CN105932776A - 一种基于主子单元的变电站二次系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于主子单元的变电站二次系统，其特征在于：包括GPS时钟、监控后台和若干个跨间隔主单元，每个跨间隔主单元连接有若干个单间隔子单元，单间隔子单元外接电子式/常规互感器、开关和刀闸，跨间隔主单元和单间隔子单元均与监控后台连接，跨间隔主单元、单间隔子单元以及监控后台均与GPS时钟连接。本发明解决了智能变电站装置数量多、配置复杂和建设投资成本高等问题，解决了传统变电站电气回路复杂和电缆用量大等问题，具有故障切除时间短、可靠性高、电气回路简单和便于维护等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于主子单元的变电站二次系统，属于电力系统自动化领域。
背景技术
传统变电站二次设备通过电缆接入一次设备，实现电压、电流和开关刀闸状态等电气量采集，要求一次设备提供多个接口以满足所有二次设备接入要求，比如电流互感器有2个线路保护和1个母线保护抽头，其缺点是电气回路复杂，电缆用量大，其优点是保护装置数据采集、逻辑判断和动作出口，所有环节在一台装置中实现，可靠性高，出口时间短。智能变电站采用过程层合并单元和智能终端实现单间隔电气量的就地采集和转换，过程层设备通过点对点和组网方式与母线保护等跨间隔设备通信，电气回路简单，电缆用量少，但是保护功能由合并单元、智能终端和保护三个装置实现，装置数量和中间环节多，可靠性降低，出口时间变长，且智能变电站过程层虚端子配置和维护工作量大。
中国发明专利CN104333137A 公开了一种超高压保护多功能一体化装置，将智能变电站合并单元、智能终端和线路保护功能集成至一台多功能一体化装置中，提高线路保护可靠性和速动性，减少装置数量。该发明详细描述了装置内部结构、功能、数据流及装置在线路间隔的应用。
中国发明专利CN201510370184.5公开了一种面向间隔的多功能纵向集成装置，将智能变电站过程层合并单元、智能终端，间隔层保护、测控功能集成至一台装置，合并单元、智能终端及保护测控功能分别采用独立的CPU板卡，保证各功能的独立性，任何一个CPU异常不会影响其他CPU的功能。并给出了装置在线路间隔的集成方法，结合装置内部功能逻辑框图，描述了各CPU板卡功能和数据流。
以上2项专利均采用集成线路间隔保护测控、合并单元和智能终端的方法，未提及母联、分段、变压器和母线间隔方案，未提及监控系统方案，未构成完整的二次系统。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于主子单元的变电站二次系统。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于主子单元的变电站二次系统，包括GPS时钟、监控后台和若干个跨间隔主单元，每个跨间隔主单元连接有若干个单间隔子单元，单间隔子单元外接电子式/常规互感器、开关和刀闸，跨间隔主单元和单间隔子单元均与监控后台连接，跨间隔主单元、单间隔子单元以及监控后台均与GPS时钟连接；
所述单间隔子单元采集计算本间隔电气量，进行保护逻辑判断和出口，向跨间隔主单元发送本间隔电气量，向监控后台发送模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，接收和执行跨间隔主单元发出的控制命令以及监控后台发出的遥控命令；
所述跨间隔主单元接收各单间隔电气量，进行保护逻辑判断，向各个单间隔子单元发出控制命令，向监控后台发送模拟量、开入状态、保护动作和告警信息；
所述监控后台用于接收、存储、展示和分析所有跨间隔主单元发出的模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，接收、存储、展示和分析所有单间隔子单元发出的模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，提供变电站运行监视人机接口，向单间隔子单元发送遥控命令；
所述GPS时钟为系统提供对时信号。
所述跨间隔主单元通过光纤直接与单间隔子单元连接，所述跨间隔主单元和单间隔子单元通过以太网与监控后台连接，所述跨间隔主单元、单间隔子单元以及监控后台通过站内对时总线与GPS时钟连接。
