专利名称：一种基于risc芯片的变压器运行控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统继电保护控制技术领域，尤其是一种基于RISC(RedUCed Instruction Set Computer——精简指令集计算机)芯片的变压器运行控制装置。
背景技术：
国内的供电能力和用电量都有了飞速的发展。电力系统内电能的损耗和停电对国 民经济带来的损失越来越被大家所关注。一般来说，从发电、供电一直到用电需要经过3 5次变压过程，因此变压器不仅总台数远远超过发电机的总台数，而且运行中的总容量也远 远超过发电机的总容量。变压器在变压和传递功率的过程中，自身要产生有功功率损耗和 无功功率损耗。由于变压器的总台数多、总容量大，在电力系统中的各种电气设备(包括发 电机、变压器、电力线路、电动机等)中，变压器总的电能损耗已占发电量的10%左右，约占 电力系统线损的50%左右，而在农电系统中要占到60 70%。这对于全国来说，意味着全 年变压器总的经济损耗为1000多亿kWh，相当于一个较大电力系统的发电量。因此，设法降 低变压器电能损耗，已成为变压器制造厂商和发、供、用电部门共同关注的问题。我国是一 个能源消耗大国，也是一个经济快速增长的国家，节约电能和确保供电的可靠性就显得很 有必要。因此，对变压器经济运行控制与备自投装置的设计与研究具有一定的理论价值和 很强的实用价值。
(三)实用新型内容本实用新型的目的在于设计一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置，它可以 克服现有技术的不足，是一种测量精确、动作快速准确、通信可靠、实用性强、性价比高的变 压器运行控制装置。本实用新型的技术方案一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置，包括电压互 感器和电流互感器，其特征在于它是由CPU单元、信号交换板、电源单元、模拟量输入单元、 开关量输入单元、开关量输出单元、通讯单元和键盘/显示单元构成；其中，所说的CPU单元 与信号交换板、通讯单元和键盘/显示单元成双向连接；所说的信号交换板的输入端与电 源单元、模拟量输入单元、开关量输入单元的输出端连接，其输出端与开关量输出单元的输 入端连接，由开关量输出单元输出继电器出口信号；所说的电源单元由220V交流电供电； 所说的模拟量输入单元的输入端连接采集电压互感器和电流互感器，采集交流电压信号和 交流电流信号；所说的开关量输入单元采集开关量输入信号。上述所说的模拟量输入单元由电压、电流交流采样前端电路、二次电压电流互感 器、滤波电路、放大电路和A/D转换器组成；交流采样前端电路将采集的电压、电流信号，经 过二次电压电流互感器后变换为小电压量，小电压量在经滤波电路和放大电路后，变换A/D 转换器可以接受的电压范围。上述所说的滤波电路采用二阶低通有源滤波器。上述所说的电压、电流交流采样前端电路由输入限幅保护模块、互感器相移补偿
3及阻容滤波电路及滤波、放大电路组成；其中，由电压互感器T201构成输入限幅保护模块； 由电感L201、电容C202构成互感器相移补偿及阻容滤波电路；所说的滤波、放大电路由电 阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7及电容Cl和芯片MAX4472构成； 其连接为常规连接。上述所说的CPU单元包括32位RISC微处理器MCF5282、多路转换开关、保持隔离 及电平转换的E2PROM芯片、时钟芯片BDM调试接口、晶振及复位模块PHY芯片、网口 CAN收 发器、RS232收发器、RS485收发器、隔离及网口、IXD、LED及KEY接口、三端稳压、16路模拟 信号和24路开入信号。上述所说的RISC微处理器包括ColdFire V2内核处理器内核、调试模块、片内 存储器、电源管理、快速以太网控制器、FlexCANFlexCAN模块，UARTMCF5282、I2CI2C总线、 QSPI队列串行外围接口模块、QADCQADC转换器、周期中断定时器、软件看门狗定时器、锁相 环时钟模块、中断控制器MCF5282、DMA控制器、GPIO与外部总线。本实用新型的工作原理电力系统的各路电压、电流信号和反映变压器状态的开 关量信号分别通过模拟量输入插件和开关量输入插件进行滤波及转换、隔离，变换为适合 CPU处理的信号，再经过CPU的计算和处理，通过开关量输出插件中的出口继电器来控制变 压器的投切。从装置外输入的模拟信号(三相电压、三相电流等)经过电压/电流变换(TV/ ΤΑ)、抗干扰处理、低通滤波、多路开关、采样保持和A/D转换之后，转变为数字信号进入CPU 进行处理。其中，电压/电流变换(TV/TA)、抗干扰处理、低通滤波在模拟量输入插件中完 成，多路开关、采样保持和A/D转换在CPU插件中完成。本实用新型的优越性在于①利用高性能数字信号处理芯片实现继电保护动作的 控制，很大程度上提高了继电保护动作的可靠性和快速性；②克服了可编程逻辑控制技术 及普通单片机芯片技术处理速度限制而引起的控制滞后、动作不及时的缺陷，使整个控制 装置具有很好的调节性能和可靠性；③降低了因继电保护得误动或拒动带来的停产等事故 的概率，进而增强了电网的稳定性。
图1为本实用新型所涉一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置的结构框图。图2为本实用新型所涉一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置的电压、电流交 流采样前端电路。(其中2-a为电压采样前端电路，图2-b为电流采样前端电路)图3为本实用新型所涉一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置中的CPU单元 的结构示意图。
