专利名称：变电站运行数据自动记录装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动记录装置，具体的说是一种变电站运行数据自动记录装置。
背景技术：
随着高速铁路及工业的快速发展，变电站的可靠性运行显得越来越重要。为可靠性设计提供科学的设计依据，是变电站运行数据记录仪(即俗称电站黑匣子)的核心任务。 现有的几种常见类型黑匣子，对雷雷击放电难以进行完整记录。对单相短路、相间短路、三相平衡短路电流的记录，存在记录波形失真、记录峰值削顶的现象。特别是在组合波形分析时，由于记录仪采集速率低，雷雷击放电发生的时刻、雷击放电波形记录不到；短路故障发生时刻的暂态转稳态时的非周期分量和峰值分量记录准确性低。
发明内容本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提出一种变电站运行数据自动记录装置，该装置在硬件上分两套独立的电路数据线采集，一套高速采集雷击放电电流， 一路低速采集工频电流数据，采用平面罗氏线圈组合式传感器设计，能够对变电站发生的闪变(晃电)、铁磁谐振、正序、零序电流、单相对地短路、相间短路、三相平衡短路、差动保护失效、雷击浪涌等进行精确记录，后台分析可以给出相差、负序电流、有功功率、无功功率、 视在功率、功率因数、变压器励磁电流等分析数据。特别是雷击浪涌电压、雷击放电电流的波形记录，能提供更加科学的设计参数。本实用新型的目的实现由以下技术方案完成一种变电站运行数据自动记录装置，包括电池组、装置外壳、单片机、存储器、以及三相电源传感器及其后接的三相电源数据记录处理电路，所述电路信号数据处理电路连接单片机，单片机判断、记录异常信号，并存储于单片机控制的存储器中，该装置还包括平面罗氏线圈传感器及其相连接的雷电流波形数据记录处理电路，所述雷电流波形数据记录处理电路连接所述单片机。上述雷电流波形数据记录处理电路包括阻抗变换电路及其后接的AD转换器、以及现场可编程门阵列逻辑器件FPGA，所述AD转换器连接所述FPGA，所述单片机连接控制所述AD转换器与FPGA。该装置设有GPS定位天线，所述单片机通过GPS定位天线连接GPS信息系统。上述存储器为可插拔数据记录U盘。所述可插拔数据记录U盘连接有数码管。本实用新型的优点是，变电站运行数据自动记录装置在变电站供电系统发生异常情况时，能够对变电站发生的雷击事故、电源短路事故、过负荷、谐波等异常数据进行记录， 便于事后进行事故分析，为今后预防提供设计依据，实现铁路变电站系统安全运行黑匣子功能。
图1为本实用新型变电站运行数据自动记录装置的电路原理方框图；图2为本实用新型装置的外壳结构示意图；图3为本实用新型装置的内部结构状态图；图4为本实用新型装置壳体内电路屏蔽结构示意图；图5为本实用新型装置屏蔽壳内电路布局结构图；图6为实施例中变电站出现异常电压波形时的记录波形图；图7为实施例中浪涌电压波形记录图。其中，图2-图4标号1-19标示的是；GPS定位天线1、可插拔数据记录U盘2、工作状态指示3、记录条数数码指示管4、下屏蔽盖板5、电源输入端6、通讯输出端7、传感器端口 8、三相电源数据记录处理电路板9、雷电流波形记录电路板10、开关电源模块11、浪涌保护模块12、外接电源端子13、通讯接口端子14、雷电传感器端子15、三相电源传感器端子16、 锂电池模块17、屏蔽壳体18、上屏蔽盖板19。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明， 以便于同行业技术人员的理解图1所示为本实用新型变电站运行数据自动记录装置的电路原理方框图；图2为本实用新型装置的外壳结构示意图。由图1、图2可见，本实用新型装置主要包括装置外壳、 单片机、存储器、以及三相电源传感器及其后接的三相电源数据记录处理电路、单片机、存储器等。三相电源传感器以及平面罗氏线圈传感器采集到的电压或电流异常信号，经过阻抗变换到达单片微机控制的AD转换端口，经过数字变换后送入FPGA (现场可编程门阵列逻辑器件)。FPGA按照先进先出的原则，始终保持着一段时间的数据存储，一旦出现电压异常， 这段时间数据开始送到单片机控制的U盘中存储，直到异常电压消失若干时间后的全部数据，同时单片计算机读取GPS信息，将此刻的日期、时间同时写入，这就是一个异常电压记录，被显示在与U盘连接的数码管上。用户可以在现场通过数码管感知是否有异常电压记录，也可通过RS485总线进行查看。本实施例中，变电站运行数据记录仪(电站黑匣子)每路通道采用独立外挂AD转换器+FPGA+500M缓存，各路数据同步采集，利用现场可编程门阵列逻辑器件FPGA完成数据记录先进先出存储。