所述单间隔子单元包括对时模块、同步采样模块、开入开出模块、主CPU模块和光纤通信模块；所述对时模块、同步采样模块、开入开出模块、光纤通信模块和主CPU模块通过内部数据总线连接，所述光纤通信模块与跨间隔主单元通信，所述主CPU模块与监控后台连接；
所述对时模块接收GPS时钟发出的对时信号，同步单间隔子单元内部各模块；
所述同步采样模块外接电子式/常规互感器，采集电压和电流；
所述开入开出模块外接开关和刀闸，采集开关、刀闸的位置和状态，驱动开关分合闸电路和刀闸分合闸电路。
所述单间隔子单元按需求分为母联子单元、分段子单元、线路间隔子单元以及变压器分侧子单元；
所述母联子单元和分段子单元功能一致，用以实现过流保护、充电过流保护、电压电流有效值计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸；
所述线路间隔子单元用以实现线路纵联差动保护、纵联距离保护、距离保护、零序过流、远方跳闸、过电压保护及重合闸功能、电压电流有效值计算、同步相量计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸；
所述变压器分侧子单元用以实现电压电流有效值计算、同步相量计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸。
所述跨间隔主单元包括对时模块、主CPU模块和光纤通信模块；所述对时模块、光纤通信模块和主CPU模块通过内部数据总线连接，所述对时模块接收GPS时钟发出的对时信号，通过内部对时总线同步主单元内部各模块，所述光纤通信模块与单间隔子单元通信，所述主CPU模块与监控后台连接。
跨间隔主单元按需求分为母线保护主单元、变压器保护主单元和备自投主单元；
所述母线保护主单元用以实现母线差动保护、失灵保护、死区保护；
所述变压器保护主单元用以实现纵差差动保护、纵差差速断保护、复压过流保护、阻抗保护、零序过流保护、失灵联跳；
所述备自投主单元用以实现备自投保护、过负荷联切、过负荷闭锁、过流保护。
本发明所达到的有益效果：1、本发明解决了智能变电站装置数量多、配置复杂和建设投资成本高等问题，解决了传统变电站电气回路复杂和电缆用量大等问题，具有故障切除时间短、可靠性高、电气回路简单和便于维护等优点；2、本发明通过单间隔子单元实现了单间隔保护、测量和控制功能，减少了功能实现环节，缩短了线路故障切除时间；3、单间隔子单元和跨间隔主单元采用点对点通信，简化网络架构，提高跨间隔保护启失灵和闭锁的可靠性；4、单间隔子单元可就地安装，通过光纤与跨间隔主单元通信，取消传统变电站电缆回路，减少电缆用量和线路间隔装置数量，降低建设投资成本；5、本发明单间隔内不存在装置间虚端子配置，降低工程调试和维护难度。
附图说明
图1为基于主子单元的变电站二次系统框图。
图2为母线保护与子单元连接图。
图3为变压器保护与子单元连接图。
图4为备自投与子单元连接图。
图5为子单元逻辑框图。
图6为主单逻辑框图。
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1、2、3和4所示，一种基于主子单元的变电站二次系统，包括GPS时钟、监控后台和若干个跨间隔主单元，每个跨间隔主单元连接有若干个单间隔子单元，单间隔子单元外接电子式/常规互感器、开关和刀闸，跨间隔主单元和单间隔子单元均与监控后台连接，跨间隔主单元、单间隔子单元以及监控后台均与GPS时钟连接。
跨间隔主单元通过光纤与单间隔子单元连接，即采用点对点通信，跨间隔主单元和单间隔子单元通过以太网与监控后台连接，跨间隔主单元、单间隔子单元以及监控后台通过站内对时总线与GPS时钟连接。
上述单间隔子单元采集计算本间隔电气量，进行保护逻辑判断和出口，向跨间隔主单元发送本间隔电气量，向监控后台发送模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，接收和执行跨间隔主单元发出的控制命令以及监控后台发出的遥控命令。
