CN2565179Y - 预装式变电站综合保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种预装式变电站综合保护装置，其集电量监测、继电保护、微机控制、无功补偿、环境温湿度监测与调节为一体，结构紧凑，改善了设备所需的正常工作环境，确保了设备的安全运行，有效降低了配电***意外事故发生率。本实用新型包括单片机，所述单片机的输入端分别接有多通道电参量模拟信号、多通道非电参量模拟信号和多路转换开关以及多通道开入量，单片机的输出端接有多个开出量，单片机的串行口接有通信接口。

Description

预装式变电站综合保护装置

一、技术领域：

本实用新型涉及一种对35KV、10KV各类型预装式变电站的高低压室、变压器室进行综合保护的预装式变电站综合保护装置。

二、背景技术：

预装式变电站又称箱式变电站，有着广阔的使用范围，适用于城市供配电、高层建筑、住宅小区、公园、还适用于油田工矿企业及施工场所等，是继土建变电站之后崛起的一种崭新的变电站。预装式变电站是35KV、10KV城乡配电网改造的关键设备之一，具有成套性强、体积小、占地少、安装方便等一系列特点。目前，国内电力***中现有的预装式变电站都缺少综合保护功能。综合保护功能主要指：高压室各电参量监测与保护；高压室、低压室的防凝露保护；变压器温度保护；远程组网通讯；参数在线数字化显示和设定等。现有的预装式变电站由于缺少综合保护功能，所以影响设备的安全运行，易引发配电***意外事故，同时箱式站封闭式地面安装，容易因温度、湿度作用形成凝露而造成事故。

三、发明内容：

本实用新型为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种预装式变电站综合保护装置，其集电量监测、继电保护、微机控制、无功补偿、环境温湿度监测与调节为一体，结构紧凑，改善了设备所需的正常工作环境，确保了设备的安全运行，有效降低了配电***意外事故发生率。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种预装式变电站综合保护装置，其特殊之处在于：包括单片机，所述单片机的输入端分别接有多通道电参量模拟信号、多通道非电参量模拟信号和多路转换开关以及多通道开入量，单片机的输出端接有多个开出量，单片机的串行口接有通信接口。

上述单片机上可连有“看门狗”复位芯片及掉电参数存贮器。

上述单片机的多路高压输入通道和低压多通道可设有通道扩展模块。

上述单片机的无功补偿可通过外接无功补偿模块实现。

上述多通道电参量模拟信号可分别通过高压室、低压室的二次电压电流互感器输出端接多路运放的实时信号输出端，所述通道扩展模块经二次电压电流互感器输出端接多路运放的实时信号输出端，所述多路运放的输出端经多路转换开关转换后接单片机内部A/D采集接口。

上述多通道非电参量模拟信号可分别通过高低压室、变压器室的温湿度传感器输出端接多路运放的实时信号输出端，所述多路运放输出端经多路转换开关转换后接单片机内部A/D采集接口。

上述单片机可通过数据总线与存贮器、显示器、操作按键和可编程逻辑器件连接。

上述多通道开入量可经光电隔离网络，通过可编程逻辑器件作为外部数据存贮器经数据总线与单片机相接，所述多个开出量通过可编程逻辑器件作为外部数据存贮器经单片机数据总线和光电隔离网络输出端，送输入继电器组，同时将继电器组状态经光电隔离网络，通过可编程逻辑器件作为外部数据存贮器经数据总线接与单片机读出继电器组状态。

