WPD-910型母线绝缘监测装置.doc

WPD-2000变电站综合自动化系统 WPD-910型母线绝缘监测装置

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;2)UA1、UB1、UC1、UAB1、UBC1、UCA1、U01、F1、UA2、UB2、UC2、UAB2、UBC2、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、FLASH 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）、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100V
3) 频率: 50Hz

3.2 交流回路的过载能力
1)交流电压：连续工作1.2Un
3.3 功耗
1)直流功耗：正常 <15W
跳闸 <20W

2)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/T15145-94
3.6 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Ⅰ级振动响应、冲击响应检验。
运输条件：通过Ⅰ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：-25℃～70℃
b） 工作温度：-20℃～55℃
c） 相对湿度：最大不超过90％
d） 大气压力: 80～110KPa，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，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，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CPU
b）±5V用于A/D
c）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，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/2.90V
5 开入量/脉冲量输入板
本装置开入量/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、±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，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12~24 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

序 号
定 值 名 称
定 值
整 定 范 围
00
定值区号
SEG
0000～0009
01
#1号开关跳闸脉冲宽度
TZT1
0～99.9S
02
#1号开关合闸脉冲宽度
HZT1
0～99.9S
03
#2号开关跳闸脉冲宽度
TZT2
0～99.9S
04
#2号开关合闸脉冲宽度
HZT2
0～99.9S
05
#3号开关跳闸脉冲宽度
TZT3
0～99.9S
06
#3号开关合闸脉冲宽度
HZT3
0～99.9S
07
#1号母线有电压定值
YDY1
2V～120V
08
#2号母线有电压定值
YDY2
2V～120V
09
#1号母线无电压定值
WDY1
2V～120V
10
#2号母线无电压定值
WDY2
2V～120V
11
#1号母线零序电压定值
U01
2V～120V
12
#2号母线零序电压定值
U02
2V～120V
13
#1号母线PT变比
PT1
0～600
14
#2号母线PT变比
PT2
0～600
15
控制字
KG1
0--FFFF

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。

WPD-910交流量输入端子接线图：

装置内部具体采用的互感器型号、数量及接线方式如下：
电压互感器AC1、AC2、AC3，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,AC8.2接X2.8

2、 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。

2.2 开入量端子：

开入量输入部分根据不同的电压等级由两部分组成，即强电开入量输入及弱电开入量输
入，X3.3-X3.16、X4.1-X4.2号端子为强电开入量输入部分，所用电源为+220V；
X4.3-X4.10为弱电开入量输入部分，所用电源为24V。
不论强电开入还是弱电开入，其电源均由本装置提供，强电开入电源由X3.3提供，弱电
开入电源由X4.10提供，连线时只需将开入电源引到各开入量再返回到各开入量在本装置的相关端子即可。所有开入量在装置内经过光耦隔离后到装置的中央处理器（CPU）。
X4.9为信号复归端子,不作为开入量用.
X4.7-X4.8固定为电度脉冲输入端子，X4.5-X4.6可由控制字整定作为开入量端子或电度脉冲输入端子。

另外装置开入量8、开入量16、开入量19、开入量20为备用开入量，本装置不用。

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。

3.2 出口
装置X5.7－X6.14端子为出口部分，共有5个开关的跳合，提供的均为空接点。其中X6.11－X6.14为备用出口。

八 用户安装调试说明

8.1 通电检查
a) 检查装置的型号及各电量参数是否与订货一致。
b) 拔出插件，检查元器件是否松动脱落，有无机械损伤情况。
8.2 装置通电检查
通电前应注意：电源极性是否正确
8.2.1 直流稳压电源通电检查
取出电源板，直接从后面的端子上加入正确电源，失电告警继电器可靠动作，常闭接点打开，电源指示灯亮，再用万用表检查各输出电压是否正常。
8.2.2 整机通电检查
插入全部插件加上电源，看装置是否正常。正常的表现为运行灯亮，而且液晶显示正 常。
8.2.3 开入量检查
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，输入全部定值。
8.2.7 开出传动试验
将装置打到调试状态，进入“传动”命令菜单，驱动各开出回路，观察各继电器是否动作正确。
8.3 耐压试验
按前面技术要求测定绝缘电阻，符合后进行耐压试验，但现场不建议做此试验。

九 维护运行

9.1 装置的投运
a) 投入直流电源，运行指示灯亮，其余灭。
b) 核对定值。

9.2 装置的运行
a) 液晶显示的信息与实际的电压、电流、定值区号、备自投充电的标志相符。
b) 运行指示灯亮，而其余灯灭。

9.3 报告
a) 备自投动作后，动作灯亮
b) 液晶显示动作报告正确
c) 异常、告警时，指示灯亮。
d) 按复归信号, 全部提示灯灭(除运行灯外)。

9.4 报告信息(全部报告均汉化)
事故报告主要有: 开关1跳
开关1合
开关2跳
开关2合
开关3跳
开关3合
#1号母线PT失压
#1号母线PT断线
#1号母线PT接地
#2号母线PT失压
#2号母线PT断线
#2号母线PT接地
异常信息: 开入量改变
数据采集系统出错
FLASH校验出错
定值校验出错
定值区号改变
出口驱动出错
RAM自检出错

9.5 特别注意
运行中切不可随意将装置从运行状态转为调试状态，这时的口令最好不让无关人员知道。

十 贮存
贮存条件：包装好的产品在制造厂和使用单位应保存在-25℃～+40℃，相对湿度不大于80%，周围不含有酸性、碱性或其 它腐蚀性及爆炸性气体的防雨、雪场所。

十一 订货须知
订货时须说明：a) 产品型号、名称、订货数量。
b) 电压及频率额定值。
c) 电源的型号。
d) 供货时间地址。

——————————————附图——————————————

附图1 WPD-910母线绝缘监测装置交流插件原理图
附图2 WPD-910母线绝缘监测装置各部分联系图
附图3 WPD-910母线绝缘监测装置信号部分原理图
附图4 WPD-910母线绝缘监测装置出口部分原理图
附图5 WPD-910母线绝缘监测装置端子接线图

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