配電自動化饋線監控終端的製作方法
2023-06-10 06:20:41 1
專利名稱：配電自動化饋線監控終端的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力行業的配電自動化饋線監控終端，特別是關於一種配電自動化的信道式保護型饋線監控終端。
背景技術：
在目前，有三種配電自動化系統的饋線終端，按其原理區分，分別是電流型、電壓型和遠動型。低可靠性、低安全性、無選擇性、反應速度慢、不能構成階梯後備以及不能在複雜網絡下組合一直是饋線終端的主要缺點，困擾著國內配電自動化實用化推廣。
電流型的配電自動化系統監控終端，其故障切除是按電流大小來配合跳閘的，其故障隔離的工作原理是主站接收到來自於終端檢測的故障電流後，通過判斷其最後一級流過故障電流的開關和第一級無故障電流的開關，確定故障發生在這兩級開關之間，然後向這兩級開關發分閘命令來實現故障隔離的。優點是故障切除快、選擇性好。有變電站斷路器做後備。缺點是靈敏度低，存在電流級差配合問題，在短距離斷路器配置時，無法整定。可靠性差，瞬時故障將被視為永久性故障而被隔離，因而會造成擴大事故的問題。系統重構時，級差位置改變，引起誤動。必須依賴遙控修改定值重構。對於不同的運行方式必須做多套整定方案，供重構時選用，管理複雜化。依賴通迅。由於修改定值的需要，重構必須由通迅完成。
電壓時間型配電動化饋線終端，是指基於電壓、時間配合工作原理的設備。其正常工作和對事故的判斷、處理均是以電壓為基本判據，通過第一區段投入的延時逐段送電，來判斷故障區間。優點是簡單、穩定、投資少、見效快。缺點是靈敏度低。當經過過流電阻短路或距離遠時，拒動。無選擇性。首斷路器跳閘，全線脫扣跳閘。恢復時間長，全跳必須延長恢復時間，而且恢復時，每級設備延時，級數越多越慢。無遠方後備保護。
遠動型配電自動化饋線終端。目前，國內各配電自動化廠家生產的多屬於此型，變電站保護完成切除工作，然後由DTU收據故障數據進行恢復。優點是完整的數據收集判斷功能，自動化程度高。恢復速度快，計算機智能分析後遙控執行。缺點是選擇性差，切除故障無選擇。切除故障類似電壓型，由變電站完成。通訊依賴。由中心站對故障數據採集完成判斷，完成系統的重構，通信要求高，所有的工作由通訊完成，投次大，可靠性差，無遠方後備保護，靈敏度低。故障由變電站保護來切除，因此，保護定值只能按變電所的位置對全線進行整定配置，不能對分段進行整定，定值較大，靈敏度低，對於小故障無反映，必須待故障發展嚴重後才動作。
此外，上述三種饋線終端有一個致命的弱點，即均使用變電站開關作為切除設備，當該設備出現拒動作時，由變電站總開關切除總變壓器，導致地區大面積停電。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是避免上述現有技術中所存在的不足之處，提供一種保護型配電自動化饋線監控終端，通過本地故障分析和信道數據交換，實現故障的快速、最小範圍就地切除，以達到快速、可靠、靈敏和選擇性的要求。
本實用新型解決技術問題所採用的技術方案是本實用新型的結構特點是由電源單元、保護單元、測控單元、帶故障動作信息通訊的數據通訊單元和操作單元組成；所述保護單元以數字分析電路DSP完成故障採樣信息的分析，包括傅立葉FFT分析、高頻濾波和積分計算，並以其分析結果完成與相鄰終端交換故障動作信息；所述測控單元以CPU結合通訊單元交換來的相鄰設備的故障信息，作出判斷並下達操作命令交與操作單元；以操作單元啟動配電網斷路器進行配電網絡的故障切除、根據來電的方向和故障切除信息完成配電故障點的安全隔離和系統恢復。
其中，數字分析電路包括數據採集、主數據分析和I/O擴展電路，其數據採集由8路A/D轉換器送入DSP系統；測控單元邏輯分析電路由I/O擴展電路、CPU電路以及外圍光電隔離電路組成；操作單元由繼電器和光電隔離電路組成動作信號輸出系統。
