CN104333138A - 一种高压保护测控多功能一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压保护测控多功能一体化装置，包括总线背板，总线背板上插接有模拟量采集模件、ADC模件、第一开入模件、SV模件、GOOSE模件、CPU模件、第一过程层光模件、第二过程层光模件、直流量AI模件、开入开出模件和操作插件模件；ADC模件、第一开入模件和直流量AI模件均与CPU模件连接，开入开出模件、操作插件模件和第二过程层光模件均通过输出阵列与CPU模件相连，第二过程层光模件还与GOOSE模件连接，ADC模件的输入端连接有模拟量采集模件，ADC模件的输出端还依次连接有第一过程层光模件和SV模件。本发明将原有合并单元、智能终端、线路间隔测控装置以及线路保护的功能合并在同一装置中，避免了外部接线，增加功能可靠性。

Description

一种高压保护测控多功能一体化装置

技术领域

本发明涉及一种高压保护测控多功能一体化装置，具体涉及一种电力系统高压/超高压保护、测控、合并单元、智能终端多功能一体化装置。

背景技术

在目前的线路保护测控中需要配置合并单元、智能终端、线路间隔测控装置以及线路保护，这4台装置的具体连接结构如图1所示，以线路1为例，智能终端需从一次开关采集开关量并通过GOOSE点对点上送给110kV线路保护及母线保护，同时以组网的方式上送到SV、GOOSE网；合并单元需从一次PT、CT采集模拟量并通过SV点对点上送给110kV线路保护及母线保护，同时以组网的方式上送到SV、GOOSE网；线路保护装置以点对点方式接收智能终端的GOOSE信息和合并单元的SV信息，并以点对点的方式给智能终端下发GOOSE命令；线路间隔测控装置直接从SV、GOOSE以组网的方式采集信息，并通过该网络对线路间隔智能终端下发GOOSE命令。即使采用SV、GOOSE共网的方式，该线路间隔也需四台装置，并且这4台装置间接线比较多，线路保护测控依赖程度高，连线的复杂，增加了设备的资金投入及人为接线错误的风险，同时增加接线过多导致装置可靠性下降。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高压保护测控多功能一体化装置，避免了外部接线，增加了可靠性并缩减了投资成本。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高压保护测控多功能一体化装置，包括总线背板，所述总线背板上插接有模拟量采集模件、ADC模件、第一开入模件、SV模件、GOOSE模件、CPU模件、第一过程层光模件、第二过程层光模件、直流量AI模件、开入开出模件和操作插件模件；所述ADC模件、第一开入模件和直流量AI模件均与CPU模件连接，所述开入开出模件、操作插件模件和第二过程层光模件均通过输出阵列与CPU模件相连，所述第二过程层光模件还与GOOSE模件连接，所述ADC模件的输入端连接有模拟量采集模件，所述ADC模件的输出端还依次连接有第一过程层光模件和SV模件，所述SV模件和GOOSE模件分别外接SV网和GOOSE网；所述模拟量采集模件用以采集输入的三相电流、三相电压和同期电压的交流模拟量；所述ADC模件用以将采集的交流模拟量依次进行滤波、采样、二次重构和A/D变换；通过SV模块向SV网输出80点采样数据；向CPU模件输出80点采样数据和24点采样数据；所述直流量AI模件用以采集和处理直流量；所述第一开入模件用以采集和处理遥信量；所述开入开出模件中的开出模件用以收接CPU模件发送的保护跳闸命令及遥控命令实现开出控制处理，开入开出模件中的开入模件功能与第一开入模件一致；所述操作插件模件用以完成断路器跳合闸出口操作；所述第一过程层光模件和第二过程层光模件用以实现跨间隔数据共享，分别通过SV模件和GOOSE模件发送至SV网和GOOSE网；所述CPU模件用以完成保护功能逻辑计算、测控数据分析计算、MMS网络通讯、汇总计算数据、GOOSE信息接收和发送、SV信息发送；用以控制第一开入模件、直流量AI模件和开入开出模件，对直流量和遥信量进行分析。

