专利名称：变电站综合自动化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统中的一种变电站综合自动化装置，特别适用于电力系统中110KV以下电压等级的变电站、开闭所、箱式变电站作自动监控、保护和提高供电质量及可靠性的自动控制操作设备。
背景技术：
目前，在常规变电站中，其继电保护、中央信号系统、变送器、远动及故障录波装置等所有二次设备都是采用传统的分立式设备，且站内配置有大量控制、保护、计量用屏盘。使设备设置复杂、重复、占地面积大，日常维护管理工作繁重。这种常规变电站的一个致命弱点是不具有自诊断能力，对二次系统本身的故障无法检测。为了预防这种故障，需要频繁地定期进行各种试验和调试，而一旦出现了所料未及的设备故障，便会给整个变电站的运行带来灾难性的后果。
发明内容
本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种采用中央处理器模块完成集保护、控制、电能采集、仪表、信号、监测及远动等功能为一体的变电站综合自动化装置，并且本实用新型还具有电路简单、性能稳定、抗干扰能力强、运行可靠、操作维护方便等特点。
本实用新型的目的是这样实现的它由电流互感器1至6、电压互感器7至9、低通滤波器10、A/D模数变换器11、中央处理器12、光电耦合器13、键盘14、汉字液晶器15、电源16组成的变电站综合自动化装置，其中电流互感器1至3各入端1、2脚分别外接三相保护电流入端口IA、IB、IC端口，电流互感器4至6各入端1、2脚分别外接三相测量电流入端口Ia、Ib、Ic端口，电压互感器7至9分别外接三相测量电压入端口Ua、Ub、Uc端口，电流互感器1至6和电压互感器7至9各出端3脚分别与低通滤波器10各入端1至9脚连接，低通滤波器10出端10脚串接A/D模数变换器11后与中央处理器12入端口1连接、中央处理器12入端口2与键盘14连接、入端口3与汉字液晶器15连接、出入端口4与外接通信接口器B端口连接、出端口5串接光电耦合器13后与外接出口继电器C端口连接、入端口6串接光电耦合器13后与外接开关量入端口A连接，电源16出端口+V、-V电压端与各部件相应电源端连接。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现本实用新型A/D模数变换器11由信号放大器17至19、采样保持/模数转换器20至22、驱动器23、24构成，其中信号放大器17至19各入端3、5、10、12脚分别与低通滤波器10出端并接、各入端1、7、8、14脚分别与各自2、6、9、13脚并接后再与采样保持/模数转换器20至22各1、2、27、28脚并接、各4、11脚分别与电源16出端+V、-V电压端并接；采样保持/模数转换器20至22各10至13脚、各15至22脚相互并接、各10脚再与驱动器23入端8、11、13、15、17脚并接、各11、12、13脚再与驱动器23入端6、4、2脚并接、各15至22脚再与驱动器24入端17、15、13、11、8、6、4、2脚并接，采样保持/模数转换器20至22各入端8、26脚与电源16出端-V电压端并接、各入端3、9脚与电源16出端+V电压端并接、各24、25脚相互并接、各14、23脚与地端并接，电容C49、C53、C1一端分别与各26脚并接，另一端与地端并接；电容C45、C51、C6一端分别与各自9脚并接、另一端与地端并接，电容C48、C50、C54一端分别与各自3脚并接、另一端与地端并接，驱动器23、24各出端3、5、7、9、12、14、16、18脚相互并接后再与中央处理器12入端各脚连接，各入端1、19脚与电源16出端+V电压端连接、各入端20脚与地端连接。
