数字端子（精选7篇）
数字端子 篇1
0 引言
目前,面对环境、经济、能源、技术等各方面的挑战,世界电力工业共同提出了智能电网的概念,包括智能发电、智能输配电、智能售用电等等。智能变电站作为智能电网的重要组成部分和关键节点,是今后发展的方向。智能变电站的设计和建设应充分体现“信息化、自动化和互动化”的特点和需求,现阶段主要以基于IEC61850标准的数字化变电站为依托[1]。
数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象,以高速网络通信平台为基础,通过对数字信息进行标准化,实现信息共享和互操作,并以网络数据为基础,将传统的模拟信号、电缆连接转变为数字信号、光纤连接,实现继保、数据管理等功能。
IEC61850是IEC TC57为变电站自动化系统制订的一个重要标准,该标准规范了变电站自动化系统的通信网络和系统,是实现数字化变电所的重要手段。GOOSE(Generic Object Oriented Substation Events)[1]是一种面向变电站事件通用对象服务,是IEC61850标准中的一种实时应用,主要实现保护装置间配合命令、间隔联闭锁信号的网络传输。
1 兰溪变概况
500 k V兰溪变电站位于我省金华地区兰溪市,该变电站工程是国家重点工程之一,是国网公司数字化变电站设计技术研究在500 k V变电站中的应用依托工程。
兰溪变采用常规一次设备和符合IEC61850标准的智能二次设备结合的模式,并首次在浙江电网使用了智能终端就地布置方式,在过程层应用了IEC61850标准。全站组建双重化的500 k V GOOSE网、220 k V GOOSE网,两个电压等级GOOSE通信网络物理上完全独立,双重化配置的保护分别接入双重化的GOOSE网络。保护、监控跳合闸命令的输出、保护间的配合信息以及监控的联闭锁信息由网络完成,通过GOOSE报文实现保护跳合闸和间隔层联闭锁功能[2]。
2 问题的提出
传统变电站的微机保护设置开入、开出、出口等端子排,保护装置的各开关量、跳合闸出口等都一一对应于具体的端子,保护设计时,通过从端子到端子的电缆连接实现保护装置之间的配合,以及保护装置至一次设备的出口。
但开展数字化变电所工作以来,按GOOSE方式实现各保护装置之间信息的交互、跳合闸出口等,原有传统的端子概念消逝了,取而代之的是基于网络传输的数字信号,原有点对点的电缆连接也被网络化的光缆连接所取代。此时,仍旧按照传统的设计理念、设计方法去对待采用GOOSE方式通信的数字化变电所,设计阶段能够表现的仅仅是从各保护装置到交换机的光缆连接,所有信息全部隐含在光缆中。事实上,数字化变电所中的每个GOOSE信息仍需要一一配置,而设计时却缺少体现配置的手段,原先应在设计阶段完成的保护装置之间的配合工作,全部需要在施工、调试过程中去完成,带来了“数字化变电站是调试出来”的尴尬。
因此,迫切需要研究新的设计方法以满足数字化变电站IEC61850应用的设计要求[3,4]。
3 GOOSE虚端子设计方法
针对数字化变电站带来的新变化,在总结220 k V外陈变等工程设计经验的基础上[5],兰溪变设计的过程中开展了GOOSE“虚端子”设计方法的应用研究,提供了一种能反映保护装置GOOSE配置、保护装置间GOOSE联系的设计方法,解决由于数字化变电所保护装置GOOSE信息无接点、无端子、无接线带来的GOOSE配置难以体现等问题。
数字化变电站保护装置GOOSE虚端子设计方法包括虚端子、虚端子逻辑连线图以及GOOSE配置表等,具体是通过如下技术方案实现的。
3.1 GOOSE虚端子
GOOSE“虚端子”设计方法的应用研究,首先突破了现有的设计理念,创造性地提出保护装置GOOSE“虚端子”的概念。
GOOSE虚端子是一种虚拟端子,反映保护装置的GOOSE开入开出信号,是网络上传递的GOOSE变量的起点或终点。
GOOSE虚端子分为开入虚端子和开出虚端子两大类,其组成包括虚端子号、中文名称以及内部数据属性。保护装置的开入逻辑1~i分别定义为开入虚端子IN1~INi,开出逻辑1~j分别定义为开出虚端子OUT1~OUTj。中文名称即该GOOSE信号的含义标注。内部数据属性按IED应用模型体现,格式统一为LD/LN.DO.DA[6],如某装置的开入虚端子IN1的中文名称为断路器跳闸位置A相,其内部数据属性为GOLD/GOINGGIO1.DPCSO1.st Val。
保护装置的虚端子设计需要结合变电站的主接线形式,应能完整体现与其他装置联系的全部信息,并留适量的备用虚端子。
3.2 虚端子逻辑连线图
虚端子逻辑连线以保护装置的虚端子为基础,根据继电保护原理,将各保护装置GOOSE配置以连线的方式加以表示,虚端子逻辑连线1~k分别定义为LL1~LLk。
虚端子逻辑连线图以间隔为单元进行设计。逻辑连线以某一保护装置的开出虚端子OUTj为起点,以另一保护装置的开入虚端子INi为终点,一条虚端子逻辑连线LLk表示装置之间的一个具体逻辑联系,其编号可根据保护装置的输入虚端子号以一定顺序加以编排。如逻辑连线LL1,其起点为智能终端的开出虚端子OUT1,终点为线路保护的开入虚端子IN1,表示智能终端和线路保护之间的一个逻辑联系。
虚端子逻辑连线图可以直观地反映不同保护装置之间GOOSE联系的全貌,供保护专业人员参阅。
3.3 GOOSE配置表
GOOSE配置表以虚端子逻辑连线为基础,根据逻辑连线,将保护装置间GOOSE配置以列表的方式加以整理再现。
GOOSE配置表由虚端子逻辑连线及其对应的起点、终点组成,其中逻辑连线由逻辑连线编号LLk和逻辑连线名称2列项组成,逻辑连线起点包括起点的保护装置名称、虚端子OUTj以及虚端子的内部数据属性3列项,逻辑连线终点包括终点的保护装置名称、虚端子INi以及虚端子的内部属性3列项。
GOOSE配置表对所有虚端子逻辑连线的相关信息系统化地加以整理,作为施工时的图纸依据。
3.4 设计实例
在具体工程设计中,首先根据本工程的具体保护配置、技术方案以及继电保护原理,完成各电压等级的各类间隔(包括线路、主变、母联等)的GOOSE信息流图;其次根据保护装置的开发原理,设计保护装置的虚端子图(由厂家根据应用模型规范完成);再次,依据GOOSE信息流图,在虚端子的基础上设计完成虚端子逻辑连线图;最后,按照逻辑连线,设计完成GOOSE配置表。逻辑连线图与GOOSE配置表共同组成了数字化变电站GOOSE配置虚端子设计图。
