專利名稱：變電站綜合自動化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)中的一種變電站綜合自動化裝置，特別適用于電力系統(tǒng)中110KV以下電壓等級的變電站、開閉所、箱式變電站作自動監(jiān)控、保護和提高供電質(zhì)量及可靠性的自動控制操作設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，在常規(guī)變電站中，其繼電保護、中央信號系統(tǒng)、變送器、遠動及故障錄波裝置等所有二次設(shè)備都是采用傳統(tǒng)的分立式設(shè)備，且站內(nèi)配置有大量控制、保護、計量用屏盤。使設(shè)備設(shè)置復(fù)雜、重復(fù)、占地面積大，日常維護管理工作繁重。這種常規(guī)變電站的一個致命弱點是不具有自診斷能力，對二次系統(tǒng)本身的故障無法檢測。為了預(yù)防這種故障，需要頻繁地定期進行各種試驗和調(diào)試，而一旦出現(xiàn)了所料未及的設(shè)備故障，便會給整個變電站的運行帶來災(zāi)難性的后果。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種采用中央處理器模塊完成集保護、控制、電能采集、儀表、信號、監(jiān)測及遠動等功能為一體的變電站綜合自動化裝置，并且本實用新型還具有電路簡單、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、運行可靠、操作維護方便等特點。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它由電流互感器1至6、電壓互感器7至9、低通濾波器10、A/D模數(shù)變換器11、中央處理器12、光電耦合器13、鍵盤14、漢字液晶器15、電源16組成的變電站綜合自動化裝置，其中電流互感器1至3各入端1、2腳分別外接三相保護電流入端口IA、IB、IC端口，電流互感器4至6各入端1、2腳分別外接三相測量電流入端口Ia、Ib、Ic端口，電壓互感器7至9分別外接三相測量電壓入端口Ua、Ub、Uc端口，電流互感器1至6和電壓互感器7至9各出端3腳分別與低通濾波器10各入端1至9腳連接，低通濾波器10出端10腳串接A/D模數(shù)變換器11后與中央處理器12入端口1連接、中央處理器12入端口2與鍵盤14連接、入端口3與漢字液晶器15連接、出入端口4與外接通信接口器B端口連接、出端口5串接光電耦合器13后與外接出口繼電器C端口連接、入端口6串接光電耦合器13后與外接開關(guān)量入端口A連接，電源16出端口+V、-V電壓端與各部件相應(yīng)電源端連接。
本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)本實用新型A/D模數(shù)變換器11由信號放大器17至19、采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器20至22、驅(qū)動器23、24構(gòu)成，其中信號放大器17至19各入端3、5、10、12腳分別與低通濾波器10出端并接、各入端1、7、8、14腳分別與各自2、6、9、13腳并接后再與采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器20至22各1、2、27、28腳并接、各4、11腳分別與電源16出端+V、-V電壓端并接；采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器20至22各10至13腳、各15至22腳相互并接、各10腳再與驅(qū)動器23入端8、11、13、15、17腳并接、各11、12、13腳再與驅(qū)動器23入端6、4、2腳并接、各15至22腳再與驅(qū)動器24入端17、15、13、11、8、6、4、2腳并接，采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器20至22各入端8、26腳與電源16出端-V電壓端并接、各入端3、9腳與電源16出端+V電壓端并接、各24、25腳相互并接、各14、23腳與地端并接，電容C49、C53、C1一端分別與各26腳并接，另一端與地端并接；電容C45、C51、C6一端分別與各自9腳并接、另一端與地端并接，電容C48、C50、C54一端分別與各自3腳并接、另一端與地端并接，驅(qū)動器23、24各出端3、5、7、9、12、14、16、18腳相互并接后再與中央處理器12入端各腳連接，各入端1、19腳與電源16出端+V電壓端連接、各入端20腳與地端連接。
