专利名称：电力变压器智能终端的制作方法
技术领域：
本实用新型属电子信息技术领域，更准确地说本实用新型专利涉及一种适用于 IlOkV及以上电压等级的基于GOOSE传输技术的新型电力变压器智能终端。
背景技术：
电力变压器智能终端属于智能电网建设中智能变电站环节的重要关键设备。一次设备智能化是智能变电站区别于传统变电站的主要标志。传统的面向功能的测控、保护装置也逐步向面向对象的智能组件方向发展，智能终端是智能组件的过程层设备，与一次设备联系最为紧密，其发展方向是实现面向电力元件的测量、控制和保护功能的功能集成化、 结构一体化、采集数字化和控制网络化。一次设备的就地数字化采集要求信息采集终端就地下放，安装在一次设备附近的户外柜中，将信号就地转换成数字信号，通过光纤网络传输到间隔层或站控层设备。控制网络化就是通过网络方式将控制命令下发给一次设备附近的智能控制终端实现一次设备的控制。数字化采集和网络化控制使用光纤通信方式取代了传统的电缆控制方式，节约了大量的电缆投入成本，同时提高了信息的共享率和标准化。功能集成化和结构一体化设计有利于信息的高效传输，减少屏柜的数量、节约设备的成本，简化设备的调试和维护，减少变电站的占地面积，提高设备的智能化程度。电力变压器智能终端就是在这种技术背景下针对IIOkV及以上电压等级变压器设计的具有功能集成化、结构一体化、采集数字化和控制网络化特征的智能变电站设备。新型电力变压器智能终端的研制采用了以下技术严格遵循IEC61850标准IEC61850标准为智能变电站内以及变电站与调度之间的信息传输制定了统一的规范和机制，是衡量设备之间互换、设备与其它设备之间互操作性的重要依据，其内容主要包括了智能终端数据建模、网络体系结构、信息传输机制和规范寸。过程层GOOSE通信技术IEC61850标准将变电站内设备分为三层，过程层、间隔层和站控层，智能终端属于过程层设备。智能终端与外部信息互动基于过程层通信网络， 采用G00SE(面向通用对象的变电站事件)通信方式，GOOSE通信方式对实时性要求很高， IEC61850标准规定GOOSE信号的通信延迟应小于％is，主要用于传送间隔闭锁信号、实时信跳闸信号，也可用于传送一些遥测、遥信信息。IEC61588对时技术IEC61588是应用于工业控制和测量领域的具有亚微妙级同步功能的精确时钟同步协议。IEC61588的对时过程不依赖于GPS，不易受外界干扰，而是通过网络通信方式，其对时过程包含两步(1)确定网络中提供主时钟的设备；( 通过计算主从时钟偏移量和网络延时修正从设备时钟。文献一《电力变压器综合智能组件》(中国专利申请号201010M3538. 9)披露了一种变压器全景信息的采集和分析装置，将其称为变压器智能组件主IED，相当于人的大脑， 完成变压器信息的采集、分析和状态诊断功能。文献二《高压设备智能化技术导则》中提出的变压器智能化方案将变压器本体的
3测量功能、冷却系统控制功能、有载分接开关控制功能以及非电量保护功能分别由四个独立的装置来实现。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于IlOkV及以上电压等级的型电力变压器智能终端，可实现变压器设备的信息采集就地化、控制网络化、功能集成化、节约成本，同时提高信息的资源共享和标准化。为解决上述技术问题，本实用新型是采取以下的技术方案来实现的一种电力变压器智能终端，包括各功能模件，各功能模件通过位于总线背板上的双CAN网总线与CPU模件连接，其特征在于各智能模件上均设置有DSP处理器和板件地址拨码开关，CPU模件通过装置配置组态模块将带有模件配置信息的文件下装到CPU模件， CPU模件自动识别各功能模件，各模件的数量可根据现场的需求增加或减少。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述各功能模件包括电源模件、人机接口模件、智能小信号直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能开关量采集模件、智能开出模件、智能开入模件、非电量保护功能模件和操作回路模件。前述的电力变压器智能终端，其特征在于实时性要求较高的智能开出模件和非电量保护功能模件单独通过CANB进行信息交互，智能开入模件、智能交流量采集模件、智能小信号直流量采集模件通过CANA与CPU模件进行信息交互。