一種變電站微機綜合保護測控裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種變電站微機綜合保護測控裝置，其特征在于：所述的測控裝置包括微處理器通過SPI接口連接計量芯片，計量芯片連接測量數據采集單元采集的交流電壓、電流、頻率、功率因數并且計算好的電量作為精度較高的測量數據值送入人機界面顯示單元，并同時實時刷新存儲存入數據存儲單元；微處理器通過保護電量數據采集單元采集模擬電壓、電流作為參考保護數據，與測量數據對比后控制繼電器輸出單元輸出，對電器設備進行切斷或報警。本實用新型的優點在于：1、結構設計精巧，硬件設計簡單，成本低。2、彩色液晶人性化顯示：模塊化菜單，圖片式集成信息，文式信息文檔，表格化參數設置、瀏覽信息簡單，易操作，查看一目了然。
【專利說明】
-種變電站微機綜合保護測控裝置
技術領域
[0001] 本實用新型設及中高低壓變電站的監測監控領域，特別設及一種變電站微機綜合 保護測控裝置。
【背景技術】
[0002] 目前，電力已經成為社會生產和日常生活中越來越重要的一部分，隨著科技的日 益發展，社會的進步，電力系統的自動化、多功能化、智能化、和人性化程度也在不斷的曰趨 完善，而電力開關設備上應用的智能自動化綜合保護系統，對電力開關設備的正常運行起 到了至關重要的作用。在自動化變電站及配電網中，電網的安全使用及智能，人性化無人操 作越來越受到關注，使用技術要求程度越來越高。
[0003] 而W往的變電站自動化微機綜合保護中，裝置設計結構體積較大，占取開關柜面 積大;結構設計復雜，二次接線繁瑣，不易維護，中低壓系統中趨勢要求簡而實用;產品的裝 置各個模塊功能整合比較的粗糖，設計架構不盡人性化，使用成本過高、使用不易操作等缺 點。同時隨著中國經濟快速的發展，中國居民居住條件的改善，房地產的日行月起，像居民 小區類似的中低壓小型變電站需求越來越多，不需要過多冗余的資源，現有的保護系統已 滿足不了低壓變電站的實際需求。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種變電站微機綜合保護測控裝置，W 較低的成本應用于各種工程中低壓變電站等配電系統。
[0005] 為達到上述目的，本實用新型的技術方案是，一種變電站微機綜合保護測控裝置， 其特征在于:所述的測控裝置包括微處理器通過SPI接口連接計量忍片，計量忍片連接測 量數據采集單元采集的交流電壓、電流、頻率、功率因數并且計算好的電量作為精度較高的 測量數據值送入人機界面顯示單元，并同時實時刷新存儲存入數據存儲單元;微處理器通 過保護電量數據采集單元采集模擬電壓、電流作為參考保護數據，與測量數據對比后控制 繼電器輸出單元輸出，對電器設備進行切斷或報警。
[0006] 所述的微處理器連接時鐘忍片，采集時間信息作為整個裝置的系統時間。
[0007] 所述的數據存儲單元用來保存參數設置、開關量狀態改變、過流、過壓等各種保 護、故障濾波、系統故障檢測等各種事件及發生時間點，電度累加的所有段累計電度值等， 保存數據掉電不丟失。
[000引所述的微處理器連接通訊單元，將微處理器的UART模擬成RS485接口，遵循MODBUS 協議與上位機通訊。
[0009] 所述的微處理器連接開關量及按鍵采集單元。
[0010] 所述的微處理器的型號為MK64FX512VLQ12。
[0011] 所述的測控裝置進行初始化后判斷是否有中斷請求，如果有，則執行中斷處理，如 果沒有，則進行實時采樣數據讀取，通過數據處理，進行編碼轉換送顯，進行相應事件的相 應處理，微處理器判斷是否有系統參數設置，如果有進行參數設置處理，如果沒有，則重新 返回到中斷請求，實現一次主程序循環。
[0012] -種變電站微機綜合保護測控裝置，由于采用上述的結構，本實用新型的優點在 于：1、結構設計精巧，硬件設計簡單，成本低。2、彩色液晶人性化顯示:模塊化菜單，圖片式 集成信息，文式信息文檔，表格化參數設置、瀏覽信息簡單，易操作，查看一目了然。3、性能 穩定，適用范圍廣，一體機應用于各種工程中低壓變電站等配電系統。
【附圖說明】
[0013] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明；
[0014] 圖1為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置的結構示意圖；
[0015] 圖2為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中微處理器的電路圖；
