專利名稱：電力變壓器智能終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電子信息技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說本發(fā)明專利涉及一種適用于IlOkV及以上電壓等級的基于GOOSE傳輸技術(shù)的新型電力變壓器智能終端。
背景技術(shù)：
電力變壓器智能終端屬于智能電網(wǎng)建設(shè)中智能變電站環(huán)節(jié)的重要關(guān)鍵設(shè)備。一次設(shè)備智能化是智能變電站區(qū)別于傳統(tǒng)變電站的主要標(biāo)志。傳統(tǒng)的面向功能的測控、保護(hù)裝置也逐步向面向?qū)ο蟮闹悄芙M件方向發(fā)展，智能終端是智能組件的過程層設(shè)備，與一次設(shè)備聯(lián)系最為緊密，其發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)面向電力元件的測量、控制和保護(hù)功能的功能集成化、 結(jié)構(gòu)一體化、采集數(shù)字化和控制網(wǎng)絡(luò)化。一次設(shè)備的就地數(shù)字化采集要求信息采集終端就地下放，安裝在一次設(shè)備附近的戶外柜中，將信號就地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)介g隔層或站控層設(shè)備?？刂凭W(wǎng)絡(luò)化就是通過網(wǎng)絡(luò)方式將控制命令下發(fā)給一次設(shè)備附近的智能控制終端實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的控制。數(shù)字化采集和網(wǎng)絡(luò)化控制使用光纖通信方式取代了傳統(tǒng)的電纜控制方式，節(jié)約了大量的電纜投入成本，同時提高了信息的共享率和標(biāo)準(zhǔn)化。功能集成化和結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計有利于信息的高效傳輸，減少屏柜的數(shù)量、節(jié)約設(shè)備的成本，簡化設(shè)備的調(diào)試和維護(hù)，減少變電站的占地面積，提高設(shè)備的智能化程度。電力變壓器智能終端就是在這種技術(shù)背景下針對IIOkV及以上電壓等級變壓器設(shè)計的具有功能集成化、結(jié)構(gòu)一體化、采集數(shù)字化和控制網(wǎng)絡(luò)化特征的智能變電站設(shè)備。新型電力變壓器智能終端的研制采用了以下技術(shù)嚴(yán)格遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為智能變電站內(nèi)以及變電站與調(diào)度之間的信息傳輸制定了統(tǒng)一的規(guī)范和機(jī)制，是衡量設(shè)備之間互換、設(shè)備與其它設(shè)備之間互操作性的重要依據(jù)，其內(nèi)容主要包括了智能終端數(shù)據(jù)建模、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、信息傳輸機(jī)制和規(guī)范寸。過程層GOOSE通信技術(shù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)將變電站內(nèi)設(shè)備分為三層，過程層、間隔層和站控層，智能終端屬于過程層設(shè)備。智能終端與外部信息互動基于過程層通信網(wǎng)絡(luò)， 采用G00SE(面向通用對象的變電站事件)通信方式，GOOSE通信方式對實(shí)時性要求很高， IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定GOOSE信號的通信延遲應(yīng)小于％is，主要用于傳送間隔閉鎖信號、實(shí)時信跳閘信號，也可用于傳送一些遙測、遙信信息。IEC61588對時技術(shù)IEC61588是應(yīng)用于工業(yè)控制和測量領(lǐng)域的具有亞微妙級同步功能的精確時鐘同步協(xié)議。IEC61588的對時過程不依賴于GPS，不易受外界干擾，而是通過網(wǎng)絡(luò)通信方式，其對時過程包含兩步(1)確定網(wǎng)絡(luò)中提供主時鐘的設(shè)備；( 通過計算主從時鐘偏移量和網(wǎng)絡(luò)延時修正從設(shè)備時鐘。文獻(xiàn)一《電力變壓器綜合智能組件》(中國專利申請?zhí)?01010M3538. 9)披露了一種變壓器全景信息的采集和分析裝置，將其稱為變壓器智能組件主IED，相當(dāng)于人的大腦， 完成變壓器信息的采集、分析和狀態(tài)診斷功能。文獻(xiàn)二《高壓設(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則》中提出的變壓器智能化方案將變壓器本體的測量功能、冷卻系統(tǒng)控制功能、有載分接開關(guān)控制功能以及非電量保護(hù)功能分別由四個獨(dú)立的裝置來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于IlOkV及以上電壓等級的型電力變壓器智能終端，可實(shí)現(xiàn)變壓器設(shè)備的信息采集就地化、控制網(wǎng)絡(luò)化、功能集成化、節(jié)約成本，同時提高信息的資源共享和標(biāo)準(zhǔn)化。