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述电源模件分别与人机接口模件、 CPU模件、智能小信号直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能开关量采集模件、智能开出模件、非电量保护功能模件和操作回路模件相连，支持88VDC 264VDC宽范围输入，输出 5V和24V直流电源，同时提供装置告警和装置闭锁空节点输出信号。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述人机接口模件采用PIC处理器，通过串口通信方式与CPU模件之间进行信息交互，实现LED和液晶显示，键盘操作等功能。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述CPU模件采用支持1588对时的高性能POWERPC处理器，具备10个100M光纤以太网接口用于实现过程层GOOSE通信和1588 网络对时功能，并将带时标的变压器本体信息按照IEC61850标准统一建模，以GOOSE报文方式传给间隔层设备并完成冷却系统智能控制功能。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述智能小信号直流量采集模件与变压器油温、油位、环境温度、湿度传感器相连，采集0-5V或4-20mA直流量信号，实现变压器油温、油位、环境温度、湿度的采集，并将信号通过内部总线传给CPU模件。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述智能交流量采集模件可用于冷却系统风扇和油泵的工作电压和电流信号的采集，实现对其状态监视，并将信号通过内部总线传给CPU模件。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述智能开关量采集模件经光耦隔离， 采集DCllOV或DC220V直流量开关信号，实现风扇开启状态、档位、油流继电器状态等信号采集，并将信号通过内部总线传给CPU模件。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述智能开出模件采用全密封进口继电器，实现冷却系统控制和档位调节控制的继电器输出功能，能通过内部总线接受CPU模
4件发过来的控制命令。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述非电量保护功能模件用于瓦斯继电器信号、压力释放信号、超温信号的采集和跳闸输出功能，并将跳闸信号传送给CPU模件。前述的电力变压器智能终端，其特征在于所述操作回路模件具有一个跳闸输入接点和12个跳闸输出接点，将非电量保护模件的跳闸输出接点接入该模件输入接点，可实现对多个对象的同步跳闸功能。本实用新型首次将与变压器本体相关的所有测量、冷却系统和有载分接开关智能控制和非电量保护功能集中设计，节省设备成本和屏柜安装空间，简化了网络结构，体现了很高的集成度和先进性。按照IEC61850标准与间隔层设备进行信息交互，支持IEC61588 对时功能，其测量、控制和非电量保护功能及模件数量可根据现场需要灵活配置，满足智能变电站建设中变压器设备智能化的需求，同时内部通讯采用双CAN总线方式，保证了网络跳闸的实时性。
图1是本实用新型电力变压器智能终端的整体结构图；图2是本实用新型电力变压器智能终端与变压器智能组件主IED结合实现冷却系统智能控制功能的示意图；图3是本实用新型电力变压器智能终端与变压器智能组件主IED配合实现有载分接开关智能控制功能的示意图；图4是本实用新型电力变压器智能终端非电量保护功能示意图；图5是本实用新型电力变压器智能终端测量功能实现示意具体实施方式
实施例下面是本实用新型的一个优选实施例，包括了采用本实用新型的变压器智能终端、结合其它设备和系统实现变压器智能化的方法。本实用新型的其它特征、目的和优点也可以从实施例的说明和附图中看出。首先介绍本实用新型所述电力变压器智能终端的整体结构，从附图1中可以看到本实用新型所述电力变压器智能终端采用模块化结构，包括了电源模件、人机接口模件、智能小信号直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能开关量采集模件、智能开出模件、智能开入模件、非电量保护功能模件、操作回路模件、CPU模件。