CN103337905A

CN103337905A - 集成计量功能的数字化保护测控装置

Info

Publication number: CN103337905A
Application number: CN2013101700745A
Authority: CN
Inventors: 张玮; 李玉平; 李明; 姚亮; 饶剑波; 王胜; 肖明
Original assignee: Nanjing SAC Automation Co Ltd
Current assignee: Nanjing SAC Automation Co Ltd; Guodian Nanjing Automation Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明一种集成计量功能的数字化保护测控装置，包含电源模件、保护测控CPU模件、开入开出模件、采样模件，其特征是，还包含一计量模件，所述计量模件采用自带的计量互感器接收模拟量采样数据，或通过保护测控CPU模件的光口接收IEC61850-9-2格式的采样数据进行电能计算。本装置能满足传统变电站和智能变电站的应用需求，交流采样既能支持传统的模拟量采集，亦可以接收来自合并单元IEC61850-9-2或IEC60044-8输出格式的采样数据。跳闸方式既能支持传统接点方式输出，也可以支持通过GOOSE网络报文方式输出跳闸信号。减少原安装设备，合理增加装置的集成度，实现保护、测量和计量全部功能的装置。

Description

集成计量功能的数字化保护测控装置

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，涉及保护装置、测控装置和计量电表的传统智能一体化技术。

背景技术

伴随智能电网规模的迅速扩大，新建、扩建、改造项目大幅增加，传统变电站与智能变电站在很长的一段时期内会大量共存，目前保护测控装置和计量电表是分别采购，分别安装的，例如当为传统采样时，屏柜内需要分别安装保护测控和计量电表2个装置并分别接线。当采用数字化采样时，屏柜内需要将MU的数据同时转发给保护测控装置和电表。随着数字化采样技术，集成基础的提高，智能电网建设的不断深化，国内尚未存在专门的一体化装置，能同时具有保护测控和计量功能。同时也没有可按需要接入数字化采样或者传统模拟量采样的保护测控计量一体化装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成计量功能的数字化保护测控装置，同时具有保护测控和计量功能，实现保护测控计量一体化。

本发明提供一种集成计量功能的数字化保护测控装置，同时能满足传统变电站和智能变电站的应用需求：交流采样既能支持传统的模拟量采集，亦可以接收来自合并单元DL/T860.92（IEC61850-9-2）或GB/T20840.8（IEC60044-8）输出格式的采样数据。跳闸方式既能支持传统接点方式输出，也可以支持通过GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)网络报文方式输出跳闸信号。

一种集成计量功能的数字化保护测控装置，包含电源模件、保护测控CPU模件、开入开出模件、采样模件，其特征是，还包含一计量模件，所述计量模件采用自带的计量互感器接收模拟量采样数据，或通过保护测控CPU模件的光口接收IEC61850-9-2格式的采样数据进行电能计算。

所述计量模件与保护测控CPU模件通过一个总的逻辑图驱动开入开出模件，所述计量模件不设置单独的开入开出模件，与其他模件共享原来的端口。

所述计量模件共享使用所述开入开出模件的输出传统跳闸动作接点和所述保护测控CPU模件的光口发送GOOSE报文。

所述保护测控CPU模件接收来自合并单元的IEC61850-9-2格式或IEC60044-8输出格式的采样数据，并传送至所述计量模件进行电能计算。

本发明所达到的有益效果：

本发明集成计量功能的保护测控装置采用面向用户、面向产品、面向应用的嵌入式平台技术，适用更宽的交流输入电压范围(57V～255V)，可以配置不同的保护、测量互感器，同时装置还能单独提供计量级别的独立互感器满足高标准的需求，能够在不同电压等级、不同运行环境的变电所安装、使用。该装置充分考虑高可靠性要求和电磁兼容等因素，具有体积小、适应性强、可靠性高等特点。

同时亦能满足传统变电站和智能变电站的应用需求：交流采样模块既能支持传统的模拟量采集，亦可以接收来自合并单元DL/T860.92（IEC61850-9-2）或GB/T20840.8（IEC60044-8）输出格式的采样数据。报警方式既能支持传统接点方式输出，也可以支持通过GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)网络报文方式输出报警信号。与主站通讯既能通过RS485支持DLT645规约，也能通过网口支持DL/T860.81站控层MMS网络报文。