本实用新型中央处理器12由通信集成块25、异或门集成块26至28、微处理器芯片29构成，光电耦合器13由扩展并口集成块30、31、光电耦合集成块32、33、34构成，其中通信集成块25入端23、25脚外接通信接口器B端口、入端15脚串接电阻R4后与入端24脚并接、入端19、22脚并接后再串接电阻R7后与入端18、26脚并接、入端17、21脚并接后再串接电阻R6后与入端18、26脚并接、入端1、2、8、10、14脚与电源16出端+V电压端并接、电容C3、C52一端与异或门26入端5脚、电阻R13一端并接、入端5、7、12脚与电容C3、C52另一端、异或门27入端10脚、异或门28入端1脚及地端并接、入端13脚与电阻R13另一端及异或门26入端4脚并接、入端11脚串接电阻R12后与异或门27出端8脚连接、入端9脚串接电阻R8后与异或门28出端3脚连接，异或门26出端5脚与微处理器芯片29入端17脚连接，异或门28入端2脚与微处理器芯片29出端18脚连接，异或门27入端9脚与微处理器芯片29出端29脚连接，微处理器芯片29各入端4至10脚、44脚并接后再串接电阻R9后与电源16出端+V电压端连接、各入端2、3、12、14、36、64、68脚与地端并接、入端66脚与晶体G1一端、电容C44一端并接、入端67脚与晶体G1另一端、电容C13一端并接、入端1、13、37脚与电阻R22、二极管D1负极及电源16出端+V电压端并接，电阻R22一端、二极管D1正极与电阻R22另一端、电容C2一端连接，电容C2、C14、C13另一端并接地端，微处理器芯片29各入端53至60脚分别与扩展并口集成块30、31各入端30至33脚、35至38脚并接、各入端45至52脚与键盘14各脚并接、各入端19至23、30至32、42脚与汉字液晶器15各脚连接，扩展并口集成块30入端1、12、23、34、39脚并接地端、入端2至5脚分别与电阻排RP5入端5、4、3、2脚和光电耦合集成块32入端10、12、14、16脚并接，电阻排RP5入端1脚与其另一端并接后再与电源16出端+V电压端连接，光电耦合集成块32入端9、11、13、15脚并接地端、入端7、5、3、1脚分别与二极管D11、D4至D6负极、电容C26至C29一端及电阻R50至R53一端并接、入端8、6、4、2脚与二极管D11、D4至D6正极、电容C26至C29另一端和电阻R37、R43至R45一端并接，二极管D11、D4至D6正极与电源16出端-V电压端连接，电阻R50至R53另一端分别与电阻R37、R43至R45另一端并接后再与外接开关量入端口A连接；扩展并口集成块31入端39脚接地端、入端11、13至15脚分别与光电耦合集成块33入端8、6、4、2脚连接、入端16至19脚分别与光电耦合集成块34入端2、4、6、8脚连接，光电耦合集成33入端1、3、5、7脚分别与电阻排RP9入端6至9脚连接，光电耦合集成块34入端1、3、5、7脚与电阻腓RP9入端2至5脚连接，电阻排RP9入端1脚与电阻排RP9各另一端并接后与电源16出端+V电压端连接，光电耦合集成块33、34各入端10、12、14、16脚并接、各入端9、11、13、15脚一路直接与外接出口继电器C端口连接、另一路各脚分别串接电阻R3、R15、R21、R24、R26至R29后与外接出口继电器C端口连接。
本实用新型相比背景技术有如下优点1、本实用新型采用中央处理器模块12采集三相电源测量数据及处理，可以完成集保护、控制、电能采集、仪表、信号、监测及远动等功能为一体的变电站自动化操作。
2、本实用新型采用A/D模数变换器11和数字滤波器10，具有电路简单、精度高、性能稳定、抗干扰能力强、运行可靠等优点。
3、本实用新型采用键盘14操作控制和汉字液晶器15指示，具有操作维护方便、各项功能指示直观的优点，同时具有完善的自检功能，可灵活的组合及配置，适应不同用户需求。
图1是本实用新型的原理方框图。
图2是本实用新型的A/D模数变换器11的电原理图。
