CN105281305A - 一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置。利用纵联保护的备用通道站间通讯，不需要增加网络设备。每个保护装置独立完成保护和通讯管理功能，从根本上解决了电网后备整定的配合问题，克服集中式广域差动后备保护低可靠、需要人为划分电网区域的先天缺陷，极大提高了后备保护的选择性、快速性、可靠性。可广泛应用于电网后备保护领域。

Description

一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置

技术领域

本发明涉及一种电流差动后备保护装置，尤其涉及一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置。

背景技术

随着超(特)高压输电线路电压等级的提高，电网网架结构的日趋复杂。电网(高压电力设备)的后备保护整定越来越困难，电网后备保护延时过长的缺陷越来越突出。后备保护(距离Ⅲ段或过流保护)误动是造成国外近年的大停电的直接诱因之一。研究快速可靠的后备保护成为解决这些问题的迫切需要。目前研究及试运行的基于IEC61850的广域后备差动保护采用先划分电网区域，区域中的每个就地设备都和集中单元通讯交换数据，集中单元负责故障判断，就地设备负责采集和执行。在这个系统中存在一个核心设备(集中单元)，集中单元设备一旦有问题则整个系统会瘫痪；并且扩建时需要修改原有设备参数，安装调试都要涉及非扩建部分的运行设备。

综上所述，现有技术存在的问题是集中式广域差动后备保护可靠性低、需要人为划分电网区域，延时过长，整定困难等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是如何提供一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，包括箱体、电源插件、模拟量输入插件、开关量输入插件、就地出口跳闸插件、信号插件、人机插件、本地通讯插件、通道通讯插件、CPU插件。

箱体由下板、上板、背板及左、右板等部件组成。下板内侧有起固定插件作用的轨道；上板内侧有起固定插件作用的轨道；背板内有各插件相互连接的电路，背板内侧有连接各插件电路的插槽。

电源插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，电源插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。模拟量输入插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，模拟量输入插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。开关量输入插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，开关量输入插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。就地出口跳闸插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，就地出口跳闸插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。信号插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，信号插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。人机插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，人机插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。本地通讯插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，本地通讯插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。通道通讯插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，通道通讯插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。CPU插件通过下、上侧卡槽分别和箱体内的轨道固定，CPU插件背板外侧插头和箱体内的插槽连接。

电源插件可以把输入的220/110V直流电源转变为低电压的直流，通过箱体的后背板内的电路给其他各个插件提供直流工作电源。

模拟量输入插件通过箱体的后背板内的电路和CPU插件连接，模拟量输入插件按固定的采样频率把本间隔的电流电压量等模拟量转换为数字信号并送给CPU插件。

开关量输入插件通过箱体的后背板内的电路和CPU插件连接，开关量输入插件把本输入的间隔的开关量转换为数字信号并送给CPU插件。

就地出口跳闸插件通过箱体的后背板内的电路和CPU插件连接，就地出口跳闸插件从CPU插件接受跳本间隔的数字跳闸命令并转换为跳闸干接点送出，也起到外部操作电源和CPU隔离的作用。

信号插件通过箱体的后背板内的电路和CPU插件连接，信号插件从CPU插件接受报警信号并转换为多路干接点，用于外接至故障录波器、监控系统等，同时把接受的报警信号隔离后仍以数字信号多路输出，用于外接监控系统、信息子站等。信号插件也起到外部信号回路和CPU隔离的作用。

人机插件通过箱体的后背板内的电路和CPU插件连接，人机插件用于整定保护定值、装置地址等并传送至CPU插件，并能从CPU插件读取运行参数、保护定值、报警信息、操作记录等并显示出来。