所述CPU模件包括第一CPU模件和第二CPU模件；所述第一CPU模件包括保护DSP模件、FPGA模件和CPU芯片；所述保护DSP模件用以完成保护功能逻辑计算；所述FPGA模件为过零检测FPGA模件，用以实时检测过零方波信号，记录三相电流、三相电压的过零时刻；所述CPU芯片用以完成MMS网络通讯和汇总计算数据，用以控制第一开入模件、直流量AI模件和开入开出模件；所述第二CPU模件包括测控DSP模件，用以完成测控数据分析计算、GOOSE信息接收和发送、SV信息发送、直流量和遥信量分析；所述保护DSP模件、测控DSP模件和CPU芯片均与FPGA模件连接，所述保护DSP模件还分别与ADC模件的输出端、输出列阵以及第一开入模件连接，所述测控DSP模件还分别与ADC模件的输出端、输出列阵、直流量AI模件以及第一开入模件连接。

所述ADC模件与保护DSP模件之间通过SPORT接口进行高速实时数据交互。

所述装置还包括若干指示所述装置工作状态的指示灯，指示灯通过输出阵列分别与保护DSP模件和测控DSP模件连接。

所述装置还包括串口、以太网接口和HMI模件，所述串口、以太网接口和HMI模件均与CPU芯片连接。

所述操作插件模件设有两组分相跳闸出口、一组分相合闸出口及一路跳合闸回路完好性监视、断路器操作机构的压力监视回路。

所述装置还包括电源模件。

本发明所达到的有益效果：1、本发明将原有合并单元、智能终端、线路间隔测控装置以及线路保护的功能合并在同一装置中，避免了外部接线，增加功能可靠性；并且四台装置集成之后可减少变电站占地，缩减变电站建设投资成本；2、本发明通过第一过程层光模件和第二过程层光模件实现了跨间隔数据共享，能够实现多间隔之间的信息交互，为今后的拓展和管理提供了方便；3、本发明的ADC模件对采用数据进行二次重构，为CPU模件和第一过程层光模件提供了同步的数据输出。

附图说明

图1原有线路保护的连接示意图。

图2为本发明的连接示意图。

图3为本发明的结构框图。

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。

如图2和3所示，一种高压保护测控多功能一体化装置，包括总线背板，所述总线背板上插接有模拟量采集模件、ADC模件、第一开入模件、SV模件、GOOSE模件、CPU模件、第一过程层光模件、第二过程层光模件、直流量AI模件、开入开出模件、操作插件模件、串口、以太网接口、HMI模件以及为各模件供电的电源模件。

ADC模件、第一开入模件和直流量AI模件均与CPU模件连接，所述开入开出模件、操作插件模件和第二过程层光模件均通过输出阵列与CPU模件相连，所述第二过程层光模件还与GOOSE模件连接，所述ADC模件的输入端连接有模拟量采集模件，所述ADC模件的输出端还依次连接有第一过程层光模件和SV模件，所述SV模件和GOOSE模件分别外接SV网和GOOSE网。

模拟量采集模件用以采集输入的三相电流、三相电压和同期电压的交流模拟量。

ADC模件用以将采集的交流模拟量依次进行滤波、采样、二次重构和A/D变换；通过SV模块向SV网输出80点采样数据；向CPU模件输出80点采样数据和24点采样数据。由于数据从互感器输出到合并单元存在延时，且不同的采样通道间隔的延时还可能不同，再考虑电磁式互感器与电子式互感器的混合接入情况的考虑，为了能够给CPU模件和第一过程层光模件提供同步的数据输出，都需要其对采样数据进行数据的二次重构，即重采样过程。ADC模件通过友好的配置工具，在配置了互感器延时的基础上，再根据装置的同步脉冲通过重采样算法将采集到各个通道的数据重同步到同步脉冲上，并将同步后的数据通过各个发送板卡以不同的接口形式发送。

直流量AI模件用以采集和处理直流量。

第一开入模件用以采集和处理遥信量。

开入开出模件包括开入BI模件、开出BO模件、开入开出混合BIO模件，开出模件用以收接CPU模件发送的保护跳闸命令及遥控命令实现开出控制处理，开入开出模件中的开入模件功能与第一开入模件一致；