上述串行通信接口可经光电隔离器输入端接单片机的串行口。

上述单片机可以是80C196单片机。

本实用新型对照现有技术，其优点为：

1.本实用新型集电量监测、继电保护、微机控制、无功补偿、环境温湿度监测与调节为一体，符合预装式变电站无人职守和紧凑结构的设计要求。

2.本实用新型采用RS485/RS422总线方式之外的GSM无线组网技术和多站管理技术，利用中国电信GSM网络进行远程通信管理，可以到达任意地点，保密性强。

3.本实用新型针对预装式变电站主要建在户外，工作环境较为复杂的情况，将防凝露保护综合集成到本装置，降低了预装式变电站故障率，提高了供电可靠性。

4.本实用新型在线监测变电器绕组温度或绝缘油温度，降低了因温度过高而造成的变压器永久性故障，避免了不必要的损耗。

5.本实用新型采用实时监测功率因数控制必要的无功补偿模块，使预装式变电站保持额定电压下的无功功率平衡，使***安全可靠。

四、附图说明：

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的通信接口的电路原理图；

图3为本实用新型的开入量电路原理图；

图4为本实用新型的开出量电路原理图；

图5为本实用新型的电参量模拟信号一路输入的电路原理图；

图6为本实用新型的非电参量模拟信号一路输入的电路原理图。

五、具体实施方式：

参见图1，本实用新型包括单片机1和通过数据总线与之相接的存贮器2、LCD液晶显示器3、操作按键4和可编程器件5，单片机1的输入端分别接有多通道电参量模拟信号6、多通道非电参量模拟信号7和多路转换开关8、多通道开入量9，其输出端接有多个开出量10，其串行口接有通信接口11，其所有硬件电路设计有“看门狗”复位芯片12，单片机1还连有掉电参数存贮器13，其多路高压输入通道和低压多通道设有通道扩展模块，其无功补偿可外接无功补偿模块。所述单片机1为80C196，其内部包含了多种传统的外部设备电路，如时钟发生器、I/O口、A/D转换器、PWM、串行口、定时/计数器、监视定时器、高速输入/输出、外设事务服务器PTS、波形发生器等。该单片机最大特点是RALU没有采用常规的累加器结构，其操作直接面向256字节寄存器空间，同时通过窗口切换映射获得另一个256字节寄存器空间，消除了累加器的瓶颈效应，加速了数据交换和更改的能力，提高了单片机CPU的吞吐力，非常适合于多通道数据的实时采集、处理、存贮和传送收发。可编程逻辑器件5选用AT22V10芯片，可直接通过数据总线与单片机1相连，它把单片机1***扩展电路都作为数据存贮器来处理，减少了硬件电路的元件数目，提高了***的可靠性。存贮器采用62256作为数据存贮器，采用27C512作为程序存贮器，通过数据总线与单片机1连接，其片选信号均由可编程器件5给出，可根据程序大小、存放数据多少灵活决定相应的存贮空间，提高了***的应用适应性。考虑可靠性及参数和数据掉电保存问题，电路使用了集电源监视和看门狗电路为一体的集成芯片12，解决了电源保护和死机问题；电路使用串行口芯片，解决了历史数据存贮和参数、数据的掉电存贮，同时简化了电路，提高了***的可靠性。LCD液晶显示器3采用带备光的128×64液晶显示模块，驱动器为T6963，内有8K的显示缓存器，显示容量大，为全中文菜单显示；为保证本实用新型在各种工况下的适应性和工作的合理性，可通过操作按健4分别设置故障电流定值和延时定值、温湿度上下限定值等***参数。

参见图2，本实用新型通信接口11采用的方式是三种方式选择之一，即RS-485半双工总线方式、RS422全双工总线方式和GSM模块无线组网方式。总线方式简单方便，采用多总线挂接方式实现多点总线结构。通过外扩通讯模块，可与EtherNet、CAN等各种通讯网络连接；GSM模块无线组网方式利用中国电信GSM网络进行远程通信，遵守GSM7.05短信协议，数据可以传递至任何地点，同时提高了数据的保密性。为了减少线路干扰，每一种通讯方式均采用高速光隔芯片6N137进行隔离。总线方式采用的全双工RS485驱动接收器模块，驱动能力强，通讯距离可达1200米，最多可255台装置组网，与上位机串行通信，实现遥测、遥信、遥调、遥控功能；无线组网方式采用西门子公司的GSM模块内置方式，不受距离、数量的限制，与上位机无线通信，实现遥测、遥信、遥调、遥控功能。

参见图3，为了避免预装式变电站强电场对信号的干扰，采用TIP521系列光隔芯片对断路器等辅助接电信号进行隔离后通过可编程器件5经数据总线输入单片机1，同时将多通道开入量9的状态在液晶显示器3上显示观察。多通道开入量9经光电隔离网络，通过可编程器件5作为外部数据存贮器经数据总线与单片机1相接。

参见图4，***多个开出量10是继电器组的接点信号，将控制信号由单片机1的数据总线通过可编程器件5作为片外地址数据通过TIP521系列光隔芯片控制继电器组的输出。多个开出量10通过可编程器件5作为外部数据存贮器经单片机数据总线和光电隔离网络输出端接继电器组；同时将继电器组状态经光电隔离网络，通过可编程器件5作为外部数据存贮器经数据总线接与单片机1读出继电器组状态，由开出量10经光电隔离网络输出控制信号控制上述无功补偿模块，跟踪调节功率因数保持在指定限制范围内。

参见图5，将高压室一次电压互感器PT、一次电流互感器CT或低压室的电压、一次电流互感器CT的信号输入至本***的二次电压互感器PT、二次电流互感器CT，将信号转换成峰值为1.5mA的电流信号输入，经运放放大和RC回路进行滤波后的实时信号为-2.5V～+2.5V的交流信号，而单片机1片内A/D只能采集0～5V信号，因此，将实时信号通过多路转换开关8后迭加一2.5V将其转换成0～5V信号进入单片机1内部A/D采样接口。通道扩展模块经二次电压电流互感器输出端接多路运放的实时信号输出端，多通道电参量模拟信号6分别通过高压室、低压室的二次电压电流互感器输出端接多路运放的实时信号输出端，通道扩展模块经二次电压电流互感器输出端接多路运放的实时信号输出端，多路运放的输出端经多路转换开关8转换后接单片机1内部A/D采集接口。

参见图6，将温度或湿度传感器信号经运放放大后直接到单片机1内部A/D采样接口。多通道非电参量模拟信号7分别通过高低压室、变压器室的温湿度传感器输出端接多路运放的实时信号输出端，多路运放的输出端经多路转换开关8转换后接单片机1内部A/D采集接口。