装置结构设计采用5U机箱背插式设计，可靠的电气连接，既方便观察与操作，又防止误操作。同时具有完备的在线监测功能，实时检查硬件、通信工况；友好的人机交互界面，易于在传统和智能变电站中部署。

本发明的装置集成度高、接线简单、动作可靠、安装调试快捷、适用范围广。

本产品支持DL/T614《多功能电能表》标准的多功能电能表的功能。电能计量模件的主要特点是无任何物理调整元件，信号数字运算，数字滤波，数字误差修正，数字调校，对温度影响不敏感，极好的稳定性。12倍的过载倍数，极低负荷时的电量也可记录。电压、电流、功率因数、功率等精确测量。

附图说明

图1为传统采样原理图，以三相电流Ia、Ib、Ic为例；

图2-1为TLV基本编码规则格式；

图2-2为标记位组格式；

图2-3为ASN.1编码的APDU帧格式示例；

图3为FT3的帧格式说明；

图4为传统跳闸接点输出示意图；

图5为装置结构布置区域图；

图6为装置电路连接框图；

图7为表1数字采样的帧格式；

图8为表2数字采样报文中APDU格式；

图9为表3数字采样数据q属性；

图10为表4GOOSE报文帧格式；

图11为表5GOOSE报文中APDU格式；

图12为表6GOOSE数据q属性。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的装置包含电源模件、保护测控CPU模件、计量模件、开入开出模件、采样模件几部分，装置电路连接图如图6所示，计量模件采用自带的计量互感器接收模拟量采样数据，或通过保护测控CPU模件的光口接收合并单元IEC61850-9-2格式的采样数据进行电能计算。外部开入经光耦隔离通过开入开出模件进入保护测控CPU模件中。保护测控CPU模件通过GOOSE网络报文方式输出跳闸信号给智能操作箱。保护测控CPU模件同时通过内部总线与人机对话MCU交互，实现通信、显示、对时或打印功能。

本发明在原有保护装置的技术基础上增加了一个计量模件用以实现计量功能。

本装置及新增加的计量模件技术特点如下:

一、采样技术

计量模件可以采用自带的互感器也可以通过保护CPU的光口接收9-2采样数据。

传统采样时：采用高精度、宽范围的交流互感器，能提供12倍参比电流的范围，通常计量参比电流为1.5A，原理图见图1。

数字采样时：直接采用保护测控CPU模件收到的光纤数据，支持DL/T860.92（IEC61850-9-2）或GB/T20840.8（IEC60044-8）输出格式。其中DL/T860.92根据ASN.1基本编码原则(见GB/T16263-1996)对采样值进行解码，ANS.1基本编码原理概述如下：基本编码原则的传输语法具有TLV(类型Type，长度Length，值Value)或(标记Tag，长度Length，值Value)三元组格式，如图2-1所示。

所有域(T、L或V)为一系列的8位位组，可根据需要值V再次构造TVL三元组。传输语法基于8位位组和面向“Big Endian(高字节在前)”的。长度域L定义每个TLV三元组的长度。标记位组与数值类型标记的编码相一致，如图2-2所示标记位组T的两种格式。

ASN.1编码的应用协议数据单元(APDU)帧结构示例，图2-3为链接4个应用服务数据单元(ASDU)的APDU帧结构示例。报文解释见图7、图8、图9中的表1、表2、表3。

GB/T20840.8根据IEC60870-5-1的FT3格式链接见图3，其中CRC为“循环冗余码”，msb为“最高位”，lsb为“最低位”，此格式有良好的数据完整性，结构能用于高速率的多点网络同步数据链接。

1、原来的保护装置是通过保护测控CPU的光口接受数字采样的。现在新增加的这个计量模件可以直接采用这个保护测控CPU模件光口上的数据来计算，自身不需要再接入光信号。计量模件上自带了计量互感器，当采用计量的传统信号接入时候，可以直接在计量模件上接线。