[0016] 圖3為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中微處理器A/D轉換電路的 電路圖；
[0017] 圖4為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中微處理器模擬信號采樣回 路的電路圖；
[0018] 圖5為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中微處理器時鐘忍片的電路 圖；
[0019] 圖6為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中數據存儲單元的電路圖；
[0020] 圖7為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中開關量采集單元的電路 圖；
[0021] 圖8為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中繼電器輸出單元的電路 圖；
[0022] 圖9為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中按鍵采集單元的電路圖；
[0023] 圖10為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中人機界面顯示單元的電 路圖；
[0024] 圖11為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置中通訊單元的電路圖；
[0025] 圖12為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置的軟件流程圖；
[0026] 圖13為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置的軟件中初始化流程圖；
[0027] 圖14為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置的軟件中中斷請求流程圖；
[0028] 圖15為本實用新型一種變電站微機綜合保護測控裝置的軟件中通訊流程圖；
[0029] 在圖1中，1、微處理器；2、計量忍片；3、測量數據采集單元;4、繼電器輸出單元;5、 開關量及按鍵采集單元;6、數據存儲單元;7、人機界面顯示單元;8、保護電量數據采集單 元;9、通訊單元。
【具體實施方式】
[0030] 本實用新型主要包括核屯、部分單片機微處理器系統，測量數據采集單元及A/D轉 換單元，保護電量數據采集單元，繼電器輸出單元，開關量狀態采集單元，按鍵采集單元，數 據存儲單元，通訊單元，人機界面顯示單元。其核屯、主要由MK64FX512VLQ12和電量忍片 ATT7022C構成。MK64FX512VLQ12通過SPI接口將ATT7022C中采集的交流電壓、電流、頻率、功 率因數并且計算好的電量作為精度較高的測量數據值讀出并同時實時刷新存儲，在經過相 應的算法處理后送人機界面顯示顯示7dMK64FX512VLQ12同時利用自己的A/D采集模擬電 壓、電流作為參考保護數據，通過軟件把定值與采樣保護數據計算處理后，通過指令來控制 繼電器的輸出，對用電設備進行切斷或報警的方式，起到保護的作用。MK64FX512VLQ12通過 I2C接口讀取時鐘忍片PCF8563T中實時時間，作為系統時間及記錄事件發生具體的時刻；同 樣具有I2C接口的數據存儲單元6EEPR0M PCF8563T用來保存參數設置、開關量狀態改變、過 流、過壓等各種保護、故障濾波、系統故障檢測等各種事件及發生時間點，電度累加的所有 段累計電度值等，保存數據掉電不丟失。微處理器1通過RSM3485CHT模塊，將 MK64FX512VLQ12的UART模擬成RS485接口，遵循MODBUS協議與上位機通訊，互傳數據控制 流。
[0031] 如圖1所示，本實用新型包括微處理器1通過SPI接口連接計量忍片2,計量忍片2連 接測量數據采集單元3采集的交流電壓、電流、頻率、功率因數并且計算好的電量作為精度 較高的測量數據值送入人機界面顯示單元7,并同時實時刷新存儲存入數據存儲單元6,數 據存儲單元6用來保存參數設置、開關量狀態改變、過流、過壓等各種保護、故障濾波、系統 故障檢測等各種事件及發生時間點，電度累加的所有段累計電度值等，保存數據掉電不丟 失。微處理器1通過保護電量數據采集單元8采集模擬電壓、電流作為參考保護數據，與測量 數據對比后控制繼電器輸出單元4輸出，對電器設備進行切斷或報警。微處理器1的型號為 M64FX512VLQ12。
