CN106451773A - 功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，包括继电保护功能相关的合并单元与智能终端集成装置（PMI)和监控功能相关的合并单元与智能终端集成装置(CMI)。PMI采集继电保护功能相关的交流电气量，并转换为满足IEC 61850标准的采样值报文，供继电保护相关的设备使用；PMI采集继电保护相关的状态量或直流量信号，并转换为符合IEC 61850标准的GOOSE信号，供继电保护相关的设备使用。CMI采集监控功能相关的交流量，并转换为满足IEC 61850的采样值报文，供监控功能相关的设备使用；CMI采集监控功能相关的状态量或直流量，并转换为GOOSE信号，供监控功能相关的设备使用。本发明减少不同功能的耦合程度，便于变电站的建设和运行维护。

Description

功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法
技术领域
本发明涉及一种继电保护功能和监控功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
目前智能变电站和数字化变电站已经大量推广应用，这些变电站的自动化系统普遍采用IEC 61850标准（国内等同采用为电力行业标准DL/T 860)定义的过程层、间隔层、站控层三层架构。在过程层大量应用了合并单元（Merging Unit,MU)和智能终端（Intelligent Terminal,IT，或Smart Terminal，ST)装置。间隔层主要有继电保护装置、测控装置、同步相量测量装置（Phasor Measurement Unit,PMU)等。站控层主要有监控主机、数据服务器、数据通信网关机等。
合并单元主要采集交流电气量信号，并转换为采样值（Sampled Value，SV)信号，采样值信号一般需要符合IEC 61850-9-2(DL/T 860.92)标准。合并单元的输入可以是电子式互感器，也可以是传统的电磁式互感器。合并单元一般通过光纤以太网与间隔层的继电保护装置、测控装置等设备进行数据交换。
智能终端主要实现一次设备（如：断路器、隔离开关、主变压器等）的状态量和直流量（如温度）的采集、测量、控制等功能，它与一次设备采用电缆连接，与保护、测控装置等二次设备一般采用光纤以太网连接，并采用符合IEC 61850(DL/T 860)定义的通用面向对象变电站事件（GOOSE）和间隔层设备进行通信。
目前变电站自动化系统中大量应用的合并单元和智能终端同时支撑间隔层的继电保护装置、测控装置、PMU等的功能实现，在功能上将不同的应用耦合在一起，不利于变电站的建设和运行维护。例如，合并单元同时采集抗饱和能力强但精度较差的的继电保护用电流信号和抗饱和能力较弱但精度较高的测量电流信号，输出的采样值报文同时具有保护电流信号和测量电流信号。间隔层的保护装置、测控装置、PMU等输入这些采样值报文进行后续的应用。如果合并单元出现故障将同时影响保护功能和监控功能，进行合并单元的维护也同时影响继电保护功能和监控功能。又如，智能终端采集了大量继电保护需要的状态量信号和监控功能需要的状态量信号，通过GOOSE输送给继电保护装置和测控装置。智能终端还通过GOOSE接收继电保护装置或测控装置发出的控制命令，对断路器、隔离开关等进行控制。如果智能终端出现问题将同时影响继电保护和监控系统功能。
目前智能变电站中还出现一种合并单元智能终端集成装置，即一台合并单元智能终端集成装置同时具有合并单元功能和智能终端功能，其继电保护相关的功能和监控相关的功能仍然耦合在一起，一台装置不能正常运行时仍然会同时影响继电保护和监控功能。
发明内容
为解决现有技术上的问题，本发明目的是在于提供一种继电保护功能和监控功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，在智能变电站过程层将继电保护与监控功能相关的信号采集与控制功能解耦，单台过程层设备的故障、检修或更换不同时影响继电保护功能和监控功能。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明公开了一种继电保护功能和监控功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，在过程层将继电保护功能相关的合并单元和智能终端功能布置在PMI装置中，将监控功能相关的合并单元和智能终端功能布置在CMI装置中，在过程层将继电保护与监控功能相关的信号采集与控制功能解耦，利用变电站的建设、运行与维护。
本发明提供一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，包括保护相关的合并单元与智能终端集成装置和监控相关的合并单元与智能终端集成装置；保护相关的合并单元与智能终端集成装置以下简称PMI，监控相关的合并单元与智能终端集成装置以下简称为CMI，其实现方法如下：