2、计量模件，保护测控CPU模件都是通过一个总的逻辑图去驱动开入开出模件的，这样新增加的计量模件不需要单独的增加开入开出，当需要使用时候可以共享这些原来的端口。

二、跳闸输出

跳闸出口为保护、测量和计量功能公用，可以在逻辑图中定义出口的动作逻辑。

计量模件可以共享使用开入开出模件的输出传统跳闸动作接点和保护测控CPU模件的光口发送GOOSE报文。支持变电站通用事件模型的GOOSE模型服务，支持GOOSE模型的订阅与发布服务，支持GOOSE模型的管理报文服务。GOOSE服务在保护CPU中实现，通过装置通信光纤接口实现与其它设备进行通信。

装置通过保护逻辑图驱动GOOSE信息的发送，并支持多组GOOSE报文的发送。GOOSE的虚拟局域网内容、应用连接（AppID）信息以及重传时间间隔可通过配置文件进行配置。

装置采用软硬件结合GOOSE组地址过滤技术，由于大部分网卡使用了哈希算法进行组播地址过滤功能，不良的哈希算法和接受较多的GOOSE组播地址会造成大量GOOSE误收。本装置在网卡硬件哈希过滤后增加了软件滤波算法，能更好的过滤GOOSE组播报文。

而传统跳闸部分沿用目前常规的接点方式，提供多组接点，并可经压板分别投退对应信号的输出，见图4所示。

网络报文通过GOOSE网络报文方式输出跳闸信号，GOOSE报文解释见图10、图11、图12中的表4、表5、表6所示。

三、RS485接口设计和以太网的设计

RS485接口可通过负控终端或其它数据终端装置将表内数据读出，组成电量计费系统；通讯协议符合DL/T645《多功能电能表通信规约》标准。

以太网接口可通过DL/T860.81站控层MMS网络报文与符合MMS规范的主站交换数据。

四、脉冲输出设计

有三路校验脉冲输出，一路有功电能量校验脉冲，一路无功电能量校验脉冲，一路视在电能量校验脉冲。占空比为50%，最宽高电平为80ms。

五、整体结构设计

装置结构设计采用5U保护机箱，如图5所示，含电源模件1、保护测控CPU模件2、计量模件3、开入开出模件4、采样模件5几部分。同时具有完备的在线监测功能，实时检查硬件、通信工况。装置采用嵌入式实时操作系统(RTOS，Real-time operating system)平台，其优点在于可以相同的硬件结构实现不同的保护功能、测控功能和计量功能。装置采用背插式模件结构，具有强弱电分离、功能独立等优点。友好的人机交互界面，易于在智能变电站使用中对采样、跳闸的网络端口配置。

六、主要技术性能及指标

6.1额定电气参数

6.2主要技术性能及指标

序号	名称	技术指标
			1	采样回路精确工作范围	电流：0.04In～20In。
2	模拟量测量精度	保护误差：不超过±5%。计量测量0.5S
			3	整组动作时间	不大于40ms。

6.3过程层通讯用接口参数

序号	名称	接口参数
			1	光纤种类	多模，波长850nm
2	光纤接口	LC
			3	发送功率	-23～-14dbm
4	接收灵敏功率	≤-33dBm
			5	传输距离	≤1.5km
6	光接收器饱和光功率	>-14dBm

6.4绝缘和耐湿热性能

6.5电磁兼容性能

6.6机械性能

6.7环境大气条件

以上已以实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获221得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种集成计量功能的数字化保护测控装置，包含电源模件、保护测控CPU模件、开入开出模件、采样模件，其特征是，还包含一计量模件，所述计量模件采用自带的计量互感器接收模拟量采样数据，或通过保护测控CPU模件的光口接收IEC 61850-9-2格式的采样数据进行电能计算。

2.根据权利要求1所述的集成计量功能的数字化保护测控装置，其特征是，所述计量模件与保护测控CPU模件通过一个总的逻辑图驱动开入开出模件，所述计量模件不设置单独的开入开出模件，与其他模件共享原有的端口。

3.根据权利要求1所述的集成计量功能的数字化保护测控装置，其特征是，所述计量模件共享使用所述开入开出模件的输出传统跳闸动作接点和所述保护测控CPU模件的光口发送GOOSE报文。

4.根据权利要求1所述的集成计量功能的数字化保护测控装置，其特征是，所述保护测控CPU模件接收来自合并单元的IEC 61850-9-2格式或IEC 60044-8输出格式的采样数据，并传送至所述计量模件进行电能计算。