[0032] 微處理器1連接時鐘忍片，采集時間信息作為整個裝置的系統時間。微處理器1連 接通訊單元9，將微處理器1的UART模擬成RS485接口，遵循MODBUS協議與上位機通訊;微處 理器1連接開關量及按鍵采集單元5。
[0033] 本實用新型進行初始化后判斷是否有中斷請求，如果有，則執行中斷處理，如果沒 有，則進行實時采樣數據讀取，通過數據處理，進行編碼轉換送顯，進行相應事件的相應處 理，微處理器判斷是否有系統參數設置，如果有進行參數設置處理，如果沒有，則重新返回 到中斷請求，實現一次主程序循環。
[0034] 如圖2所示，微處理器1選取飛思卡爾MK64FX512VLQ12-款CPU,該處理器基于低功 耗ARM飯Cort燃麼-M4的MCU器件，提供高達IMB的閃存和25服B SRAM,支持快速訪問， 具備高可靠性，提供4級安全保護，擴充了Kinetis K系列，同時保持了完整的軟件、硬件和 開發工具兼容性;兩個分辨率可配置的高速16位模數轉換器(ADC)，單輸出或差分輸出模式 運行，可提高噪聲抑制水平。利用可編程延遲模塊觸發功能可實現50化S的轉換時間兩個 12位數模轉換器(DAC)，可W為音頻應用生成模擬波形3個高速比較器，通過將脈寬調制 (PWM)置于安全狀態，提供快速準確的電機過流保護模擬參考電壓可為模擬模塊、ADC和DAC 提供精確的參考值，代替外部參考電壓，降低系統成本;多達4個FlexTimer，總計20個通道。 硬件死區時間插入和正交解碼，用于電機控制載波調制定時器，用于在遙控應用中生成紅 外線波形4通道32位周期中斷定時器可為實時操作系統任務調度程序提供時基，還可為ADC 轉換和可編程延遲模塊提供觸發源，支持引腳中斷的通用10;支持各種數據大小、格式和傳 輸/接收設置，滿足多種工業通信協議IC間音頻傳輸（I2S)串行接口；存儲器保護單元可為 交叉開關上的所有主設備提供存儲器保護，提高軟件可靠性循環冗余校驗引擎可驗證存儲 器內容和通信數據，提高系統可靠性時鐘獨立的COP可防止時鐘偏移或代碼失控。如圖2為 CPU控制系統原理圖。
[0035] 本實用新型選取ATT7022作為量采樣模數轉換A/D，本忍片內集成了 6路16位的二 階sigma-delta ADC，它是一種高精度S相電能專用計量忍片，能夠測量各相W及合相的有 功功率、視在功率、無功功率、有功能量W及無功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效 值、功率因數、相角、頻率等參數，支持全數字域的增益、相位校正、即純軟件校表。內部帶有 電壓監測電路，可W保證加電和斷電情況下正常工作。如圖3所示:V2P-V2N、V4P-V4N、V6P- V6N為S相測量電壓模擬采樣通道，V1P-V1N、V3P-V3N、V5P-V5N為S相測量電流模擬采樣通 道。化_00111'，化_0^，化_5化1(，化_〔5為5?1通道接口，模擬量通過4了7022轉換成數字信號通 過SPI被微處理器1讀取。
[0036] 如圖4所示，模擬量通道經過電阻和電容組合的RC濾波電路，去除所需W外的干擾 波形，采集的信號經過運算放大器Ul放大后，經過肖特基二極管BA巧4S把電壓信號錯位電 壓在0-3V，促使能夠滿足A/D采樣的信號。
[0037] 如圖5所示，時鐘忍片PCT8563通過外部晶振Yl的振蕩起振，通過系統電壓V孤或電 池 BTl兩種方式供電，忍片U15工作時產生時鐘信號，通過總線SCL、SDA信號通道傳遞給微處 理器進行計數處理，顯示實時時間。
[0038] 如圖6-9所示，數據存儲單元6EEPR0M選擇CAT24C256型忍片，數據傳送通過總線 SCL、SDA，當系統電源斷電時，外部存儲忍片保存數據不丟失，系統電源恢復啟動后，可W查 找掉電前保存的數據記錄。當外部開關量信號通過IN13進入時，由于光禪U30內部發光管只 需幾毫安的電流就能導通發光，促使觸發光禪的另一端光敏管由開路變為導通，信號1_13 通過微處理器的I/O 口被采，經過CPU處理后顯示外部裝置的開關狀態。繼電器輸出通道，由 于微處理器1自身經過對采樣和時間信號處理，發出保護動作事件，通過微處理器I/O 口連 接的OUT 1，給出高電平，通過限流電阻R22,使得S極管9013導通，驅動繼電器K2線圈吸合， 有常開變成常閉，切斷有故障工作的設備，從而起到被保護的目的。微處理器的I/O口掃描， 檢測是否有按鍵KEY按下，若有按下，原來的引腳由高電平會變成低電平，微處理器通過軟 件處理，發出相應的判斷，執行相應指令。