图1~3为兰溪变工程设计中,220 k V线路保护按GOOSE虚端子配置方法设计的相关施工图。
4 结语
本文针对数字化变电站保护装置GOOSE应用的新特点,研究提出了一种全新的GOOSE“虚端子”设计方法,包括虚端子、逻辑连线图、GOOSE配置表等内容,很好地解决了数字化变电所保护装置GOOSE信息无接点、无端子、无接线、设计难以表现等问题,达到了“数字化变电站是设计出来”的要求。
GOOSE“虚端子”设计方法在500 k V兰溪变工程实践中首次应用,取得了很好的设计效果,目前该设计方法已获得了国家知识产权局发明专利申请受理,并已进入实质性阶段。该方法不仅能应用于保护GOOSE的设计,对数字化变电站其他领域的设计也能起到指导和借鉴作用。
摘要：通过介绍数字化电站保护GOOSE设计过程中遇到的问题,提出了一种全新的GOOSE“虚端子”设计方法,包括虚端子、逻辑连线图、GOOSE配置表等内容。该设计方法能够可视化的反映保护装置GOOSE配置、保护装置间GOOSE联系等,解决了数字化变电所保护装置GOOSE信息无触点、无端子、无接线等问题。GOOSE“虚端子”设计方法在500kV兰溪变工程实践中首次应用,取得了很好的设计效果。
关键词：数字化变电站,GOOSE,虚端子,逻辑连线
参考文献
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浅谈传统端子向虚拟端子的转变 篇2
全球气候变化、能源短缺、经济发展及电网安全运行问题日益突出, 世界电力工业共同提出智能电网的概念, 包括智能发电、智能输配电、智能售用电等。变电站作为电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一, 是电网的重要组成部分, 智能变电站的发展将作为智能电网建设的重要环节。
2 智能变电站的技术特征
智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保、计量和监测等基本功能, 并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线监测分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
智能变电站具备常规变电站功能的同时, 智能变电站能够完成比常规站范围更宽、层次更深、结构更复杂的信息处理, 变电站内、站与调度、站与站自建、站与大用户和分布式能源的互动能力更强, 信息的交换和融合更方便快捷, 控制手段更灵活。
3 虚拟端子概念的提出
传统变电站微机保护测控装置设置开入开出及交流输入端子排, 通过从端子到端子的电缆连接方式来实现保护测控装置与一二次设备间的配合。
而智能电站中的开关量和模拟量信号都采用报文方式传输, 不再使用传统的电缆连接, 对设备而言, 报文发送或接收的每一个独立信号都被虚拟成一个信号端子。由于硬件回路的不复存在, 导致传统基于设备和回路的一系列设计、施工、运行、检修等方面的做法和工具都不在适用, 取而代之的是光纤接口的出现, 为了更便于用户了解并使用装置, 我们提出虚端子这一概念。
4 传统端子向虚拟端子转变的实例应用
针对智能化变电站带来的新变化, 解决由于数字化保护测控装置信息无接点、无端子、无接线带来的GOOSE配置难以体现的问题。虚端子设计方法包括变电站自动化系统方案配置、GOOSE及SV采样值信息, 各合并单元、智能终端及保护测控装置虚端子, 并有效结合网络及直采直跳光纤走向, 直观地反应GOOSE, SV信息流, 供不同的专业人员查阅。
110 k V白云变新建工程的站控层、间隔层网络均采用单星形以太网络, 过程层不组网, 110 k V侧GOOSE报文及SV报文均采用点对点方式传输, 10 k V的GOOSE报文通过站控层网络传输。保护、监控跳合闸命令的输出、保护间的配合信息以及监控的联闭锁信息由网络完成, 通过GOOSE报文实现保护跳合闸和间隔层联闭锁功能。
4.1 变电站自动化系统方案配置
变电站自动化系统方案配置示意图 (见图1) 依据继电保护原理, 形象地反应出各合并单元、智能终端、保护测控装置、一体化电源、电度表、电能量采集装置、通信装置、监控主机、各工作站及数据服务器等设备间通过点对点或组网方式采集的数据及各信息量的传递关系, 直观体现不同装置间的联系全貌。
4.2 GOOSE及SV采样值信息
虚端子是一种虚拟端子, GOOSE及SV采样值信息反映各电流、电压采样数据, 传递一次设备本体位置/告警信息、装置自检信息、保护跳闸/重合闸信息/失灵启动/联闭锁信息、测控遥控合闸/分闸/联闭锁信息等, 是网络上传递变量的起点或终点。
GOOSE及SV采样值信息设计需结合变电站的主接线形式, 能完整并准确地体现与其他装置联系的全部信息。
5 结语
随着智能变电站的出现, 改变了传统二次设计方式。对于装置本身而言, 大量的继电器出口, 节点开入, 交流输入及开关的操作回路被过程层设备所涵盖。在引入虚端子后, 能够把设备功能从硬件回路的束缚中解脱出来, 装置硬件接线大大简化, 从而给智能变电站设备形态的演变留下广阔的空间。
“虚端子”是国内工程应用中提出并实施的一种方案, 主要通过命名约定的方式实现互操作, 相当于在IEC61850国际标准中引入地区方言, 因而在它身上带有鲜明的中国特色。
通过虚端子这一新定义描述, 解决由于数字化装置信息无接点, 无端子, 无接线带来的设计问题, 达到智能变电站设计配置的可视化。
摘要：随着传统变电站被智能变电站替代, 要求大面积实现全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。传统变电站端子排的消失, 变电站内开关量及模拟量信号电缆连接方式转变为数字信号光缆连接, 为的是更便于用户了解并使用装置, 文章提出虚端子这一概念, 并通过实例应用进行详细介绍。
关键词：智能变电站,虚拟端子提出,虚拟端子实例应用
参考文献
[1]陈志蓉, 郭艳霞, 等.智能变电站建设技术, 中国电力出版社, 2011 (12) .