实际工作时，预装式变电站综合保护装置将高压室、低压室的二次PT、CT***信号转换成单片机1内部A/D允许的信号经电参模拟量多通道6进入A/D接口采样。将高低压室、变压器室的温湿度传感器信号、变压器绕组或绝缘油的温度传感器信号转换成电参量信号经非电参模拟量7到单片机1内部A/D接口采样。本实用新型上电正常工作后，显示面板上的运行指示灯闪烁显示，通过操作按键4进行***参数设置、保护投入、***自检等，一切正常，则显示高压室二次电压电流值。预装式变电站正常工作时，综合保护装置实时监测高压室三相入口电压、高压室三相出口电流、低压室三相电压三相电流、低压室有功功率和无功功率、低压室功率因数、低压室频率、高低压室、变压器的温湿度信号，经单片机1处理后通过数据总线将所测数据送至液晶显示器3显示。本实用新型正常工作时，通过操作按键4可在液晶显示器3查询显示开入量9和开出量10的状态，保护投入状态，保护装置的型号，模拟通道系数和零点系数，通讯地址编号，高压室电压电流一次变比等。当检测到预装式变电站高压室出口电流有异常时，如果保护是投入的，则***将当前检测值与保存在掉电参数保存器13中设定的速断定值、限时速断定值和时间整定值、定限时过流定值和时间整定值等参数进行分析比较，超过设定的参数时通过开出量10发出保护报警。当检测到预装式变电站低压室零序电流有异常时，如果保护是投入的，则***将当前检测值与保存在掉电参数保存器13中设定的定值进行分析比较，超过设定的参数时通过开出量10发出保护报警，同时将事件记录存放在掉电参数保存器13中。当检测到预装式变电站高压室、低压室、变压器室的温湿度有可能结露时，如果保护是投入的，则***将当前检测值与保存在掉电参数保存器13中设定的各路温湿度上下限值进行分析比较，超过设定的参数时通过开出量10发出超温超湿报警信号，同时将事件记录存放在掉电参数保存器13中。当检测到预装式变电站变压器绕组温度或绝缘油温有异常时，如果保护是投入的，则***将当前检测值与保存在掉电参数保存器13中设定的温度上下限值进行分析比较，超过设定的参数时通过开出量10发出超温报警信号，同时将事件记录存放在掉电参数保存器13中。当测量计算的功率因数有异常时，如果保护是投入的，则***将当前检测值与保存在掉电参数保存器13中设定的功率因数限值进行分析比较，超过设定的参数时通过开出量10控制无功补偿模块进行就地无功补偿。单片机1通过通信接口11监听到上位及通信呼唤时，根据通讯协议将上位机所需的数据通过RS485或RS422总线方式或GSM无线通讯方式传递给上位机，如果有任意一种报警状态，则同时将报警状态随同数据一起上串。需要扩展通道时，将通道扩展模块与综合保护装置通过多心屏蔽电缆线连接，进行多通道的测量保护。

Claims (10)

1、一种预装式变电站综合保护装置，其特征在于：包括单片机(1)，所述单片机(1)的输入端分别接有多通道电参量模拟信号(6)、多通道非电参量模拟信号(7)和多路转换开关(8)以及多通道开入量(9)，单片机(1)的输出端接有多个开出量(10)，单片机(1)的串行口接有通信接口(11)。

2、根据权利要求1所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述单片机(1)上连有“看门狗”复位芯片(12)和掉电参数存贮器(13)。

3、根据权利要求1或2所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述单片机(1)的多路高压输入通道和低压多通道设有通道扩展模块。

4、根据权利要求3所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述单片机(1)的无功补偿通过外接无功补偿模块实现。

5、根据权利要求4所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述多通道电参量模拟信号(6)分别通过高压室、低压室的二次电压电流互感器输出端接多路运放的实时信号输出端，所述通道扩展模块经二次电压电流互感器输出端接多路运放的实时信号输出端，所述多路运放的输出端经多路转换开关(8)转换后接单片机(1)内部A/D采集接口。

6、根据权利要求5所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述多通道非电参量模拟信号(7)分别通过高低压室、变压器室的温湿度传感器输出端接多路运放的实时信号输出端，所述多路运放的输出端经多路转换开关(8)转换后接单片机(1)内部A/D采集接口。

7、根据权利要求6所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述单片机(1)通过数据总线与存贮器(2)、显示器(3)、操作按键(4)和可编程逻辑器件(5)连接。

8、根据权利要求7所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述多通道开入量(9)经光电隔离网络，通过可编程逻辑器件(5)作为外部数据存贮器经数据总线与单片机(1)相接，所述多个开出量(10)通过可编程逻辑器件(5)作为外部数据存贮器经单片机数据总线和光电隔离网络输出端，送输入继电器组，同时将继电器组状态经光电隔离网络，通过可编程逻辑器件(5)作为外部数据存贮器经数据总线接与单片机(1)读出继电器组状态。

9、根据权利要求8所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述串行通信接口(11)经光电隔离器输入端接单片机(1)的串行口。

10、根据权利要求9所述的预装式变电站综合保护装置，其特征在于：所述单片机(1)为80C196单片机。

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