本地通讯插件通过箱体的后背板内的电路和CPU插件连接并相互通讯。还通过CPU插件和通道通讯插件进行数据传输。本地通讯插件有冗余的多个ST光口，用于和本变电站同电压等级(或同母线)其他线路保护装置通讯及数据转发。向这些间隔保护装置发送本间隔的电流信号，本间隔的电流数据在发送时不仅标记本保护装置的地址、时钟，同时标记为0间隔标记。本地通讯插件还把本间隔线路对侧保护装置发来的电流数据，仅仅将其0间隔标记改为临1间隔标记，其地址、时钟标记保持不变的转发给本变电站其他线路保护装置。本间隔线路保护装置对对侧保护装置传来的含有临1间隔标记的电流数据，只供本间隔保护装置计算用，不再向外转发。本地通讯插件接收本变电站其他线路本侧保护装置发来的各线路本侧带有各自0标记的电流数据，也接收本变电站其他线路本侧保护装置转发来的各线路对侧带有临1标记的电流数据，这些临1标记的电流数据只参于本间隔保护装置保护运算，不再转发出去。本地通讯插件把CPU插件运算判别后做出的跳闸指令发送给本变电站其他线路本侧保护装置或通过本变电站其他线路本侧保护装置转发给其他线路对侧保护装置；本地通讯插件接收本变电站其他线路本侧保护装置或通过本变电站其他线路本侧保护装置转来跳本间隔的跳闸信号后送给CPU插件。

通道通讯插件通过箱体的后背板内的电路和CPU插件连接并相互通讯。通道通讯插件有可连接线路主保护备用通道的收发ST光口，用于本间隔本侧保护装置和线路对侧保护装置通讯及数据转发。通道通讯插件向对侧保护装置发送本侧的电流信号，本侧的电流数据在发送时不仅标记本保护装置的地址、时钟，同时标0间隔标记。通道通讯插件接收对侧保护装置发来的对侧的电流信号以及对侧保护装置发转发来的对侧保护相邻保护装置的电流信号。通道通讯插件把CPU插件运算判别后做出的跳闸指令发送给对侧保护装置或通过对侧保护装置转发给其相邻保护装置。

CPU插件收集数据，根据数据本身带的标记，形成差动后备保护范围及跳闸对象，差动后备保护的采用了本间隔、临1间隔、临2间隔的数据。为保证这些数据的同步，CPU插件分别和临1间隔、临2间隔的的保护装置采用插值法同步。

(三)有益效果

本发明的一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置。利用纵联保护的备用通道站间通讯，不需要增加网络设备。每个保护装置独立完成保护和通讯管理功能，从根本上解决了电网后备整定的配合问题，克服集中式广域差动后备保护低可靠、需要人为划分电网区域的先天缺陷，极大提高了后备保护的选择性、快速性、可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明提供的一种布式自由扩网广域电流差动后备保护装置的结构连接示意图；

图2：本发明的提供的一种布式自由扩网广域电流差动后备保护装置的箱体结构示意图；

图中：1、箱体；2、电源插件；3、模拟量输入插件；4、开关量输入插件；5、就地出口跳闸插件；6、信号插件；7、下板；8、上板；9、背板；10、第一轨道；11、第二轨道；12、第三轨道；13、第四轨道；14、第五轨道；15、第六轨道；16、第七轨道；17、第九轨道；18、第九轨道；19、第十轨道；20、第十一轨道；21、第十二轨道；22、第十三轨道；23、第十四轨道；24、第十五轨道；25、第十七轨道；26、第十七轨道；27、第十八轨道；28、第一插槽；29、第二插槽；30、第三插槽；31、第四插槽；32、第五插槽；33、第六插槽；34、第七插槽；35、第八插槽；36、第九插槽；37、人机插件；38、本地通讯插件；39、通道通讯插件；40、CPU插件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，包括箱体1、电源插件2、模拟量输入插件3、开关量输入插件4、就地出口跳闸插件5、信号插件6、人机插件37、本地通讯插件38、通道通讯插件39、CPU插件40。