操作插件模件(TJQ)用以完成断路器跳合闸出口操作，操作插件模件设有两组分相跳闸出口、一组分相合闸出口及一路跳合闸回路完好性监视、断路器操作机构的压力监视回路。

第一过程层光模件和第二过程层光模件用以实现跨间隔数据共享，分别通过SV模件和GOOSE模件发送至SV网和GOOSE网，能够实现多间隔之间的信息交互，为今后的拓展和管理提供了方便。

CPU模件用以完成保护功能逻辑计算、测控数据分析计算、MMS网络通讯、汇总计算数据、GOOSE信息接收和发送、SV信息发送；用以控制第一开入模件、直流量AI模件和开入开出模件，对直流量和遥信量进行分析。对CPU模件进按照功能进行细分，包括第一CPU模件和第二CPU模件，第一CPU模件包括保护DSP模件、FPGA模件和CPU芯片；第二CPU模件包括测控DSP模件。

保护DSP模件用以完成保护功能逻辑计算；所述FPGA模件为过零检测FPGA模件，用以实时检测过零方波信号，记录三相电流、三相电压的过零时刻；所述CPU芯片用以完成MMS网络通讯和汇总计算数据，用以控制第一开入模件、直流量AI模件和开入开出模件；测控DSP模件用以完成测控数据分析计算、GOOSE信息接收和发送、SV信息发送、直流量和遥信量分析。

保护DSP模件、测控DSP模件和CPU芯片均与FPGA模件连接，保护DSP模件还分别与ADC模件的输出端、输出列阵以及第一开入模件连接，这里ADC模件与保护DSP模件之间通过SPORT接口进行高速实时数据交互，测控DSP模件还分别与ADC模件的输出端、输出列阵、直流量AI模件以及第一开入模件连接，CPU芯片还分别与串口、以太网接口和HMI模件连接，为了能清晰指示所述装置的工作状态，所述装置还设置了若干指示灯，指示灯通过输出阵列分别与保护DSP模件和测控DSP模件连接。

上述的装置采用模块化设计，装置插件分为共用插件和独立功能插件，配置不同的独立功能插件可实现不同功能一体化装置，该装置支持常规互感器或者电子式互感器，并通过内部总线完成保护计算及保护逻辑，同时可以IEC61850-9-2协议输出；保护动作信号直接通过内部总线连接到操作板、SV模件和GOOSE模件，同时支持电信号及数字信号(GOOSE信号)输出和操作插件来输出(可在设计阶段出厂前完成)，该装置可下放开关柜上布置，并且支持前接线方式。

下面以110kV线路多功能保护测控装置为例，该装置采样4U整层结构，具体插件槽位如表一所示。

表一 110kV线路多功能保护测控装置插件槽位

DC插件为装置电源插件；AC1插件、AC2插件为交流采样插件，AC1插件采集保护功能与MU功能所需的模拟量，AC2插件采集测量功能所需的模拟量，通过AC1插件与AC2插件两路电压实现电压切换功能(只限于110kV以下电压等级，220kV及以上电压等级采用电压切换插件完成电压切换)；CPU1插件实现MU与测量功能计算及MU数字量输出，MU功能最大支持输出61850-9-2协议的4路保护电压、3路保护电流、5路测量电压、4路测量电流或者22路国网扩展FT3数字量，CPU2插件实现保护功能计算；OTM插件为线路差动保护的光纤通讯板；BI插件为开关量输入，一块板件最大支持22路开入；BO插件为开出插件；COM插件为前接线装置预留的电源模块及直流量采集，当需要与光PT、CT配合使用时只需将交流采样插件更换成SV、GOOSE插件即可，该硬件设计能满足各种场合智能变电站需求。

上述的110kV线路多功能保护测控装置，当去掉3～6槽位的插件，装置可自动退出合并单元功能；当去掉14～16槽位的插件，装置可自动退出智能终端功能；去掉10槽位的插件，装置可自动退出线路间隔测控功能。该装置能完成差动保护、距离保护、零序保护、重合闸功能；最大支持48路自定义遥信开入、至多可提供8组遥控分/合、以及Iam、Ibm、Icm、I0、UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA、U0、F、P、Q等的遥测。

