WPD-910型母线绝缘监测装置

1、第十二篇 WPD-910型母线绝缘监测装置一、概述WPD-910型母线绝缘监测装置, 针对二段母线 PT 进行监测。 选用 INTEL 公司准 32位单片 机为主 CPU ,具有交流采样法测量、开入量输入、脉冲量输入、控制输出、中央信号及网络通 讯等功能。采用汉化液晶显示、中文菜单操作,调试维护方便。可广泛应用于 110kV 及以下 电压等级变电站。告警功能:二段母线 PT 的失压、断线、接地告警,同时转发中央信号。测控功能 :1可对三个开关进行遥控分合 ;2UA1、 UB1、 UC1、 UAB1、 UBC1、 UCA1、 U01、 F1、 UA2、 UB2、 UC2、 UAB2、 UBC2、

2、 UCA2、 U02、 F2等模拟量的遥测; 3最多 18路遥信开入 采集、装置遥信采集、事故遥信 ;4 开关事故分合次数统计及事件 SOE 等 ;5 最多 4路脉冲输 入。二、装置的特点WPD-910型母线绝缘监测装置 WPD-2000变电站综合自动化系统的内含产品, 其硬件与自动 化系统的其他产品完全相同,只是软件不同,一体化设计,硬件、软件均采用模块化设计, 均采用统一平台,用户只须掌握一种产品就能了解其余产品。1 、硬件采用模块化设计,按照功能分为交流插件、 CPU 插件、开入量电源插件、出口继 电器插件 , 其中交流插件固定在机箱内,其余组成一个自由拔插的整体插件 , 方便了现场的调

3、 试及维护。2 、一体化设计,具有遥测、遥控、遥信功能,可以控制 5个开关, 24路遥信开入,最多 4路遥脉。3 、高集成度设计 ,CPU 板上包含了全部数字电路 , 如 A/D转换、开关量输入、出口继电器 驱动回路、人机接口、通信处理等 , 其核心采用 INTEL 公司的准 32位机作为中央处理机 , 具有速 度快、稳定、可靠的特点,大容量寻址空间,并具有 DSP 功能。 CPU 板上配有大容量 RAM 、 FLAS H MEMORY,信息处理能力强,并设置了高精度的时钟芯片。4 、人性化设计,产品采用全汉化的液晶显示,菜单简单,界面友好,全部定值、事件 报告、各菜单均汉化,使用简单方便。5

4、 、强大的通信处理能力,提供双网结构的现场总线,同时也可选择提供一个以太网接 口,从而満足各种用户的需要。6 、全部信息,包括故障录波信息均掉电不丢失。7 、装置具有体积小,为 19/4英寸机箱。嵌入式安装,功能全,使用范围广,既可就地 安装,又可组屏组柜。具有防尘、防振动功能,适用于环境相对恶劣的现场运行。8 、完善的自检功能,采样精度无需调节,提高了运行稳定性。三、主要技术指标及参数3.1 额定数据1 电源电压 : 220V或 110V(定货请注明 ,交流或直流2 交流电压 : 57.7V或 100V3 频率 : 50Hz3.2交流回路的过载能力1交流电压:连续工作 1.2Un3.3 功耗

5、1直流功耗:正常 <15W跳闸 <20W2交流电压:< 0.5VA/相3.4 主要技术指标1电压元件电压定值:0.2V 120V时间定值:0s 99.99s定值误差 : < 5%2跳合闸电流断路器跳闸电流:0.5A 4A ,现场可整断路器合闸电流:0.5A 4A ,现场可整3遥测量精度电流、电压:0.2级其他 : 0.5级3.5 绝缘耐压性能:符合 IEC255-5, GB/T15145-943.6 抗干扰性能:静电放电 :通过 GB/T 17626.2-1998标准、静电放电抗干扰 4级试验。电磁场辐射干扰:通过 GB/T 17626.3-1998标准、射频电磁场辐射

