智能电力变压器通用硬件平台的制作方法
【专利摘要】本发明属于电力变压器智能组件领域，尤其涉及一种智能电力变压器通用硬件平台。本发明包括机箱以及机箱内的电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块、直流量采集模块、交流量采集模块、温度量采集模块、主控制模块和高压套管监测模块。本发明将具备开关量输入采集、开关量输出控制、温度采集、交流量采集、直流量采集、高压套管状态监测、综合分析诊断等功能，并且将所有模块放在19英寸，4U高的标准机箱中。在实际应用中，可以根据现场情况和所配套的电力变压器需求任意增加和删减模块的数量，充分利用空间和硬件资源。本发明适用于各个电压等级的电力变压器智能化。
【专利说明】智能电力变压器通用硬件平台
【技术领域】
[0001]本发明属于电力变压器智能组件领域，尤其涉及一种智能电力变压器通用硬件平台。
【背景技术】
[0002]电力变压器智能组件是一种对变压器进行实时数据采集与控制的自动化智能电子设备集合，可记录并储存变压器低压侧的电流、电压等参数，还可以通过通信网络，与后台监控系统交换数据，具有数据处理、状态控制、状态监测的所有功能，实现主站对变压器的遥测、遥信、遥控功能，实现变压器的经济、安全、可靠运行。
[0003]目前，智能电力变压器的智能组件，一般有以下配置:测量IED、冷却装置控制IED、有载分接开关控制IED、合并单元、监测主IED、绕组温度监测IED、局部放电监测IED、油中溶解气体监测IED、侵入波监测IED、高压套管监测IED和非电量保护IED。变压器智能组件的监测、测量、控制、计量和保护等功能都分散在各个IED中，这与智能组件的高度集成和与本体一体化的发展方向是不一致的。另外，这种方式各个装置相对单一、孤立和分散，并且在装置开发过程中，各个模块和结构的利用率较低，增加重复劳动。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种智能电力变压器通用硬件平台，其目的是提供一种集成度高、设计标准化、安全可靠的智能电力变压器通用硬件平台。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的:
智能电力变压器通用硬件平台，包括机箱以及机箱内的电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块、直流量采集模块、交流量采集模块、温度量采集模块、主控制模块和高压套管监测模块。
[0006]所述的机箱采用19英寸、4U的标准机箱，所有模块均通过接插件与机箱背板连接，并可以互换位置。
[0007]所述的开关量输入模块包括:微控制器和隔离器件；外部开关量通过DC 24V电源接到隔离器件，经隔离器件后与微控制器输入端连接。
[0008]所述的开关量输出模块包括:微控制器和出口继电器；微控制器通过驱动电路与出口继电器连接，出口继电器的输出端与外部线缆连接。
[0009]所述的直流量采集模块包括:微控制器、AD采样电路和运算放大电路；直流电流量需经过采样电阻，直流电压量则直接送给运算放大电路，运算放大电路连接AD采样电路，AD采样电路与微控制器相连接。
[0010]所述的交流量采集模块包括:微控制器、AD采样电路、运算放大电路和小型电流、电压互感器；小型互感器采集交流电压、电流，并变换成小信号经运算放大电路和AD采样电路后送入相连的微控制器。
[0011]所述的温度量采集模块包括:微控制器、AD采样电路、运算放大电路和恒流源电路；前端PTlOO热电阻采用三线制接法连接到端子，而后由恒流源电路激励产生电压信号，经运算放大电路和AD采样电路送入相连接的微控制器。
[0012]所述的主控制模块包括:ARM内核的微处理器、NAND Flash存储器、DDR2 SDRAM、光纤收发器；ARM内核的微处理器通过外设接口连接NAND Flash存储器、DDR2 SDRAM和光纤收发器，光纤收发器与变电站内二次系统连接。
[0013]所述的高压套管监测模块包括:DSP数字信号处理器、同步AD采样电路、运算放大电路和采样电阻；高压套管末屏电流信号经采样电阻，系统二次电压信号则直接送入运算放大电路，经同步AD采样电路后送给相连接的DSP数字信号处理器。
[0014]所述的开关量输入模块、开关量输出模块、直流量采集模块、交流量采集模块、温度量采集模块、主控制模块和高压套管监测模块中均含有微控制器，通过串行通讯方式把信息集中到与主控制模块相连接的微处理器中。
[0015]本发明的优点及所产生的有益效果是:
本发明提供一种智能电力变压器通用硬件平台，将具备开关量输入采集、开关量输出控制、温度采集、交流量采集、直流量采集、高压套管状态监测、综合分析诊断等功能，并且将所有模块放在19英寸，4U高的标准机箱中。在实际应用中，可以根据现场情况和所配套的电力变压器需求任意增加和删减模块的数量，充分利用空间和硬件资源。本发明适用于各个电压等级的电力变压器智能化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]以下结合附图和具体实例对本发明做进一步详细说明。
[0017]图1是本发明外部结构示意图；