端子压接工艺探究 篇3
随着轨道交通运输的高速发展,人们对轨道运输车辆尤其是载客运输车辆的运行安全性提出了越来越高的要求,电气系统是保证车辆整体性能的核心系统,良好的电气压接质量是实现电气性能的基础,对电气压接工艺进行研究分析以提高电气压接施工质量进而保证列车运行安全是一个刻不容缓的问题。
1压接原理
压接是一种永久性电气和机械连接方式。所谓压接,就是接线端的金属导线筒包住裸导线,用手动或自动的专用压接工具对导线筒进行机械压紧而产生的连接。它是让金属在规 定的限度内发生变形将导线连接到接触件上的一种技术。良好的压接连接存在金属互溶流动,使绞合导线和接触件材料对称变形。这种连接类似于一种冷焊连接,从而得到较好的机械强度和电气连接性能。
由于导线是由多股单根圆线芯绞合而成,因此每根芯线之间都存在一定的间隙,当绞合而成的圆发生变形并不允许大于它的圆直径d时(图1),势必破坏原单根圆芯线的绞合规则而填充间隙,当间隙填充满并继续变形时,使导线的每根芯线 之间以及与压接筒内壁之间产生塑性变形,在变形过程中压接的温度升高,引起结合部位金属的塑形对流,破坏了金属表面 的氧化膜,金属分子之间相互渗透达到可靠的连接,即出现上 述冷焊现象。
2压接端子结构分析
端子结构根据功能可划分为3个主要区 域:插接区、过渡区和压接区。顾名思义,插接区是端子与另一半连接端子插接的部分,又可分为针型和孔型;过渡区是连接插接区和压接 区的部分,它包括弹性片或端子止口等起到固定作用的部件;压接区是实现导线与端子连接的部分。其中压接区是唯一受 到压接工艺影响的部 分,压接的质 量直接决 定了电气 传输的性能,所以,选择与端子压接区相匹配的压接方式,使用正确的压接工具,实现良好的压接状态,才能保证良好的电气连接性能。同时,过渡区和插接区如果在压接过程中受损或变形,也会影响电气连接的性能。
端子的具体结构划分如图2所示,其中件号3~8统称为压接区,根据压接区域形式不同又可分为闭筒和开筒2种,其中闭筒型端子压接区不包括件号8绝缘层夹紧片。
1—插接区2—过渡区3—芯线观察孔4—前承口5—导线压接区6—后承口7—绝缘层观察孔8—绝缘层夹紧片
3压接工艺分析
以开筒型端子为例进行分析,主要从绝 缘层压接、线 芯压接、钟形口(承口)的成形、线芯观察孔等几个影响压接质量的主要元素着手,并配以图示化示例说明,其中绝缘层压接 部分不适用于闭筒型端子压接。
3.1绝缘层压接
3.1.1绝缘层压接要素
绝缘层压接要素主要包括4个方面:(1)绝缘层必须插入并且超出绝缘层压接区域;(2)压接之后绝缘层压接区域不能有绝缘层损伤;(3)绝缘层压接区域必须完全包住导线绝缘层;(4)绝缘层压接区必须均匀地压接成形,将绝缘层有效地包裹住,但不能损伤绝缘层。
3.1.2绝缘层压接状态检查及判定
良好压接状态实现了第3.1.1项中绝缘 层压接的4个基本要素,保证了良好的压接质量。
可接受的绝缘层压接状态如图3所示,包括3种情况:(1)绝缘夹紧片在压接之后,有轻微的卡入绝缘层现象,但是金属片没有损伤或者是刺透绝缘层的现象;(2)绝缘夹紧片至少包住导线绝缘层180°以上,且金属片在导线绝缘层的上方相连;(3)绝缘夹紧片至少包住导线绝缘层180°以上,但未能在导线上方连接上,但是该金属片其他部分完全包住绝缘层,同时开口的角度不能大于45°。
不可接受的绝缘层压接状态包括4种情况:(1)绝缘夹紧片刺入绝缘层,同时接触到了芯线;(2)绝缘夹紧片未能在至少180°的范围内包裹住绝缘层;(3)绝缘夹紧片包裹绝缘层的缺口大于45°;(4)绝缘夹紧片未能在绝缘层上部将导线包住。
3.2线芯压接
3.2.1线芯压接要素
线芯压接要素主要包括7个方面:(1)在线芯压接区域没有绝缘层压入;(2)线芯插入 端子压接 区的中部,确认没有 移位;(3)压接区被压接钳从 正中间压 接,同时形成 良好的承 口(钟形口);(4)压接之后没有线芯损坏,或芯线漏压;(5)压接之后线芯不能有扭曲、裁减,或者特意为了配合端子而修正 线芯;(6)压接之后过渡区卡簧(止档)不能有变形;(7)压接之后不能有非压接区端子变形。
3.2.2线芯压接状态检查及判定
良好压接状态如图4所示,实现了第3.2.1项线芯压接的7个基本要素,保证了良好的压接质量。
可接受的线芯压接 状态如图5所示,导线平行 于线芯压接区。
不可接受的线芯压接状态包括4种情况:(1)绝缘层伸入线芯压接区域;(2)导线线芯没有伸入到端子压接区内,在端子压接区域的前部看不到线芯;(3)端子的变形影响到了端子的安装性能及使用性能;(4)压接区域没有将线芯完全压接到,有毛刺、线芯外露等情况。
3.3钟形口(承口)的成型
3.3.1钟形口成型要素
钟形口成型要素主要包括2个方面,如图6所示。(1)压接之后在端子的线芯压接区域之前后端,都要压接出钟形 口;(2)前端钟形口的高度应为端子壁厚的2倍。
3.3.2钟形口成型状态检查及判定
可接受的钟形口成型状态包括2种情况:(1)在压接之后钟形口只在端子的线芯压接区域之前端产生;(2)前端钟形口的高度没有2倍壁厚,但仍清晰可见。
不可接受的钟形口成型状态包括2种情况:(1)在线芯压接区域的前端未压接出钟形口;(2)过大的钟形口表示压接过度或是选择的线芯过小。
3.4线芯观察孔
线芯观察孔可以观察到线芯,但不宜伸 入过长,任何的线芯超出 端子都为 不合格品,良好的线 芯观察孔 状态如图7所示。不可接受的线芯观察孔状态如图8所示,导线线芯过长以致导线伸入到 端子的安 装部位,影响端子 安装后电 气连接性能。