6、干扰度 3级试验。快速瞬变干扰:装置能承受 GB/T17626。 4-1998标准、电快速瞬变脉冲群抗扰度 4级试验。浪涌抗干扰:通过 GB/T 17626.5-1998标准、浪涌(冲击抗扰度 3级试验。射频场感应的传导骚扰度:通过 GB/T 17626.6-1998标准、射频场感应的传导骚扰度 3级试验。工频磁场抗扰度:通过 GB/T 17626.8-1998标准、工频磁场抗扰度 5级试验。脉冲磁场抗扰度:通过 GB/T 17626.9-1998标准、脉冲磁场抗扰度 5级试验。阻尼振荡磁场抗扰度:通过 GB/T 17626.10-1998标准、阻尼振荡磁场抗扰度 5级试验。振荡波抗扰度:通过

7、 GB/T 17626.12-1998标准、振荡波抗扰度 4级试验。辐射发射限值试验:通过 GB9254-1998标准、辐射发射限值 A 类试验3.7 冲击电压:各输入、输出端子分别对地 , 交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压 回 路之间,能承受 5KV (峰值的标准雷电波冲击检验。3.8 机械性能正常条件:通过级振动响应、冲击响应检验。运输条件:通过级振动耐久、冲击耐久及碰撞检验。3.9 环境条件:a 储存温度:-2570b 工作温度:-2055c 相对湿度:最大不超过 90%d 大气压力 : 80110KPa ,相对海拔高度 2km 以下四、硬件说明本装置采用 19/4英寸机箱

8、,面板为整面板形式,模块化设计,按照功能分从左到右分别 为出口逻辑插件(TRIP 、开入电流插件(POWER 、 CPU 插件(CPU 、交流插件(AC , 前面板 背后还有一块各插件弱电信号连线及控制液晶显示、键盘输入的母板。各插件之间电气原理 的联系图见附图 2。本装置前面板采用整面板、流线型设计,外观整洁大方,包括汉化液晶显示器、信号灯、 橡胶键盘,还包括手动分 /合闸开关、就地 /远方开关。本装置在设计思想上充分考虑了抗干扰性能,在进行瞬变干扰和静电放电试验时,装置 从未发生 CPU 死机,保护不拒动,不误动,其性能远高于同类产品。4. 1 交流插件(AC 交流插件最多可以有 16路交

9、流量,这些交流量经电流、电压互感器变换成装置能用的电 压等级,再经由低通滤波器输入至 A/D转换器, CPU 采集后构成各种保护继电器及计算出各遥 测量,具体如下:UA1、 UB1、 UC1、 U01、 UA2、 UB2、 UC2、 U02。交流插件原理图见附图 1。电压回路由电压互感器组成,输入 100V 时其输出电压为 3V 左右,线性范围为 0.4V-120V 。 4. 2 CPU插件按功能分该插件包括 CPU 系统、通讯部分、模数转换部分、开入量输入接口、出口驱动光 耦、显示器控制。整套装置的数字逻辑均在一块板上,而与外界强电部分没有直接联系,均 经过隔离。由于采用了先进的单片机技术,

10、这种设计将全部弱电回路均放于同一板上,同交流板、 出口板、电源板之间的联系均经过屏蔽,增强了抗干扰能力4. 3 开入电源插件本插件主要包括逆变电源及开入量遥信采集,共提供以下几组电压:a +5V用于 CPUb±5V 用于 A/Dc二路 +24V电源,一路用于驱动继电器,一路作为弱电开入量输入用电源。开入量输入根据用途不同分成两组电压等级, 18路为 +220V电源的强电开入量输入回路, 6路为 +24电源的弱电开入量输入回路 , 其中二路固定为脉冲量输入 , 通过控制字设置最多为 4路脉冲量输入。4. 4 逻辑出口插件包括中央信号继电器、出口继电器、断路器位置继电器等。信号继电器原理

11、图见附图 3, 出口部分原理图见附图 4。a启动继电器装置启动继电器两副常开接点用来提供跳合闸 24V 负电源,只有启动继电器动作后方可 启动跳合闸出口。 又为了增加可靠性, 此负电源经由 GJ 告警继电器的常闭接点, 当装置出现致 命故障后,切断负电源。这就有效地防止了 CPU 故障、跳合闸回路从 CPU 过来的光耦及三极管 击穿造成的误动作。b装置的告警继电器对异常情况而非 CPU 致命的故障直接到 GXJ 告警信号继电器发中央信号, 而对致命的故障 须引到 GJ 告警继电器闭锁跳合闸负电源,且同时转发中央信号。c 中央信号继电器每段母线有三组中央信号,分别为失压、断线、接地。同时还有装置