與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現在1、故障範圍選擇準確。不會出現多功、重複切除等問題。從功能上解決了故障切除範圍擴大和反覆試驗的毛病，系統恢復極為簡單，由於沒有多餘的切除，一般情況下不需要恢復操作。當系統存在備用的開關時，僅一次操作就完成恢復。本裝置內部設有一套主故障檢測保護系統，一套後備故障檢測和一套後加速保護。就地判別故障加遠方動作配合準確切除故障點。
2、故障切除動作迅速。系統的故障切除的速度由原來普通自動化饋線終端的秒級提高到本裝置的毫秒級。在小於10～20ms內完成故障的動作信息交換，在小於30～40ms內完成故障的判別與動作輸出。
3、安全可靠、有完備的失靈保障。由於系統採用了主備方式以及遠方防止失靈功能，即使一臺裝置及其通訊完全損壞也可以達到萬無一失，這點是其它類型的自動化饋線終端所不具備的。
4、故障檢測靈敏。其靈敏度達到了2.0級，不受故障性質及類型的影響。遠高於電壓、電流和遠動型。
5、可以運用於複雜網絡。在有分支的線路和有環狀的網絡情況下，其它類型的自動化饋線終端不能工作，而本裝置通過通訊交換故障電流的方向或動作信息可準確判斷。
6、完整的故障恢復系統。對於有備用的聯絡斷路器的配電線路，可以自動根據來電的方向和故障動作記錄完整地恢復系統正常線路用戶的運行。
本實用新型在配電自動化領域可以得到廣泛的應用。
圖1為本實用新型結構框圖。
圖2為本實用新型結構特徵圖。
圖3為本實用新型數據分析電路原理圖。
圖4為本實用新型測控單元監控系統原理圖。
圖5為本實用新型測控單元DI輸入原理圖。
圖6為本實用新型測控單元AI輸入原理圖。
圖7為本實用新型操作單元電路原理圖。
圖8為本實用新型閉鎖保護邏輯框圖。
圖9為本實用新型允許式保護邏輯框圖。
圖10為本實用新型分控通訊結構框圖。
具體實施方式
參見圖1、圖2，本實施例由電源單元、保護單元、測控單元、帶故障動作信息通訊(保護信息通訊)的數據通訊(控制通訊)單元和操作單元組成。
保護單元以數字分析電路DSP完成故障採樣信息的分析，包括傅立葉FFT分析、高頻濾波和積分計算，並以其分析結果完成與相鄰終端交換故障動作信息；測控單元以CPU結合通訊單元交換來的相鄰設備的故障信息，作出判斷並下達操作命令交與操作單元；以操作單元啟動配電網斷路器進行配電網絡的故障切除、根據來電的方向和故障切除信息完成配電故障點的安全隔離和系統恢復。
參見圖3，本實施例中，數字分析電路包括數據採集、主數據分析和I/O擴展電路，其數據採集由8路A/D轉換器送入DSP系統的TMS320C52。主數據分析由DSP承擔，並進行數據的濾波、FFT分析、數值積分、保護運作值比較，以及系統正常運行時的數據採集。
參見圖4、圖5和圖6，測控單元邏輯分析電路由8255組成I/O擴展電路、並由CPU電路以及部分外圍光電隔離電路所組成，完成故障的動作邏輯配合和動作時間配合，決定裝置動作與否，並通過通訊電路發出本裝置的故障動作要求至相鄰的同類型的自動化饋線終端；完成故障的切除任務、重合任務和電網的重構造任務。在系統正常運行時，完成數據量的採集與上報工作。
參見圖7，操作單元由OMRON繼電器和光電隔離電路組成動作信號輸出系統，一是根據邏輯分析電路指令和設備的狀況和動作記錄完成高壓斷路器操作；二是根據上級主站的人工遙控命令完成高壓斷路器操作。
通訊單元由CPU送出的串行通訊電路、由INTEL 8255及光電隔離的狀態通訊電路組成，通訊從數據角度分兩類，一類為串行通訊於系統的設置和測量通訊，狀態通訊電路完成與相鄰自動化饋線終端的信息交換。
此外，本實施例中，採用雙CPU結構(TMS320C52+8051)，除了應用通用微處理器8051來控制系統運行外，還增加了一個數字處理晶片TMS320C52，來完成模擬輸入量的處理計算，從而使系統能夠並行高效地完成各項功能。
