一种微机型发电机变压器组动态记录分析装置的制作方法

1.本实用新型涉及电气工程技术领域，尤其是一种微机型发电机变压器组动态记录分析装置。


背景技术：

2.微机型发电机变压器组动态记录分析装置主要用于电力系统故障或异常工况的电压、电流数据记录和有关保护及安全自动装置动作顺序记录，再现故障和异常运行时的电气量变化过程，并完成记录数据的综合分析，为确定故障原因、正确分析和评价保护及自动装置的动作行为提供依据。
3.然而现有的产品存在故障判断速度慢、采集精度等问题，造成了微机型发电机变压器组动态记录分析装置使用过程中的诸多不便。


技术实现要素：

4.本实用新型需要解决的技术问题是提供一种微机型发电机变压器组动态记录分析装置，能够实现对变压器组动态记录与故障的快速准确判断。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种微机型发电机变压器组动态记录分析装置，包括采集微机型发电机变压器组状态的信号变送单元、对信号进行采样与故障判断的嵌入式dsp-arm处理器和对变压器组动态进行记录的嵌入式cpu；所述信号变送单元和嵌入式dsp-arm处理器集成于背插板式6u机箱内；
6.所述信号变送单元包括192路开关量输入和96路模拟量输入，所述模拟量输入包括交流模拟量输入和直流模拟量输入，所述模拟量输入通过模拟量转换模块后与所述开关量输入均连接至fpga；
7.所述嵌入式dsp-arm处理器包括32位浮点型的dsp和对稳态数据与暂态数据进行独立储存的arm，所述dsp通过fpga对模拟量输入与开关量输入的数据进行采样，并通过计算判断数据是正常状态下的稳态数据还是故障下的暂态数据，所述arm将稳态数据与暂态数据分别传输至嵌入式cpu；
8.所述嵌入式cpu采用实时多任务操作系统。
9.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述fpga与irig-b对时电路和脉冲对时电路连接。
10.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述脉冲对时电路的晶振频率为10mhz。
11.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述fpga上设置连接现场接报警设备的告警接口。
12.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述嵌入式dsp-arm处理器设置有网口与固态硬盘。
13.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述嵌入式cpu设置若干个通讯接口和终端设备。
14.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述通讯接口包括网口、usb接口和串口。
15.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述终端设备包括工业液晶显示器、存储器、打印机和鼠标键盘。
16.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述fpga集成在所述嵌入式dsp-arm处理器电路板上，所述电路板采用6层pcb印制板与smd表贴的生产工艺。
17.由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：
18.1、本实用新型采用低功耗、强大运算能力的32位浮点dsp负责采样计算，在极短的时间完成各种起动方式的计算，使装置能迅速、准确地判断故障。
19.2、本实用新型采用嵌入式cpu负责数据处理，具有微功耗、稳定、可靠等特点，并可以根据实际需求对显示画面进行任意剪裁。
20.3、本实用新型中嵌入式cpu采用嵌入式实时多任务操作系统，简化编程，可根据实际需求进行裁剪，可运行在很小的嵌入式设备上，具有程序小，占用计算机资源少的高效特点；嵌入式操作系统避免了计算机病毒和网上的恶意攻击，从而保证了系统不会因为用户的误操作、病毒等造成系统损坏或瘫痪，提高了系统的可靠性。
21.4、本实用新型通过将fpga集成在dsp-arm处理器电路板上，电路板采用smd表贴工艺、6层pcb印制板，大大提高了装置的稳定性和可靠性。
22.5、本实用新型通过采用晶振频率为10mhz的脉冲对时电路，使装置最高采集速度20khz，开关分辨率0.05ms，为全面详细分析故障、测距、监测系统运行工况提供了高质量的数据源；通过分析观察数据波形的细微部分，可以帮助运行维护人员发现新投运设备的缺陷或多年运行待检修的陈旧设备中的隐患，实现逼真细腻地重现故障波形、真实地反映供电质量与及时地发现运行设备。
23.6、本实用新型设置告警接口，就地显示装置故障，避免了因网络中断或后台机故障时，前置机故障维护人员无法维修的缺点，也可上传分析站或远方调度报出。
24.7、本实用新型采用背插板式6u机箱设计，抗干扰能力强，安装、维护、调试方便，可独立运行，自动生成运行、操作日志，详细记录装置的运行状况，使录波器的运行、操作有据可查。
25.8、本实用新型装置配置无辐射、绿色环保大屏幕tft液晶显示器，直接输出显示和波形分析，还可使用管理机通过网络对装置进行全方位操作。
26.9、本实用新型中arm对稳态数据和暂态数据独立存储和传输，实现完整地记录每次大扰动的全过程数据。
附图说明
27.图1是本实用新型装置系统图；
28.图2是本实用新型中交流模拟量输入框图；
29.图3是本实用新型中交流模拟量输入电路原理图；
30.图4是本实用新型中直流模拟量输入框图；
31.图5是本实用新型中直流模拟量输入电路原理图；
32.图6是本实用新型中开关量输入框图；
33.图7是本实用新型中开关量输入电路原理图；
34.图8是本实用新型中脉冲对时电路原理图。