12、异常、装置电源 消失中央信号d 动作出口继电器装置可以对三个开关进行遥控分合,提供 6对出口接点。五、 原理说明1装置总体设计思想本装置作为一种分散式单元测控装置,从总体设计思想方面作了如下考虑:在结构设计上采用单元式整体结构,具有较高的抗震动性能及抗电气干扰性能。既可以 集中组屏组柜,也可就地安装于开关柜,构成分散式系统。所有这些使得本装置可灵活的运 用于各种现场。在硬件设计上运用了低功耗 A/D、 隔离的模块电源、 高速采样等技术, 以及高性能单片机、 可编程逻辑芯片、高集成看门狗芯片、网络控制器、点阵图形液晶显示模块等数字电子技术, 此外在所有的接口处理上也尽量采用了较新的和比较可靠的技

13、术。所有这些使得本装置具有 较高的性能价格比。在软件上,采用了实时多任务操作系统用于实现各个采集控制等任务的调度管理,这样 不仅提高了软件的运行可靠性,也具有更好的扩展性。硬件配置方案如下:中央处理器 :80C296SA-50主 频 :50 MHz程序存储器 :256K byte数据存储器 :1M byte参数存储器 :04K byte液晶显示器 :128*64点阵液晶显示器模数转换器 :MAX125 14bit、 4us模入通道数 :16路交流量输入开入通道数 :最多 18路开入量输入开出通道数 :03路双位置 (分 /合 控制输出脉冲通道数 :最多 4路电度脉冲输入开 入量输入配置 16路

14、,可通过参数设置将最后 2路调整为脉冲量输入,使得本装置具有 18路开入量输入及 4路脉冲量输入。控制输出容量为 3路双位置 (分 /合 控制输出。数据通讯采用高可靠性的控制局域网,显 示界面采用汉化液晶显示。2 装置软件原理说明本装置采用了以实时多任务操作系统(RTOS 为核心的软件结构,装置软件主要包括实 时多任务管理程序、监控程序和各类应用程序。主要程序如下:实时多任务管理程序作为软件的核心部分,对各项任务进行调度管理,保证任务的实时响应和协调运行。 面板监控程序面板监控程序利用面板按钮及液晶显示器,实现强大的软件功能。通过中文菜单选择, 可以显示遥测数据、开关量状态、脉冲计数值、实时时

15、钟及运行参数,还可以实现在线设置 运行参数、修正实时时钟以及遥控试验等测试功能。终端监控程序终端监控程序具有强大的软件功能,不仅可以得到数据实时显示,还可以实现在线读写 内存及 I/O端口,在线读写参数存储器,修改实时时钟及遥控试验等测试功能。高速模拟量采集及计算程序:针对每周期 48点的交流采样,程序要进行大量的数据计算,为了保证任务实时处理,软 件在采样时序逻辑,采样数据的分析计算上进行了深入的考虑。开入量采集及处理程序:开入量输入的防抖动处理一直是不少技术人员比较棘手的问题。 对此我们经过反复考虑, 在软件采用了独特的算法,很好地解决了这个问题。做到既滤除了开入的抖动过程,又正确 记录了

16、动作时间。脉冲量采集及处理程序:脉冲量输入及处理程序对脉冲跳变毛刺抖动处理采用了独特的滤波算法。做到有效滤除 了脉冲的毛刺,脉冲计数准确可靠。控制命令接收与输出程序:该程序接收来自网络通信程序及监控程序控制命令,配合硬件逻辑回路,完成对断路器、 电动刀闸、主变压器分接头等设备的控制。通过参数设置可选择跳闸脉冲及合闸脉冲的宽度。 网络通信管理程序:网络通信管理程序主要实现 RS485网络组网功能,使得本装置节点都可与网上其他装置 节点进行数据交换,本装置数据信息定时主动向网上主节点报告。自诊断、自恢复程序:为 了保证程序正常运转,程序中设置了自诊断、自恢复模块。在程序受干扰时,能及时 诊断并结合

