CN105978151A - 智能变电站继电保护间隔一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能变电站继电保护间隔一体化装置，包括线路保护模块、环网母线保护模块、过程层模块和管理CPU模块；各模块之间通过内置的HSB总线进行信息交互和传递。本发明极大地减少二次设备及屏柜数量，简化二次接线及网络配置，提高信息采集可靠性、实时性及信息处理效率；大大增强变电站内各功能模块的信息交互能力，降低工程检修的难度和运行维护工作量；实现了跨间隔保护保护的就地间隔化，为一、二次设备融合提供技术基础，优化了智能变电站整体架构。

Description

智能变电站继电保护间隔一体化装置
技术领域
本发明涉及一种智能变电站继电保护间隔一体化装置，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
传统继电保护配置以保护对象为单位，各保护之间相互独立，虽然简化了回路却也在实际上浪费了较多的可用信息。目前的智能变电站保护配置普遍仍以保护对象为单位，并按照三层两网（三层指：站控层、间隔层、过程层；两网指：站控层网络和过程层网络）的原则分层设计。其中，过程层设备及网络独立配置实现了单间隔信息的全站共享，但由此也带来了很多负面问题，一方面，会造成二次设备数量及其屏位数量增多、占地面积增大、二次电缆和光缆数量增多、接线复杂等一系列问题；另一方面，由于过程层网络信息基于过程层设备，较多的设备会导致网络节点数量增加，造成网络结构复杂，传输压力大、信息丢失等问题，不利于变电站的稳定运行。同时，单间隔保护与跨间隔保护之间的信息交互很大程度上依赖于网络，当网络压力较大时，继电保护的“四性”（选择性、灵敏性、速动性、可靠性）将有可能得不到保证。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能变电站继电保护间隔一体化装置。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
智能变电站继电保护间隔一体化装置，包括线路保护模块、环网母线保护模块、过程层模块和管理CPU模块；各模块之间通过内置的HSB总线进行信息交互和传递；
线路保护模块：用以实现纵联电流差动保护、距离保护、零序过流保护、重合闸保护、零序反时限过流保护、三相不一致保护、过电压及远方跳闸保护、过流过负荷保护、冲击性负荷保护；
环网母线保护模块：用以实现差动保护、失灵保护、母联失灵保护、母联充电过流保护、母联非全相保护；
过程层模块：用以实现模拟量采集、电子式互感器采集器输入、母线合并单元的级联电压接入、采样值报文发送、跨间隔保护跳闸GOOSE信号接收、遥控GOOSE信号接收、本间隔保护跳闸、开关位置采集并上送、刀闸位置采集并上送GOOSE、实遥信量采集并上送GOOSE、合成类信号逻辑处理并上送GOOSE、操作回路；
管理CPU模块：用以实现驱动显示界面、程序管理、配置管理、线路保护模块数据采集、跨间隔保护模块数据采集、过程层模块数据采集，用以提供站控层IEC61850MMS接口、对时接口、与监控系统通信的接口、打印相关接口。
所述线路保护模块包括保护主CPU、保护从CPU和保护IO模件，保护主CPU和保护从CPU均与内置的HSB总线连接，保护IO模件和保护主CPU通过内置的保护IO总线连接；
所述环网母线保护模块包括环网母线保护CPU，所述环网母线保护CPU与内置的HSB总线连接；
所述过程层模块包括智能终端/合并单元CPU和智能终端IO模件，所述智能终端/合并单元CPU与内置的HSB总线连接，所述智能终端/合并单元CPU和智能终端IO模件通过内置的过程层IO总线连接；
所述管理CPU模块包括HMI CPU，所述HMI CPU与内置的HSB总线连接。
所述环网母线保护CPU与保护从CPU共用一个CPU。
本发明所达到的有益效果：1、本发明将可极大地减少二次设备及屏柜数量，简化二次接线及网络配置，提高信息采集可靠性、实时性及信息处理效率；2、本发明大大增强变电站内各功能模块的信息交互能力，降低工程检修的难度和运行维护工作量；3、本发明实现了跨间隔保护保护的就地间隔化，为一、二次设备融合提供技术基础，优化了智能变电站整体架构。
附图说明
图1为本发明的内部硬件模块示意图。
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。
智能变电站继电保护间隔一体化装置，包括线路保护模块、环网母线保护模块、过程层模块和管理CPU模块，各模块之间通过内置的HSB总线进行信息交互和传递。
各模块的具体功能如下：
线路保护模块：用以实现纵联电流差动保护、距离保护、零序过流保护、重合闸保护、零序反时限过流保护、三相不一致保护、过电压及远方跳闸保护、过流过负荷保护、冲击性负荷保护。
环网母线保护模块：用以实现差动保护、失灵保护、母联失灵保护、母联充电过流保护、母联非全相保护。
过程层模块：用以实现模拟量采集、电子式互感器采集器输入、母线合并单元的级联电压接入、采样值报文发送、跨间隔保护跳闸GOOSE信号接收、遥控GOOSE信号接收、本间隔保护跳闸、开关位置采集并上送、刀闸位置采集并上送GOOSE、实遥信量采集并上送GOOSE、合成类信号逻辑处理并上送GOOSE、操作回路。
管理CPU模块：用以实现驱动显示界面、程序管理、配置管理、线路保护模块数据采集、跨间隔保护模块数据采集、过程层模块数据采集，用以提供站控层IEC61850MMS接口、对时接口、与监控系统通信的接口、打印相关接口。
各模块的具体硬件结构如图1所示。
线路保护模块包括保护主CPU、保护从CPU和保护IO模件，保护主CPU和保护从CPU均与内置的HSB总线连接，保护IO模件和保护主CPU通过内置的保护IO总线连接。
线路保护模块在硬件方面具体包含以下部分：
1、采样回路，针对电子式互感器应用，采样主要在过程层模块内完成，采样数据通过内置的HSB总线传输至保护主CPU和保护从CPU；针对传统互感器应用，经交流模拟量采集模块采集后，由保护主CPU和保护从CPU内部的AD芯片实现A/D转化；
2、光纤纵差通信接口，保护主CPU和保护从CPU本板上预留光纤纵差通信模块，作为线路纵差保护通信接口；
3、信号出口回路，在故障发生时刻，由保护IO模件发出跳闸信号。
环网母线保护模块包括环网母线保护CPU，环网母线保护CPU与内置的HSB总线连接；环网母线保护CPU可与保护从CPU共用一个CPU。
环网母线保护模块在硬件方面具体包含以下部分：
1、采样回路，与线路保护模块的采样回路类似，针对电子式互感器应用，采样在过程层模块模块完成，通过内置的HSB总线将采样数据传输至环网母线保护CPU；针对传统互感器应用，经交流模拟量采集模块采集后，由环网母线保护CPU内部的AD芯片实现A/D转化；
2、环网通信功能，外部具备环网通信功能HSR接口，可以进行环网数据交换；
3、开关量信号采集与转发，自身不直接通过电缆端子对外连接，而是通过内置的HSB总线，实现对过程层模块模块的信号采集与转发。
过程层模块包括智能终端/合并单元CPU和智能终端IO模件，智能终端/合并单元CPU与内置的HSB总线连接，智能终端/合并单元CPU和智能终端IO模件通过内置的过程层IO总线连接。
过程层模块在硬件方面具体包含以下部分：
1、合并单元基本功能，具备传统模拟量采样或电子式互感器光纤串口输入接口，实现采样数据的同步与转发，通过内置的HSB总线及IEC 61850-9-2规约对装置内其他功能模块和站内其它设备提供采样服务功能；
2、智能终端基本功能，开关量信号采集与转发功能，通过内置的过程层IO总线，实现智能终端/合并单元CPU与智能终端IO模件间的通信及信号转发，通过内置的HSB总线与装置内其他功能模块交互GOOSE信号。
管理CPU模块包括HMI CPU，HMI CPU与内置的HSB总线连接，HMI CPU外接液晶屏，HMI CPU可完成对各模块CPU的管理和信号监视功能，提供双路光纤以太网通讯，具备站控层MMS后台通讯接口，配置大屏幕液晶面板及触摸屏操作，辅之以LED指示灯，用于表示重要的状态和告警指示信号。
考虑到设备现场安装的具体环境，上述装置选用低功耗，高性能的嵌入式运算系统，采用PowerPC架构，拥有较高的cache缓存，400MHz主频时峰值速度达760MIPS，32位乘法速度达66MIPS，32位除法速度达8 MIPS～66MIPS，并且具有FPU（硬件浮点单元），可外扩超过256M字节随机存储器，以满足高性能继电保护及自动装置和IEC 61850规约通信大资源的需求，考虑装置在数据吞吐和数据处理方面工作量巨大，引入FPGA作为通信处理和计算的协处理器。
上述装置将可极大地减少二次设备及屏柜数量，简化二次接线及网络配置，提高信息采集可靠性、实时性及信息处理效率；大大增强变电站内各功能模块的信息交互能力，降低工程检修的难度和运行维护工作量；实现了跨间隔保护保护的就地间隔化，为一、二次设备融合提供技术基础，优化了智能变电站整体架构。
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 (3)