上述的装置将原有合并单元、智能终端、线路间隔测控装置以及线路保护的功能合并在同一装置中，避免了外部接线，增加功能可靠性；并且四台装置集成之后可减少变电站占地(减少屏柜数量)，缩减变电站建设投资成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高压保护测控多功能一体化装置，其特征在于：包括总线背板，所述总线背板上插接有模拟量采集模件、ADC模件、第一开入模件、SV模件、GOOSE模件、CPU模件、第一过程层光模件、第二过程层光模件、直流量AI模件、开入开出模件和操作插件模件；

所述ADC模件、第一开入模件和直流量AI模件均与CPU模件连接，所述开入开出模件、操作插件模件和第二过程层光模件均通过输出阵列与CPU模件相连，所述第二过程层光模件还与GOOSE模件连接，所述ADC模件的输入端连接有模拟量采集模件，所述ADC模件的输出端还依次连接有第一过程层光模件和SV模件，所述SV模件和GOOSE模件分别外接SV网和GOOSE网；

所述模拟量采集模件用以采集输入的三相电流、三相电压和同期电压的交流模拟量；

所述ADC模件用以将采集的交流模拟量依次进行滤波、采样、二次重构和A/D变换；通过SV模块向SV网输出80点采样数据；向CPU模件输出80点采样数据和24点采样数据；

所述直流量AI模件用以采集和处理直流量；

所述第一开入模件用以采集和处理遥信量；

所述开入开出模件中的开出模件用以收接CPU模件发送的保护跳闸命令及遥控命令实现开出控制处理，开入开出模件中的开入模件功能与第一开入模件一致；

所述操作插件模件用以完成断路器跳合闸出口操作；

所述第一过程层光模件和第二过程层光模件用以实现跨间隔数据共享，分别通过SV模件和GOOSE模件发送至SV网和GOOSE网；  

所述CPU模件用以完成保护功能逻辑计算、测控数据分析计算、MMS网络通讯、汇总计算数据、GOOSE信息接收和发送、SV信息发送；用以控制第一开入模件、直流量AI模件和开入开出模件，对直流量和遥信量进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种高压保护测控多功能一体化装置，其特征在于：所述CPU模件包括第一CPU模件和第二CPU 模件；

所述第一CPU模件包括保护DSP模件、FPGA模件和CPU芯片；

所述保护DSP模件用以完成保护功能逻辑计算；所述FPGA模件为过零检测FPGA模件，用以实时检测过零方波信号，记录三相电流、三相电压的过零时刻；所述CPU芯片用以完成MMS网络通讯和汇总计算数据，用以控制第一开入模件、直流量AI模件和开入开出模件；

所述第二CPU 模件包括测控DSP模件，用以完成测控数据分析计算、GOOSE信息接收和发送、SV信息发送、直流量和遥信量分析；

所述保护DSP模件、测控DSP模件和CPU芯片均与FPGA模件连接，所述保护DSP模件还分别与ADC模件的输出端、输出列阵以及第一开入模件连接，所述测控DSP模件还分别与ADC模件的输出端、输出列阵、直流量AI模件以及第一开入模件连接。

3.根据权利要求2所述的一种高压保护测控多功能一体化装置，其特征在于：所述ADC模件与保护DSP模件之间通过SPORT接口进行高速实时数据交互。

4.根据权利要求2所述的一种高压保护测控多功能一体化装置，其特征在于：所述装置还包括若干指示所述装置工作状态的指示灯，指示灯通过输出阵列分别与保护DSP模件和测控DSP模件连接。

5.根据权利要求2所述的一种高压保护测控多功能一体化装置，其特征在于：所述装置还包括串口、以太网接口和HMI模件，所述串口、以太网接口和HMI模件均与CPU芯片连接。

6.根据权利要求1所述的一种高压保护测控多功能一体化装置，其特征在于：所述操作插件模件设有两组分相跳闸出口、一组分相合闸出口及一路跳合闸回路完好性监视、断路器操作机构的压力监视回路。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种高压保护测控多功能一体化装置，其特征在于：所述装置还包括电源模件。