17、硬件复位电路恢复程序正常运行。3 主处理板原理说明本装置主处理板有以下几个主要部分组成:基本微机系统网络通讯电路高速采样电路开入接口电路开出接口电路显示接口电路调试维护接口基本微机系统包括单片微机 INTEL80C296SA-50、程序存储器 FLASH MEMORY 、数据存储器 RAM 、参数存储器 RAM 、地址译码器、看门狗电路及实时时钟电路。在本装置的 CPU 系统中, 选用 50MHz 的晶振。网络通讯电路包括网络通讯控制器、高速光偶隔离电路、网络通讯接口等组成,最后通 过连接器 NT 将网络通讯线引至装置背后端子上。开出接口电路主要由一片可编程逻辑芯片控制光藕以驱动出口继电器,完

18、成五路双位置 (分 /合 控制输出,可用于控制断路器 /电动刀闸的分 /合控制或主变分接头的升 /降调节。 显示接口电路通过地址译码器及读写控制信号的配合, 实现对液晶显示接口模块的控制。 调试维护接口由一个单一电源的简易 RS232接口构成,用于连接一个字符终端,方便调 试维护, RS232接口通过连接器 JK 引出。4 交流信号输入板说明本装置交流信号输入板由交流互感器组成:每个交流互感器采用高精度互感器, 要求原边与付边相位差小于 0.05°, 0-120%范围内 线性度高于 0.1%。在本装置中交流通道校准比例为:电压信号 100V/2.90V5 开入量 /脉冲量输入板本装置

19、开入量 /脉冲量输入板由下列几个部分组成:开入量输入电路脉冲量输入电路装置的供电电源开入量输入电路共 18路,主要由限流电阻、门槛电压二极管、保护二极管、光电隔离耦 合器及开入辅助电源等组成。开入量输入辅助电源为本装置提供的 220V 、 24V 两组直流电源。 开入量输入信号的扫描时间间隔为 2ms ,分辩率指标为 5ms 。脉冲量输入电路共 4路,主要由限流电阻、门槛电压二极管、保护二极管、光电隔离耦 合器、脉冲整形电路等组成。脉冲量输入信号通过 HIS.1及 HIS.2引脚输入。装置的供电电源为一个开关电源模块,安装于本板上。开关电源输入电压为交流或直流 220V ,共四组输出 5V2A

20、 、±5V0.2A 、两路 24V0.2A ,在电源模块的输入端加装一个 EMI 滤波 器以抗电气干扰。本装置对于开入量输入的处理方法是 CPU 每两毫秒扫描开入量状态。 发现开入量发生变位, 则立即对变位进行处理。 在事件顺序记录 (SOE 的处理上, 采用 SOE 记录附加流水号的登记方 式,当主节点新得到的 SOE 流水号与上一 SOE 的流水号不是连续时,则按流水号重新读取丢失 的 SOE 信息, 从而保证不丢失 SOE 信息。事件顺序记录 (SOE 缓冲区最多可容 64条 SOE 信息。 电能计数采用脉冲计数方式,分为两种形式:1 从 HIS.1及 HIS.2引脚输入的脉冲

21、, 正跳变及负跳变均产生中断, 通过判断脉冲宽度实现对 毛刺的滤除,以达到正确计数的目的。2 从开入量输入回路引入的脉冲, 软件以一定的时间间隔对脉冲量输入进行扫描, 采取与开入 量输入相同的滤波方式,这样可以可靠地滤掉毛刺信号,使得计数准确。所以现场脉冲输入信 号必须保持大于 40ms 的脉宽。另外现场脉冲输入电平定义为:高电平为 1224 V,低电平 1 V。本装置共 16路开入量输入及 2路脉冲量输入。其中最后 2路开入量输入可定义为开入量或 脉冲量,通过参数设置来确定。若将最后 2路开入量输入设定为脉冲量输入,则本装置共有 16路开入量输入及 4路脉冲量输入。6 控制输出板原理说明本装