本實用新型中央處理器12由通信集成塊25、異或門集成塊26至28、微處理器芯片29構(gòu)成，光電耦合器13由擴展并口集成塊30、31、光電耦合集成塊32、33、34構(gòu)成，其中通信集成塊25入端23、25腳外接通信接口器B端口、入端15腳串接電阻R4后與入端24腳并接、入端19、22腳并接后再串接電阻R7后與入端18、26腳并接、入端17、21腳并接后再串接電阻R6后與入端18、26腳并接、入端1、2、8、10、14腳與電源16出端+V電壓端并接、電容C3、C52一端與異或門26入端5腳、電阻R13一端并接、入端5、7、12腳與電容C3、C52另一端、異或門27入端10腳、異或門28入端1腳及地端并接、入端13腳與電阻R13另一端及異或門26入端4腳并接、入端11腳串接電阻R12后與異或門27出端8腳連接、入端9腳串接電阻R8后與異或門28出端3腳連接，異或門26出端5腳與微處理器芯片29入端17腳連接，異或門28入端2腳與微處理器芯片29出端18腳連接，異或門27入端9腳與微處理器芯片29出端29腳連接，微處理器芯片29各入端4至10腳、44腳并接后再串接電阻R9后與電源16出端+V電壓端連接、各入端2、3、12、14、36、64、68腳與地端并接、入端66腳與晶體G1一端、電容C44一端并接、入端67腳與晶體G1另一端、電容C13一端并接、入端1、13、37腳與電阻R22、二極管D1負(fù)極及電源16出端+V電壓端并接，電阻R22一端、二極管D1正極與電阻R22另一端、電容C2一端連接，電容C2、C14、C13另一端并接地端，微處理器芯片29各入端53至60腳分別與擴展并口集成塊30、31各入端30至33腳、35至38腳并接、各入端45至52腳與鍵盤14各腳并接、各入端19至23、30至32、42腳與漢字液晶器15各腳連接，擴展并口集成塊30入端1、12、23、34、39腳并接地端、入端2至5腳分別與電阻排RP5入端5、4、3、2腳和光電耦合集成塊32入端10、12、14、16腳并接，電阻排RP5入端1腳與其另一端并接后再與電源16出端+V電壓端連接，光電耦合集成塊32入端9、11、13、15腳并接地端、入端7、5、3、1腳分別與二極管D11、D4至D6負(fù)極、電容C26至C29一端及電阻R50至R53一端并接、入端8、6、4、2腳與二極管D11、D4至D6正極、電容C26至C29另一端和電阻R37、R43至R45一端并接，二極管D11、D4至D6正極與電源16出端-V電壓端連接，電阻R50至R53另一端分別與電阻R37、R43至R45另一端并接后再與外接開關(guān)量入端口A連接；擴展并口集成塊31入端39腳接地端、入端11、13至15腳分別與光電耦合集成塊33入端8、6、4、2腳連接、入端16至19腳分別與光電耦合集成塊34入端2、4、6、8腳連接，光電耦合集成33入端1、3、5、7腳分別與電阻排RP9入端6至9腳連接，光電耦合集成塊34入端1、3、5、7腳與電阻腓RP9入端2至5腳連接，電阻排RP9入端1腳與電阻排RP9各另一端并接后與電源16出端+V電壓端連接，光電耦合集成塊33、34各入端10、12、14、16腳并接、各入端9、11、13、15腳一路直接與外接出口繼電器C端口連接、另一路各腳分別串接電阻R3、R15、R21、R24、R26至R29后與外接出口繼電器C端口連接。
本實用新型相比背景技術(shù)有如下優(yōu)點1、本實用新型采用中央處理器模塊12采集三相電源測量數(shù)據(jù)及處理，可以完成集保護、控制、電能采集、儀表、信號、監(jiān)測及遠動等功能為一體的變電站自動化操作。
2、本實用新型采用A/D模數(shù)變換器11和數(shù)字濾波器10，具有電路簡單、精度高、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、運行可靠等優(yōu)點。
3、本實用新型采用鍵盤14操作控制和漢字液晶器15指示，具有操作維護方便、各項功能指示直觀的優(yōu)點，同時具有完善的自檢功能，可靈活的組合及配置，適應(yīng)不同用戶需求。


圖1是本實用新型的原理方框圖。
圖2是本實用新型的A/D模數(shù)變換器11的電原理圖。
圖3是本實用新型中央處理器12、光電耦合器13的電原理圖。
具體實施方式