通用微處理器為8051，主要完成硬體初始化、DSP的軟體下載及所有的並發通信和數字I/O口處理。8051微處理器是8bit的MCU，本系統中的8051工作頻率為24MHz，擁有8位外部數據總線，64K可編程內存，64K數據內存。其組成部分包括一個可編程串行通信口、5通道16位PCA、128位元組片內RAM、32路可編程I/O通道，8通道8位高速AD、中斷控制器、2個16位標準定時/計數器。
DSP採用高集成度的16位定點單片數位訊號處理器TMS320LC52，40MHz主頻率、40MIPS，包括64K的程序區和64K數據區，內置一個DMA接口、一個標準串行接口及1個緩衝串行接口，DMA接口用於和主CPU之間的數據傳輸，串行口用於從串行A/D轉換器讀取採樣數據。FPGA中的少量邏輯電路和一對八進位鎖存器完成它的外部接口。DSP的運行程序代碼儲存於主電路的FLASH存儲器，在系統上電初始化時，由主CPU通過DSP的DMA口載入。
DSP通過切換多路選擇開關來使某一輸入信號進入A/D轉換器，獲得的採樣數據作為原始數據進行電量計算和故障判斷；電量計算包括電壓、電流的有效值、零序電壓、零序電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因素、相角、電流方向等。故障判斷主要進行相間短路、中性點故障和小電流接地故障判斷。
系統中的存儲器由512K字節的靜態讀寫存儲器SRAM和512K字節電可擦除的閃爍存儲器FLASH RAM/EPROM組成。SRAM是主CPU的工作內存，在裝置掉電時，由一個法拉的大電容器給SRAM供電，保證其內部數據不丟失。閃爍存儲器是掉電可保持的存儲器，保存主CPU運行程序、DSP運行程序及各系統參數。使用中，可根據需要使用維護終端下載程序到FLASH中。
裝置最多可外接15個50/60Hz交流模擬量和4個直流模擬量的輸入，交流模擬量中PT、CT隨意分組，所有的交流模擬輸入量都經變壓器隔離，直流模擬輸入量使用光MOS開關(經過飛電容)實現隔離。
所有的模擬輸入量經模擬輸入變壓器或飛電容轉換，然後濾波，再經過多路轉換器選擇輸入16位高速A/D轉換器轉換為數字量，以串行數據流的形式送DSP進行處理。
DSP對交流輸入信號的分析需精確的採樣間隔，主CPU通過動態跟隨工頻頻率的變化，來調整定時器的輸出，從而通過精確控制多路控制器及採樣保持電路，保證交流量的採樣。
本實施例具體工作方式為採用快速過流保護，包括雙方向閉鎖式方向過電流保護，以及雙方向允許式過電流保護。它們的共同特點是採用獨立通訊通道完成保護的信號交換。
如圖8所示，雙向閉鎖式方向過電流保護是利用故障電流方向判別與故障電流幅值大小原理構成的保護，利用主-備保護原理構成完整的饋線保護。在配電網絡上，各電氣相鄰的FTU保護之間採用光纖構成信號交換迴路，每套保護只與相鄰的保護聯繫。在故障發生時，判斷故障電流的方向，採取故障電流正方向信號默認不發送，反方向發送禁止運作信號原理。保護配置瞬間速斷、過電流、重合閘以及後加速保護。
如圖9所示，對於單電源輻射和開環運行的供電方式，採用雙側允許過電流保護，是利用故障電流幅值大小原理構成的雙向允許式快速過電流保護。低定值的過電流啟動發訊、高值過電流啟動跳閘裝置。同樣利用主-備保護原理構成完整的饋線保護。在配電網絡上，各電氣相鄰的FTU保護之間採用光纖信號交換迴路，每套保護只與相鄰的保護聯繫。採用無故障電流信號默認不發送，有故障電流發送允許動作信號的原理。保護配置瞬間速斷、過電流、重合閘以及後加速保護。
為了避免出現通道爭用、確保保護信號的交換，本實施例在通訊單元中，將保護和控制系統互為獨立。有兩種具體方式。其一是保護和控制系統分別具有各自的通道；其二為保護和控制系統通道控分工作。
圖10示出了保護工作時強迫關閉控制通訊系統通道的控分工作模式結構框圖。本實施例中的通訊手段是光纖，由於是非電介質，具有耐浪湧、雷擊、感應電壓的抗幹擾和高可靠性的優點。系統中可以通過光纖自愈環方式，實現系統的相互備用。
TTU的通訊不與饋線自動化系統相關聯，採用雙RS-232C口的光MODEM，單獨分配一個RS-232C通道。