图3是本实用新型中央处理器12、光电耦合器13的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图3，本实用新型由电流互感器1至6、电压互感器7至9、低通滤波器10、A/D模数变换器11、中央处理器12、光电耦合器13、键盘14、汉字液晶器15、电源16组成。其中电流互感器1至3组初级线圈分别外接三相电源A、B、C三相保护电流入端IA、IB、IC端口，电流互感器4至6各组初级线圈分别外接三相电源A、B、C三相测量电流入端Ia、Ib、Ic端口，电压互感器7至9各组初级线圈分别外接三相电源A、B、C三相测量电压入端Ua、Ub、Uc端口，电流互感器1至6、电压互感器7至9各组次级线圈分别与低通滤波器10各入端1至9脚连接。其作用采集变电站提供外接三相电源的测量电流及测量电压，低通滤波器10作用对输入的各相电流、电压信号进行滤波，滤除高次谐波杂波，改善提高输入信号质量，输入A/D模数变换器11把模拟信号转换为中央处理器12处理的数字信号。实施例电流互感器1至6、电压互感器7至9采用市售通用的变压器式互感器制作，低通滤波器10采用市售通用的多级数字滤波器制作。
本实用新型A/D模数变换器11作用是把经低通滤波器10输入的各组三相保护电流、各组三相测量电流、各组三相测量电压分别把模拟信号变换为数字信号。它由信号放大器17至19、采样保持/模数转换器20至22、驱动器23、24组成。图2是本实用新型A/D模数变换器11实施例的电原理接线图，并按其连接线路。信号放大器17至19、采样保持/模数转换器20至22分别构成三路放大、采样保持、模数转换电路，对保护及测量电流、电压进行放大后，再进行采样保持和模数转换。经模数转换的数字信号输入驱动器23、24，驱动输入中央处理器11进行信号处理，实施例信号放大器17至19采用市售TL084CN型放大集成器件制作，采样保持/模数转换器20至22采用市售AD7874型模数转换集成器件制作，驱动器23、24采用市售74LS244型驱动集成器件制作。
本实用新型中央处理器12作用是对输入的各测量信号、采集开入量信号后进行数据处理输出开出量，控制外接继电器达到集保护、控制、电能采集、仪表、信号、监测及远动等功能。光电耦合器13的作用是进行信号隔离。中央处理器12由通信集成块20、异或门集成块26至28、微处理器芯片29组成，光电耦合器13由扩展并口集成块30、31、光电耦合集成块32、33、34组成。图3是本实用新型中央处理器12、光电耦合器13实施例的电原理接线图，并按其连接线路。通信集成块20作用是与外接通信接口器B端口连接，完成整个测量控制中的通信作用。异或门集成块26至28作用是完成通信信号的驱动控制作用，微处理器芯片29作用是实现整个操作控制，将采集到的开入量信号与采样数字信号进行逻辑判断实现过流保护、低周减载、重合闸、过欠压保护、过负荷保护、接地选线等功能。实施例通信集成块20采用市售1480型、规格为RS485通信接口制作。异或门集成块26至28采用市售7486型异或集成块制作。微处理器芯片29采用市售16位80C196KC型CPU芯片制作。微处理器芯片29的操作、控制通过外接键盘14输入，各种功能的处理结果由汉字液晶器15屏幕显示，实施例键盘14采用市售通用的微电脑键盘制作。汉字液晶器15采用市售MGLS12864TC型、规格为128×64汉化液晶器制作。
本实用新型光电耦合器13中的扩展并口集成块30作用是采集外部电源控制的开入量输入微处理器芯片29，扩展并口集成块31的作用是经微处理芯片29处理后的电源控制开入量由扩展并口集成块31输出控制开出量。光电耦合集成块32、33、34作用是将外部电源控制开入量和控制外部继电器的开出量与扩展并口集成块30、31进行隔离，实施例扩展并口集成块30、31采用市售8255型扩展并口集成电路制作，光电耦合器32、33、34采用市售521-4型光电耦合集成电路制作。
本实用新型电源16作用是提供整个电路的直流工作电压，实施例采用市售通用集成稳压直流电源制作，其输出+V电压为+5V，输出-V电压为-5V。本实用新型电路中采用的二极管均为市售通用的LN4007型二极管，其作用是抗干扰，采用的电阻排RP器件、电阻R器件、电容C器件均为市售通用的相应器件。
本实用新型简要工作原理如下外部三相输入电流IA、IB、IC、三相测量电流Ia、Ib、Ic、三相测量电压Ua、Ub、Uc输入电流电压互感器后，经电流电压互感器隔离变换后输入低通滤波器10，经低通滤波器10滤波后输入A/D模数变换器11把各电流电压模拟信号变换成数字信号输入中央处理器12；外接电源控制开入量，经光电耦合器13隔离后输入扩展并口集成块30，将采集开入量输入中央处理器12，中央处理器12将采集到的开入量和采样数字信号进行逻辑判断实现过流保护、低周减载、重合闸、过欠压保护、过负荷保护、接地选线功能，处理结果由汉字液晶器15显示，同时中央处理器12经扩展并口集成块31输出开出量，经光电耦合器13隔离后转化为控制信号、控制外接出口继电器工作，整个操作指令信号由键盘14输入。