如图5所示，单间隔子单元包括对时模块、同步采样模块、开入开出模块、主CPU模块和光纤通信模块。对时模块、同步采样模块、开入开出模块、光纤通信模块和主CPU模块通过内部数据总线连接，光纤通信模块与跨间隔主单元通信，主CPU模块与监控后台连接。对时模块接收GPS时钟发出的对时信号，通过内部数据总线同步子单元内部各模块；同步采样模块外接电子式/常规互感器，采集电压和电流；开入开出模块外接开关和刀闸，采集开关、刀闸的位置和状态，驱动开关分合闸电路和刀闸分合闸电路。
单间隔子单元按需求分为母联子单元、分段子单元、线路间隔子单元以及变压器分侧子单元。母联子单元和分段子单元功能一致，用以实现过流保护、充电过流保护、电压电流有效值计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸；线路间隔子单元用以实现线路纵联差动保护、纵联距离保护、距离保护、零序过流、远方跳闸、过电压保护及重合闸功能、电压电流有效值计算、同步相量计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸；变压器分侧子单元用以实现电压电流有效值计算、同步相量计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸。
上述跨间隔主单元接收各单间隔电气量，进行保护逻辑判断，向各个单间隔子单元发出控制命令，向监控后台发送模拟量、开入状态、保护动作和告警信息。
如图6所示，跨间隔主单元包括对时模块、主CPU模块和光纤通信模块。对时模块、光纤通信模块和主CPU模块通过内部数据总线连接，对时模块接收GPS时钟发出的对时信号，通过内部对时总线同步主单元内部各模块，光纤通信模块与单间隔子单元通信，主CPU模块与监控后台连接。
跨间隔主单元按需求分为母线保护主单元、变压器保护主单元和备自投主单元。
110kV及以上电压等级配置母线保护主单元，接入本电压等级所有母联和分段子单元、线路子单元和变压器分侧（高压侧）子单元，用以实现母线差动保护、失灵保护、死区保护。
变压器保护主单元接入变压器各侧子单元和低压侧分段子单元，用以实现纵差差动保护、纵差差速断保护、复压过流保护、阻抗保护、零序过流保护、失灵联跳；
备自投主单元接入高压侧进线、高压侧分段、中压侧进线、中压侧分段、低压侧分支及低压侧分段子单元，用以实现备自投保护、过负荷联切、过负荷闭锁、过流保护。
上述监控后台用于接收、存储、展示和分析所有跨间隔主单元发出的模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，接收、存储、展示和分析所有单间隔子单元发出的模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，提供变电站运行监视人机接口，向单间隔子单元发送遥控命令。
上述GPS时钟为系统提供对时信号。
上述变电站二次系统的实现方法，具体步骤如下：
S1：实现最高电压等级所有母联和分段子单元、线路子单元和变压器高压侧子单元；
S2：实现最高电压等级母线保护主单元，并通过光纤接入相应的单间隔子单元；
S3：参考步骤S1和S2，实现各电压等级母线保护主单元，并接入相应的单间隔子单元；
S4：实现变压器保护主单元，并接入变压器分侧子单元和低压侧分段子单元；
S5：实现备自投主单元，接入相应的单间隔子单元；
S6：构建GPS时钟，各单间隔子单元采用光纤IRIG-B码与站内GPS时钟同步，各跨间隔主单元采用电IRIG-B码与站内GPS时钟同步，监控后台通过站内以太网与GPS时钟同步；
S7：构建监控后台，包括监控主机、工程师站、操作员站和远动机；
S8：构建交换机网络，所有单间隔子单元、所有跨间隔主单元和监控后台接入站内以太网。
上述系统通过单间隔子单元实现了单间隔保护、测量和控制功能，减少了功能实现环节，缩短了线路故障切除时间；同时单间隔子单元和跨间隔主单元采用点对点通信，简化网络架构，提高跨间隔保护启失灵和闭锁的可靠性；并且单间隔子单元可就地安装，通过光纤与跨间隔主单元通信，取消传统变电站电缆回路，减少电缆用量和线路间隔装置数量，降低建设投资成本。上述系统不存在单间隔内装置间虚端子配置，降低工程调试和维护难度。
综上所述，上述系统解决了智能变电站装置故障切除时间长、可靠性降低、数量多、配置复杂和建设投资成本高等问题，解决了传统变电站电气回路复杂和电缆用量大等问题，具有故障切除时间短、可靠性高、电气回路简单和便于维护等优点。
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 (6)