22、置控制输出板由下列几个部分组成:控制输出逻辑回路光电隔离耦合驱动器控制出口继电器返送校核逻辑回路控制输出逻辑回路由 1片可编程逻辑芯片组成,通过光电隔离耦合驱动器驱动六路继电 器, 此六路继电器可以控制 3个开关的分合闸操作。 另外还有 1个执行继电器, 1个板内使能 继电器,控制上述 3个继电器的工作电源。遥控执行脉冲宽度可通过参数设定,一般情况下,跳闸脉冲为 400ms ,合闸脉冲为 800ms 。 遥控命令发出后,立即检查其正确性,一旦发生异常,立刻撤消此次命令,报告遥控失败。若 本装置收到遥控选择报文并启动相关继电器后,一段时间内没有收到遥控执行报文,则自动撤 消本次遥控操作。 这一时

23、间通常为 10秒左右。 若在遥控操作过程中发生遥信变位, 本装置也将 自动撤消本次遥控操作。所有这些保证了本装置遥控输出的高可靠性。7 母板 /液晶面板原理说明本装置将连接各个功能插板用的母板与液晶显示面板合二为一,该板主要由下列几个部 分组成:主处理板连接插座开入开出连接插座交流信号连接插座点阵液晶显示器操作键盘接口发光管指示灯主处理板连接插座及开入开出连接插座均为 64芯,交流信号连接插座为 32芯,其引脚 定义前面已有说明,这里不在重复。点阵液晶显示器采用 128*64点阵显示器。液晶显示可以图形方式,字符方式及图形和字符合成方式进行显示,还可以实现字符方式下的特征显示。为了提供更好的人

24、机界面,我们 在装置上提供具有中文及图形显示的调试界面。这样通过中文调试菜单的选择,使现场测试 变得更简洁、明了。操作键盘接口由 P0口构成,用于暂存按键状态码。按键使用方发详见面板操作说明。 六、定值表 KG1控制字只用了 D0位, D0为 0开入量 21、 22为遥信量, D0为 1开入量 21、 22为脉冲电度输入。七、装置的接线说明1、模拟量输入端子交流量的引入从后盖板的 X1、 X2端子引入,订货时一定要注明额定参数。本装 置电流额定输入有两种:5A 或 1A ,电压额定值固定为 100V 。交流板的输入最多可以达到 16路,装置的接线端子图见附图。电压互感器 AC1、 AC2、 A

25、C3,型号 DISTV100, L1接 X1.1,L4接 X2.1,L2接 X1.2 LX1.2接 X2.2,L3接 X1.3,LX2.2接 X2.3.电压互感器 AC4,型号 DISTV100, AC4.1接线 X1.4,AC4.2接 X2.4电压互感器 AC5,型号 DISTV100, AC5.1接 X1.5,AC5.2接 X2.5电压互感器 AC6,型号 DISTV100, AC6.1接 X1.6,AC6.2接 X2.6电压互感器 AC7,型号 DISTV100, AC7.1接 X1.7,AC7.2接 X2.7电压互感器 AC8,型号 DISTV100, AC8.1接 X1.8,AC8.

26、2接 X2.82、 电源开入量输入端子X3、 X4号端子为电源输入、开入量输入、通信用端子。2.1 电源端子:装置正电源接 X3.1号端子,负电源接 X3.2号端子,有两种规格:220V 和 110V , 订货时须指明。如为交流电源,则没有极性。 3、 信号及出口端子X5、 X6号端子为信号及出口端子,为 24芯凤凰端子。3.1 信号:装置经出口板上的小密封继电器提供各种中央信号及指示信号, X5.3-X5.5号端子为中央 信号部分。 X5.5号端子为中央信号的正电源,其余为中央信号。 用正确的电源加到各开入量端子,这时液晶会显示出报告,并指明是哪个开入量有变 化,注意接通时间 0.2s 以上。8.2.4 零漂检查将装置切换到调试状态,用通道菜单检查各通道的值,平均值即为零漂。8.2.5 电流电压刻度检查 a 将装置切换到调试位置。b 将电压回路并联,通入额定电压,要求并入 0.5级以下电压表。c 用“通道”菜单看各量的幅值,应与实际值相符。8.2.6 完成上述检查后,将装置处于调试状态,输入