35.其中，1、模拟量输入，2、开关量输入，3、fpga，4、嵌入式dsp-arm处理器，5、嵌入式cpu，6、irig-b对时电路，7、脉冲对时电路，8、告警接口，9、模拟量转换模块，10、固态硬盘，11、网口，12、鼠标键盘，13、工业液晶显示器，14、usb接口，15、串口，16、打印机，17、存储器。
具体实施方式
36.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明：
37.如图1所示，一种微机型发电机变压器组动态记录分析装置，包括采集微机型发电机变压器组状态的信号变送单元、对信号进行采样与故障判断的嵌入式dsp-arm处理器4和对变压器组动态进行记录的嵌入式cpu5。
38.所述信号变送单元和嵌入式dsp-arm处理器4集成于背插板式6u机箱内，抗干扰能力强，安装、维护、调试方便。可独立运行，自动生成运行、操作日志，详细记录装置的运行状况，使录波器的运行、操作有据可查。
39.所述信号变送单元包括192路开关量输入2和96路模拟量输入1，所述模拟量输入1包括交流模拟量输入和直流模拟量输入，所述模拟量输入1通过模拟量转换模块9后与所述开关量输入2均连接至fpga3。
40.如图2、3所示，所述交流模拟量输入中，将输入的大交流电压、电流信号隔离变换为小电压、电流信号，经运放调理为模拟量转换模块9可以接受的模拟信号，并实现信号的隔离，便于数字化数据采集。
41.器件选择：电压互感器pt、电流互感器ct、快速二极管tvs、磁珠、电容、运放，其中运放的型号为ina159。
42.输入交流电压：ac 0～120v(0～200v)；输入交流电流：ac 0～40a(0～200a)。
43.交流输入信号经过互感器的变换，输出电压为ac 0～7.07v，通过运放调整到dc 0～5v信号，输入到模拟量转换模块9。
44.如图4、5所示，所述直流模拟量输入中，将输入的直流信号变为小电压信号，经运放调理为ad9可以接受的模拟信号，并实现信号的隔离。
45.器件选择：隔离变换器dc-dc、快速二极管tvs、磁珠、电容、运放，其中运放的型号为ina159。
46.输入直流电压：dc 0～10v；输入直流电流：dc 0～20ma。
47.输入直流电压(0～10v)或电流(0～20ma)进行隔离变换，经信号调理并运放获得dc 0～5v输入模拟量转换模块9进行采样。
48.如图6、7所示，所述开关量输入中，将外部输入的无源或有源接点信号通过光耦隔离，转换为内部数字信号。外部开关量触点闭合或断开时间大于2ms，有源接点信号为dc24v、dc110v或dc220v。
49.器件选择：放电管、自恢复保险、快速二极管tvs、磁珠、二极管、电阻、16v稳压管、光耦。
50.所述fpga3与irig-b对时电路6和脉冲对时电路7连接，外设连接现场接报警设备的告警接口8。
51.如图8所示，脉冲对时电路7将外部秒脉冲信号转换为时间数字信息，clk_10m 为10mhz温补晶振信号输入，经inst8除法器10倍分频得到1mhz输出信号，供采样电路作为时钟信号，同时提供给inst2除法器，经1000000倍分频得到串行毫秒信号，输入到锁存器inet13,得到并行输出的毫秒信息。
52.inst2输出秒信号同时输入inst10秒信息计数器，经锁存器输出并行秒信息。
53.inst2输出串行毫秒信号在inst20比较器中与常数500000进行比较，大于500000则对inst10秒信息进位，否则清零。
54.器件选用epm240t1000i5实现。
55.本装置最高采集速度20khz，开关分辨率0.05ms，使装置最高采集速度20khz，开关分辨率0.05ms，为全面详细分析故障、测距、监测系统运行工况提供了高质量的数据源；通过分析观察数据波形的细微部分，可以帮助运行维护人员发现新投运设备的缺陷或多年运行待检修的陈旧设备中的隐患，实现逼真细腻地重现故障波形、真实地反映供电质量与及时地发现运行设备。
56.所述嵌入式dsp-arm处理器4包括32位浮点型的dsp和对稳态数据与暂态数据进行独立储存的arm，选用omapl138。所述dsp通过fpga对模拟量输入1与开关量输入2的数据进行采样，并通过计算判断数据是正常状态下的稳态数据还是故障下的暂态数据，所述arm对暂态数据进行录波并通过以太网传输至嵌入式cpu5。
57.采用低功耗、强大运算能力的32位浮点dsp负责采样计算，在极短的时间完成各种起动方式的计算，使装置能迅速、准确地判断故障。
58.arm中，稳态数据和暂态数据独立存储和传输，互不影响，实现不定长动态记录功能，即具有记录系统正常运行数据的稳态记录功能，包括对电压、电流、有功功率、无功功率、频率等电气量，装置投入运行后就进行非故障起动的不间断连续记录，即使当系统有异常或故障起动暂态数据录波时，稳态记录仍连续记录，保证了当电网连续多次长时间发生大扰动如系统大面积污闪等自然灾害时，装置能完整地记录每次大扰动的全过程数据。
59.fpga集成在dsp-arm处理器电路板上，电路板采用smd表贴工艺、6层pcb印制板，大大提高了装置的稳定性和可靠性。
60.所述嵌入式cpu5采用实时多任务操作系统，可根据实际需求进行裁剪，可运行在很小的嵌入式设备上，具有程序小，占用计算机资源少的高效特点。嵌入式操作系统避免了计算机病毒和网上的恶意攻击，从而保证了系统不会因为用户的误操作、病毒等造成系统损坏或瘫痪。嵌入式cpu5负责数据处理，该硬件具有微功耗、稳定、可靠等特点，并可以根据实际需求任意剪裁，设计各种不同的i/o方式。
61.所述嵌入式cpu5设置若干个通讯接口与终端设备。所述通讯接口包括网口11、usb接口14和串口15。所述终端设备包括工业液晶显示器13、存储器17、打印机16和鼠标键盘12，绿色环保大屏幕tft工业液晶显示器，直接输出显示和波形分析，还可使用管理机通过网络对装置进行全方位操作。
62.综上所述，本实用新型能够实现对变压器组动态记录与故障的快速准确判断，广泛应用于火电厂、水电厂、风力发电、太阳能发电及核电站。