[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]实用新型专利说明书
[11]授权公告号CN 201327521Y [45]授权公告日2009年10月14日
专利号 ZL 200820214511.3[22]申请日2008.12.19
[21]申请号200820214511.3
[73]专利权人南京因泰莱配电自动化设备有限公司
地址211100江苏省南京市江宁区科学园天元东
路52号
[72]设计人徐建源 李辉 [74]专利代理机构南京天翼专利代理有限责任公司代理人黄明哲
[51]Int.CI.G01R 31/06 (2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 9 页
[54]实用新型名称
[57]摘要
换成数字信号输出，中央处理器单元为双CPU结构，
包括嵌入式处理器和DSP处理器，两个CPU之间由快
速双口ROM实现连接，高速数据采集单元的输出连
接DSP处理器的输入，嵌入式处理器连接通讯单元
和显示单元，电源单元提供装置各部分的电源供给。
本实用新型的优点是：双CPU结构极大的提高了装
置的数据采集性能和数据的通讯性能；插板式安装
具有方便的扩展能力和抗干扰能力；可基于以太网
总线构建广域变压器监测系统，实时掌握异地各变
压器运行状况和性能。
200820214511.3权 利 要 求 书第1/1页 1、变压器在线监测装置，其特征是由电源单元、高速数据采集单元、中央处理器单元、通讯单元、显示单元组成，变压器电力信号输入高速数据采集单元，转换成数字信号输出，中央处理器单元为双CPU结构，包括嵌入式处理器和DSP处理器，两个CPU 之间由快速双口ROM连接，高速数据采集单元的输出连接DSP处理器的输入，嵌入式处理器连接通讯单元和显示单元，电源单元提供装置各部分的电源供给。
2、根据权利要求1所述的变压器在线监测装置，其特征是装置设置在一机箱内，电源单元、高速数据采集单元、中央处理器单元、通讯单元为四块单独的背部带接插槽的电路板，采用背插式结构设置在机箱内，显示单元设置在机箱的前置面板。 3、根据权利要求1或2所述的变压器在线监测装置，其特征是高速数据采集单元由电压变换器、电流变换器、AD转换芯片、积分电路、跟随电路、运算放大电路、滤波隔直电路、多路开关选通电路组成，变压器电力信号依次经电压和电流变换器、积分电路、跟随电路、运算放大电路、滤波隔直电路、多路开关选通电路后，输入AD转换芯片，再经由PCI Express总线传给中央处理器单元的DSP处理器。
4、根据权利要求1或2所述的变压器在线监测装置，其特征是中央处理器单元双CPU结构为嵌入式处理器S3C44B0X和DSP处理器TMS320LF2407。
5、根据权利要求1或2所述的变压器在线监测装置，其特征是通讯单元包括RS485总线、以太网总线和C
AN总线。
6、根据权利要求1或2所述的变压器在线监测装置，其特征是电源单元由开关电源和电源转换电路组成，各供电回路单独对地。
7、根据权利要求1或2所述的变压器在线监测装置，其特征是显示单元由大屏幕液晶显示模块S M G240128A、74H C138、74H C00、74H C573组成，液晶显示模块SMG240128A与嵌入式处理器通过8位数据线连接。
200820214511.3说 明 书第1/8页
变压器在线监测装置
技术领域
本实用新型属于变压器监测技术领域，为一种变压器在线监测装置。背景技术
大容量变压器是输变电系统中最重要的设备，其运行状况的好坏直接影响系统的安全运行。变压器一旦发生事故，造成的直接和间接经济损失是巨大的。长期以来，根据预防性试验和油中溶解气体的气相谱分析结果判断变压器的绝缘状况，对防止事故起到了很大作用。但是定期的预防性试验没能考虑设备
的实际状况，可能出现过多的维修和不必要的停机，又不能及时发现缺陷。针对变压器历年故障问题研究和分析，发现绕组故障在变压器故障中所占比例最大。因此，对变压器进行在线监测，随时诊断其绝缘状况及绕组变形程度以避免恶性事故的发生是十分必要的。
发明内容
本实用新型要解决的问题是：根据现有变压器的使用情况，对变压器进行在线监测，随时诊断其绝缘状况及绕组变形程度以避免恶性事故的发生十分必要，需要一种精确方便的监测装置。
本实用新型的技术方案是：变压器在线监测装置，由电源单元、高速数据采集单元、中央处理器单元、通讯单元、显示单元组成，变压器电力信号输入高速数据采集单元，转换成数字信号输出，中央处理器单元为双CPU结构，包括嵌入式处理器和DSP处理器，两个CPU之间由快速双口ROM实现连接，高速数据采集单元的输出连接DSP处理器的输入，嵌入式处理器连接通讯单元和显示单元，电源单元提供装置各部分的电源供给。 本实用新型设置在一机箱内，电源单元、高速数据采集单元、中央处理器单元、通讯单元为四块单独的背部带接插槽的电路板，采用背插式结构设置在机箱内，显示单元设置在机箱的前置面板。