4结语
基于dsPIC智能端子的研究 篇4
在电力系统中, 励磁设备与电站监控系统之间的信号需求越来越多, 励磁设备面临I/O信号和RS485通信接口不足的问题, 如果重新开发设计励磁控制单元, 不仅工作时间无法满足, 而且浪费了大量的人力物力, 了提高了成本。文中介绍的智能端子是一种快速灵活扩展励磁信号接口的设备。智能端子不仅集成度高、硬件简单, 而且成本低、方便可靠, 有利于励磁设计工作。
1 系统方案
智能端子采用ds PIC30F6014A作为其核心处理器。ds PIC30F6014是一款高性能数字信号控制器, 具有强大的数据吞吐能力和丰富的外围设备, 其强大的性能方便了智能端子的研发。
目前励磁控制系统中, 网络化已普及, 而基于安全性和稳定性考虑, 励磁系统通信多采用CAN通信方式, 因此智能端子采用CAN总线实现与励磁调节器的实时通讯, 进而实现扩展I/O的目的, 并可通过显示屏监视和控制智能端子的状态。智能端子外设16路开关量输入信号回路和16路开关量输出信号回路。其中开关量输入回路作为励磁控制信号的输入端;而开关量输出回路作为电站监控励磁设备状态的信号回路。智能端子外设了一路RS-485串行通信接口, 作为励磁设备与上位机的通信接口, 可以把励磁设备的模拟量数据传递给电站监控设备。智能端子的系统原理框图如图1所示。
2 智能端子软硬件设计
2.1 ds PIC 30F6014A特点
作为控制核心ds PIC 30F6014A是美国微芯公司推出数字信号控制器, 具有16位闪存单片机的高性能, 并兼有数字信号处理器的计算能力和吞吐能力[1]以及外围设备快速的中断处理能力, 而且融合了可管理高速计算活动的数字信号处理器功能, 是嵌入式系统设计的最佳单芯片解决方案[2]。
2.2 CAN网络通信
ds PIC30F6014A芯片内部集成了两个和CAN2.0B标准兼容的CAN总线模块, 支持CAN协议的CAN2.0A、CAN2.0B的主动和被动版本[3]。这些特点使得ds PIC适宜冗余CAN总线通讯系统的硬件设计。
鉴于ds PIC30F6014A内部已经集成了CAN通信模块, 因此只设计了其接口驱动电路。这里选用VP1050器件作为CAN协议控制器和物理总线之间的接口, 对CAN协议控制器提供差动接收能力, 对传输总线提供差动发送能力。图2中在VP1050与ds PIC之间接入光电隔离主要是出于安全考虑, 以便提高系统的可靠性, 这里选用高速光电隔离芯片6N137实现。
2.3 开关量电路
智能端子开关量输入信号多为24 V, 而主芯片ds PIC30F6014开关量引脚工作电压为5 V, 为实现外部信号与主芯片ds PIC的连接, 需要进行信号的电平转换, 即将24 V变换为5 V。为提高I/O信号的可靠性, 外设回路采用高速光耦芯片PS2801。该芯片具有信号单向传输, 输入端与输出端完全实现了电气隔离, 输出信号对输入端无影响、抗干扰能力强、工作稳定、无触点、传输效率高等优点。电路如图3所示。
开关量输出信号主要是用来驱动发光二极管和继电器, 以显示微机励磁装置的运行状态。开关量输出信号其设计原理与开关量输入回路相同, 但由于PS2801的驱动能力有限, 不足以驱动继电器动作, 因此在开关量输出回路引入了三极管来增大驱动能力。
在主芯片上电复位时, 由于信号不稳定, 容易误动作, 采取在电路中增加两组逻辑“非”门的措施, 可以有效防止误动作。开关量输出回路如图4所示。
2.4 RS485总线电路
RS485串行数据接口标准是由电子工业协会 (EIA) 制订并发布的, 它是在RS-422基础上制定的标准[4], 鉴于ds PIC30F6014A内部已经集成了RS-485通信模块, 因此这里只设计了其接口驱动电路。RS485硬件电路采用半双工两线制。收发器采用SN65LBC184D芯片, 它性能稳定, 具有抗电流冲击能力, 带载能力强, 而且拥有一些针对限流和开路等故障的保护措施, 可以有效保证器件工作的可靠性。为提高抗干扰性, 采用3片高速光耦6N137芯片使通讯芯片和主芯片的电源隔离, 通讯更为可靠。为加强对接收信号驱动能力, 收发器信号在进入光耦前先经过DM7407M芯片, 可以增强带负载的能力。在485总线设计中, 应考虑总线匹配问题, 即在总线两端的差分端口A与B之间跨接120Ω匹配电阻, 以减少由于不匹配而引起的射、吸收噪声, 抑制噪声干扰[5]。如图5所示。
2.5 软件实现
智能端子软件程序设计主要包括系统初始化程序、报文发送程序、报文接收程序以及定时器中断程度等。在软件设计中, 主要的软件设计思想有3个方面: (1) 软件必须满足实时控制的需要。 (2) 软件要充分发挥单片机ds PIC30F6014的指令精简高效和硬件功能丰富的特点。 (3) 软件要有灵活性、通用性、可靠性和移植性[6]。软件流程图如图6所示。
在软件流程图中, 系统初始化是整个软件的基础, 而Timer定时中断程序是软件的主程序, 其具体内容如下:系统初始化。系统时钟设置, 定时器设置和CAN网络设置等;Timer定时器。定时器采用为5 ms定时中断, 实时查询IO口状态, 经数据处理后通过CAN发送通信发送到励磁调节器, 同时还将从CAN总线接收缓冲器读取的数据, 经数据处理后, 通过I/O输出口输出。
3 实验与分析