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種電力變壓器智能終端，包括各功能模件，各功能模件通過位于總線背板上的雙CAN網(wǎng)總線與CPU模件連接，其特征在于各智能模件上均設(shè)置有DSP處理器和板件地址撥碼開關(guān)，CPU模件通過裝置配置組態(tài)模塊將帶有模件配置信息的文件下裝到CPU模件， CPU模件自動識別各功能模件，各模件的數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場的需求增加或減少。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述各功能模件包括電源模件、人機(jī)接口模件、智能小信號直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能開關(guān)量采集模件、智能開出模件、智能開入模件、非電量保護(hù)功能模件和操作回路模件。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于實(shí)時性要求較高的智能開出模件和非電量保護(hù)功能模件單獨(dú)通過CANB進(jìn)行信息交互，智能開入模件、智能交流量采集模件、智能小信號直流量采集模件通過CANA與CPU模件進(jìn)行信息交互。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述電源模件分別與人機(jī)接口模件、 CPU模件、智能小信號直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能開關(guān)量采集模件、智能開出模件、非電量保護(hù)功能模件和操作回路模件相連，支持88VDC 264VDC寬范圍輸入，輸出 5V和24V直流電源，同時提供裝置告警和裝置閉鎖空節(jié)點(diǎn)輸出信號。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述人機(jī)接口模件采用PIC處理器，通過串口通信方式與CPU模件之間進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)LED和液晶顯示，鍵盤操作等功能。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述CPU模件采用支持1588對時的高性能POWERPC處理器，具備10個100M光纖以太網(wǎng)接口用于實(shí)現(xiàn)過程層GOOSE通信和1588 網(wǎng)絡(luò)對時功能，并將帶時標(biāo)的變壓器本體信息按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模，以GOOSE報文方式傳給間隔層設(shè)備并完成冷卻系統(tǒng)智能控制功能。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述智能小信號直流量采集模件與變壓器油溫、油位、環(huán)境溫度、濕度傳感器相連，采集0-5V或4-20mA直流量信號，實(shí)現(xiàn)變壓器油溫、油位、環(huán)境溫度、濕度的采集，并將信號通過內(nèi)部總線傳給CPU模件。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述智能交流量采集模件可用于冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇和油泵的工作電壓和電流信號的采集，實(shí)現(xiàn)對其狀態(tài)監(jiān)視，并將信號通過內(nèi)部總線傳給CPU模件。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述智能開關(guān)量采集模件經(jīng)光耦隔離， 采集DCllOV或DC220V直流量開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇開啟狀態(tài)、檔位、油流繼電器狀態(tài)等信號采集，并將信號通過內(nèi)部總線傳給CPU模件。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述智能開出模件采用全密封進(jìn)口繼電器，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)控制和檔位調(diào)節(jié)控制的繼電器輸出功能，能通過內(nèi)部總線接受CPU模件發(fā)過來的控制命令。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述非電量保護(hù)功能模件用于瓦斯繼電器信號、壓力釋放信號、超溫信號的采集和跳閘輸出功能，并將跳閘信號傳送給CPU模件。