（1）在过程层中，将继电保护功能和监控功能相关的信号采集与控制功能解耦；将继电保护功能相关的交流电气量采集、状态量采集、直流量采集、控制输出等功能布置在PMI中实现，继电保护装置或继电保护功能相关的设备通过以太网的通信方式从PMI采集信号，通过以太网的通信方式向PMI输出控制信号进行控制输出。
（2）在过程层中，将监视控制功能相关的交流电气量采集、状态量采集、直流量采集、控制输出等功能布置在CMI中实现；测控装置及监控功能相关的设备通过以太网的通信方式从CMI采集信号，通过以太网的通信方式向CMI输出控制信号进行控制输出。
前述PMI只采集继电保护功能相关的交流电气量，如：三相电压、零序电压、抗饱和能力强的保护用三相电流、零序电流等，并转换为符合IEC 61850-9-2（DL/T 860.92)标准的采样值报文，供继电保护相关的设备使用；PMI只采集继电保护相关的状态量或直流量信号，如：断路器位置、弹簧未储能等，并转换为符合IEC 61850(DL/T 860)标准的GOOSE信号，供继电保护相关的设备使用；PMI只接受继电保护相关的设备发出的GOOSE命令，如：保护跳闸信号，进行出口控制。
前述CMI只采集监控功能相关的交流电气量，如：三相电压、零序电压、精度较高但抗饱和能力较弱的测量用三相电流等，并转换为符合IEC 61850（DL/T 860)的采样值报文，供监控功能相关的设备使用；CMI只采集监控功能相关的状态量或直流量，如：断路器位置、隔离开关位置、接地开关位置、温度信号等，并转换为满足IEC 61850（DL/T 860)的GOOSE信号，供监控功能相关的设备使用；CMI只接受监控功能相关的设备发出的GOOSE命令，如：变电站监控系统对断路器、隔离开关发出的遥控分（合）闸命令、变压器档位升（降）命令等，进行出口控制。
继电保护装置及继电保护功能相关的设备（如故障录波装置等）通过以太网等通信方式从PMI采集信号，通过以太网等通信方式向PMI输出控制信号进行控制输出。
测控装置及监控功能相关的设备（如同步相量测量装置PMU、电能质量监测装置等）通过以太网等通信方式从CMI采集信号，通过以太网等通信方式向CMI输出控制信号进行控制输出。
本发明中，上述包括的信号根据不同应用场合，会有相应的增减。
本发明所达到的有益效果：
本发明公布的继电保护功能和监控功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法可以在智能变电站过程层将继电保护功能和监控功能相关的信号采集与控制功能进行解耦，避免单台过程层设备故障同时影响继电保护功能和监控功能，在进行单台设备检修、维护时也不会同时影响继电保护功能和监控功能，提高变电站的可靠性和易维护性。
附图说明
图1是本发明中线路间隔过程层、间隔层设备分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作具体的介绍。
图1示意了一个线路间隔的过程层、间隔层设备分布示意图。将智能变电站中过程层大量应用的合并单元和智能终端的功能进行重新整合，将合并单元中与继电保护相关的交流量采集功能和智能终端中与继电保护相关的状态量、直流量采集与控制功能布置在PMI中，将合并单元中与监控功能相关的交流量采集功能和智能终端中与监控功能相关的状态量、直流量采集与控制功能布置在CMI中。
PMI只采集继电保护功能相关的交流电气量，如：三相电压、零序电压、抗饱和能力强的保护用三相电流、零序电流等，并转换为符合IEC 61850-9-2标准的采样值报文，供继电保护相关的设备使用；PMI只采集继电保护相关的状态量或直流量信号，如：断路器位置、弹簧未储能等，并转换为符合IEC 61850标准的GOOSE信号，供继电保护相关的设备使用；PMI只接受继电保护相关的设备发出的GOOSE命令，如：保护跳闸信号，进行出口控制。
CMI只采集监控功能相关的交流电气量，如：三相电压、零序电压、精度较高的测量用三相电流等，并转换为符合IEC 61850的采样值报文，供监控功能相关的设备使用；CMI只采集监控功能相关的状态量或直流量，如：断路器位置、隔离开关位置、温度信号等，并转换为满足IEC 61850的GOOSE信号，供监控功能相关的设备使用；CMI只接受监控功能相关的设备发出的GOOSE命令，如：变电站监控系统对断路器、隔离开关发出的遥控命令，进行出口控制。
继电保护装置及继电保护功能相关的设备（如故障录波装置等）通过光纤以太网通信方式从PMI采集信号，通过光纤以太网通信方式向PMI输出控制信号进行控制输出，但不通过光纤以太网通信方式从CMI采集信号，也不向CMI输出控制信号。
测控装置及监控功能相关的设备（如同步相量测量装置PMU、电能质量监测装置等）通过光纤通信方式从CMI采集信号，通过光纤以太网通信方式向CMI输出控制信号进行控制输出，但不通过光纤以太网通信方式从PMI采集信号，也不向PMI输出控制信号。
对于变电站中的变压器间隔，可以在变压器的各侧的过程层按图1的过程层布置PMI和CMI，在变压器的间隔层布置变压器差动保护和后备保护装置与变压器测控装置。变压器的保护装置通过光纤以太网通信从PMI输入信号，控制输出也输出到PMI。变压器的测控装置从CMI输入信号，控制输出也输出到CMI。
对于220kV以上电压等级，一般要求保护双重化，可以在各间隔的过程层安装两套PMI，分别支撑两套保护设备。