具体实施方式
实施例一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置(见图1)，包括电压互感器和 电流互感器，其特征在于它是由CPU单元、信号交换板、电源单元、模拟量输入单元、开关量 输入单元、开关量输出单元、通讯单元和键盘/显示单元构成；其中，所说的CPU单元与信号 交换板、通讯单元和键盘/显示单元成双向连接；所说的信号交换板的输入端与电源单元、 模拟量输入单元、开关量输入单元的输出端连接，其输出端与开关量输出单元的输入端连 接，由开关量输出单元输出继电器出口信号；所说的电源单元由220V交流电供电；所说的模拟量输入单元的输入端连接采集电压互感器和电流互感器，采集交流电压信号和交流电 流信号；所说的开关量输入单元采集开关量输入信号。上述所说的模拟量输入单元由电压、电流交流采样前端电路、二次电压电流互感 器、滤波电路、放大电路和A/D转换器组成；交流采样前端电路将采集的电压、电流信号，经 过二次电压电流互感器后变换为小电压量，小电压量在经滤波电路和放大电路后，变换A/D 转换器可以接受的电压范围。上述所说的滤波电路采用二阶低通有源滤波器。上述所说的电压、电流交流采样前端电路(见图2-a、图2-b)由输入限幅保护模 块、互感器相移补偿及阻容滤波电路及滤波、放大电路组成；其中，由电压互感器T201构成 输入限幅保护模块；由电感L201、电容C202构成互感器相移补偿及阻容滤波电路；所说的 滤波、放大电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7及电容Cl和 芯片MAX4472构成；其连接为常规连接。上述所说的CPU单元(见图3)包括32位RISC微处理器MCF5282、多路转换开关、 保持隔离及电平转换的E2PROM芯片、时钟芯片BDM调试接口、晶振及复位模块PHY芯片、网 口 CAN收发器、RS232收发器、RS485收发器、隔离及网口、IXD、LED及KEY接口、三端稳压、 16路模拟信号和24路开入信号。上述所说的RISC微处理器包括ColdFire V2内核处理器内核、调试模块、片内 存储器、电源管理、快速以太网控制器、FlexCANFlexCAN模块，UARTMCF5282、I2CI2C总线、 QSPI队列串行外围接口模块、QADCQADC转换器、周期中断定时器、软件看门狗定时器、锁相 环时钟模块、中断控制器MCF5282、DMA控制器、GPIO与外部总线。
权利要求一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置，包括电压互感器和电流互感器，其特征在于它是由CPU单元、信号交换板、电源单元、模拟量输入单元、开关量输入单元、开关量输出单元、通讯单元和键盘/显示单元构成；其中，所说的CPU单元与信号交换板、通讯单元和键盘/显示单元成双向连接；所说的信号交换板的输入端与电源单元、模拟量输入单元、开关量输入单元的输出端连接，其输出端与开关量输出单元的输入端连接，由开关量输出单元输出继电器出口信号；所说的电源单元由220V交流电供电；所说的模拟量输入单元的输入端连接采集电压互感器和电流互感器，采集交流电压信号和交流电流信号；所说的开关量输入单元采集开关量输入信号。
2.根据权利要求1中所述一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置，其特征在于所说 的模拟量输入单元由电压、电流交流采样前端电路、二次电压电流互感器、滤波电路、放大 电路和A/D转换器组成；交流采样前端电路将采集的电压、电流信号，经过二次电压电流互 感器后变换为小电压量，小电压量在经滤波电路和放大电路后，变换A/D转换器可以接受 的电压范围。
3.根据权利要求2中所述一种基于RISC芯片的变压器运行控制系统，其特征在于所说 的滤波电路采用二阶低通有源滤波器。
4.根据权利要求1中所述一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置，其特征在于所 说的CPU单元包括32位RISC微处理器MCF5282、多路转换开关、保持隔离及电平转换的 E2PROM芯片、时钟芯片BDM调试接口、晶振及复位模块PHY芯片、网口 CAN收发器、RS232收 发器、RS485收发器、隔离及网口、！XD、LED及KEY接口、三端稳压、16路模拟信号和24路开 入信号。
5.根据权利要求4中所述一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置，其特征在于所说 的RISC微处理器包括ColdFire V2内核处理器内核、调试模块、片内存储器、电源管理、快 速以太网控制器、FlexCANFlexCAN模块，UARTMCF5282、I2CI2C总线、QSPI队列串行外围接 口模块、QADCQADC转换器、周期中断定时器、软件看门狗定时器、锁相环时钟模块、中断控制 器MCF5282、DMA控制器、GPIO与外部总线。
专利摘要一种基于RISC芯片的变压器运行控制装置，它是由CPU单元、信号交换板、电源单元、模拟量输入单元、开关量输入单元、开关量输出单元、通讯单元和键盘/显示单元构成；其优越性在于①提高了继电保护动作的可靠性和快速性；②整个控制装置具有很好的调节性能和可靠性；③降低了因继电保护得误动或拒动带来的停产等事故的概率，进而增强了电网的稳定性。
文档编号H02P13/00GK201639540SQ20092025001
公开日2010年11月17日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者刘欣, 周宣征, 周雪松, 朱毅然, 谷海青, 马幼捷 申请人:天津理工大学