图2是本发明内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]本发明是一种智能电力变压器通用硬件平台，如图1所示，它包括机箱、及机箱内的电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块、直流量采集模块、交流量采集模块、温度量采集模块、主控制模块和高压套管监测模块。所述的机箱采用19英寸、4U的标准机箱，所有模块均通过接插件与机箱背板连接，并可以互换位置。本发明所述的开关量输入模块、开关量输出模块、直流量采集模块、交流量采集模块、温度量采集模块、主控制模块和高压套管监测模块中均含有微控制器，通过串行通讯方式把信息集中到与主控制模块相连接的微处理器中。
[0019]本发明所述的开关量输入模块包括:微控制器和隔离器件。外部开关量通过DC24V电源接到隔离器件，经隔离器件后与微控制器输入端连接。
[0020]所述的开关量输出模块包括:微控制器和出口继电器。微控制器通过驱动电路与出口继电器连接，出口继电器的输出端与外部线缆连接。
[0021]所述的直流量采集模块包括:微控制器、AD采样电路和运算放大电路。直流电流量需经过采样电阻，直流电压量则直接送给运算放大电路，运算放大电路连接AD采样电路，AD采样电路与微控制器相连接。
[0022]所述的交流量采集模块包括:微控制器、AD采样电路、运算放大电路和小型电流、电压互感器。小型互感器采集交流电压、电流，并变换成小信号经运算放大电路和AD采样电路后送入相连的微控制器。
[0023]所述的温度量采集模块包括:微控制器、AD采样电路、运算放大电路和恒流源电路。前端PTioo热电阻采用三线制接法连接到端子，而后由恒流源电路激励产生电压信号，经运算放大电路和AD采样电路送入相连接的微控制器。
[0024]所述的主控制模块包括:ARM内核的微处理器、NAND Flash存储器、DDR2 SDRAM、光纤收发器。ARM内核的微处理器通过外设接口连接NAND Flash存储器、DDR2 SDRAM和光纤收发器，光纤收发器与变电站内二次系统连接。
[0025]所述的高压套管监测模块包括:DSP数字信号处理器、同步AD采样电路、运算放大电路和采样电阻。高压套管末屏电流信号经采样电阻，系统二次电压信号则直接送入运算放大电路，经同步AD采样电路后送给相连接的DSP数字信号处理器。
[0026]具体实施时，机箱采用全铝合金、电磁屏蔽架构，19英寸、4U高标准机架式安装，后插拔模块装入方式。智能电力变压器通用硬件平台中模块内的功能单元以及各个模块的连接方式如图2所示。
[0027]电源模块由近旁引入DC IlOV或者DC 220V电源，内部转换成5V给其他模块提供电源。
[0028]开关量输入模块连接电力变压器上瓦斯继电器、压力释放阀等变压器二次组件的输出告警或跳闸接点，并串接外部24V电源，在模块内经过隔离器件后送到微控制器中。
[0029]开关量输出模块连接外部中间继电器的线圈，间接控制冷却器或者有载分接开关电动机构的接触器，对冷却器或者有载分接开关起到控制和调节的作用。在模块内，微控制器的I/O 口通过磁耦芯片，连接到达林顿二极管驱动小型继电器，并且返回小型继电器的输出状态，确保输出稳定、可靠。
[0030]直流量采集模块连接信号变送器和传感器，可以接收4_20mA和0_5V的直流信号，比如，油位传感器本身可以输出4-20mA电流信号反映出当前变压器油箱中变压器油的位置。在模块内部电流量通过精密电阻转化成电压信号，而电压信号直接连接隔离运放电路和AD采样电路，然后送到微控制器中进行数据处理。
[0031]交流量采集模块连接外部互感器输出的小电流、电压信号，内部再经过小型互感器和运算放大器的信号变换后，送到微控制器中。实际应用中，主要是监测冷却器和有载分接开关中电源回路的电流和电压值。
[0032]温度量采集模块主要针对外部是热电阻PT100的采集方式，采用三线制接法。PTlOO通过模块内恒流源电路的激励，产生电压信号送给运算放大电路和AD采用电路，接入到微控制器中。
[0033]以上所述的模块中，微控制器均采用LPC1768。
[0034]主控制模块是整个硬件平台的中枢，采用ARM Cortex A8内核高性能工业级微处理器芯片，所有的测量、监测、控制、计量和保护的信息都到这里汇总，并进行评估、诊断分析。光纤端口可以接收和发送丽S、GOOSE和SV报文信号，与变电站内的过程层、间隔层和站控层连接，并具备IRIG-B码对时功能。
[0035]高压套管监测模块，从套管末屏引入泄漏电流，同时接入系统电压互感器二次电压，在模块内经过AD芯片同步采样后送到高性能DSP芯片进行算法处理，得到介质损耗因数、电容量和泄漏电流，对套管的状态进行评估，并把结果传给主控制模块。
【权利要求】
1.智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:包括机箱以及机箱内的电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块、直流量采集模块、交流量采集模块、温度量采集模块、主控制模块和高压套管监测模块；上述所有模块均通过接插件与机箱背板连接，并可以互换位置；所述的开关量输入模块、开关量输出模块、直流量采集模块、交流量采集模块、温度量采集模块、主控制模块和高压套管监测模块中均含有微控制器，通过串行通讯方式把信息集中到与主控制模块相连接的微处理器中。