当电源出现高于或低于标准值时，传感器采集到的电压异常信号，经过阻抗变换到达单片微机控制的AD转换端口，经过数字变换后送入FPGA (现场可编程门阵列逻辑器件)。FPGA按照先进先出的原则，始终保持着5分钟的数据存储，一旦出现电压异常，这5分钟数据开始送到单片机控制的U盘中存储，直到异常电压消失5分钟后的全部数据，同时单片计算机读取GPS信息，将此刻的日期、时间同时写入，完成一个异常电压记录， 被显示在数码管上，供现场查看记录状态。图2为本实用新型装置的外壳结构示意图；图3为本实用新型装置的内部结构状态图；图4为本实用新型装置壳体内电路屏蔽结构示意图；图5为本实用新型装置屏蔽壳内电路布局结构图。从图2-图4可见，本实施例中，变电站运行数据记录仪(电站黑匣子) 实体结构上主要由数据采集传感器、三相电源与雷电组合数据处理记录电路、电源以及外壳等部分组成。装置外壳上可外接可插拔数据记录U盘2，并有工作状态指示3以及记录条数数码指示管4，此外设置有浪涌保护模块12。另外，还具有各种接口外接传感器等，包括电源输入端6、通讯输出端7、传感器端口 8、外接电源端子13、通讯接口端子14、雷电传感器端子15、三相电源传感器端子16等。本实用新型电路组件全部装配在金属屏蔽体内，如图 4所示屏蔽壳体18、下屏蔽盖板5、上屏蔽盖板19。在金属屏蔽体的上方安装有GPS定位天线1。屏蔽体内电路板分上下两层，见图5。一层是雷击波形记录组件，另一层是三相电源波形记录组件。在电路板组件包括三相电源数据记录处理电路板9和雷电流波形记录电路板10的下方安排有电池组件(锂电池模块17)、开关电源组件(开关电源模块11)、雷电浪涌防护组件。电池组件是防止当外接电源消失时可以持续向记录仪供电，整个电路组件安装在密封的壳体里，见图1。 本装置采用了先进的电荷映射+GPS定位技术，每路通道采用独立外挂AD转换器 +FPGA+500M缓存，各路数据同步采集，数据记录仪采用先进先出结构，当电源出现高于或低于标准值20%时，故障前通道内的5分钟数据+故障段数据+故障结束后5分钟数据完整的写入U盘中，并在数据记录屏上显示记录的故障数量。可将电网出现的闪变(晃电)、 短路、谐振、高次谐波、雷电浪涌等波形进行精确记录，为变电站安全运行提供预防性数据。 如附图6示出了电压出现异常数据记录的波形图，图7是本实施例在实验室进行的浪涌电压试验数据记录。
权利要求1.一种变电站运行数据自动记录装置，包括电池组、装置外壳、单片机、存储器、以及三相电源传感器及其后接的三相电源数据记录处理电路，所述电路信号数据处理电路连接单片机，单片机判断、记录异常信号，并存储于单片机控制的存储器中，其特征在于该装置还包括平面罗氏线圈传感器及其相连接的雷电流波形数据记录处理电路，所述雷电流波形数据记录处理电路连接所述单片机。
2.根据权利要求1所述的一种变电站运行数据自动记录装置，其特征是所述雷电流波形数据记录处理电路包括阻抗变换电路及其后接的AD转换器、以及现场可编程门阵列逻辑器件FPGA，所述AD转换器连接所述FPGA，所述单片机连接控制所述AD转换器与FPGA。
3.根据权利要求1所述的一种变电站运行数据自动记录装置，其特征是该装置设有 GPS定位天线，所述单片机通过GPS定位天线连接GPS信息系统。
4.根据权利要求1所述的一种变电站运行数据自动记录装置，其特征是所述存储器为可插拔数据记录U盘。
5.根据权利要求4所述的一种变电站运行数据自动记录装置，其特征是所述可插拔数据记录U盘连接有数码管。
专利摘要本实用新型涉及一种自动记录装置，具体的说是一种变电站运行数据自动记录装置。它包括电池组、装置外壳、单片机、存储器、以及三相电源传感器及其后接的三相电源数据记录处理电路，电路信号数据处理电路连接单片机，单片机判断、记录异常信号，并存储于单片机控制的存储器中，该装置还包括平面罗氏线圈传感器及其相连接的雷电流波形数据记录处理电路，雷电流波形数据记录处理电路连接所述单片机。本实用新型的优点是，在变电站供电系统发生异常情况时，能够对变电站发生的雷击事故、电源短路事故、过负荷、谐波等异常数据进行记录，便于事后进行事故分析，为今后预防提供设计依据，实现铁路变电站系统安全运行黑匣子功能。
文档编号G01R31/00GK202025366SQ201120100320
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者余家华, 张北斗, 李欣, 杨彦生, 罗利平 申请人:中铁上海设计院集团有限公司