參照圖1至圖3，本實用新型由電流互感器1至6、電壓互感器7至9、低通濾波器10、A/D模數(shù)變換器11、中央處理器12、光電耦合器13、鍵盤14、漢字液晶器15、電源16組成。其中電流互感器1至3組初級線圈分別外接三相電源A、B、C三相保護電流入端IA、IB、IC端口，電流互感器4至6各組初級線圈分別外接三相電源A、B、C三相測量電流入端Ia、Ib、Ic端口，電壓互感器7至9各組初級線圈分別外接三相電源A、B、C三相測量電壓入端Ua、Ub、Uc端口，電流互感器1至6、電壓互感器7至9各組次級線圈分別與低通濾波器10各入端1至9腳連接。其作用采集變電站提供外接三相電源的測量電流及測量電壓，低通濾波器10作用對輸入的各相電流、電壓信號進行濾波，濾除高次諧波雜波，改善提高輸入信號質(zhì)量，輸入A/D模數(shù)變換器11把模擬信號轉(zhuǎn)換為中央處理器12處理的數(shù)字信號。實施例電流互感器1至6、電壓互感器7至9采用市售通用的變壓器式互感器制作，低通濾波器10采用市售通用的多級數(shù)字濾波器制作。
本實用新型A/D模數(shù)變換器11作用是把經(jīng)低通濾波器10輸入的各組三相保護電流、各組三相測量電流、各組三相測量電壓分別把模擬信號變換為數(shù)字信號。它由信號放大器17至19、采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器20至22、驅(qū)動器23、24組成。圖2是本實用新型A/D模數(shù)變換器11實施例的電原理接線圖，并按其連接線路。信號放大器17至19、采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器20至22分別構(gòu)成三路放大、采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，對保護及測量電流、電壓進行放大后，再進行采樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號輸入驅(qū)動器23、24，驅(qū)動輸入中央處理器11進行信號處理，實施例信號放大器17至19采用市售TL084CN型放大集成器件制作，采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器20至22采用市售AD7874型模數(shù)轉(zhuǎn)換集成器件制作，驅(qū)動器23、24采用市售74LS244型驅(qū)動集成器件制作。
本實用新型中央處理器12作用是對輸入的各測量信號、采集開入量信號后進行數(shù)據(jù)處理輸出開出量，控制外接繼電器達到集保護、控制、電能采集、儀表、信號、監(jiān)測及遠動等功能。光電耦合器13的作用是進行信號隔離。中央處理器12由通信集成塊20、異或門集成塊26至28、微處理器芯片29組成，光電耦合器13由擴展并口集成塊30、31、光電耦合集成塊32、33、34組成。圖3是本實用新型中央處理器12、光電耦合器13實施例的電原理接線圖，并按其連接線路。通信集成塊20作用是與外接通信接口器B端口連接，完成整個測量控制中的通信作用。異或門集成塊26至28作用是完成通信信號的驅(qū)動控制作用，微處理器芯片29作用是實現(xiàn)整個操作控制，將采集到的開入量信號與采樣數(shù)字信號進行邏輯判斷實現(xiàn)過流保護、低周減載、重合閘、過欠壓保護、過負(fù)荷保護、接地選線等功能。實施例通信集成塊20采用市售1480型、規(guī)格為RS485通信接口制作。異或門集成塊26至28采用市售7486型異或集成塊制作。微處理器芯片29采用市售16位80C196KC型CPU芯片制作。微處理器芯片29的操作、控制通過外接鍵盤14輸入，各種功能的處理結(jié)果由漢字液晶器15屏幕顯示，實施例鍵盤14采用市售通用的微電腦鍵盤制作。漢字液晶器15采用市售MGLS12864TC型、規(guī)格為128×64漢化液晶器制作。
本實用新型光電耦合器13中的擴展并口集成塊30作用是采集外部電源控制的開入量輸入微處理器芯片29，擴展并口集成塊31的作用是經(jīng)微處理芯片29處理后的電源控制開入量由擴展并口集成塊31輸出控制開出量。光電耦合集成塊32、33、34作用是將外部電源控制開入量和控制外部繼電器的開出量與擴展并口集成塊30、31進行隔離，實施例擴展并口集成塊30、31采用市售8255型擴展并口集成電路制作，光電耦合器32、33、34采用市售521-4型光電耦合集成電路制作。
本實用新型電源16作用是提供整個電路的直流工作電壓，實施例采用市售通用集成穩(wěn)壓直流電源制作，其輸出+V電壓為+5V，輸出-V電壓為-5V。本實用新型電路中采用的二極管均為市售通用的LN4007型二極管，其作用是抗干擾，采用的電阻排RP器件、電阻R器件、電容C器件均為市售通用的相應(yīng)器件。