前述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述操作回路模件具有一個跳閘輸入接點(diǎn)和12個跳閘輸出接點(diǎn)，將非電量保護(hù)模件的跳閘輸出接點(diǎn)接入該模件輸入接點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對多個對象的同步跳閘功能。本發(fā)明首次將與變壓器本體相關(guān)的所有測量、冷卻系統(tǒng)和有載分接開關(guān)智能控制和非電量保護(hù)功能集中設(shè)計，節(jié)省設(shè)備成本和屏柜安裝空間，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了很高的集成度和先進(jìn)性。按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)與間隔層設(shè)備進(jìn)行信息交互，支持IEC61588對時功能，其測量、控制和非電量保護(hù)功能及模件數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場需要靈活配置，滿足智能變電站建設(shè)中變壓器設(shè)備智能化的需求，同時內(nèi)部通訊采用雙CAN總線方式，保證了網(wǎng)絡(luò)跳閘的實(shí)時性。


圖1是本發(fā)明電力變壓器智能終端的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明電力變壓器智能終端與變壓器智能組件主IED結(jié)合實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)智能控制功能的示意圖；圖3是本發(fā)明電力變壓器智能終端與變壓器智能組件主IED配合實(shí)現(xiàn)有載分接開關(guān)智能控制功能的示意圖；圖4是本發(fā)明電力變壓器智能終端非電量保護(hù)功能示意圖；圖5是本發(fā)明電力變壓器智能終端測量功能實(shí)現(xiàn)示意具體實(shí)施例方式實(shí)施例下面是本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，包括了采用本發(fā)明的變壓器智能終端、 結(jié)合其它設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變壓器智能化的方法。本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)也可以從實(shí)施例的說明和附圖中看出。首先介紹本發(fā)明所述電力變壓器智能終端的整體結(jié)構(gòu)，從附圖1中可以看到本發(fā)明所述電力變壓器智能終端采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括了電源模件、人機(jī)接口模件、智能小信號直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能開關(guān)量采集模件、智能開出模件、智能開入模件、非電量保護(hù)功能模件、操作回路模件、CPU模件。CPU模件通過雙CAN總線和其它智能模件進(jìn)行信息交互，對于實(shí)時性要求較高的智能開出和非電量保護(hù)功能模件單獨(dú)通過CANB 進(jìn)行信息交互，智能開入模件、智能交流量模件、智能直流量采集模件通過CANA與CPU模件進(jìn)行信息交互。各智能模件上設(shè)計有地址撥碼開關(guān)，通過撥碼地址和裝置配置組態(tài)工具方式實(shí)現(xiàn)智能模件的自動識別，故各功能模件的數(shù)量可靈活配置，現(xiàn)場應(yīng)用非常靈活，維護(hù)也非常方便。CPU模件支持^IG-B碼對時和IEC61588兩種對時信號輸入，將兩種對時信息進(jìn)行仲裁并解析成報文加秒脈沖(1PP 或分脈沖(IPPM)方式給各智能模件對時，如圖1所示。 各智能模件可以第一時間將采集的信息或動作情況打上時標(biāo)，便于后續(xù)的分析和應(yīng)用。圖1中P0W-電源模件，AIM-智能小信號直流量采集模件，BIM-智能開關(guān)量采集模件，DLM-智能交流量采集模件，BOT-智能開出模件，F(xiàn)DL-非電量保護(hù)功能模件，CDM-操作回路模件。CPU模件設(shè)計有10個100M光纖網(wǎng)絡(luò)接口，均可接入過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)，也可與保護(hù)、測控單元實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信。電源模件通過總線背板方式給除了操作回路和人機(jī)接口模件外的其它模件提供工作和信號電源。人機(jī)接口模件與CPU模件之間采用串行通信方式，實(shí)現(xiàn)了非電量信號告警或非電量信號動作等信號的LED顯示，以及遙測、遙信、遙控信息的顯示、控制和定值整訂。