箱体1由下板7、上板8、背板9及左、右板等部件组成。下板7内侧有起固定插件作用的第一轨道10、第二轨道11、第三轨道12、第四轨道13、第五轨道14、第六轨道15、第七轨道16、第八轨道17、第九轨道18；上板8内侧有起固定插件作用的第十轨道19、第十一轨道20、第十二轨道21、第十三轨道22、第十四轨道23、第十五轨道24、第十六轨道25、第十七轨道26、第十八轨道27；背板9内有各插件相互连接的电路，背板9内侧有连接各插件电路的第一插槽28、第二插槽29、第三插槽30、第四插槽31、第五插槽32、第六插槽33、第七插槽34、第八插槽35、第九插槽36。

电源插件2通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第一轨道10、第十轨道19固定，电源插件2背板外侧插头和箱体1内的第一插槽28连接。模拟量输入插件3通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第二轨道11、第十一轨道20固定，模拟量输入插件3背板外侧插头和箱体1内的第二插槽29连接。开关量输入插件4通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第三轨道12、第十二轨道21固定，开关量输入插件4背板外侧插头和箱体1内的第三插槽30连接。就地出口跳闸插件5通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第四轨道13、第十三轨道22固定，就地出口跳闸插件5背板外侧插头和箱体1内的第四插槽31连接。信号插件6通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第五轨道14、第十四轨道23固定，信号插件6背板外侧插头和箱体1内的第五插槽32连接。人机插件37通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第六轨道15、第十五轨道24固定，人机插件37背板外侧插头和箱体1内的第六插槽33连接。本地通讯插件38通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第七轨道16、第十六轨道25固定，本地通讯插件38背板外侧插头和箱体1内的第七插槽34连接。通道通讯插件39通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第八轨道17、第十七轨道26固定，通道通讯插件39背板外侧插头和箱体1内的第八插槽35连接。CPU插件40通过下、上侧卡槽分别和箱体1内的第九轨道18、第十八轨道27固定，CPU插件40背板外侧插头和箱体1内的第九插槽36连接。。

电源插件2可以把输入的220/110V直流电源转变为低电压的直流，通过箱体1的后背板内的电路给其他各个插件提供直流工作电源。

模拟量输入插件3通过箱体1的后背板内的电路和CPU插件40连接，模拟量输入插件3按固定的采样频率把本间隔的电流电压量等模拟量转换为数字信号并送给CPU插件40。

开关量输入插件4通过箱体1的后背板内的电路和CPU插件40连接，开关量输入插件4把本输入的间隔的开关量转换为数字信号并送给CPU插件40。

就地出口跳闸插件5通过箱体1的后背板内的电路和CPU插件40连接，就地出口跳闸插件5从CPU插件40接受跳本间隔的数字跳闸命令并转换为跳闸干接点送出，也起到外部操作电源和CPU隔离的作用。

信号插件6通过箱体1的后背板内的电路和CPU插件40连接，信号插件6从CPU插件40接受报警信号并转换为多路干接点，用于外接至故障录波器、监控系统等，同时把接受的报警信号隔离后仍以数字信号多路输出，用于外接监控系统、信息子站等。信号插件6也起到外部信号回路和CPU隔离的作用。

人机插件37通过箱体1的后背板内的电路和CPU插件40连接，人机插件37用于整定保护定值、装置地址等并传送至CPU插件40，并能从CPU插件40读取运行参数、保护定值、报警信息、操作记录等并显示出来。

