220kV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置的製作方法

2023-05-26 04:35:01

專利名稱：220kV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置。
背景技術：
電力變壓器是變電所最關鍵的一次設備，也是電力系統的關鍵設備，其主要功能 是將電力系統中的電能電壓升高或降低，以利於電能的合理輸送、分配和使用。電力變壓器 能否正常工作和可靠運行，對電力的合理輸送、分配和使用至關重要。高壓大型電力變壓器 都有冷卻系統，使變壓器工作產生的大量熱量散發，降低溫升，保證變壓器長期安全工作。 冷卻系統有油浸風冷，強迫油循環風冷、油浸水冷和強迫油循環水冷等。目前，國內220kV 及以上變電站的主電力變壓器一般均採用強迫油循環風冷冷卻系統，其冷卻系統控制裝置 採用接觸器、中間繼電器、時間繼電器等有觸點繼電器接觸器邏輯系統實現對冷卻器進行 投入或切除控制，不能在線檢測工作狀態，當冷卻系統發生故障時，也不能提供故障詳細 fn息ο

發明內容
本發明的目的是要提供一種能實現在線檢測工作狀態，當冷卻系統發生故障時， 能夠提供故障詳細信息的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置。本發明實現上述目的的技術方案是，一種220KV主變油泵風機電機集群實時數據 採集裝置，其創新點在於包括電流互感器、信號轉換電路、CPLD電路和光電隔離輸出電 路，所述電流互感器、信號轉換電路和光電隔離電路均具有N個，所述第一電流互感器與第 一信號轉換電路電連接，所述第二電流互感器與第二信號轉換電路電連接，……，所述第N 電流互感器與第N信號轉換電路電連接，所述信號轉換電路與CPLD電路電連接，所述CPLD 電路包括CPLD，所述CPLD內部具有數字濾波模塊、邏輯分析模塊、有限狀態機和狀態輸出 模塊，所述數字濾波模塊採集數據輸入，所述數字濾波模塊與邏輯分析模塊連接，邏輯分析 模塊與有限狀態機連接，有限狀態機與狀態輸出模塊連接，所述邏輯分析模塊與狀態輸出 模塊連接，所述狀態輸出模塊輸出信號，且該輸出信號經由8位總線驅動器後進入光電隔 離電路，所述N為6的整數倍。所述信號轉換電路包括放大電路、全波整流電路和電平調整濾波電路，所述放大 電路通過電容器C2耦合到全波整流電路，所述全波整流電路與電平調整濾波電路電連接。所述放大電路包括運算放大器OPAl、電阻R2、電阻R3和電容Cl，所述運算放大器 OPAl的負輸入端與電阻R2的另一端和電阻R3的一端連接，電阻R2的一端與電容Cl連接。所述全波整流電路包括運算放大器0PA2及二極體D1，二極體D2，電阻R4，電阻 R5，電阻R6，所述運算放大器0PA2的負輸入端與電阻R5的另一端和電阻R6的一端連接，電 阻R6的另一端與二極體D2的正極連接，二極體D2的負極與二極體Dl的正極連接，二極體 Dl的負極與電阻R5的另一端連接。所述電平調整濾波電路包括運算放大器0PA3及電阻R7，電阻R8和電容C3，所述運算放大器0PA3的負端與電阻R7、電阻R8連接，電阻R8與電容C3並聯。所述8位總線驅動器具有兩個，分別為第一 8位總線驅動器和第二 8位總線驅動 器，所述第一 8位總線驅動器的引腳A2、7與CPLD的輸出信號引腳0A1 0A6相連接，所述 第二 8位總線驅動器的引腳Α(ΓΑ5與CPLD的輸出信號引腳OB廣0Β6相連接，所述CPLD的 輸出信號引腳0ΑΓ0Α6識別過流信號輸出，輸出信號引腳0ΒΓ0Β6識別缺相信號輸出。所述第一 8位總線驅動器和第二 8位總線驅動器均選用74HCM5。所述光電隔離電路包括光電耦合器、電阻和晶體三極體，所述光電耦合器的輸入 分別連接電阻和晶體三極體，光電耦合器的輸出連接有輸出接口。所述光電耦合器選用TLP521-4的器件。所述CPLD選用型號為EPM7U8SLC84-15的器件。本發明由於數據採集控制電路採用了硬體工作方式的CPLD，因此具有連續快速數 據採集能力並且在強電磁幹擾環境下能夠穩定可靠工作，模塊化的結構能夠適應不同規模 的電機集群，本裝置在電力系統主變壓器冷卻系統中具有廣泛的應用前景。