本发明在智能变电站过程层将继电保护和监控功能相关的数据采集和控制功能进行解耦，减少不同功能的耦合程度，便于变电站的建设和运行维护。
对于电抗器、电容器、母联等间隔也可以采用类似方法。
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 (10)

1.一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：包括支撑继电保护功能的合并单元与智能终端集成装置和支撑监控功能的合并单元与智能终端集成装置；支撑继电保护功能的合并单元与智能终端集成装置以下简称为PMI，支撑监控功能的合并单元与智能终端集成装置以下简称为CMI，其实现方法如下：
（1）在过程层中，将继电保护功能和监控功能相关的信号采集与控制功能解耦；将合并单元中与继电保护相关的交流量采集功能以及智能终端中与继电保护相关的状态量、直流量采集与控制功能均布置在PMI中实现；继电保护装置或继电保护功能相关的设备通过以太网的通信方式从PMI采集信号，通过以太网的通信方式向PMI输出控制信号进行控制输出；
（2）在过程层中,将合并单元中与监控功能相关的交流量采集功能以及智能终端中与监控功能相关的状态量、直流量采集与控制功能均布置在CMI中实现；测控装置及监控功能相关的设备通过以太网的通信方式从CMI采集信号，通过以太网的通信方式向CMI输出控制信号进行控制输出。
2. 根据权利要求1所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述PMI采集继电保护功能相关的交流电气量，并转换为符合IEC 61850-9-2，即国内等同采用为电力行业标准DL/T 860.92标准的采样值报文，供继电保护相关的设备使用；所述PMI采集继电保护相关的状态量或直流量信号，并转换为符合IEC 61850，即国内等同采用为电力行业标准DL/T 860标准的GOOSE信号，供继电保护相关的设备使用；所述PMI接收继电保护相关的设备发出的GOOSE控制信号，进行出口控制。
3.根据权利要求2所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述PMI采集的继电保护相关的状态量或直流量信号包括断路器位置、弹簧未储能、闭锁重合闸、备自投动作、操作回路跳合位监视、操作电源监视。
4.根据权利要求2所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述PMI接收的继电保护相关设备发出的控制信号包括保护跳闸信号、保护跳闸启动重合闸信号、保护跳闸闭锁重合闸信号、保护跳闸启动失灵信号等。
5.根据权利要求2所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述PMI采集的保护功能相关的交流电气量包括三相电压、零序电压、同期电压、保护用三相电流信号。
6. 根据权利要求1所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述CMI采集监控功能相关的交流电气量，并转换为符合IEC 61850或DL/T860的采样值报文，供监控功能相关的设备使用；CMI采集监控功能相关的状态量或直流量，并转换为满足IEC 61850或DL/T 860的GOOSE信号，供监控功能相关的设备使用；CMI接收监控功能相关的设备发出的GOOSE控制信号，进行出口控制。
7.根据权利要求6所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述CMI采集的监控功能相关的交流电气量包括三相电压、零序电压、同期电压、测量用三相电流信号等。
8.根据权利要求6所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述CMI接收的监控功能相关设备发出的控制信号包括断路器分合闸控制信号、母线隔离开关分合控制信号、线路或元件隔离开关控制信号、接地开关分合闸控制信号、变压器升降档信号、变压器档位急停信号、防止电气误操作闭锁接点输出信号。
9.根据权利要求6所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述CMI采集的监控功能相关的状态量或直流量信号包括断路器位置信号、母线隔离开关分合位置信号、线路或元件隔离开关位置信号、接地开关分位置信号、变压器档位信号、设备状态信号、告警信号、其它设备动作信号、变压器油温信号、环境温度信号。
10.根据权利要求1所述的一种功能解耦的智能变电站自动化系统过程层设备实现方法，其特征在于：所述继电保护装置或继电保护功能相关的设备包括线路保护装置、母线保护装置、变压器保护装置、电抗器保护装置、电容器保护装置、备用电自动投切装置、低频低压减载装置、失步解列装置、电网安全稳定控制装置、故障录波装置；所述测控装置或监控功能相关的设备包括测控装置、同步相量测量装置、电能质量监测装置。
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