2.根据权利要求1所述的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的机箱采用19英寸、4U的标准机箱。
3.根据权利要求1所述的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的开关量输入模块包括:微控制器和隔离器件；外部开关量通过DC 24V电源接到隔离器件，经隔离器件后与微控制器输入端连接。
4.根据权利要求1所述的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的开关量输出模块包括:微控制器和出口继电器；微控制器通过驱动电路与出口继电器连接，出口继电器的输出端与外部线缆连接。
5.根据权利要求1所述的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的直流量采集模块包括:微控制器、AD采样电路和运算放大电路；直流电流量需经过采样电阻，直流电压量则直接送给运算放大电路，运算放大电路连接AD采样电路，AD采样电路与微控制器相连接。
6.根据权利要求1所述的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的交流量采集模块包括:微控制器、AD采样电路、运算放大电路和小型电流、电压互感器；小型互感器采集交流电压、电流，并变换成小信号经运算放大电路和AD采样电路后送入相连的微控制器。
7.根据权利要求1所述 的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的温度量采集模块包括:微控制器、AD采样电路、运算放大电路和恒流源电路；前端PTlOO热电阻采用三线制接法连接到端子，而后由恒流源电路激励产生电压信号，经运算放大电路和AD采样电路送入相连接的微控制器。
8.根据权利要求1所述的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的主控制模块包括=ARM内核的微处理器、NAND Flash存储器、DDR2 SDRAM、光纤收发器；ARM内核的微处理器通过外设接口连接NAND Flash存储器、DDR2 SDRAM和光纤收发器，光纤收发器与变电站内二次系统连接。
9.根据权利要求1所述的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的高压套管监测模块包括:DSP数字信号处理器、同步AD采样电路、运算放大电路和采样电阻；高压套管末屏电流信号经采样电阻，系统二次电压信号则直接送入运算放大电路，经同步AD采样电路后送给相连接的DSP数字信号处理器。
10.根据权利要求1所述的智能电力变压器通用硬件平台，其特征在于:所述的机箱采用全铝合金、电磁屏蔽架构，19英寸、4U高标准机架式安装，后插拔模块装入方式；电源模块由近旁引入DC IlOV或者DC 220V电源，内部转换成5V给其他模块提供电源； 开关量输入模块连接电力变压器上瓦斯继电器、压力释放阀等变压器二次组件的输出告警或跳闸接点，并串接外部24V电源，在模块内经过隔离器件后送到微控制器中；开关量输出模块连接外部中间继电器的线圈，间接控制冷却器或者有载分接开关电动机构的接触器，对冷却器或者有载分接开关起到控制和调节的作用；在模块内，微控制器的I/o 口通过磁耦芯片，连接到达林顿二极管驱动小型继电器，并且返回小型继电器的输出状态； 直流量采集模块连接信号变送器和传感器，可以接收4-20mA和0-5V的直流信号；在模块内部电流量通过精密电阻转化成电压信号，而电压信号直接连接隔离运放电路和AD采样电路，然后送到微控制器中进行数据处理； 交流量采集模块连接外部互感器输出的小电流、电压信号，内部再经过小型互感器和运算放大器的信号变换后，送到微控制器中； 温度量采集模块主要针对外部是热电阻PTlOO的采集方式，采用三线制接法；PT100通过模块内恒流源电路的激励，产生电压信号送给运算放大电路和AD采用电路，接入到微控制器中； 以上所述的模块中，微控制器均采用LPC1768 ； 主控制模块是整个硬件平台的中枢，采用ARM Cortex A8内核高性能工业级微处理器芯片，所有的测量、监测、控制、计量和保护的信息都到这里汇总，并进行评估、诊断分析；光纤端口可以接收和发送丽S、GOOSE和SV报文信号，与变电站内的过程层、间隔层和站控层连接，并具备IRIG-B码对时功能； 高压套管监测模块，从套管末屏引入泄漏电流，同时接入系统电压互感器二次电压，在模块内经过AD芯片同步采样后送到高性能DSP芯片进行算法处理，得到介质损耗因数、电容量和泄漏电流，对套管的状态进行评估，并把结果传给主控制模块。
【文档编号】H02J13/00GK103618232SQ201310614644
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】高强, 张光明, 原峰, 代继成, 李在林, 潘丰厚, 郭占男, 李平, 张健楠, 蔡斌 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 辽宁东科电力有限公司