本实用新型高速数据采集单元由电压变换器、电流变换器、AD转换芯片、积分电路、跟随电路、运算放大电路、滤波隔直电路、多路开关选通电路组成，变压器电力信号依次经电压和电流变换器、积分电路
、跟随电路、运算放大电路、滤波隔直电路、多路开关选通电路后，输入AD转换芯片，再经由PCI Express总线传给中央处理器单元的DSP
处理器。中央处理器单元双C P U结构为嵌入式处理器S3C44B O X和D S P处理器TMS320LF2407。通讯单元包括RS485总线、以太网总线和CAN总线。电源单元由开关电源和电源转换电路组成，提供+3.3V/1A、+5V/1A、+12V/0.1A、-12V/0.1A、+24V/0.1A 直流电，各供电回路单独对地。显示单元由大屏幕液晶显示模块S M G240128A、74HC138、74HC00、74HC573组成，液晶显示模块SMG240128A与嵌入式处理器通过8位数据线连接。
本实用新型的优点是：双CPU结构极大的提高了装置的数据采集性能和数据的通讯性能；插板式安装具有方便的扩展能力和抗干扰能力；可基于以太网总线构建广域变压器监测系统，实时掌握异地各变压器运行状况和性能。
附图说明
图1为本实用新型装置单元间连接图。
图2为本实用新型电源单元电源转换电路图。
图3为本实用新型高速数据采集单元原理图。
图4为本实用新型高速数据采集单元A/D转换电路图。
图5为本实用新型高速数据采集单元的工作流程图。
图6为本实用新型通讯单元RS485电路原理图。
图7为本实用新型通讯单元C A N总线系统智能节点硬件电路原理图。 图8为本实用新型通讯单元CAN总线通讯程序流程图，(A)初始化子程序，(B)发送子程序，(C)接收子程序。
图9为本实用新型通讯单元以太网电路原理图。
图10为本实用新型通讯单元以太网通讯程序流程图，(a)以太网的数据发送流程图(b)以太网的数据接收流程图。
图11为本实用新型显示单元液晶模块接口电路图。
图12为本实用新型中央处理器单元的嵌入式处理器S3C44B0X中μC/OS-II文件体系结构示意图。
具体实施方式
本实用新型由电源单元、高速数据采集单元、中央处理器单元、通讯单元、显示单元组成，如图1，变
压器电力信号输入高速数据采集单元，转换成数字信号输出，中央
处理器单元为双CPU结构，包括嵌入式处理器和DSP处理器，两个CPU之间由快速双口RAM实现通信协调，高速数据采集单元的输出信号输入DSP处理器，嵌入式处理器连接通讯单元和显示单元，电源单元提供装置各部分的电源供给。
电源单元包括开关电源和电源转换电路，提供+3.3V/1A、+5V/1A、+12V/0.1A、-12V/0.1A、+24V/0.1A直流电，各供电回路分别独立对地。电源转换电路如图2，+5V 经由低通滤波电路、消噪电路和电压转换芯片组成的电压变换电路变换为+3.3V，再经稳压管稳压后给DSP处理器TMS320LF2407及相关外围电路供电，+5V给嵌入式处理器S3C44B0X及相关外围电路供电，+12V/-12V给运算放大器TL082IP供电，+24V给继电器ST2-DC24V供电。
高速数据采样单元采集变压器电力信号时，由于采集的电流、电压信号变化范围很大，为了提高A/D变换的精度和采样的分辨率，把电气量信号分成大信号和小信号两组，采用不同的电流、电压互感器来获得，大电流、电压信号由空心互感器得到，小电流、电压信号由铁心互感器得到。从变压器一次侧、二次侧的电压互感器和电流互感器获取采样电压和采样电流信号，电压和电流信号再分别经装置内部高精密电压和电流变换器进行变换后采样，采样信号经积分电路、跟随电路、运算放大电路、滤波隔直电路、多路开关选通电路，跟随电路变换成一定幅度的交流电压信号送给A/D转换器，具体的采集电路如
图3所示。调理后的电压和电流量经AD7864-1模数转换芯片转换成数字量，产生的数字量通过PCI Express总线传送给中央处理单元的DSP处理器，为电压有效值、电流有效值、绕组阻抗有效值的数值计算和处理做准备。具体A/D转换电路见图4。本实用新型的高速数据采样单元采样输入电压范围为0～500V，采样输入电流范围为0～100A，具有高速率、低功耗(仅消耗90mW)、4路同时采集、实现12位高精度模数转换、+5V 方便供电等特点。数据采集的流程如图5所示。建立任务后，数据采集任务开始工作，根据额定的采样频率给定时器赋值，当定时器中断后，产生以宽度为50ns的低脉冲给CONVST作为转换启动信号。这样一片AD7864同时对4个通道采样保持，并进行A/D转换。当转换完成后产生一个外部中断给CPU，启动相应中断服务程序，进行数据读取和保存。
中央处理器单元采用双C P U结构，嵌入式处理器S3C44B0X和D S P处理器TMS320LF2407，TMS320LF2407主要实现采样数据数值计算处理，嵌入式处理器内部μC/OS-II实时操作系统实现信号采集、通信功能、故障录波和逻辑判断等多任务处理功能，两个CPU之间采用快速双口ROM实现通信协调。
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