一種變壓器綜合監控儀的製作方法
2023-12-11 10:53:12 2
專利名稱：一種變壓器綜合監控儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力變壓器監控領域，特別涉及一種變壓器綜合監控儀。
(二)
背景技術：
變壓器監控一般包括變壓器溫度監控和變壓器電參數監控兩方 面，變壓器電參數監控又包括電壓、電流、頻率等參數監控和電能參 數監控。變壓器監控功能以往都是由變壓器電子溫控器、遠動裝置(或 其他變壓器電參數採集裝置)和電能表(電度表)共同完成。變壓器 溫度監控包括變壓器溫度採集、處理、顯示、超溫報警、超溫跳閘、 散熱風機手動啟停等功能，過去一般採用一臺變壓器配備一臺電子溫 控器的模式；變壓器電參數監控包括變壓器電壓、電流、有功功率、 無功功率、功率因數、諧波、頻率等電量參數的採集、處理，斷路器、 隔離開關、低壓出線開關、聯絡開關、變壓器分接頭位置等狀態監視 以及斷路器合閘、跳閘控制等功能，以往一般採用一臺變壓器配備一 臺遠動裝置(或其他變壓器電參數採集裝置)的模式；變壓器有功電 能、無功電能的採集過去一般採用一臺變壓器配備一塊電能表(電度 表)的模式(見圖1)。
從圖l可以看出，過去對一臺變壓器的監控一般都是採用一臺電 子溫控器、 一臺遠動裝置(或其他變壓器電參數採集裝置)和一塊電 能表(電度表)共三種硬體裝置共同完成，硬體採購及安裝成本均較 高，而且這三種裝置一般都是由不同的廠家生產，接口往往不統一， 將它們聯網非常麻煩，因而不利於對變壓器的集中統一監控。
對變壓器的電參數如電壓、電流、頻率等的採集處理，斷路器、 聯絡開關等狀態監視以及斷路器跳合閘控制等以往一般都是採用遠 動裝置來完成，遠動裝置一般都是由多個模塊組成(見圖2)，如電源 模塊、CPU模塊、模擬量採集模塊、開入開出模塊等， 一般一個模塊
就是一塊獨立的電路板，這些模塊(電路板)都是通過非標準總線或 一些接插件連接在一起，大大降低了整個系統的可靠性，且成本相對 較高。
發明內容
本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種成本低、系統聯網 集中監控方便、可靠性高的變壓器綜合監控儀。 本發明是通過如下技術方案實現的
本發明的變壓器綜合監控儀，其特殊之處在於由三個相互獨立 的DSP模塊組成，分別為溫度控制DSP模塊、電量監測DSP模塊和人
機交互DSP模塊，三者之間通過RS232串行總線連接。DSP即Digital Signal Processing， 數位訊號處理。
本發明的變壓器綜合監控儀，溫度控制DSP模塊和電量監測DSP 模塊集成安裝在一塊監控電路板上，監控電路板還設有能夠與後臺監 控軟體聯網的RS485串行總線和CAN工業現場總線接口。 CAN即 controller area network,控制器局部網絡。RS485串行總線和CAN工業 現場總線接口，可以方便地和後臺監控軟體聯網，實現多臺變壓器的 集中監控功能，可廣泛應用於電力變壓器的溫度控制和電量參數監控 領域。
本發明的變壓器綜合監控儀，人機互動DSP模塊安裝在人機互動 板，人機互動板上還安裝有操作鍵盤和液晶顯示器；人機互動DSP模 塊的輸入端連接操作鍵盤，輸出端連接液晶顯示器。
本發明的變壓器綜合監控儀，溫度控制DSP模塊完成變壓器溫度 監控功能；電量監測DSP模塊完成變壓器電量參數與開關狀態監測以 及斷路器控制功能；人機互動DSP模塊實現變壓器監控的人機互動功 能。溫度控制DSP模塊的輸入端連接溫度傳感器，輸出端連接散熱風 機。電量監測DSP模塊的輸入端連接電壓互感器和電流互感器，輸出 端連接斷路器、開關等。溫度控制DSP模塊和電量監測DSP模塊之間 通過RS232串行總線連接。
本發明的有益效果是，因為減少了監控硬體，去掉了遠動裝置模 塊，所以成本很低，而且系統聯網、集中監控變壓器方便，運行安全可靠。
(四)
圖1為採用電子溫控器、遠動裝置和電能表的變壓器監控系統示 意圖，是現有技術，圖2為變壓器遠動裝置系統示意圖，也是現有技 術，圖3為本發明的變壓器監控系統示意圖。
具體實施方式
附圖為本發明的一種具體實施例。
本發明的變壓器綜合監控儀，由三個相互獨立的DSP模塊組成， 分別為溫度控制DSP模塊、電量監測DSP模塊和人機互動DSP模塊， 三者之間通過RS232串行總線連接。溫度控制DSP模塊和電量監測DSP 模塊集成安裝在一塊監控電路板上，監控電路板還設有能夠與後臺監 控軟體聯網的RS485串行總線和CAN工業現場總線接口。人機互動DSP 模塊安裝在人機互動板，人機互動板上還安裝有操作鍵盤和液晶顯示 器；人機互動DSP模塊的輸入端連接操作鍵盤，輸出端連接液晶顯示 器。