本实验中, 通过CAN总线实现励磁调节器、人机界面与智能端子的连接。励磁调节器将开关量数据传递给智能端子, 并通过人机界面监控智能端子I/O输出接口所输出的开关量信号。
调节器发送的数据信号具有固定的地址, 在人机界面下的ITSetup Disp的窗口命令下, 可以根据这些数据信号的地址任意设置智能端子各个I/O输出信号, 智能端子各个I/O输出接口按照地址整定的对应关系输出对应的开关量信号。图7中“现场整定”栏下的数据就是开关量地址。
智能端子通过CAN通信接收来自励磁调节器的数据, 并按照参数整定的对应关系从对应的I/O信号输出回路输出, 驱动底层继电器动作。为检测智能端子参数整定是否正确以及各个I/O接口的动作状态, 可以在人机界面ITInput Disp的窗口命令下, 查询智能端子各个I/O输出信号的状态, 如图8所示。
智能端子和电站监控设备通过RS485通信接收试验数据的通信连接, 励磁设备将模拟量和开关量数据传递给上位机。本实验中使用人机界面代替电站监控设备, 检测智能端子RS485通信状态。在人机界面下的RS485通信软件窗口命令下, 通过定时循环查询方式向智能端子发送查询指令, 智能端子收到查询指令后, 向人机界面发送数据, 数据将显示在RS485通信软件窗口内, 如图9所示。
实验验证了本文所提出的以ds PIC30F6014数字信号控制器为核心的智能端子硬件电路的有效性以及相应软件编程的合理性, 效果令人满意。
4 结束语
采用当前在工业控制中比较流行的ds PIC作为智能端子的控制核心, 并设计了相应的硬件电路和软件部分。智能端子满足了励磁设备与DCS等上位机之间的信号连接要求, 提高了励磁设备的冗余度、降低了设备成本、方便了励磁设计人员的工作。目前, 智能端子已应用于多个电站项目中如:重庆钢铁、唐山迁钢等励磁项目的励磁设备中, 运行稳定、性能可靠。
摘要：在电力系统中, 电站监控设备与励磁设备之间的信息需求越来越多, 而由于励磁设备自身的硬件限制, 不可能无限制扩充其信号接口。文中提出的智能端子很好地解决了励磁设备信号接口不足的问题。介绍了一种基于dsPIC30F6014芯片的智能端子, 通过试验结果证明, 该智能端子不仅集成度高、硬件简单, 而且成本低、方便可靠, 具有一定的实际意义。
关键词：dsPIC,智能端子,励磁设备,CAN
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电缆接线铜端子使用注意事项 篇5
(1) 无论使用管式的还是开口式的铜端子, 在与电缆匹配时都要遵循“大于或等于”的原则, 即铜端子的载流量不小于电缆的载流量。一般可根据工作经验对两者进行匹配, 但最准确的还是查阅技术手册或咨询生产厂家。
(2) 接线铜端子在使用前首先要考虑与固定螺丝相匹配, 以免返工。按照“大于或等于”的原则选定铜端子后, 如果其前端的螺丝孔小, 则应换用大螺丝孔铜端子, 其遵循的原则也是“大于或等于”。
(3) 要尽可能地保护接线铜端子生产出来的初始外观, 切忌在使用过程中进行二次加工。
(4) 接线铜端子与电缆可采用冷压接或锡焊的方式进行连接。由于锡焊时需要工作电源, 浪费金属又不方便施工, 故现在一般均采用直接冷压接 (以下简称“压接”) 的方式。
(5) 接线铜端子压接不牢易发热氧化, 甚至因接触不良而缺相, 故在压接时需采用液压钳等专用工具。切忌为了省事, 将铜端子用锤子 (或钳子) 锤几下 (或钳几下) 应付了事。在使用液压钳等工具时也要选用合适的压接口径, 以免压接不牢或压接过度损坏铜端子。
(6) 应尽可能多地将电缆的芯线插入管式铜端子中, 且务必要插到底部 (有些管式铜端子设计有观察孔) 。对于单根多股铜线 (一般为软铜线) , 在剥除电缆绝缘皮后, 多股芯线往往会向四周炸开。在与管式铜端子压接时, 切忌为了方便将散开的芯线全部插入管式铜端子中而将管式铜端子锯开;也不要将电缆的芯线剪少, 因为这样会降低导线的载流量, 应尽可能地将每根芯线都插入到管式铜端子中, 以保证载流量。
(7) 开口式铜端子较管式铜端子易于将电缆芯线全部包裹, 但压接时要注意, 应将两边的“翅膀”一上一下重叠后再压接。若两个“翅膀”在同一层面进行压接, 将造成中间接缝处受力凸起, 影响压接效果又不美观。
数字端子 篇6
USB连接器是我们日常生活中最常用的I/O类连接器之一, 通过USB连接器, 我们可以很方便地将电脑、打印机、手机、随声听、照相机等等相互连接, 而且彼此之间还能相互传递数据。随着电子技术的进步, 一方面, 人们对USB连接器提出了更高的要求, 传递速率也越来越高;另一方面, USB连接器的硬件开发向成本更低、性能更高、使用寿命更长的趋势发展。
由于计算机集成技术和仿真技术的迅猛发展, 3C系列产品的CAE仿真越来越受到大家的关注, 而有限元方法正是该领域中最为成熟的分析手段之一, 在3C领域中发挥着巨大的作用, ABAQUS软件被认为是功能最强大的有限元分析软件之一, 可以分析各种复杂的固体力学、结构力学问题, 特别是能够驾驭庞大且复杂的高度非线性问题[1]。USB插座端子的结构和性能是保证USB连接器可靠性的重要因素之一, 因此USB连接器的插座端子的应力分析一直是人们在设计过程中关注的热点之一, 本文以ABAQUS有限元分析软件为平台, 对某USB插座端子进行有限元应力分析。
2 USB插座端子有限元分析模型的建立