控分模式比較複雜，除本側關閉數據通道外要求對側也同時關閉。否則，對側出錯重發爭用通道。採用專門設計的專用光MODEM，在普通的帶有3個RS-232C口的光MODEM基礎上改造而成。設有一個標準的電平控制口，輸入和輸出為標準的電平信號，標準電平口中有M側的發送與接收和N側的發送與接收。
在電平工作時，MODEM的其他數據業務暫停，電平信號擁有最高優先權限。同時，在該光MODEM中，對電平信號設置為不中繼傳送。
該光MODEM有三個輸出口，其中的一個通道口為RS-232C，用於數據採集控制，另一個RS-232C用於TTU通訊，一個專用通道口用於電平傳輸。
單對光纖網絡控分方案用光纖作為通訊系統，故障切除採用雙向閉鎖式方向電流保護原理，保護實現了全線速動，即使在失去通訊的情況下，也能正確動作，並且有完善的後備保護作為保障。故障恢復採用系統重構器原理，使系統在失去通訊的情況下完成系統的重構，並且可以完成系統的故障隔離與閉鎖。採用上述兩項技術的饋線自動化系統，在可靠的中壓斷路器的配合下，可以極大地提高系統的安全性和可靠性。
權利要求1.一種配電自動化饋線監控終端，其特徵是由電源單元、保護單元、測控單元、帶故障動作信息通訊的數據通訊單元和操作單元組成；所述保護單元以數字分析電路DSP完成故障採樣信息的分析，包括傅立葉FFT分析、高頻濾波和積分計算，並以其分析結果完成與相鄰終端交換故障動作信息；所述測控單元以CPU結合通訊單元交換來的相鄰設備的故障信息，作出判斷並下達操作命令交與操作單元；以操作單元啟動配電網斷路器進行配電網絡的故障切除、根據來電的方向和故障切除信息完成配電故障點的安全隔離和系統恢復；其中，數字分析電路包括數據採集、主數據分析和I/O擴展電路，其數據採集由8路A/D轉換器送入DSP系統；測控單元邏輯分析電路由I/O擴展電路、CPU電路以及外圍光電隔離電路組成；操作單元由繼電器和光電隔離電路組成動作信號輸出系統。
2.根據權利要求1所述的配電自動化饋線監控終端，其特徵採用雙方向閉鎖式方向過電流保護，在配電網絡上，各電氣相鄰的FTU保護之間採用光纖構成信號交換迴路，每套保護只與相鄰的保護聯繫，在故障發生時，判斷故障電流的方向，故障電流正方向信號默認不發送，反方向發送禁止運送信號。
3.根據權利要求1所述的配電自動化饋線監控終端，其特徵是採用雙方向允許式過電流保護，在配電網絡上，各電氣相鄰的FTU保護之間採用光纖信號交換迴路，每套保護只與相鄰的保護聯繫，無故障電流信號默認不發送，有故障電流發送允許動作信號。
4.根據權利要求1所述配電自動化饋線監控終端，其特徵是在所述通訊單元中，保護系統和控制系統互為獨立，分別具有各自的通道，且通道控分工作。
5.根據權利要求1所述的配電自動化饋線監控終端，其特徵是所述操作電路由OMRON繼電器和光電隔離電路組成動作信號輸出系統。
6.根據權利要求1所述的配電自動化饋線監控終端，其特徵是所述通訊單元由CPU送出的串行通訊電路、由INTEL 8255及光電隔離的狀態通訊電路組成。
專利摘要配電自動化饋線監控終端，其特徵是由電源單元、保護單元、測控單元、帶故障動作信息通訊的數據通訊單元和操作單元組成；所述保護單元以數字分析電路DSP完成故障採樣信息的分析，包括傅立葉FFT分析、高頻濾波和積分計算，並以其分析結果完成與相鄰終端交換故障動作信息；所述測控單元以CPU結合通訊單元交換來的相鄰設備的故障信息，作出判斷並下達操作命令交與操作單元；以操作單元啟動配電網斷路器進行配電網絡的故障切除、根據來電的方向和故障切除信息完成配電故障點的安全隔離和系統恢復。實現故障的快速、最小範圍就地切除，以達到快速、可靠、靈敏和選擇性的要求。
文檔編號H02J13/00GK2624494SQ0229293
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月20日 優先權日2002年12月20日
發明者賈延海 申請人:安徽中興繼遠信息技術有限公司