本实用新型安装结构如下把本实用新型图1至图3中的低通滤波器10、A/D模数变换器11、中央处理器12、电源16中所有电路元器件分别安装在2块长×宽为100×200mm印制板上，然后把电流互感器1至6、电压互感器7至9及2块印制板安装在一个尺寸宽×高×深为400×187×400mm的机箱内，在机箱前面板上安装汉字液晶器15，在机箱前侧平台上安装键盘14，机箱的后面板上安装各电流、电压互感器入端接线电缆插座、各电源控制开入量的接口A端、开出量与外接出口继电器接口C端、通信接口B端的接线电缆插座、电源输入插座，组装成本实用新型。
权利要求1.一种由电流互感器(1)至(6)、电压互感器(7)至(9)、低通滤波器(10)、键盘(14)、汉字液晶器(15)、电源(16)组成的变电站综合自动化装置，其特征在于还有A/D模数变换器(11)、中央处理器(12)、光电耦合器(13)组成，其中电流互感器(1)至(3)各入端1、2脚分别外接三相保护电流入端口IA、IB、IC端口，电流互感器(4)至(6)各入端1、2脚分别外接三相测量电流入端口Ia、Ib、Ic端口，电压互感器(7)至(9)分别外接三相测量电压入端口Ua、Ub、Uc端口，电流互感器(1)至(6)和电压互感器(7)至(9)各出端3脚分别与低通滤波器(10)各入端1至9脚连接，低通滤波器(10)出端10脚串接A/D模数变换器(11)后与中央处理器(12)入端口1连接、中央处理器(12)入端口2与键盘(14)连接、入端口3与汉字液晶器(15)连接、出入端口4与外接通信接口器B端口连接、出端口5串接光电耦合器(13)后与外接出口继电器C端口连接、入端口6串接光电耦合器(13)后与外接开关量入端口A连接，电源(16)出端口+V、-V电压端与各部件相应电源端连接。
2.根据权利要求1所述的变电站综合自动化装置，其特征在于A/D模数变换器(11)由信号放大器(17)至(19)、采样保持/模数转换器(20)至(22)、驱动器(23)、(24)构成，其中信号放大器(17)至(19)各入端3、5、10、12脚分别与低通滤波器(10)出端并接、各入端1、7、8、14脚分别与各自2、6、9、13脚并接后再与采样保持/模数转换器(20)至(22)各1、2、27、28脚并接、各4、11脚分别与电源(16)出端+V、-V电压端并接；采样保持/模数转换器(20)至(22)各10至13脚、各15至22脚相互并接、各10脚再与驱动器(23)入端8、11、13、15、17脚并接、各11、12、13脚再与驱动器(23)入端6、4、2脚并接、各15至22脚再与驱动器(24)入端17、15、13、11、8、6、4、2脚并接，采样保持/模数转换器(20)至(22)各入端8、26脚与电源(16)出端-V电压端并接、各入端3、9脚与电源(16)出端+V电压端并接、各24、25脚相互并接、各14、23脚与地端并接，电容C49、C53、C1一端分别与各26脚并接，另一端与地端并接；电容C45、C51、C6一端分别与各自9脚并接、另一端与地端并接，电容C48、C50、C54一端分别与各自3脚并接、另一端与地端并接，驱动器(23)、(24)各出端3、5、7、9、12、14、16、18脚相互并接后再与中央处理器(12)入端各脚连接，各入端1、19脚与电源(16)出端+V电压端连接、各入端20脚与地端连接。