圖2是智能終端冷卻系統(tǒng)智能控制功能實(shí)現(xiàn)方式示意圖，智能直流量小信號采集模件(AIM)采集4-20mA的油溫和環(huán)境溫度信號，并通過CANA總線將測量信息送給CPU模件，智能交流量采集模件(DLM)采集冷卻風(fēng)扇和油泵的工作狀態(tài)并通過CANA送給CPU模件，CPU模件通過GOOSE方式接收變壓器智能組件主IED獲取的主變各側(cè)負(fù)荷信息，綜合 AIM和DLM采集的上述信息形成變壓器冷卻系統(tǒng)的控制策略，通過CANB總線發(fā)出控制命令實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇的自動投切功能。圖3是智能終端有載分接開關(guān)智能控制功能實(shí)現(xiàn)方式示意圖，考慮到有載分接開關(guān)的控制需要與電容器投切配合，故有載分節(jié)開關(guān)的智能控制策略需與后臺的VQC系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，同時采集三側(cè)電壓，在變壓器智能組件主IED中形成，將調(diào)檔命令以GOOSE方式發(fā)送給智能終端，智能終端接受到命令后通過CANB總線發(fā)給智能開出模件(BOT)，實(shí)現(xiàn)檔位的調(diào)節(jié)。圖4是智能終端非電量保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)方式示意圖，智能非電量功能模件設(shè)計有3 組非電量信號輸入和跳閘信號輸出接口，當(dāng)非電量個數(shù)多于3個時，可配置多塊非電量功能模件。非電量功能模件可與操作回路模件配合，將跳閘輸出信號接入操作回路模件的重動輸入信號，可實(shí)現(xiàn)多個對象的同步跳閘功能。同時智能非電量功能模件將動作信號通過內(nèi)部CANB總線送給CPU模件，CPU模件按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通過GOOSE方式將信息送給其他設(shè)備。圖5是智能終端實(shí)現(xiàn)測量功能的示意圖，AIM模件實(shí)現(xiàn)直流量小信號的測量，如油溫、繞組溫度、環(huán)境溫度等，BIN模件實(shí)現(xiàn)開關(guān)量信號的測量，如檔位、調(diào)壓重瓦斯，調(diào)壓壓力釋放、冷卻器全停、調(diào)壓油溫異常等，DLM模件實(shí)現(xiàn)交流量信號的采集，如冷卻風(fēng)扇工作的電壓、電流等。各采集模件數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場的需要增加或減少。各模件將測量信號通過CANA 總線將信息送給CPU模件，CPU模件將信息按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)送給其它設(shè)備。本發(fā)明的智能終端具備以下特點(diǎn)1、將變壓器非電量保護(hù)功能、本體測量功能、冷卻系統(tǒng)智能控制、有載調(diào)壓控制功能融合設(shè)計，功能集成度高，具有10路光口，滿足多個對象的接入，采用4U整機(jī)箱插件組合式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊；2、基于GOOSE實(shí)時通信技術(shù)，按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模和通信，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，互操作及互換性好；3、同時支持IEC61588網(wǎng)絡(luò)對時和^IG-B功能，對時方式靈活，對時精度高；4、硬件和軟件均采用模塊化設(shè)計思想，功能和容量配置靈活，易于擴(kuò)展和維護(hù)，內(nèi)部通信采用雙CAN網(wǎng)總線，滿足跳閘等高速實(shí)時傳送需求；
5、裝置抗干擾能力強(qiáng)，可安裝在變壓器附近的戶外柜中。本發(fā)明按照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，應(yīng)當(dāng)理解，但上述實(shí)施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電力變壓器智能終端，包括各功能模件，各功能模件通過位于總線背板上的雙 CAN網(wǎng)總線與CPU模件連接，其特征在于各智能模件上均設(shè)置有DSP處理器和板件地址撥碼開關(guān)，CPU模件通過裝置配置組態(tài)模塊將帶有模件配置信息的文件下裝到CPU模件，CPU 模件自動識別各功能模件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述各功能模件包括電源模件、人機(jī)接口模件、智能小信號直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能開關(guān)量采集模件、智能開出模件、智能開入模件、非電量保護(hù)功能模件和操作回路模件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于實(shí)時性要求較高的智能開出模件和非電量保護(hù)功能模件單獨(dú)通過CANB進(jìn)行信息交互，智能開入模件、智能交流量采集模件、智能小信號直流量采集模件通過CANA與CPU模件進(jìn)行信息交互。