CPU模件通过双CAN总线和其它智能模件进行信息交互，对于实时性要求较高的智能开出和非电量保护功能模件单独通过CANB进行信息交互，智能开入模件、智能交流量模件、智能直流量采集模件通过CANA与 CPU模件进行信息交互。各智能模件上设计有地址拨码开关，通过拨码地址和装置配置组态工具方式实现智能模件的自动识别，故各功能模件的数量可灵活配置，现场应用非常灵活， 维护也非常方便。CPU模件支持^IG-B码对时和IEC61588两种对时信号输入，将两种对时信息进行仲裁并解析成报文加秒脉冲(1PP 或分脉冲(IPPM)方式给各智能模件对时，如图1所示。 各智能模件可以第一时间将采集的信息或动作情况打上时标，便于后续的分析和应用。图1中P0W-电源模件，AIM-智能小信号直流量采集模件，BIM-智能开关量采集模件，DLM-智能交流量采集模件，BOT-智能开出模件，FDL-非电量保护功能模件，CDM-操作回路模件。CPU模件设计有10个100M光纤网络接口，均可接入过程层GOOSE网络，也可与保护、测控单元实现点对点的通信。电源模件通过总线背板方式给除了操作回路和人机接口模件外的其它模件提供工作和信号电源。人机接口模件与CPU模件之间采用串行通信方式，实现了非电量信号告警或非电量信号动作等信号的LED显示，以及遥测、遥信、遥控信息的显示、控制和定值整订。图2是智能终端冷却系统智能控制功能实现方式示意图，智能直流量小信号采集模件(AIM)采集4-20mA的油温和环境温度信号，并通过CANA总线将测量信息送给CPU模件，智能交流量采集模件(DLM)采集冷却风扇和油泵的工作状态并通过CANA送给CPU模件，CPU模件通过GOOSE方式接收变压器智能组件主IED获取的主变各侧负荷信息，综合 AIM和DLM采集的上述信息形成变压器冷却系统的控制策略，通过CANB总线发出控制命令实现冷却风扇的自动投切功能。图3是智能终端有载分接开关智能控制功能实现方式示意图，考虑到有载分接开关的控制需要与电容器投切配合，故有载分节开关的智能控制策略需与后台的VQC系统进行信息交互，同时采集三侧电压，在变压器智能组件主IED中形成，将调档命令以GOOSE方式发送给智能终端，智能终端接受到命令后通过CANB总线发给智能开出模件(BOT)，实现档位的调节。图4是智能终端非电量保护功能实现方式示意图，智能非电量功能模件设计有3 组非电量信号输入和跳闸信号输出接口，当非电量个数多于3个时，可配置多块非电量功能模件。非电量功能模件可与操作回路模件配合，将跳闸输出信号接入操作回路模件的重动输入信号，可实现多个对象的同步跳闸功能。同时智能非电量功能模件将动作信号通过内部CANB总线送给CPU模件，CPU模件按照IEC61850标准通过GOOSE方式将信息送给其他设备。图5是智能终端实现测量功能的示意图，AIM模件实现直流量小信号的测量，如油温、绕组温度、环境温度等，BIN模件实现开关量信号的测量，如档位、调压重瓦斯，调压压力释放、冷却器全停、调压油温异常等，DLM模件实现交流量信号的采集，如冷却风扇工作的电压、电流等。各采集模件数量可根据现场的需要增加或减少。各模件将测量信号通过CANA 总线将信息送给CPU模件，CPU模件将信息按照IEC61850标准送给其它设备。本实用新型的智能终端具备以下特点1、将变压器非电量保护功能、本体测量功能、冷却系统智能控制、有载调压控制功能融合设计，功能集成度高，具有10路光口，满足多个对象的接入，采用4U整机箱插件组合式结构，结构紧凑；2、基于GOOSE实时通信技术，按照IEC61850标准进行数据建模和通信，标准化程度高，互操作及互换性好；3、同时支持IEC61588网络对时和^IG-B功能，对时方式灵活，对时精度高；4、硬件和软件均采用模块化设计思想，功能和容量配置灵活，易于扩展和维护，内部通信采用双CAN网总线，满足跳闸等高速实时传送需求；[0043]5、装置抗干扰能力强，可安装在变压器附近的户外柜中。本实用新型按照优选实施例进行了说明，应当理解，但上述实施例不以任何形式限定本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种电力变压器智能终端，包括各功能模件，各功能模件通过位于总线背板上的双 CAN网总线与CPU模件连接，其特征在于各智能模件上均设置有DSP处理器和板件地址拨码开关，CPU模件通过装置配置组态模块将带有模件配置信息的文件下装到CPU模件，CPU 模件自动识别各功能模件。