3.根据权利要求1或2所述的变电站综合自动化装置，其特征在于中央处理器(12)由通信集成块(25)、异或门集成块(26)至(28)、微处理器芯片(29)构成，光电耦合器(13)由扩展并口集成块(30)、(31)、光电耦合集成块(32)、(33)、(34)构成，其中通信集成块(25)入端23、25脚外接通信接口器B端口、入端15脚串接电阻R4后与入端24脚并接、入端19、22脚并接后再串接电阻R7后与入端18、26脚并接、入端17、21脚并接后再串接电阻R6后与入端18、26脚并接、入端1、2、8、10、14脚与电源(16)出端+V电压端并接、电容C3、C52一端与异或门(26)入端5脚、电阻R13一端并接、入端5、7、12脚与电容C3、C52另一端、异或门(27)入端10脚、异或门(28)入端1脚及地端并接、入端13脚与电阻R13另一端及异或门(26)入端4脚并接、入端11脚串接电阻R12后与异或门(27)出端8脚连接、入端9脚串接电阻R8后与异或门(28)出端3脚连接，异或门(26)出端5脚与微处理器芯片(29)入端17脚连接，异或门(28)入端2脚与微处理器芯片(29)出端18脚连接，异或门(27)入端9脚与微处理器芯片(29)出端29脚连接，微处理器芯片(29)各入端4至10脚、44脚并接后再串接电阻R9后与电源(16)出端+V电压端连接、各入端2、3、12、14、36、64、68脚与地端并接、入端66脚与晶体G1一端、电容C14一端并接、入端67脚与晶体G1另一端、电容C13一端并接、入端1、13、37脚与电阻R22、二极管D1负极及电源(16)出端+V电压端并接，电阻R22一端、二极管D1正极与电阻R22另一端、电容C2一端连接，电容C2、C14、C13另一端并接地端，微处理器芯片(29)各入端53至60脚分别与扩展并口集成块(30)、(31)各入端30至33脚、35至38脚并接、各入端45至52脚与键盘(14)各脚并接、各入端19至23、30至32、42脚与汉字液晶器(15)各脚连接，扩展并口集成块(30)入端1、12、23、34、39脚并接地端、入端2至5脚分别与电阻排RP5入端5、4、3、2脚和光电耦合集成块(32)入端10、12、14、16脚并接，电阻排RP5入端1脚与其另一端并接后再与电源(16)出端+V电压端连接，光电耦合集成块(32)入端9、11、13、15脚并接地端、入端7、5、3、1脚分别与二极管D11、D4至D6负极、电容C26至C29一端及电阻R50至R53一端并接、入端8、6、4、2脚与二极管D11、D4至D6正极、电容C26至C29另一端和电阻R37、R43至R45一端并接，二极管D11、D4至D6正极与电源(16)出端-V电压端连接，电阻R50至R53另一端分别与电阻R37、R43至R45另一端并接后再与外接开关量入端口A连接；扩展并口集成块(31)入端39脚接地端、入端11、13至15脚分别与光电耦合集成块(33)入端8、6、4、2脚连接、入端16至19脚分别与光电耦合集成块(34)入端2、4、6、8脚连接，光电耦合集成(33)入端1、3、5、7脚分别与电阻排RP9入端6至9脚连接，光电耦合集成块(34)入端1、3、5、7脚与电阻腓RP9入端2至5脚连接，电阻排RP9入端1脚与电阻排RP9各另一端并接后与电源(16)出端+V电压端连接，光电耦合集成块(33)、(34)各入端10、12、14、16脚并接、各入端9、11、13、15脚一路直接与外接出口继电器C端口连接、另一路各脚分别串接电阻R3、R15、R21、R24、R26至R29后与外接出口继电器C端口连接。
专利摘要本实用新型公开了一种变电站综合自动化装置，它涉及电力系统中控制、保护、监测等功能一体化自动控制设备。它由电流电压互感器、低通滤波器、A/D模数变换器、中央处理器、光电耦合器、键盘、汉字液晶器、电源等部件组成。它把外部保护测量电压、电流量经互感器、模数变换后输入中央处理器，同时把外部电控制开入量经光电耦合器输入中央处理器，进行逻辑判断处理后实现过流保护、低周减载、重合闸、过欠压保护、过负荷保护等功能控制。本实用新型还具有电路简单、性能稳定、运行可靠、操作维护方便等特点，适合在电力系统变电站、开闭所等完成保护、控制监测等功能。
文档编号H02H7/00GK2638311SQ03275749
公开日2004年9月1日 申请日期2003年7月15日 优先权日2003年7月15日
发明者胡长金, 曾祥晖, 蔡德义, 刘勇, 刘继志 申请人:河北冀能科技电力自动化设备有限公司