFIBUS通讯协议，本实用新型的微处理器与DCS通过PROFIBUS通信装置进行通信。
优选地，微处理器包括TMS320LF2407芯片或TMS320F28334芯片。
具体的，TMS320LF2407芯片是面向工业应用而设计，具有良好的数据采集能力、状态检测能力，同时具有良好的数据处理特征，包含硬件乘法器(MUL)，累加器(ACC)，算术逻辑单元(ALU)，辅助算术单元(ARAU)以及DMA控制器。
具体的，TMS320F28334芯片来自美国TI公司，这是一款32位高性能嵌入式处理器，主频150M片上有256KFlash，34K SARAM,12位的A/D,具备丰富的外设：UART模块，SPI模块，及88个可编程的复用GPIO引脚等，全面满足微处理器的功能和性能要求。
优选地，PROFIBUS通信装置包括PROFIBUS协议芯片、光电隔离电路和差分电平转换电路；
PROFIBUS协议芯片的一端连接微处理器，另一端连接光电隔离电路的一端；光电隔离电路的另一端连接差分电平转换电路的一端；差分电平转换电路的另一端连接至DCS的现场数据总线。
具体的，PROFIBUS协议芯片通过外部总线与微处理器进行输入输出的数据交换，并进行PROFIBUS-DP的协议转换，得到转换后的通信信号；该通信信号经过光电隔离电路连接至差分电平转换电路，转换成PROFIBUS规范定义的物理层的差分电平信号，将此差分电平信号连接至DCS的现场数据总线。
具体的，隔离电源与储能机构用于给总线式开关系统供电；当隔离电源正常给总线式开关系统供电的同时，也会对储能机构充电；当隔离电源无法给总线式开关系统供电时，即在隔离电源断电的同时，储能机构通过放电的形式对总线式开关系统进行供电，以便于将隔离电源断电前的命令执行完成。
值得说明的是，本实用新型通过隔离电源与储能机构对总线式开关系统进行供电，即使当隔离电源突然断电，通过储能机构依然能够将断电前的运行指令执行完成。
优选地，隔离电源为超小型隔离式开关电源，电源频率范围为47-63Hz。
优选地，储能机构包括超级电容器组，隔离电源与超级电容器组并联。
具体的，储能机构包括超级电容器组，隔离电源与超级电容器组并联作为总线式开关系统的工作电源；隔离电源可以采用超小型隔离式开关电源，能够适应电源频率的变化范围在47～63Hz之间，符合GB4943UL1950、EN60950、CE、CCC安全规范，电磁兼容符合EN55022CLASSB、FCCPartl5 EN6100标准中的有关内容。
优选地，总线式开关系统还包括断路器状态采集装置，断路器状态采集装置包括温度传感器和开关量采集装置。
具体的，如图1所示，断路器针对每一个分布式现场设备均具备两种状态，包括关断和闭合两种状态，可以通过开关量采集状态采集分布式现场设备的状态。
具体的，温度传感器用于采集断路器触头周围的温度信号。
优选地，如图1所示，总线式开关系统还包括信号调理电路和模数转换电路；
信号调理电路的一端连接电压采样装置、电流采样装置和温度传感器，另一端连接模数转换电路的一端；
模数转换电路的另一端连接至微处理器。
具体的，信号调理电路用于将温度传感器、电压采样装置和电流采样装置采集到的温度信号量、电压信号量和电流信号量进行滤波，滤波后的模拟信号量经过模数转换电路转换成数字量，数字量输入至微处理器。
优选地，如图1所示，总线式开关系统还包括封闭式金属外壳，封闭式金属外壳内置35mm标准卡轨；
断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、断路器状态采集装置、信号调理电路、模数转换电路、隔离电源与储能机构通过35mm标准卡轨与封闭式金属外壳连接，形成一体化结构。
具体的，本实用新型提供的总线式开关系统的封闭式金属外壳与断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、断路器状态采集装置、信号调理电路、模数转换电路、隔离电源与储能机构形成一体化结构。通过在封闭式金属外壳内置35mm标准卡轨，将其他的装置通过35mm标准卡轨与封闭式金属外壳连接，形成一体化结构。
优选地，总线式开关系统的壳架等级电流小于100A。
与现有技术相比，本实用新型提供的用于电厂的总线式开关系统，通过主回路信息采集装置对多个分布式现场设备的运行信息进行采集，将采集的信息发送至微处理器，微处理器通过PROFIBUS通信装置与DCS进行通信，实现了及时采集分析分布式现场设备的运行信息；同时，通过隔离电源与储能机构对总线式开关系统进行供电，即使当隔离电源突然断电，通过储能机构依然能够将断电前的运行指令执行完成。
本领域技术人员可以理解，上述实施例中微处理器所涉及的程序/软件为现有技术常见的方法，本实用新型不涉及任何软件方面的改进。本实用新型仅需要将各个具有相应功能的装置通过本实用新型实施例所给出的连接关系进行连接即可，其中并不涉及任何程序软件方面的改进。而至于各个相应功能的硬件装置之间的连接方式，均是本领域技术人员可以采用现有技术实现的，在此不做详细说明。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于电厂的总线式开关系统，其特征在于，总线式开关系统包括断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、隔离电源与储能机构；
断路器连接至电厂中的多个分布式现场设备的主回路中；
主回路信息采集装置与各分布式现场设备的主回路电连接，将采集的信息传送至微处理器；
微处理器通过PROFIBUS通信装置与外部DCS进行通信；
隔离电源与储能机构均与断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置连接。
2.根据权利要求1所述的总线式开关系统，其特征在于，隔离电源为超小型隔离式开关电源，电源频率范围为47-63Hz。
3.根据权利要求2所述的总线式开关系统，其特征在于，储能机构包括超级电容器组，隔离电源与超级电容器组并联。
4.根据权利要求1所述的总线式开关系统，其特征在于，PROFIBUS通信装置包括PROFIBUS协议芯片、光电隔离电路和差分电平转换电路；
PROFIBUS协议芯片的一端连接微处理器，另一端连接光电隔离电路的一端；光电隔离电路的另一端连接差分电平转换电路的一端；差分电平转换电路的另一端连接至DCS的现场数据总线。
5.根据权利要求1所述的总线式开关系统，其特征在于，主回路信息采集装置包括电压采样装置和电流采样装置，电流采样装置为电流互感器，电压采样装置为电压互感器。
6.根据权利要求5所述的总线式开关系统，其特征在于，总线式开关系统还包括断路器状态采集装置，断路器状态采集装置包括温度传感器和开关量采集装置。
7.根据权利要求6所述的总线式开关系统，其特征在于，总线式开关系统还包括信号调理电路和模数转换电路；
信号调理电路的一端连接电压采样装置、电流采样装置和温度传感器，另一端连接模数转换电路的一端；
模数转换电路的另一端连接至微处理器。
8.根据权利要求7所述的总线式开关系统，其特征在于，总线式开关系统还包括封闭式金属外壳，封闭式金属外壳内置35mm标准卡轨；
断路器、主回路信息采集装置、微处理器、PROFIBUS通信装置、断路器状态采集装置、信号调理电路、模数转换电路、隔离电源与储能机构通过35mm标准卡轨与封闭式金属外壳连接，形成一体化结构。
9.根据权利要求1所述的总线式开关系统，其特征在于，总线式开关系统的壳架等级电流小于100A。
10.根据权利要求1所述的总线式开关系统，其特征在于，微处理器包括TMS320LF2407芯片或TMS320F28334芯片。
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