本發明的變壓器綜合監控儀，溫度控制DSP模塊完成變壓器溫度 監控功能；電量監測DSP模塊完成變壓器電量參數與開關狀態監測以 及斷路器控制功能；人機互動DSP模塊實現變壓器監控的人機互動功 能。溫度控制DSP模塊的輸入端連接溫度傳感器，輸出端連接散熱風 機。電量監測DSP模塊的輸入端連接電壓互感器和電流互感器，輸出 端連接斷路器、開關等。溫度控制DSP模塊和電量監測DSP模塊之間 通過RS232串行總線連接，不需要任何接插件，提高了整個系統的可 靠性和可維護性，並且有效的降低了硬體成本。
本發明的變壓器綜合監控儀，基於多DSP並行處理、各DSP處理 系統獨立運行且通過RS232串行總線連成局部網絡。變壓器綜合監控 儀由人機互動板和監控電路板共兩塊電路板組成。其中監控電路板由 溫度控制DSP模塊和電量監測DSP模塊組成，集成了變壓器溫度監控、 變壓器電量參數與開關狀態監測以及斷路器控制等功能，軟硬體均採 用模塊化設計，便於安裝、維護和系統擴展。各自獨立運行的溫度控 制DSP模塊、電量監測DSP模塊和人機互動DSP模塊三者之間通過
RS232串行總線連接構成一個統一的局部網絡，實現了變壓器監控的 結構及功能模塊化，易於擴展及維護。三個DSP模塊之間的任務協調 和信息交換在監控儀內部完成，變壓器集中監控所需的全部信息通過 RS485或CAN總線統一輸出，大大方便了變壓器集中監控的網絡實現。
本發明首先採用三個各自獨立的DSP系統並行處理變壓器溫度監 控、變壓器電量參數與開關狀態監測以及斷路器控制、人機互動等任 務，各個獨立運行的DSP處理系統之間通過RS232串行總線連成一個 統一的局部網絡，實現變壓器安全可靠運行的目的。其次，本發明將 電力變壓器電子溫控器、遠動終端、電能表的功能實現電路集成在一 塊監控電路板上，結構緊湊，便於安裝和維護，在監控儀人機互動板 出現故障的情況下，監控電路板仍能獨立運行，在降低成本的同時提 高了整個監控儀的可靠性。
本發明融入了數位訊號處理(DSP)技術、智能傳感技術、智能控 制技術、局部網絡技術、幹擾隔離技術以及實時控制、容錯、自動故 障診斷等技術，大大提高了監控儀的實時處理能力和在惡劣電磁環境 下的抗幹擾能力。
本發明與圖1所示系統的不同之處在於
本發明採用變壓器溫度控制DSP模塊完成變壓器三相溫度(或油 溫)及環境溫度的採集、處理、超溫報警、超溫跳閘、最高溫度記錄、 掉電溫度記錄以及風機定時啟動等功能，也就是完成圖1中變壓器電 子溫控器的功能；採用變壓器電量監測DSP模塊完成變壓器電壓、電 流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、功率因數、諧波、 頻率等電量參數的採集、處理，斷路器、隔離開關、低壓出線開關、 聯絡開關、變壓器分接頭位置等狀態監視以及斷路器合閘、跳閘控制 等功能，也就是完成圖1中遠動裝置(或電參數採集裝置)和電能表 (電度表)的功能。變壓器溫度控制DSP模塊和變壓器電量監測DSP 模塊之間通過RS232串行總線連接在一起，兩個DSP模塊之間的任務 協調和信息交換在監控儀內部完成，變壓器集中監控所需的全部信息 通過RS485或CAN總線統一輸出，從而有效地克服了圖1所示系統各 個設備之間聯網困難的缺陷。
本發明與圖2所示系統的不同之處在於
本發明中變壓器溫度控制DSP模塊和變壓器電量監測DSP模塊處 在同一塊電路板上，節省了成本，而且兩個DSP模塊之間的連接不需 要任何接插件，大大提高了整個系統的可靠性，有效地克服了圖2所 示系統成本高、可靠性差的缺陷。
本發明(圖3)的具體工作原理
① 變壓器溫度控制DSP模塊採用PT100鉑電阻溫度傳感器採集變 壓器的三相溫度(乾式變壓器)或油溫(油浸式變壓器)，及環境溫度， 採集到的數據經過A/D(模/數)轉換後由DSP進行非線性校準等處理， 處理好的數據通過RS232串行總線送到人機互動DSP模塊進行顯示， 同時可通過RS485或CAN總線送往後臺監控軟體。當溫度超過用戶設 置值時，進行超溫報警、超溫跳閘等報警並對變壓器散熱風機進行相 關操作，溫度控制DSP模塊還可根據用戶設置實現最高溫度記錄、掉 電溫度記錄以及風機定時啟動等功能。