圖1為本發明的結構框圖2為本發明的電流互感器和信號轉換電路的電路連接圖； 圖3為本發明的數據採集控制電路和8位總線驅動器的電路連接示意圖； 圖4為本發明的光電耦合電路的電路連接圖5為本發明的CPLD內部數字濾波模塊、邏輯分析模塊、有限狀態機和狀態輸出模塊 連接關係圖。[圖2中CT小型精密電流互感器；R1-R8 普通電阻器；Cl，C3 電解電容 器；C2 無極性電容器；D1-D4 晶體二極體；VR1，VR2 電位器；0ΡΑ1-0ΡΑ3 運算放大器； 圖 3 中R1-R26 普通電阻器；Ul =CPLD EPM7128SLC84-15 ； U2, U3 8 位總線驅動器 74HC245 JK 電源接口 ；圖4中Rl，R2 普通電阻器；T 晶體三極體；UlA 光電耦合器(1 個電路模塊封裝4個光電耦合器)；JM:輸出接口]。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做進一步詳細描述。如圖1、4、5所示，一種220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，包括電流 互感器1、信號轉換電路2、CPLD電路3和光電隔離輸出電路4，所述電流互感器1、信號轉 換電路2和光電隔離電路4均具有N個，所述第一電流互感器1-1與第一信號轉換電路2-1 電連接，所述第二電流互感器1-2與第二信號轉換電路2-2電連接，……，所述第N電流 互感器I-N與第N信號轉換電路2-N電連接，所述信號轉換電路2與CPLD電路3電連接， 所述CPLD電路3包括CPLD UlJy^iCPLD UI內部具有數字濾波模塊U1-1、邏輯分析模塊 U1-2、有限狀態機U1-3和狀態輸出模塊U1-4，所述數字濾波模塊Ul-I採集數據輸入，所述 數字濾波模塊Ul-I與邏輯分析模塊U1-2連接，邏輯分析模塊U1-2與有限狀態機U1-3連 接，有限狀態機U1-3與狀態輸出模塊U1-4連接，所述邏輯分析模塊U1-2與狀態輸出模塊 U1-4連接，所述狀態輸出模塊U1-4輸出信號，且該輸出信號經由8位總線驅動器後進入光電隔離電路4，所述N為6的整數倍。所述信號轉換電路2包括放大電路21、全波整流電路22和電平調整濾波電 路23，所述放大電路21通過電容器C2耦合到全波整流電路22，所述全波整流電路22與電 平調整濾波電路23電連接。所述放大電路21包括運算放大器OPAl、電阻R2、電阻R3和電容Cl，所述運算放大 器OPAl的負輸入端與電阻R2的另一端和電阻R3的一端連接，電阻R2的一端與電容Cl連接。所述全波整流電路22包括運算放大器0PA2及二極體D1，二極體D2，電阻R4，電阻 R5，電阻R6，所述運算放大器0PA2的負輸入端與電阻R5的另一端和電阻R6的一端連接，電 阻R6的另一端與二極體D2的正極連接，二極體D2的負極與二極體Dl的正極連接，二極體 Dl的負極與電阻R5的另一端連接。所述電平調整濾波電路23包括運算放大器0PA3及電阻R7，電阻R8和電容C3，所 述運算放大器0PA3的負端與電阻R7、電阻R8連接，電阻R8與電容C3並聯。所述8位總線驅動器具有兩個，分別為第一 8位總線驅動器U2和第二 8位總線驅 動器U3，所述第一 8位總線驅動器U2的引腳A2、7與CPLD Ul的輸出信號引腳0A1 0A6相 連接，所述第二 8位總線驅動器U3的引腳Α(ΓΑ5與CPLD Ul的輸出信號引腳OB廣0Β6相 連接，所述CPLD Ul的輸出信號引腳OA廣0Α6識別過流信號輸出，CPLD Ul的輸出信號引腳 0ΒΓ0Β6識別缺相信號輸出。所述第一 8位總線驅動器U2的輸出信號引腳Β2 Β7分別與第 一光電隔離電路4-1、第二光電隔離電路4-2、……、第N光電隔離電路4-Ν (Ν=6)電連接， 所述第二 8位總線驅動器U3的輸出信號引腳Β(ΓΒ5分別與另外六個光電隔離電路4電連 接。所述第一 8位總線驅動器U2和第二 8位總線驅動器U3均選用74HCM5。所述光電隔離電路4包括光電耦合器U1A、電阻和晶體三極體Τ，所述光電耦合器 UlA的輸入分別連接電阻和晶體三極體Τ，光電耦合器UlA的輸出連接有輸出接口 JM。所述光電耦合器UlA選用TLP521-4的器件。所述CPLDUl選用型號為EPM7U8SLC84-15的器件。本發明是針對一臺主變配置多組油泵風扇，組成油泵風機電機集群的冷卻系統， 以大規模集成電路CPLD (複雜可編程邏輯器件)為核心單元，對油泵風機電機集群工作數據 進行連續實時採集，實現冷卻器電機的過載、缺相和短路等的工作狀態檢測和故障定位，為 變壓器的冷卻控制和安全運行提供實時數據。本裝置系統組成如圖1所示，圖中a，b，c為 電機三相電源線，A為電機過流(過載或短路)輸出信號，B為電機缺相輸出信號，N為電機 的數量，可根據主變壓器冷卻系統電機集群規模確定。本裝置用於220KV主變，冷卻系統設 置4組油泵風機機組，每組1臺油泵，2颱風扇，電機數為4X3=12。