1.一种基于主子单元的变电站二次系统，其特征在于：包括GPS时钟、监控后台和若干个跨间隔主单元，每个跨间隔主单元连接有若干个单间隔子单元，单间隔子单元外接电子式/常规互感器、开关和刀闸，跨间隔主单元和单间隔子单元均与监控后台连接，跨间隔主单元、单间隔子单元以及监控后台均与GPS时钟连接；
所述单间隔子单元采集计算本间隔电气量，进行保护逻辑判断和出口，向跨间隔主单元发送本间隔电气量，向监控后台发送模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，接收和执行跨间隔主单元发出的控制命令以及监控后台发出的遥控命令；
所述跨间隔主单元接收各单间隔电气量，进行保护逻辑判断，向各个单间隔子单元发出控制命令，向监控后台发送模拟量、开入状态、保护动作和告警信息；
所述监控后台用于接收、存储、展示和分析所有跨间隔主单元发出的模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，接收、存储、展示和分析所有单间隔子单元发出的模拟量、开入状态、保护动作和告警信息，提供变电站运行监视人机接口，向单间隔子单元发送遥控命令；
所述GPS时钟为系统提供对时信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于主子单元的变电站二次系统，其特征在于：所述跨间隔主单元通过光纤直接与单间隔子单元连接，所述跨间隔主单元和单间隔子单元通过以太网与监控后台连接，所述跨间隔主单元、单间隔子单元以及监控后台通过站内对时总线与GPS时钟连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于主子单元的变电站二次系统，其特征在于：所述单间隔子单元包括对时模块、同步采样模块、开入开出模块、主CPU模块和光纤通信模块；所述对时模块、同步采样模块、开入开出模块、光纤通信模块和主CPU模块通过内部数据总线连接，所述光纤通信模块与跨间隔主单元通信，所述主CPU模块与监控后台连接；
所述对时模块接收GPS时钟发出的对时信号，通过内部对时总线同步单间隔子单元内部各模块；
所述同步采样模块外接电子式/常规互感器，采集电压和电流；
所述开入开出模块外接开关和刀闸，采集开关、刀闸的位置和状态，驱动开关分合闸电路和刀闸分合闸电路。
4.根据权利要求3所述的一种基于主子单元的变电站二次系统，其特征在于：所述单间隔子单元按需求分为母联子单元、分段子单元、线路间隔子单元以及变压器分侧子单元；
所述母联子单元和分段子单元功能一致，用以实现过流保护、充电过流保护、电压电流有效值计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸；
所述线路间隔子单元用以实现线路纵联差动保护、纵联距离保护、距离保护、零序过流、远方跳闸、过电压保护及重合闸功能、电压电流有效值计算、同步相量计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸；
所述变压器分侧子单元用以实现电压电流有效值计算、同步相量计算、电能计量、事件序列SOE、出口继电器及操作回路、同期合闸。
5.根据权利要求1所述的一种基于主子单元的变电站二次系统，其特征在于：所述跨间隔主单元包括对时模块、主CPU模块和光纤通信模块；所述对时模块、光纤通信模块和主CPU模块通过内部数据总线连接，所述对时模块接收GPS时钟发出的对时信号，通过内部对时总线同步主单元内部各模块，所述光纤通信模块与单间隔子单元通信，所述主CPU模块与监控后台连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于主子单元的变电站二次系统，其特征在于：跨间隔主单元按需求分为母线保护主单元、变压器保护主单元和备自投主单元；
所述母线保护主单元用以实现母线差动保护、失灵保护、死区保护；
所述变压器保护主单元用以实现纵差差动保护、纵差差速断保护、复压过流保护、阻抗保护、零序过流保护、失灵联跳；
所述备自投主单元用以实现备自投保护、过负荷联切、过负荷闭锁、过流保护。
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