本地通讯插件38通过箱体1的后背板内的电路和CPU插件40连接并相互通讯。还通过CPU插件40和通道通讯插件39进行数据传输。本地通讯插件38有冗余的多个ST光口，用于和本变电站同电压等级(或同母线)其他线路保护装置通讯及数据转发。向这些间隔保护装置发送本间隔的电流信号，本间隔的电流数据在发送时不仅标记本保护装置的地址、时钟，同时标记为0间隔标记。本地通讯插件38还把本间隔线路对侧保护装置发来的电流数据，仅仅将其0间隔标记改为临1间隔标记，其地址、时钟标记保持不变的转发给本变电站其他线路保护装置。本间隔线路保护装置对对侧保护装置传来的含有临1间隔标记的电流数据，只供本间隔保护装置计算用，不再向外转发。本地通讯插件38接收本变电站其他线路本侧保护装置发来的各线路本侧带有各自0标记的电流数据，也接收本变电站其他线路本侧保护装置转发来的各线路对侧带有临1标记的电流数据，这些临1标记的电流数据只参于本间隔保护装置保护运算，不再转发出去。本地通讯插件38把CPU插件40运算判别后做出的跳闸指令发送给本变电站其他线路本侧保护装置或通过本变电站其他线路本侧保护装置转发给其他线路对侧保护装置；本地通讯插件38接收本变电站其他线路本侧保护装置或通过本变电站其他线路本侧保护装置转来跳本间隔的跳闸信号后送给CPU插件40。

通道通讯插件39通过箱体1的后背板内的电路和CPU插件40连接并相互通讯。通道通讯插件39有可连接线路主保护备用通道的收发ST光口，用于本间隔本侧保护装置和线路对侧保护装置通讯及数据转发。通道通讯插件39向对侧保护装置发送本侧的电流信号，本侧的电流数据在发送时不仅标记本保护装置的地址、时钟，同时标0间隔标记。通道通讯插件39接收对侧保护装置发来的对侧的电流信号以及对侧保护装置发转发来的对侧保护相邻保护装置的电流信号。通道通讯插件39把CPU插件40运算判别后做出的跳闸指令发送给对侧保护装置或通过对侧保护装置转发给其相邻保护装置。

CPU插件40收集数据，根据数据本身带的标记，形成差动后备保护范围及跳闸对象，差动后备保护的采用了本间隔、临1间隔、临2间隔的数据。为保证这些数据的同步，CPU插件40分别和临1间隔、临2间隔的的保护装置采用插值法同步。

本发明提供了一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置。利用纵联保护的备用通道站间通讯，不需要增加网络设备。每个保护装置独立完成保护和通讯管理功能。从根本上解决了电网后备整定的配合问题，克服集中式广域差动后备保护低可靠、需要人为划分电网区域的先天缺陷。极大提高了后备保护的选择性、快速性、可靠性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，包括箱体(1)、电源插件(2)、模拟量输入插件(3)、开关量输入插件(4)、就地出口跳闸插件(5)、信号插件(6)、人机插件(37)、本地通讯插件(38)、通道通讯插件(39)、CPU插件(40)；

箱体包括下板(7)、上板(8)、背板(9)及左、右板；下板(7)内侧有起固定插件作用的第一轨道(10)、第二轨道(11)、第三轨道(12)、第四轨道(13)、第五轨道(14)、第六轨道(15)、第七轨道(16)、第八轨道(17)、第九轨道(18)；上板(8)内侧有起固定插件作用的第十轨道(19)、第十一轨道(20)、第十二轨道(21)、第十三轨道(22)、第十四轨道(23)、第十五轨道(24)、第十六轨道(25)、第十七轨道(26)、第十八轨道(27)；背板(9)内有各插件相互连接的电路，背板(9)内侧有连接各插件电路的第一插槽(28)、第二插槽(29)、第三插槽(30)、第四插槽(31)、第五插槽(32)、第六插槽(33)、第七插槽(34)、第八插槽(35)、第九插槽(36)；

电源插件(2)通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第一轨道(10)、第十轨道(19)固定，电源插件(2)背板外侧插头和箱体(1)内的第一插槽(28)连接；

模拟量输入插件(3)通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第二轨道(11)、第十一轨道(20)固定，模拟量输入插件(3)背板外侧插头和箱体(1)内的第二插槽(29)连接；

开关量输入插件(4)通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第三轨道(12)、第十二轨道(21)固定，开关量输入插件(4)背板外侧插头和箱体(1)内的第三插槽(30)连接；

就地出口跳闸插件(5)通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第四轨道(13)、第十三轨道(22)固定，就地出口跳闸插件(5)背板外侧插头和箱体(1)内的第四插槽(31)连接；