為提高數據採集系統 的可靠性，本裝置以6臺電機作為一個採集單元，即以N=6做成一個獨立的數據採集模塊， 對於220KV主變冷卻系統的12臺電機，採用2個數據採集模塊即可。對於2臺及以上的主 變壓器冷卻系統，其電機集群規模成倍擴大，只需要適當增加數據採集模塊，使接口數量與 電機數量相匹配。若冷卻系統實際電機數量為M，則匹配條件可表示為模塊數量>11/6。 整個數據採集系統的連續數據採集和處理能力與單個模塊完全相同。圖中CPLD是本裝置 的核心，主要功能是實現數據採集的智能控制。其中設計了數字濾波模塊、邏輯分析與故障定位模塊、狀態識別和狀態輸出模塊。數字濾波模塊對輸入信號進行濾波，濾除信號中的幹 擾分量，以得到準確可靠的檢測信號。邏輯分析模塊對三相電機的各分相進行邏輯分析比 較，對缺相、過流等故障性質進行判斷並建立定位信息。狀態識別和狀態輸出將各分相邏 輯分析結果組合成對應三相電機的工作狀態，形成電機集群的工作狀態並通過輸出邏輯輸 出，對於故障狀態的電機在輸出狀態中附加定位信息。(如圖5所示)狀態輸出函數為f=(s 1 (al，bl，cl，dl)，s2 (a2，b2，c2，d2)，…si (ai，bi，ci，di)，…sn (an, bn，cn，dn))，其中 η 為 集群中電機數量，ai，bi，ci數據寬度為2bit，分別表示正常(01)，過流(10)，缺相(11)； di為表示定位信息的2 bit數據01表示a相故障，10表示b相故障，11表示c相故障。數據採集是弱信號檢測，為增強系統的抗幹擾性能，本裝置採用外接開關穩壓電 源的供電方式。圖2是三相電機中的一相電流互感器信號轉換電路圖；圖2中埠 i 1和i2串聯接 入電機的驅動電源線路。電機工作電流經過互感器變換後的微小信號，由運算放大器OPAl 及R2，R3，C1組成的放大電路進行信號放大，並由C2耦合到後級。運算放大器0PA2及D1， D2，R4，R5，R6組成全波整流電路，將前級產生的交流信號變換成直流信號，並由R7傳送到 後級。運算放大器0PA3及R7，R8，C3組成電平調整和濾波電路，減小輸出直流信號的波動 並使輸出電平保持在0-10V範圍內。D3，D4，VRl, VR2組成輸出分路和電平調整電路，埠 A輸出過流信號，埠 B輸出缺相信號，輸出信號電平調整在CPLD的I/O埠要求的0-5V 電壓範圍內。圖3中標號IA1-IA18為電機過流信號輸入，標號IB1-IB18為電機缺相信號輸入， 其中A、B標號序號相同的每3個標號所標識的CPLD輸入信號引腳為一臺電機的輸入信號， 即IA1/IB1，IA2/IB2，IA3/IB3分別為第1臺電機的過流/缺相信號輸入，以此類推，IA16/ IB16，IA17/IB17, IA18/IB18分別為第6臺電機的過流/缺相信號輸入，上述輸入線分別與 18個相同的圖2所示的電流互感器信號轉換電路相連接。CPLD輸出信號引腳標號0A1-0A6 與0B1-0B6分別標識6臺電機的過流/缺相信號輸出，此信號經過2個8位總線驅動器後， 輸出的A1-A6 (過流信號)與B1-B6 (缺相信號)分別連接12個相同的圖4所表示的光電隔 離電路。圖4中，標號A_B標識的輸入信號來自圖3中的A1-A6/B1-B6，晶體三極體T與Rl， R2組成光電耦合器驅動電路，當電機集群中有電機發生故障時，輸入信號為高電平，三極體 T導通，驅動光電耦合器輸出信號；當輸入信號為低電平時，三極體T截止，光電耦合器無輸 出信號表示電機集群處於正常工作狀態。
權利要求
1.一種220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵在於包括電流互感 器(1)、信號轉換電路(2)、CPLD電路(3)和光電隔離輸出電路(4)，所述電流互感器(1)、信 號轉換電路(2)和光電隔離電路(4)均具有N個，所述第一電流互感器(1-1)與第一信號轉 換電路(2-1)電連接，所述第二電流互感器(1-2)與第二信號轉換電路(2-2)電連接，……， 所述第N電流互感器(I-N)與第N信號轉換電路(2-N)電連接，所述信號轉換電路(2)與 CPLD電路(3)電連接，所述CPLD電路(3)包括CPLD (U1)，所述CPLD (UI)內部具有數字 濾波模塊(U1-1)、邏輯分析模塊(U1-2)、有限狀態機(U1-3)和狀態輸出模塊(U1-4)，所述 數字濾波模塊(Ul-I)採集數據輸入，所述數字濾波模塊(Ul-I)與邏輯分析模塊(U1-2)連 接，邏輯分析模塊(U1-2)與有限狀態機(U1-3)連接，有限狀態機(U1-3)與狀態輸出模塊 (U1-4)連接，所述邏輯分析模塊(U1-2)與狀態輸出模塊(U1-4)連接，所述狀態輸出模塊 (U1-4)輸出信號，且該輸出信號經由8位總線驅動器後進入光電隔離電路(4)，所述N為6 的整數倍。
