CN105048631A - 一种面向间隔的多功能纵向集成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向间隔的多功能纵向集成装置，根据单间隔设备的功能需求，将原来过程层合并单元、智能终端功能，间隔层保护、测控功能集成为一台装置内，将合并单元、智能终端及保护测控分别采用独立的CPU实现，包括合并单元CPU、智能终端CPU和保护测控计量CPU，采用多CPU板卡，任何一个CPU的损坏不影响其他CPU功能的实现，保证了多功能的相对独立性，提供了设备的可靠性；同时各CPU之间通过总线通讯，压缩了从过程层设备至间隔层设备的传输环节，将外部数据传输转为装置内部信息共享，提升了保护的速动性和可靠性。

Description

一种面向间隔的多功能纵向集成装置

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种面向间隔的多功能纵向集成装置。

背景技术

目前，包括智能变电站在内的变电站二次系统仍延续了传统的分层分布式设计理念，二次设备面向间隔配置，功能单一，设备配置按照保护、测控、合并单元、智能终端等独立配置，具有故障影响面小，可扩展性和开放性好等优点，但也存在一二次设备未有效融合、硬件配置重复、二次设备及屏体数量多、网络及二次接线复杂、占地面积大等不足。

随着一二次设备整体性能不断提升和完善，尤其是随着变电站智能化水平的要求不断提高，二次设备的一体化设计、集成设计是一个必经之路。当前变电站存在的问题主要包括以下几点：1)二次设备数量多、集成度低：目前智能变电站间隔层和过程层设备均按间隔独立配置，同时，无人值班要求更多的监测设备，存在全站设备数量多、集成度低的问题；2)二次系统环节多、保护可靠性、速动性有待提升：目前智能变电站保护控制功能实现需要合并单元、智能终端、交换机、光纤、保护测控装置等多个环节构成，环节过多导致设备的可靠性有所降低，同时智能站保护速动性与常规变电站相比有所降低；3)一二次设备距离远、设备智能化缓慢：目前二次设备安装在控制室，一二次设备分离，距离远、接线复杂，一二次具有明显边界。智能变电站二次设备未来的发展方向是保护、量测、控制等与一次设备集成，一、二次设备逐步融合实现设备智能化，其基础是数据采集的就地处理。

中国专利CN104333137A公开了一种超高压保护多功能一体化装置，将原有合并单元、智能终端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，其总线背板上插接有主CPU模件及其他模件，主CPU模件包括依次连接的保护DSP模件、FPGA模件和CPU芯片，保护DSP模件用以完成保护功能逻辑计算；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；CPU芯片用以完成MMS网络通讯和汇总计算数据，并控制第一开入模件和开入开出模件。该装置的数据采集、保护功能及SV、GOOSE信息传输都是通过DSP模件来完成的，FPGA模件和CPU芯片只完成过零检测、MMS网络通讯和汇总计算数据的辅助功能，由于一个间隔内的数据量较大，这就大大增加了DSP的负担，减低了其运行速度，且一旦DSP损坏，则会造成多种主要功能的缺失，设备的可靠性不能满足运行的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向间隔的多功能纵向集成装置，以解决当前智能变电站集成装置可靠性低的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种面向间隔的多功能纵向集成装置，包括：

合并单元CPU,用于接收本间隔内互感器输出的模拟量采样值信息，同时通过总线输出至保护测控计量CPU，并通过独立网口输出采样值信息以供母线保护、录波、跨间隔装置使用；

智能终端CPU，用于实现开关量信息的输入和跳合闸命令的输出，同时通过总线将开关量信息输出至保护测控计量CPU，并接收控制命令，还通过独立网口输出和接收跨间隔开关量信息，以供母线保护、录波、跨间隔装置使用；

保护测控计量CPU，用于通过总线接收模拟量采样值信息和开关量信息，并用于与监控系统进行通讯，将跳合闸命令通过总线输出至智能终端CPU，从而实现保护跳合闸和遥控跳合闸。

所述保护测控计量CPU用于根据所接收的模拟量采样值信息和开关量信息进行保护逻辑计算的稳态量计算，并将保护逻辑计算得到的跳合闸命令输出至智能终端CPU以实现保护跳合闸，同时用于将稳态量计算的结果上送至监控系统并接收监控系统的控制命令，再将该控制命令输出至智能终端CPU以实现遥控跳合闸。

所述合并单元CPU、智能终端CPU分别用于通过电缆接入本间隔的电流、电压模拟量采样值信息和断路器、刀闸的开关量信息。

所述合并单元CPU、智能终端CPU、保护测控计量CPU用于通过光纤网络输出对应的SV、GOOSE和MMS信息。

本发明面向间隔的多功能纵向集成装置纵向集成，根据单间隔设备的功能需求，将原来过程层合并单元、智能终端功能，间隔层保护、测控功能集成为一台装置内，采用多CPU板卡，将合并单元、智能终端及保护测控分别采用独立的CPU实现，任何一个CPU的损坏不影响其他CPU功能的实现，保证了多功能的相对独立性，提供了设备的可靠性；同时各CPU之间通过总线通讯，压缩了从过程层设备至间隔层设备的传输环节，将外部数据传输转为装置内部信息共享，提升了保护的速动性和可靠性。