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述電源模件分別與人機(jī)接口模件、CPU模件、智能小信號直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能開關(guān)量采集模件、智能開出模件、非電量保護(hù)功能模件和操作回路模件相連，支持88VDC 264VDC寬范圍輸入，輸出5V和24V直流電源，同時提供裝置告警和裝置閉鎖空節(jié)點(diǎn)輸出信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述人機(jī)接口模件采用 PIC處理器，通過串口通信方式與CPU模件之間進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)LED和液晶顯示，鍵盤操作功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述CPU模件采用支持 1588對時的高性能POWERPC處理器，具備10個IOOM光纖以太網(wǎng)接口用于實(shí)現(xiàn)過程層GOOSE 通信和1588網(wǎng)絡(luò)對時功能，并將帶時標(biāo)的變壓器本體信息按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模，以 GOOSE報文方式傳給間隔層設(shè)備并完成冷卻系統(tǒng)智能控制功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述智能小信號直流量采集模件與變壓器油溫、油位、環(huán)境溫度、濕度傳感器相連，采集0-5V或4-20mA直流量信號，實(shí)現(xiàn)變壓器油溫、油位、環(huán)境溫度、濕度的采集，并將信號通過內(nèi)部總線傳給CPU模件。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述智能交流量采集模件用于冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇和油泵的工作電壓和電流信號的采集，實(shí)現(xiàn)對其狀態(tài)監(jiān)視，并將信號通過內(nèi)部總線傳給CPU模件。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述智能開關(guān)量采集模件經(jīng)光耦隔離，采集DCllOV或DC220V直流量開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇開啟狀態(tài)、檔位、油流繼電器狀態(tài)信號采集，并將信號通過內(nèi)部總線傳給CPU模件。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述智能開出模件采用全密封進(jìn)口繼電器，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)控制和檔位調(diào)節(jié)控制的繼電器輸出功能，能通過內(nèi)部總線接受CPU模件發(fā)過來的控制命令。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述非電量保護(hù)功能模件用于瓦斯繼電器信號、壓力釋放信號、超溫信號的采集和跳閘輸出功能，并將跳閘信號傳送給CPU模件。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器智能終端，其特征在于所述操作回路模件具有一個跳閘輸入接點(diǎn)和12個跳閘輸出接點(diǎn)，將非電量保護(hù)模件的跳閘輸出接點(diǎn)接入該模件輸入接點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對多個對象的同步跳閘功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力變壓器智能終端，包括各功能模件，各功能模件通過位于總線背板上的雙CAN網(wǎng)總線與CPU模件連接，其特征在于各智能模件上均設(shè)置有DSP處理器和板件地址撥碼開關(guān)，CPU模件通過裝置配置組態(tài)模塊將帶有模件配置信息的文件下裝到CPU模件，CPU模件自動識別各功能模件。本發(fā)明將不同傳輸要求的智能模件分為2類，通過內(nèi)部雙CAN總線與CPU模件連接，實(shí)現(xiàn)信息高速實(shí)時傳輸，完成了變壓器本體信息采集、冷卻系統(tǒng)智能控制、有載分接開關(guān)控制和非電量保護(hù)功能。
文檔編號H02J13/00GK102157982SQ20111008018
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者倪益民, 周斌, 張何, 張斌, 沈健, 黃國方 申請人:國電南瑞科技股份有限公司