[0039] 如圖10所示，裝置顯示界面選取4.3英寸彩色液晶智能串口屏，內置中英文字庫， 支持大容量存儲圖片數據，擁有寬頻幕、高亮度、低功耗的優越性能，使用簡單，操作方便， 同時該屏系統集成TFT控制器，具有軟硬件設計簡單、高性能及高可靠性等待點，為32位的 MCU的GUI設計提供了良好的解決方案。本串口屏只需MCU通過UART進行通訊，給顯示屏發送 相關的操作指令，即可實現與windows相媳美的人機界面。本顯示主界面模塊化菜單，圖片 式集成信息，文式信息文檔，表格化參數設置、瀏覽信息簡單，易操作，查看一目了然，人性 化設計。
[0040] 如圖11通訊硬件接口選擇RS485方式，5 V供電，B、C、SS點接上位機串口，CON、RXD、 TXD連接微處理器，有數據發送、接收通道，通過異步半雙工通方式數據互通。傳輸數據穩 定、防干擾強，速度快，距離遠等優點。
[0041] 如圖12-15所示，本控制系統是W微處理器為中屯、的控制系統，微處理器結合一定 的外圍電路來完成系統數據輸入信號采集、按鍵信號采集、輸出控制信號、通訊等功能，圖 12為本實用新型的微機綜合保護的主程序流程圖。
[0042] 步驟1為開始動作，步驟2為初始化動作，即微處理器輸入輸出口的定義、中斷寄存 器、定時器O等進行初始化。在步驟3中判斷是否有中斷請求，如果有，則執行中斷處理，如果 沒有，則進入步聚5中實行采樣數據讀取，步驟6中通過數據處理，進行編碼轉換送顯，進入 步驟7事件相應處理，通過步驟8判斷是否有系統參數設置，如果有進行參數設置處理，如果 沒有，則重新返回到中斷請求，實現一次主程序循環。
[0043] 初始化程序流程圖如圖13所示包括8個步驟，進入初始化子程序中，首先微處理器 對I/O口進行輸入輸出定義方向，進入驅動邸PROM初始定義，然后分別進入定時器0中斷值 初始化賦值定義，串口通訊中斷初始化，A/D校驗值讀取，進行開中斷，完成后返回主程序。
[0044] 當主程序有中斷請求時，程序相應進入中斷請求子程序、判斷中斷類別，如果屬于 某種中斷，就進入該中斷，進行數據處理，處理后返回主程序，如果不屬于該中斷類別，進入 下一個中斷請求，執行中斷請求命令。如圖14中斷流程框圖。
[0045] 圖15串口中斷程序流程圖，步驟41為開始動作，步驟為42中為保護現場，后進入43 中判斷數據帖是否接收完畢，若沒有則等待，若是則進入44中對接收數據進行CRC校驗，然 后進入步驟45中判斷計算碼與接收碼是否相同，若不是則進入步驟52恢復現場返回中斷， 若是，則進入46判斷功能碼為03，若是流程進入步驟47讀數據寄存器，發送到上位機，若步 驟46為否則進入步驟48判斷功能碼是否為05,若是則進行49遙控操作，否則進入50判斷功 能碼是否為06，若是則進入步驟51寫寄存器值，否則進入步驟52恢復現場，到步驟53返回。
[0046] 上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現并不受 上述方式的限制，只要采用了本實用新型技術方案進行的各種改進，或未經改進直接應用 于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種變電站微機綜合保護測控裝置，其特征在于:所述的測控裝置包括微處理器（1) 通過SPI接口連接計量芯片（2 )，計量芯片（2)連接測量數據采集單元(3)對交流電壓、電流、 頻率、功率因數進行采集，計量芯片(2)計算電量作為精度較高的測量數據值送入人機界面 顯示單元(7)，并同時實時刷新存儲存入數據存儲單元(6);微處理器(1)通過保護電量數據 采集單元(8)采集模擬電壓、電流作為參考保護數據，與測量數據對比后控制繼電器輸出單 元(4)輸出，對電器設備進行切斷或報警。2. 根據權利要求1所述的一種變電站微機綜合保護測控裝置，其特征在于:所述的微處 理器(1)連接時鐘芯片，采集時間信息作為整個裝置的系統時間。3. 根據權利要求1所述的一種變電站微機綜合保護測控裝置，其特征在于:所述的微處 理器（1)連接通訊單元(9)，將微處理器（1)的UART模擬成RS485接口，遵循MODBUS協議與上 位機通訊。4. 根據權利要求1所述的一種變電站微機綜合保護測控裝置，其特征在于:所述的微處 理器(1)連接到開關量及按鍵采集單元(5)。5. 根據權利要求1所述的一種變電站微機綜合保護測控裝置，其特征在于:所述的微處 理器（1)的型號為MK64FX512VLQ12。
【文檔編號】H02J13/00GK205583839SQ201521097197
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年12月24日
【發明人】劉雪俠, 車洪亮, 崔文梅
【申請人】安徽中電興發與鑫龍科技股份有限公司