1.智能变电站继电保护间隔一体化装置，其特征在于：包括线路保护模块、环网母线保护模块、过程层模块和管理CPU模块；各模块之间通过内置的HSB总线进行信息交互和传递；
线路保护模块：用以实现纵联电流差动保护、距离保护、零序过流保护、重合闸保护、零序反时限过流保护、三相不一致保护、过电压及远方跳闸保护、过流过负荷保护、冲击性负荷保护；
环网母线保护模块：用以实现差动保护、失灵保护、母联失灵保护、母联充电过流保护、母联非全相保护；
过程层模块：用以实现模拟量采集、电子式互感器采集器输入、母线合并单元的级联电压接入、采样值报文发送、跨间隔保护跳闸GOOSE信号接收、遥控GOOSE信号接收、本间隔保护跳闸、开关位置采集并上送、刀闸位置采集并上送GOOSE、实遥信量采集并上送GOOSE、合成类信号逻辑处理并上送GOOSE、操作回路；
管理CPU模块：用以实现驱动显示界面、程序管理、配置管理、线路保护模块数据采集、跨间隔保护模块数据采集、过程层模块数据采集，用以提供站控层IEC61850MMS接口、对时接口、与监控系统通信的接口、打印相关接口。
2.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护间隔一体化装置，其特征在于：所述线路保护模块包括保护主CPU、保护从CPU和保护IO模件，保护主CPU和保护从CPU均与内置的HSB总线连接，保护IO模件和保护主CPU通过内置的保护IO总线连接；
所述环网母线保护模块包括环网母线保护CPU，所述环网母线保护CPU与内置的HSB总线连接；
所述过程层模块包括智能终端/合并单元CPU和智能终端IO模件，所述智能终端/合并单元CPU与内置的HSB总线连接，所述智能终端/合并单元CPU和智能终端IO模件通过内置的过程层IO总线连接；
所述管理CPU模块包括HMI CPU，所述HMI CPU与内置的HSB总线连接。
3.根据权利要求2所述的智能变电站继电保护间隔一体化装置，其特征在于：所述环网母线保护CPU与保护从CPU共用一个CPU。
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