在建立USB插座端子接触有限元模型时, 对其受力状况作出一定的假设和简化, 它是在保证所研究对象的基本特征和受力状态尽量真实的前提下进行的。
USB插座端子有限元模型的假设和简化包括: (1) 为减少不必要的分析运算, 不考虑对USB插座端子应力分析结果影响很小的插头插入过程。 (2) 将与插座端子接触的塑胶假想为刚性体, 插头接触端子假想为刚性体。 (3) 只考虑USB插座端子在插头端子刚性体的作用下, 下压行程为USB插头和插座端子分别处于自由状态时二者的干涉值。 (4) 由于USB插座端子的结构形状大致相同, 故只考虑1片端子的应力情况。
2.1 建立ABAQUS有限元模型
本文USB插头和插座的实体模型是在三维建模软件SolidWorks中建立的, 同时利用软件的装配功能将二者装配在一起, 其装配图如图1所示, 左边接头为插头, 右边接头为插座。而后将其装配图导入ABAQUS软件, 利用ABAQUS软件的模型功能, 删除一些对分析无用的部分, 甚至有时候还需自己创建一些边和面, 同时修复几何模型中可能存在的如小尖角、自由边等几何缺陷。如此采用SolidWorks和ABAQUS相结合的建模方法, 得到与实际产品状况较为接近的分析模型。
2.2 定义材料
USB插座端子采用黄铜 (铜锌合金) , 弹性模量E=1.1×105MPa, 泊松比μ=0.33。
2.3 网格划分
ABAQUS提供了大量不同种类的单元类型以满足各种分析类型的需要, 本文USB插座端子采用C3D8R单元类型, 即实体三维八节点六面体线性缩减积分单元类型。使用C3D8R单元类型可以得到较为精确的求解结果, 且当网格存在扭曲变形时有限元分析的精度不会受到较大的影响[2]。插头端子刚性体部件采用R3D4单元类型, 即三维四边形刚性单元类型, 用来模拟三维刚性体的二维表面。
网格划分是建立有限元模型的一个重要环节, 网格的大小和数量的多少将影响计算结果的精度和计算时间, 在确定网格数量时应综合考虑。如图2中某USB插座端子的网格所示, 端子模型共有2种结构方案, 一种为有凸包的结构, 一种为无凸包的结构, 网格划分时, 需要对凸包和应力集中区域的网格适当进行细化。
2.4 接触关系的处理
接触是一种极度不连续的约束状态, 属于高度非线性力学问题, 接触过程常常会涉及到3种非线性, 即材料非线性、几何非线性和接触面非线性[3]。而本文研究的USB插座端子的接触分析属于大变形问题, 涉及包含3种非线性关系, 其接触状况尤为复杂。
ABAQUS/Standard在分析接触问题上采用的是主-从接触算法, 用Newton-Raphson方法求解非线性方程组[1], 因此能够很好地模拟大变形问题。在ABAQUS/Standard中, 需将几何非线性开关Nlgeom设为ON, 同时在滑移公式中选择有限滑移模式, 它允许接触面之间发生较大的相对位移和转动。
2.5 边界条件和载荷
进入Load模块, 在主菜单中选择BC-Create命令, 对模型施加边界条件, 对USB插座端子与塑胶干涉的区域施加全部约束, 同时对USB插头端子刚性体施加位移载荷。
3 有限元分析结果
3.1 最大应力分析结果
图3是USB插座端子的Mise应力分布云图, 应力值的大小分别用不同灰度代表, 灰度值大代表应力值大。从图3中可以直观地看出, 有凸包结构的端子Mise应力的最大值为516.6MPa, 接近材料的屈服强度;无凸包结构的端子Mise应力的最大值为299.1MPa, 还不到有凸包结构的3/5, 远低于材料的屈服强度。
3.2 USB插座端子接触区域所受应力的大小
USB插座端子接触区域所受应力的大小见图4, 从曲线可以看出, USB插座端子正常工作时所受的正向力大小应为其接触区域所受应力的最大值, 故有凸包结构的端子正向力为0.4281N, 无凸包结构的端子正向力为0.3973N, 其中有凸包结构的端子正向力增幅为无凸包结构的8%左右。
3.3 有限元分析结果与试验结果的比较
取无凸包的USB插座样品在自动插拔力测试机上测试, 将其端子所受应力结果与有限元分析结果进行对比, 对比结果见表1。由表1可以看出有限元分析结果与试验结果比较相近。
4 结论
(1) 本文利用ABAQUS软件建立USB插座端子的简化模型进行接触分析, 有限元分析所得到的结果与实测结果相近, 说明了有限元模型的简化和边界条件的设定是合理的, 为后续类似产品的有限元分析提供了依据。
(2) 从分析结果来看, 有凸包结构的端子Mise应力的最大值接近材料的屈服强度, 可优化的空间不大;反之, 无凸包结构的端子Mise应力的最大值还不到有凸包结构的3/5, 远低于材料的屈服强度, 端子还有进一步优化的空间, 可以进一步减少端子的体积, 从而节约金属材料和降低成本。
(3) 从分析结果来看, 有凸包结构的端子正向力增幅为无凸包结构的8%左右, 当对正向力大小有特别要求时, 可以采用有凸包结构。
(4) 从分析结果来看, 无凸包结构的端子正向力试验结果比有限元分析的结果要大。初步分析是由于有限元分析中材料的设定值通常是偏下限的, 而实际材料的属性通常要大于此设定值。
(5) 由上可知, 基于现代设计理论, 对USB端子进行有限元分析, 对指导和完善USB连接器的设计具有重要的理论和实际意义。
参考文献
[1]庄茁.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京:科学出版社, 2005.