信号插件(6)通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第五轨道(14)、第十四轨道(23)固定，信号插件(6)背板外侧插头和箱体(1)内的第五插槽(32)连接；

人机插件(37)通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第六轨道(15)、第十五轨道(24)固定，人机插件(37)背板外侧插头和箱体(1)内的第六插槽(33)连接；

本地通讯插件(3)8通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第七轨道(16)、第十六轨道(25)固定，本地通讯插件(38)背板外侧插头和箱体(1)内的第七插槽(34)连接；

通道通讯插件(39)通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第八轨道(17)、第十七轨道(26)固定，通道通讯插件(39)背板外侧插头和箱体(1)内的第八插槽(35)连接；

CPU插件(40)通过下、上侧卡槽分别和箱体(1)内的第九轨道(18)、第十八轨道(27)固定，CPU插件(40)背板外侧插头和箱体(1)内的第九插槽(36)连接；CPU插件(40)连接通过箱体(1)的后背板内的电路连接电源插件(2)、模拟量输入插件(3)、开关量输入插件(4)、就地出口跳闸插件(5)、信号插件(6)、人机插件(37)、本地通讯插件(38)、通道通讯插件(39)。

2.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，电源插件(2)通过箱体(1)的后背板内的电路给其他各个插件提供直流工作电源。

3.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，模拟量输入插件(3)按固定的采样频率把本间隔的电流电压量转换为数字信号并送给CPU插件(40)。

4.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，开关量输入插件(4)把本输入的间隔的开关量转换为数字信号并送给CPU插件(40)。

5.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，就地出口跳闸插件(5)从CPU插件(40)接受跳本间隔的数字跳闸命令并转换为跳闸干接点送出，并将外部操作电源和CPU隔离。

6.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，信号插件(6)从CPU插件(40)接受报警信号并转换为多路干接点，外接至故障录波器、监控系统，同时把接受的报警信号隔离后仍以数字信号多路输出，外接监控系统、信息子，并将外部信号回路和CPU隔离。

7.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，人机插件(37)整定保护定值、装置地址，并传送至CPU插件(40)，从CPU插件(40)读取运行参数、保护定值、报警信息、操作记录，将其显示出来。

8.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，本地通讯插件(38)通过CPU插件(40)和通道通讯插件(39)进行数据传输；本地通讯插件(38)包括多个冗余ST光口，ST光口和本变电站同电压等级或同母线其他线路保护装置通讯及数据转发，发送本间隔的电流信号；本地通讯插件(38)把CPU插件(40)运算判别后做出的跳闸指令发送给本变电站其他线路本侧保护装置，或通过本变电站其他线路本侧保护装置转发给其他线路对侧保护装置；本地通讯插件(38)接收本变电站其他线路本侧保护装置或通过本变电站其他线路本侧保护装置转来跳本间隔的跳闸信号后送给CPU插件(40)。

9.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，通道通讯插件(39)有可连接线路主保护备用通道的收发ST光口，用于本间隔本侧保护装置和线路对侧保护装置通讯及数据转发；通道通讯插件(39)向对侧保护装置发送本侧的电流信号，本侧的电流数据在发送时不仅标记本保护装置的地址、时钟，同时标0间隔标记；通道通讯插件(39)接收对侧保护装置发来的对侧的电流信号以及对侧保护装置发转发来的对侧保护相邻保护装置的电流信号；通道通讯插件(39)把CPU插件(40)运算判别后做出的跳闸指令发送给对侧保护装置或通过对侧保护装置转发给其相邻保护装置。

10.根据权利要求1所述的分布式自由扩网广域电流差动后备保护装置，其特征在于，CPU插件(40)收集数据，根据数据本身带的标记，形成差动后备保护范围及跳闸对象，差动后备保护采用本间隔、临1间隔、临2间隔的数据，CPU插件(40)分别和临1间隔、临2间隔的的保护装置采用插值法同步。