2.根據權利要求1所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵 在於所述信號轉換電路(2)包括放大電路(21)、全波整流電路(22)和電平調整濾波電路 (23),所述放大電路(21)通過電容器C2耦合到全波整流電路(22)，所述全波整流電路(22) 與電平調整濾波電路(23)電連接。
3.根據權利要求2所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵在 於所述放大電路(21)包括運算放大器OPAl、電阻R2、電阻R3和電容Cl，所述運算放大器 OPAl的負輸入端與電阻R2的另一端和電阻R3的一端連接，電阻R2的一端與電容Cl連接。
4.根據權利要求2所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵在 於所述全波整流電路(22)包括運算放大器0PA2及二極體D1，二極體D2，電阻R4，電阻 R5，電阻R6，所述運算放大器0PA2的負輸入端與電阻R5的另一端和電阻R6的一端連接，電 阻R6的另一端與二極體D2的正極連接，二極體D2的負極與二極體Dl的正極連接，二極體 Dl的負極與電阻R5的另一端連接。
5.根據權利要求2所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵在 於所述電平調整濾波電路(23)包括運算放大器0PA3及電阻R7，電阻R8和電容C3，所述 運算放大器0PA3的負端與電阻R7、電阻R8連接，電阻R8與電容C3並聯。
6.根據權利要求1所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵 在於所述8位總線驅動器具有兩個，分別為第一 8位總線驅動器(U2)和第二 8位總線 驅動器(U3)，所述第一 8位總線驅動器(U2)的引腳A2、7與CPLD (Ul)的輸出信號引腳 OA廣0A6相連接，所述第二 8位總線驅動器(U3)的引腳Α(ΓΑ5與CPLD (Ul)的輸出信號引 腳OB廣0Β6相連接，所述CPLD (Ul)的輸出信號引腳OA廣0Α6識別過流信號輸出，輸出信號 引腳0ΒΓ0Β6識別缺相信號輸出。
7.根據權利要求6所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵在 於所述第一 8位總線驅動器(U2)和第二 8位總線驅動器(U3)均選用74HCM5。
8.根據權利要求6所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵 在於所述光電隔離電路(4)包括光電耦合器(U1A)、電阻和晶體三極體(Τ)，所述光電耦合 器(UlA)的輸入分別連接電阻和晶體三極體(Τ)，光電耦合器(UlA)的輸出連接有輸出接口 (JM)0
9.根據權利要求8所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵在 於所述光電耦合器(UlA)選用TLP521-4的器件。
10.根據權利要求1所述的220KV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其特徵在 於所述CPLD (Ul)選用型號為EPM7U8SLC84-15的器件。
全文摘要
一種220kV主變油泵風機電機集群實時數據採集裝置，其電流互感器與信號轉換電路電連接，電流互感器、信號轉換電路和光電隔離電路均具有N個，信號轉換電路與CPLD電路電連接，CPLD內部具有數字濾波模塊、邏輯分析模塊、有限狀態機和狀態輸出模塊，數字濾波模塊採集數據輸入，數字濾波模塊與邏輯分析模塊連接，邏輯分析模塊與有限狀態機連接，有限狀態機與狀態輸出模塊連接，邏輯分析模塊與狀態輸出模塊連接，狀態輸出模塊輸出信號，該輸出信號經由8位總線驅動器後進入光電隔離電路，N為6的整數倍。本發明能實現在線檢測工作狀態，當冷卻系統發生故障時，能夠提供故障詳細信息。
文檔編號G01R31/34GK102062838SQ20101055542
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月23日 優先權日2010年11月23日
發明者肖閩進 申請人:肖閩進