[2]石亦平, 周玉蓉.ABAQUS有限元分析实例详解[M].北京:机械工业出版社, 2006.
智能变电站虚端子设计方法研究 篇7
关键词：智能变电站,虚端子,GOOSE
0引言
传统变电站的微机保护设置开入、开出、出口等端子排, 保护装置的各开关量、跳合闸出口等都一一对应于具体的端子, 通过从端子到端子的电缆连接实现保护装置间的配合以及保护装置至一次设备的出口。
智能变电站按SV/GOOSE虚端子方式实现各保护装置间信息的交互、跳合闸出口等, 原有传统的端子概念消失了, 取而代之的是基于网络传输的数字信号, 原有点对点的电缆连接也被网络化的光缆连接所取代。此时, 如果仍按传统设计理念、设计方法对待采用虚端子方式通信的智能变电站, 那么设计阶段能够表现的也仅是从各保护装置到交换机的光缆连接, 所有信息全部隐含在光缆中。事实上, 智能变电站中每个虚端子信息仍需要一一配置, 而设计时却缺少体现配置的手段, 原应在设计阶段完成的保护装置间的配合工作, 全部需要在施工、 调试过程中去完成, 这就带来了 “智能变电站是调试出来”的尴尬。
结合前期智能变电站建设的实际经验, 本文提供了一种能反映保护装置虚端子配置、保护装置间虚端子联系的设计方法———虚端子设计方法, 由此解决了智能变电站保护装置虚端子信息无接点、无端子、无接线带来的虚端子配置难以体现等问题。
1虚端子设计方案
智能变电站保护装置虚端子设计方法包括虚端子信息流图、标准虚回路联系图 (表) 、标准虚端子图 (表) 、智能装置光口配置表等内容。
1.1虚端子信息流图
虚端子信息流图是根据电气主接线以及继电保护原理, 反映某间隔各保护装置间逻辑联系的原理性总图, 对保护装置的虚端子设计起着指导性作用。
以某110kV变电站为例, 本方案根据国网公司的标准化设计绘制了该变电站典型间隔的保护虚端子信息流图, 如图1~3所示。
图1~图3是典型间隔的保护虚端子信息流图, 具有通用性和标准性, 必要时还可根据具体的技术方案和保护配置进行调整。
1.2标准虚回路联系图
标准虚回路是借助光缆为介质完成回路联系的。虚回路设计突出3层光信号设计:第1层 “光缆两端的装置联系”, 明确光缆规格、 芯数, 起末端装置名称; 第2 层“光芯两端的光口联系”, 明确隶属的光缆名称, 光芯编号, 起末端装置光口所在板卡编号、所插光口编号;第3层 “每根光芯所传输的全部虚信号联系”, 明确装置虚信号隶属的光芯, 虚信号的起末端虚端子。
光缆联系以屏柜内配置的光纤纤芯为中心, 绘出光配端口与光缆光芯编号的对应关系、端口尾纤芯到装置端口的名称、尾纤芯所传输信息的分类性质描述, 表达出光芯所隶属光缆的规格、对端屏柜的光配端口、装置端口及该光芯的功能或用途。标准虚回路联系图设计示例如图4所示。
1.3标准虚端子图表
虚端子反映保护装置开入开出及电流电压信号, 是网络上传递的虚端子变量的起点或终点。保护装置的虚端子图反映了该保护装置的所有虚端子。GOOSE虚端子分为开入虚端子、开出虚端子及模拟量虚端子, 其组成包括虚端子号、中文名称以及内部数据属性。保护装置的开入逻辑1~i分别定义为开入虚端子IN1~INi, 开出逻辑1~j分别定义为开出虚端子OUT1~OUTj。中文名称即该GOOSE信号的含义标注。内部数据属性按IED应用模型体现, 格式统一为LD/LN.DO.DA。
另外, 虚端子图还表示了保护装置的SV/GOOSE软压板设置, 便于调试、运维人员对SV/GOOSE报文发送或接收的操作控制。保护装置虚端子图示例如图5所示, 它清晰地表现出了保护装置的GOOSE开入、开出量信息。
虚端子逻辑连线以保护装置的虚端子为基础, 根据继电保护虚端子信息流图, 将各保护装置虚端子配置以连线方式加以表示。虚端子逻辑连线图以间隔为单元进行设计, 可以直观地反映间隔内保护装置间虚端子联系的全貌, 供保护专业人员参阅。
虚端子连续以装置为中心, 设计出本侧装置虚端子功能或用途、输出编号、输出光口、路由, 对侧装置的位置及名称。经1根光芯传输的全部虚信号需绘在该光芯上, 光芯的去向要按相对编号法标注, 以便在拔掉某根光芯时, 通过该图纸能查到受影响的虚信号传输, 如图6所示。逻辑连线1B131以主变保护装置跳主变高压侧开关为起点, 经光缆1YG-101, 熔接点110kV #1线路智能控制柜光配2层01口, 到终点110kV #1线路智能终端P2光口。虚回路从始至终路径的走向一目了然。