本實用新型簡要工作原理如下外部三相輸入電流IA、IB、IC、三相測量電流Ia、Ib、Ic、三相測量電壓Ua、Ub、Uc輸入電流電壓互感器后，經(jīng)電流電壓互感器隔離變換后輸入低通濾波器10，經(jīng)低通濾波器10濾波后輸入A/D模數(shù)變換器11把各電流電壓模擬信號變換成數(shù)字信號輸入中央處理器12；外接電源控制開入量，經(jīng)光電耦合器13隔離后輸入擴展并口集成塊30，將采集開入量輸入中央處理器12，中央處理器12將采集到的開入量和采樣數(shù)字信號進行邏輯判斷實現(xiàn)過流保護、低周減載、重合閘、過欠壓保護、過負(fù)荷保護、接地選線功能，處理結(jié)果由漢字液晶器15顯示，同時中央處理器12經(jīng)擴展并口集成塊31輸出開出量，經(jīng)光電耦合器13隔離后轉(zhuǎn)化為控制信號、控制外接出口繼電器工作，整個操作指令信號由鍵盤14輸入。
本實用新型安裝結(jié)構(gòu)如下把本實用新型圖1至圖3中的低通濾波器10、A/D模數(shù)變換器11、中央處理器12、電源16中所有電路元器件分別安裝在2塊長×寬為100×200mm印制板上，然后把電流互感器1至6、電壓互感器7至9及2塊印制板安裝在一個尺寸寬×高×深為400×187×400mm的機箱內(nèi)，在機箱前面板上安裝漢字液晶器15，在機箱前側(cè)平臺上安裝鍵盤14，機箱的后面板上安裝各電流、電壓互感器入端接線電纜插座、各電源控制開入量的接口A端、開出量與外接出口繼電器接口C端、通信接口B端的接線電纜插座、電源輸入插座，組裝成本實用新型。
權(quán)利要求1.一種由電流互感器(1)至(6)、電壓互感器(7)至(9)、低通濾波器(10)、鍵盤(14)、漢字液晶器(15)、電源(16)組成的變電站綜合自動化裝置，其特征在于還有A/D模數(shù)變換器(11)、中央處理器(12)、光電耦合器(13)組成，其中電流互感器(1)至(3)各入端1、2腳分別外接三相保護電流入端口IA、IB、IC端口，電流互感器(4)至(6)各入端1、2腳分別外接三相測量電流入端口Ia、Ib、Ic端口，電壓互感器(7)至(9)分別外接三相測量電壓入端口Ua、Ub、Uc端口，電流互感器(1)至(6)和電壓互感器(7)至(9)各出端3腳分別與低通濾波器(10)各入端1至9腳連接，低通濾波器(10)出端10腳串接A/D模數(shù)變換器(11)后與中央處理器(12)入端口1連接、中央處理器(12)入端口2與鍵盤(14)連接、入端口3與漢字液晶器(15)連接、出入端口4與外接通信接口器B端口連接、出端口5串接光電耦合器(13)后與外接出口繼電器C端口連接、入端口6串接光電耦合器(13)后與外接開關(guān)量入端口A連接，電源(16)出端口+V、-V電壓端與各部件相應(yīng)電源端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站綜合自動化裝置，其特征在于A/D模數(shù)變換器(11)由信號放大器(17)至(19)、采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器(20)至(22)、驅(qū)動器(23)、(24)構(gòu)成，其中信號放大器(17)至(19)各入端3、5、10、12腳分別與低通濾波器(10)出端并接、各入端1、7、8、14腳分別與各自2、6、9、13腳并接后再與采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器(20)至(22)各1、2、27、28腳并接、各4、11腳分別與電源(16)出端+V、-V電壓端并接；采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器(20)至(22)各10至13腳、各15至22腳相互并接、各10腳再與驅(qū)動器(23)入端8、11、13、15、17腳并接、各11、12、13腳再與驅(qū)動器(23)入端6、4、2腳并接、各15至22腳再與驅(qū)動器(24)入端17、15、13、11、8、6、4、2腳并接，采樣保持/模數(shù)轉(zhuǎn)換器(20)至(22)各入端8、26腳與電源(16)出端-V電壓端并接、各入端3、9腳與電源(16)出端+V電壓端并接、各24、25腳相互并接、各14、23腳與地端并接，電容C49、C53、C1一端分別與各26腳并接，另一端與地端并接；電容C45、C51、C6一端分別與各自9腳并接、另一端與地端并接，電容C48、C50、C54一端分別與各自3腳并接、另一端與地端并接，驅(qū)動器(23)、(24)各出端3、5、7、9、12、14、16、18腳相互并接后再與中央處理器(12)入端各腳連接，各入端1、19腳與電源(16)出端+V電壓端連接、各入端20腳與地端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