② 變壓器電量監測DSP模塊通過電壓互感器和電流互感器採集變 壓器的三相電壓和三相電流模擬數據，經高精度A/D轉換晶片轉換成 數位訊號後經內部總線送入DSP，DSP經過相關處理後分別計算變壓器 電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、功率因數、 諧波、頻率等電量參數，處理好的電量參數通過RS232串行總線送到 人機互動DSP模塊進行顯示，同時可通過RS485或CAN總線送往後臺 監控軟體。電量監測DSP模塊還完成對斷路器、隔離開關、低壓出線 開關、聯絡開關、變壓器分接頭位置等狀態監視以及對斷路器進行合 閘、跳閘等操作。
(D人機互動DSP模塊從操作鍵盤接收用戶輸入的變壓器報警溫度 等定值設置參數以及變壓器散熱風機、斷路器的手動起停等命令，通 過RS232串行總線分別送往溫度控制DSP模塊與電量監測DSP模塊， 由溫度控制DSP模塊與電量監測DSP模塊進行相關的定值參數設置和 對散熱風機、斷路器進行相關操作。另外，人機互動DSP模塊通過液 晶顯示器實現變壓器溫度、電量參數、各個開關狀態、分接頭位置等 的顯示，通過LED發光二極體實現變壓器運行狀態、報警等信息的顯不。
本發明(圖3)中溫度控制DSP模塊和人機互動DSP模塊的CPU均 釆用TI (德州儀器)公司生產的TMS320LF2407A，它是專門針對控 制領域應用的16位DSP晶片，具有高速信號處理和數字控制功能所 必需的體系結構，其指令執行速度高達40MIPS，且絕大部分的指令 都可以在一個25ns的單周期內執行完畢。另外，它還具有非常強大的 片內1/0 (輸入/輸出)埠和其它外圍設備，簡化了溫度控制DSP模 塊和人機互動DSP模塊外圍電路設計，降低了系統成本。 TMS320LF2407A集程序存儲器、數據存儲器、CAN通信控制器於一 體，使溫度控制DSP模塊和人機互動DSP模塊具有體積小，抗幹擾能 力強的特點，可長期工作在變壓器櫃內等強電磁幹擾環境和-45 +80匸的溫度環境。
本發明(圖3)中電量監測DSP模塊的CPU採用TI公司生產的 TMS320LF2812A，它是一個功能齊全的32位DSP，擁有高達150MIPS 的性能，其功能包括單周期32申32MAC、多條片上總線、單個保護通 路、單周期指令執行、強大的尋址模式、移位器以及集成的實時仿真。 TMS320LF2812A片上內置大內存以及集成的外設接口 ，使得採用該 DSP晶片設計的電量監測DSP模塊具有體積小，可靠性高，抗幹擾能 力強等特點。
電量監測DSP模塊採用14位精度A/D轉換晶片，利用 TMS320LF2812A優良的運算性能，軟體採用了快速傅立葉變換、電 壓互感器、電流互感器角差校準等算法，變壓器電壓、電流、有功功 率、無功功率、功率因數、諧波、頻率等電量參數的採集計算精度達 到了O. 5%，並且斷路器、隔離開關、低壓出線開關、聯絡開關、變壓 器分接頭位置等狀態更新速度和斷路器合閘、跳閘等操作速度均比採 用單片機的遠動裝置有了顯著的提高。
權利要求
1. 一種變壓器綜合監控儀，其特徵在於由三個相互獨立的DSP模塊組成，分別為溫度控制DSP模塊、電量監測DSP模塊和人機互動DSP模塊，三者之間通過RS232串行總線連接。
2. 根據權利要求1所述的變壓器綜合監控儀，其特徵在於溫度控制 DSP模塊和電量監測DSP模塊集成安裝在一塊監控電路板上，監控電 路板還設有能夠與後臺監控軟體聯網的RS485串行總線和CAN工業現 場總線接口。
3. 根據權利要求1或2所述的變壓器綜合監控儀，其特徵在於人 機交互DSP模塊安裝在人機互動板，人機互動板上還安裝有操作鍵盤 和液晶顯示器；人機互動DSP模塊的輸入端連接操作鍵盤，輸出端連 接液晶顯示器。
全文摘要
本發明的變壓器綜合監控儀，其特殊之處在於由三個相互獨立的DSP模塊組成，分別為溫度控制DSP模塊、電量監測DSP模塊和人機互動DSP模塊，三者之間通過RS232串行總線連接。DSP即Digital Signal Processing，數位訊號處理。本發明的有益效果是，因為減少了監控硬體，去掉了遠動裝置模塊，所以成本很低，而且系統聯網、集中監控變壓器方便，運行安全可靠。
文檔編號H02H7/04GK101393245SQ200810158218
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年10月23日
發明者吳新東, 宋宗良, 王中強, 田衛東, 白峰君, 陳玉國 申請人:山東達馳電氣有限公司