2.根据权利要求1所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述各功能模件包括电源模件、人机接口模件、智能小信号直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能开关量采集模件、智能开出模件、智能开入模件、非电量保护功能模件和操作回路模件。
3.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于实时性要求较高的智能开出模件和非电量保护功能模件单独通过CANB进行信息交互，智能开入模件、智能交流量采集模件、智能小信号直流量采集模件通过CANA与CPU模件进行信息交互。
4.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述电源模件分别与人机接口模件、CPU模件、智能小信号直流量采集模件、智能交流量采集模件、智能开关量采集模件、智能开出模件、非电量保护功能模件和操作回路模件相连，支持88VDC 264VDC宽范围输入，输出5V和24V直流电源，同时提供装置告警和装置闭锁空节点输出信号。
5.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述人机接口模件采用 PIC处理器，通过串口通信方式与CPU模件之间进行信息交互，实现LED和液晶显示，键盘操作功能。
6.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述CPU模件采用支持 1588对时的高性能POWERPC处理器，具备10个100M光纤以太网接口用于实现过程层GOOSE 通信和1588网络对时功能，并将带时标的变压器本体信息按照IEC61850标准统一建模，以 GOOSE报文方式传给间隔层设备并完成冷却系统智能控制功能。
7.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述智能小信号直流量采集模件与变压器油温、油位、环境温度、湿度传感器相连，采集0-5V或4-20mA直流量信号，实现变压器油温、油位、环境温度、湿度的采集，并将信号通过内部总线传给CPU模件。
8.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述智能交流量采集模件用于冷却系统风扇和油泵的工作电压和电流信号的采集，实现对其状态监视，并将信号通过内部总线传给CPU模件。
9.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述智能开关量采集模件经光耦隔离，采集DCllOV或DC220V直流量开关信号，实现风扇开启状态、档位、油流继电器状态信号采集，并将信号通过内部总线传给CPU模件。
10.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述智能开出模件采用全密封进口继电器，实现冷却系统控制和档位调节控制的继电器输出功能，能通过内部总线接受CPU模件发过来的控制命令。
11.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述非电量保护功能模件用于瓦斯继电器信号、压力释放信号、超温信号的采集和跳闸输出功能，并将跳闸信号传送给CPU模件。
12.根据权利要求2所述的电力变压器智能终端，其特征在于所述操作回路模件具有一个跳闸输入接点和12个跳闸输出接点，将非电量保护模件的跳闸输出接点接入该模件输入接点，可实现对多个对象的同步跳闸功能。
专利摘要本实用新型公开了一种电力变压器智能终端，包括各功能模件，各功能模件通过位于总线背板上的双CAN网总线与CPU模件连接，其特征在于各智能模件上均设置有DSP处理器和板件地址拨码开关，CPU模件通过装置配置组态模块将带有模件配置信息的文件下装到CPU模件，CPU模件自动识别各功能模件。本实用新型将不同传输要求的智能模件分为2类，通过内部双CAN总线与CPU模件连接，实现信息高速实时传输，完成了变压器本体信息采集、冷却系统智能控制、有载分接开关控制和非电量保护功能。
文档编号H02J13/00GK201966697SQ20112009144
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者倪益民, 周斌, 张何, 张斌, 沈健, 黄国方 申请人:国电南瑞科技股份有限公司