虚端子配置表由虚端子逻辑连线及其对应的起点、终点组成, 以虚端子逻辑连线为基础, 根据逻辑连线, 将保护装置间虚端子配置以列表的方式加以整理再现。其中, 逻辑连线由逻辑连线编号LLk和逻辑连线名称两列项组成;逻辑连线起点包括起点的保护装置名称、 虚端子OUTj以及虚端子内部数据属性三列项; 逻辑连线终点包括终点的保护装置名称、 虚端子INi以及虚端子内部属性三列项。 虚端子配置表对所有虚端子逻辑连线的相关信息系统化地加以整理, 是施工调试时的图纸依据。
虚端子配置表示例如图7所示, 需要配置的保护虚端子信息量较大, 若没有一份准确、直观的图纸, 则易造成配置错误。根据虚端子配置表, 施工调试人员可以方便、准确地完成智能变电站保护虚端子的配置, 对变电站的建设乃至运维都起着积极作用。
2虚端子设计方法研究
2.1目标需求
虚端子设计方法解决了数字化变电站保护装置虚端子信息无接点、无端子、无接线、设计难以表现等问题, 但是虚端子逻辑连线图、 虚端子配置表所反映的信息量很大, 虚端子逻辑连线图和虚端子配置表较复杂。
以传统作图方法绘制的图纸, 其所有信息均以图元形式存在, 逻辑装置的数据属性与虚端子之间的逻辑联系只能通过图纸体现, 各逻辑装置之间的逻辑连线均为手工配置, 信息表也由设计人员通过 “复制、粘贴”的方法手工制作, 制图工作量非常浩大烦琐, 而且面对大量的虚端子编号、数据属性、逻辑连线编号等, 设计过程易出错, 从而影响到设计成品的质量;并且, 各工序间应有的内在逻辑联系无法在设计流程中体现, 数字化变电站 “数字平台、信息共享”的优越性在设计环节未能得到充分利用, 提供给客户的设计成品也无法最大可能地提供丰富的数字信息。随着数字化变电站的广泛建设以及该方法的推广应用, 传统作图方法的局限将越来越明显。因此, 基于虚端子设计方法的特点, 研究一种针对虚端子的设计方法, 即开发一套虚端子施工图设计智能软件。
2.2虚端子设计方法
2.2.1设计原理
虚端子施工图设计智能软件应根据保护厂家提供的装置SV/GOOSE Excel文件, 将Excel中罗列的装置虚端子号、虚端子信号的中文名称、虚端子信号在智能装置中的内部数据属性等信息导入软件数据库中, 通过数据库的关联处理, 自动提取数据库中逻辑信息生成装置的接线图。该软件以逻辑电气原理为设计基础, 用户在相关联的智能装置虚端子配置两端各放一个电气线引线符号, 软件自动识别后将两装置关联生成逻辑连线, 并将此关联信息存储于数据库中, 从而达到图库统一, 保证设计的质量和效率, 最终可从数据库中提取关联信息, 自动统计光缆清册, 显示光缆的电缆号、连接信息等。
2.2.2设计方案
(1) 读取Excel文件。 厂家提供装置GOOSE相关的Excel表, 在Excel表中罗列出装置的虚端子号、 虚端子信号的中文名称、虚端子信号在智能装置中的内部数据属性等。软件将此Excel文件导入数据库后, 识别虚端子的信息以及其关联信息, 并进行图表关联;软件将装置以及装置中的GOOSE虚端子等信息作为模板, 实现图纸绘制的标准化。Excel格式应可自定, 软件应具有标准开放的API接口, 可读取不同格式的设计数据。
(2) 生成虚端子图。从数据库中读取虚端子的关联连接信息, 并从图库中读取相应的模板, 自动生成正确的虚端子图。
(3) 生成逻辑连线图。 在需要进行关联的智能装置的两端各放置一个电气线引线符号。电气线引线符号是该软件的特殊功能属性, 通过电气线引线符号可识别同一工程中不同图纸页上的同一根电气线。在电气线的两端放置同一电气线引线符号, 表示两电气线关联。当电气线的两端放置同一电气线引线符号后, 软件自动生成逻辑连线编号, 逻辑连线编号为设定的电气线引线符号编号。
(4) 生成虚端子配置表。 软件通过读取数据库中装置的连接信息, 自动生成虚端子配置表, 并进一步自动生成初步的光缆清册, 包括光缆编号、名称, 光缆的内含输入输出信息等。 软件的报表编辑器可供用户自定义清册模板, 生成Excel、PDF、dwg等多种格式。
(5) 基于数据库的及时更新。 在数据库的支撑下, 当输入条件变更时, 可刷新生成的虚端子相关的系列图, 保证数据传递的正确性和唯一性。
虚端子施工图设计智能软件流程框图如图8所示。
3结束语
本文针对智能变电站保护装置虚端子应用的新特点, 提出一种全新的虚端子设计方案, 包括虚端子信息流图、标准虚回路联系图、虚端子逻辑连线图、虚端子配置表等内容。该方案很好地解决了智能变电站保护装置虚端子信息无接点、无端子、无接线、设计难以表现等问题, 满足了智能变电站施工、运维要求。此外, 设计的虚端子施工图设计智能软件, 在设计环节中真正实现了智能变电站“数字平台、信息共享”的优越性。
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