變電站綜合自動化裝置，其特征在于中央處理器(12)由通信集成塊(25)、異或門集成塊(26)至(28)、微處理器芯片(29)構(gòu)成，光電耦合器(13)由擴展并口集成塊(30)、(31)、光電耦合集成塊(32)、(33)、(34)構(gòu)成，其中通信集成塊(25)入端23、25腳外接通信接口器B端口、入端15腳串接電阻R4后與入端24腳并接、入端19、22腳并接后再串接電阻R7后與入端18、26腳并接、入端17、21腳并接后再串接電阻R6后與入端18、26腳并接、入端1、2、8、10、14腳與電源(16)出端+V電壓端并接、電容C3、C52一端與異或門(26)入端5腳、電阻R13一端并接、入端5、7、12腳與電容C3、C52另一端、異或門(27)入端10腳、異或門(28)入端1腳及地端并接、入端13腳與電阻R13另一端及異或門(26)入端4腳并接、入端11腳串接電阻R12后與異或門(27)出端8腳連接、入端9腳串接電阻R8后與異或門(28)出端3腳連接，異或門(26)出端5腳與微處理器芯片(29)入端17腳連接，異或門(28)入端2腳與微處理器芯片(29)出端18腳連接，異或門(27)入端9腳與微處理器芯片(29)出端29腳連接，微處理器芯片(29)各入端4至10腳、44腳并接后再串接電阻R9后與電源(16)出端+V電壓端連接、各入端2、3、12、14、36、64、68腳與地端并接、入端66腳與晶體G1一端、電容C14一端并接、入端67腳與晶體G1另一端、電容C13一端并接、入端1、13、37腳與電阻R22、二極管D1負(fù)極及電源(16)出端+V電壓端并接，電阻R22一端、二極管D1正極與電阻R22另一端、電容C2一端連接，電容C2、C14、C13另一端并接地端，微處理器芯片(29)各入端53至60腳分別與擴展并口集成塊(30)、(31)各入端30至33腳、35至38腳并接、各入端45至52腳與鍵盤(14)各腳并接、各入端19至23、30至32、42腳與漢字液晶器(15)各腳連接，擴展并口集成塊(30)入端1、12、23、34、39腳并接地端、入端2至5腳分別與電阻排RP5入端5、4、3、2腳和光電耦合集成塊(32)入端10、12、14、16腳并接，電阻排RP5入端1腳與其另一端并接后再與電源(16)出端+V電壓端連接，光電耦合集成塊(32)入端9、11、13、15腳并接地端、入端7、5、3、1腳分別與二極管D11、D4至D6負(fù)極、電容C26至C29一端及電阻R50至R53一端并接、入端8、6、4、2腳與二極管D11、D4至D6正極、電容C26至C29另一端和電阻R37、R43至R45一端并接，二極管D11、D4至D6正極與電源(16)出端-V電壓端連接，電阻R50至R53另一端分別與電阻R37、R43至R45另一端并接后再與外接開關(guān)量入端口A連接；擴展并口集成塊(31)入端39腳接地端、入端11、13至15腳分別與光電耦合集成塊(33)入端8、6、4、2腳連接、入端16至19腳分別與光電耦合集成塊(34)入端2、4、6、8腳連接，光電耦合集成(33)入端1、3、5、7腳分別與電阻排RP9入端6至9腳連接，光電耦合集成塊(34)入端1、3、5、7腳與電阻腓RP9入端2至5腳連接，電阻排RP9入端1腳與電阻排RP9各另一端并接后與電源(16)出端+V電壓端連接，光電耦合集成塊(33)、(34)各入端10、12、14、16腳并接、各入端9、11、13、15腳一路直接與外接出口繼電器C端口連接、另一路各腳分別串接電阻R3、R15、R21、R24、R26至R29后與外接出口繼電器C端口連接。
專利摘要本實用新型公開了一種變電站綜合自動化裝置，它涉及電力系統(tǒng)中控制、保護、監(jiān)測等功能一體化自動控制設(shè)備。它由電流電壓互感器、低通濾波器、A/D模數(shù)變換器、中央處理器、光電耦合器、鍵盤、漢字液晶器、電源等部件組成。它把外部保護測量電壓、電流量經(jīng)互感器、模數(shù)變換后輸入中央處理器，同時把外部電控制開入量經(jīng)光電耦合器輸入中央處理器，進行邏輯判斷處理后實現(xiàn)過流保護、低周減載、重合閘、過欠壓保護、過負(fù)荷保護等功能控制。本實用新型還具有電路簡單、性能穩(wěn)定、運行可靠、操作維護方便等特點，適合在電力系統(tǒng)變電站、開閉所等完成保護、控制監(jiān)測等功能。
文檔編號H02H7/00GK2638311SQ03275749
公開日2004年9月1日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者胡長金, 曾祥暉, 蔡德義, 劉勇, 劉繼志 申請人:河北冀能科技電力自動化設(shè)備有限公司