该装置将间隔内断路器、刀闸、CT、PT作为整体，将所有信息统一接入纵向集成装置，并基于此部分信息实现基本功能，解决了当前智能站设备数量多和数据传输环节多导致跳闸时间长的问题。该集成装置使单间隔设备数量降低了50％～70％，提升设备集成度，解决了当前二次设备分散独立配置，设备数量多运维复杂的问题，提高了继电保护的系统可靠性，为继电保护的就地化、智能化提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明单间隔纵向集成装置示意图；

图2为本发明纵向集成装置架构图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1和图2所示，本发明面向间隔的多功能纵向集成装置集成常规变电站的保护、测控、合并单元、智能终端等装置的功能，将单间隔的采集、执行、保护功能、测控功能分布于多块CPU板卡，各板卡间通过串行数据总线实现信息的共享，此处串行数据总线为高速串行接口，可以满足板卡间高实时性、高数据流量的要求，其中合并单元、智能终端分别配置独立CPU，保护、测控、计量功能共用一块CPU板卡，各板卡功能分布示意图如图2所示，包括合并单元CPU、智能终端CPU和保护测控计量CPU，下面分别对各CPU的功能进行详细说明。

该装置的合并单元CPU用于接收本间隔内互感器(PT、CT)输出的模拟量采样值信息，首先实现采样值信息的同步，然后通过总线输出至保护测控计量CPU的保护、测控模块，另外通过独立网口输出采样值信息以供母线保护、录波、跨间隔等装置使用。

集成装置的智能终端CPU用于实现断路器、刀闸开关量信息的输入和跳合闸命令的输出，同时通过总线将开关量信息输出至保护测控计量CPU，并接收控制命令，另外还通过独立网口输出和接收跨间隔开关量信息，以供母线保护、录波、跨间隔等装置使用。

该装置的保护测控计量CPU一方面实现保护功能，另一方面也实现测控计量功能，其中，保护功能的实现原理为：通过数据总线接收采样值信息和开关量信息，并实现保护逻辑计算，然后将保护逻辑计算得到的跳合闸命令通过数据总线输出至智能终端模块，实现保护跳合闸；测控计量功能的实现原理如下：通过数据总线接收采样值信息和开关量信息，实现稳态量的计算并将稳态量计算的结果上送监控系统；接收监控系统的控制命令，然后通过数据总线将该控制命令输出至智能终端模块，实现遥控跳合闸。

该纵向集成装置的合并单元CPU、智能终端CPU分别通过电缆接入本间隔的电流、电压模拟量采样值信息和断路器、刀闸的开关量信息，且各CPU通过光纤网络输出对应的SV、GOOSE和MMS信息。

该装置打破变电站原有的三层设备(站控层、间隔层和过程层)和两层网络(过程层网络、站控层网络)的架构，本间隔继电保护的数据传输环节只包括本装置，本装置只集成本间隔功能，不包括跨间隔的母线保护、变压器保护功能。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种面向间隔的多功能纵向集成装置，其特征在于，包括：

合并单元CPU,用于接收本间隔内互感器输出的模拟量采样值信息，同时通过总线输出至保护测控计量CPU，并通过独立网口输出采样值信息以供母线保护、录波、跨间隔装置使用；

智能终端CPU，用于实现开关量信息的输入和跳合闸命令的输出，同时通过总线将开关量信息输出至保护测控计量CPU，并接收控制命令，还通过独立网口输出和接收跨间隔开关量信息，以供母线保护、录波、跨间隔装置使用；

保护测控计量CPU，用于通过总线接收模拟量采样值信息和开关量信息，并用于与监控系统进行通讯，将跳合闸命令通过总线输出至智能终端CPU，从而实现保护跳合闸和遥控跳合闸。

2.根据权利要求1所述的面向间隔的多功能纵向集成装置，其特征在于，所述保护测控计量CPU用于根据所接收的模拟量采样值信息和开关量信息进行保护逻辑计算的稳态量计算，并将保护逻辑计算得到的跳合闸命令输出至智能终端CPU以实现保护跳合闸，同时用于将稳态量计算的结果上送至监控系统并接收监控系统的控制命令，再将该控制命令输出至智能终端CPU以实现遥控跳合闸。

3.根据权利要求1或2所述的面向间隔的多功能纵向集成装置，其特征在于：所述合并单元CPU、智能终端CPU分别用于通过电缆接入本间隔的电流、电压模拟量采样值信息和断路器、刀闸的开关量信息。

4.根据权利要求1或2所述的面向间隔的多功能纵向集成装置，其特征在于：所述合并单元CPU、智能终端CPU、保护测控计量CPU用于通过光纤网络输出对应的SV、GOOSE和MMS信息。