CN107404111A - 一种可不停电维护的保护测控一体化装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可不停电维护的保护测控一体化装置，当装置在运行中保护或测控CPU模件出现故障时，会将故障模件的功能切换至备用CPU模件，从而保证装置依然可以实现保护和测控功能；当故障模件需要更换时，利用备用CPU模件来回切换的方式，可以在不停一次设备的情况下更换CPU模件，保证供电的可靠性。该发明可大大提高保护测控一体化装置的运行可靠性，避免因运行中装置故障造成的一次设备停电带来的经济损失；当保护CPU模件故障时，最大限度的保留了保护功能，为一次设备稳定运行提供了保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种可不停电维护的保护测控一体化装置及其工作方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
目前保护测控一体装置在110kV电压等级及以下智能变电站有广泛应用，保护与测控CPU模件共用电源、HMI及智能DIO接口模件，110kV电压等级保护装置通常为单套配置，当保护CPU模件或测控CPU出现故障时，为防止装置检修过程中一次设备脱离保护运行，会将一次设备停电，待装置恢复正常运行后，再将一次设备投入运行，这个过程可能会带来几个小时或几天的停电时间，造成供电的不可靠性，也会带来巨大的经济损失。如何提高供电可靠性成为电力用户、设备厂商等共同面对的重要课题。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可不停电维护的保护测控一体化装置及其工作方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种可不停电维护的保护测控一体化装置，包括：保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件、主电源模件、备用电源模件、智能DIO模件、通信控制模件、HMI模件和母板模件；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件、主电源模件、备用电源模件、智能DIO模件、通信控制模件、HMI模件均装插在所述母板模件；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件串口总线进行信息交互；所述主电源模件通过所述母板模件第一电源总线与所述保护CPU模件、测控CPU模件、智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件连接，提供电源；所述备用电源模件通过所述母板模件第二电源总线与智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件连接，提供第二路电源；所述备用电源模件通过所述母板模件第二电源总线与备用CPU模件连接，提供电源；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的HSB高速总线与所述通信控制模件连接；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的SPI总线与所述智能DIO模件连接；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的HDLC总线与所述HMI模件连接。
作为优选方案，所述保护CPU模件上设有单模光纤通信接口，用以实现线路保护的纵联差动功能。
作为优选方案，所述HMI模件上设有通信接口，用于实现装置与后台监控系统、保护信息子站系统的通信功能；设有打印接口，用于实现装置连接打印机输出事件及故障报告等功能；设有GPS对时接口，用于实现装置接收GPS装置对时信号；设有人机对话接口，用于实现装置与用户信息交互功能。
作为优选方案，所述智能DIO模件包含光耦隔离电路、开入量接口电路和开出量接口电路等，通过SPI总线与CPU模件完成信息交互，实现开入和开出功能。
作为优选方案，所述通信控制模件上设有FPGA芯片，用于通过母板模件的HSB高速总线与CPU模件收发数据；所述通信控制模件上设有多个100BASE-FX以太网光纤SFP接口，用于实现本装置接收合并单元的SV数据、本装置与其它装置间的GOOSE数据收发。
一种可不停电维护的保护测控一体化装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：备用CPU模件通过母板串口总线获取保护CPU模件和测控CPU模件健康状态的输出信息，并据此判别保护CPU模件和测控CPU模件运行状况，当两者功能均正常的情况下，备用CPU模件处于热备用状态；当保护CPU模件或测控CPU模件功能故障或保护CPU模件和测控CPU模件功能均故障时，启用备用CPU模件的功能；
步骤二：故障CPU模件关闭所有通讯连接后，自动退出运行；备用CPU模件与智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件进行通讯校验并进行自检；
步骤三：若步骤二无异常，则备用CPU模件正式投入运行，替代故障CPU模件功能；
步骤四：断掉主电源模件的开关，备用CPU模件获取到保护CPU模件和测控CPU模件均故障，则自动转为保护和测控功能运行，更换故障CPU模件后，合上主电源模件的开关；
步骤五：待保护CPU模件和测控CPU模件自检正常后，断掉备用电源模件的开关，保护CPU模件和测控CPU模件切换为运行状态；合上备用电源模件的开关，将备用CPU模件转入热备用状态。
有益效果：本发明提供的一种可不停电维护的保护测控一体化装置及其工作方法，1、大大提高保护测控一体化装置的运行可靠性，避免因运行中装置故障造成的一次设备停电带来的经济损失；2、当保护CPU模件故障时，除需要使用对侧变电站模拟量的纵联差动保护等功能，最大限度的保留了保护功能，为一次设备稳定运行提供了保障。
附图说明
图1是本装置的内部连接示意图；
图2是本方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种可不停电维护的保护测控一体化装置，包括：保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件、主电源模件、备用电源模件、智能DIO模件、通信控制模件、HMI模件和母板模件；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件、主电源模件、备用电源模件、智能DIO模件、通信控制模件、HMI模件均装插在所述母板模件；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件串口总线进行信息交互；所述主电源模件通过所述母板模件第一电源总线与所述保护CPU模件、测控CPU模件、智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件连接，提供电源；所述备用电源模件通过所述母板模件第二电源总线与智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件连接，提供第二路电源；所述备用电源模件通过所述母板模件第二电源总线与备用CPU模件连接，提供电源；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的HSB高速总线与所述通信控制模件连接；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的SPI总线与所述智能DIO模件连接；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的HDLC总线与所述HMI模件连接。
其中，所述保护CPU模件上设有单模光纤通信接口，用以实现线路保护的纵联差动功能。
其中，所述HMI模件上设有通信接口，用于实现装置与后台监控系统、保护信息子站系统的通信功能；设有打印接口，用于实现装置连接打印机输出事件及故障报告等功能；设有GPS对时接口，用于实现装置接收GPS装置对时信号；设有人机对话接口，用于实现装置与用户信息交互功能。
其中，所述智能DIO模件包含光耦隔离电路、开入量接口电路和开出量接口电路等，通过SPI总线与CPU模件完成信息交互，实现开入和开出功能。
其中，所述通信控制模件上设有FPGA芯片，用于通过母板模件的HSB高速总线与CPU模件收发数据；所述通信控制模件上设有多个100BASE-FX以太网光纤SFP接口，用于实现本装置接收合并单元的SV（Sampling Value）数据、本装置与其它装置间的GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）数据收发。
一种可不停电维护的保护测控一体化装置，在现有保护测控一体化装置的基础上，增加一块备用CPU模件和一块备用电源模件，备用CPU 模件包含保护CPU模件的功能（除需要使用对侧变电站模拟量的纵联差动保护等）和测控CPU模件的功能。当装置正常运行的情况下，备用电源模件的开关处在合位，备用CPU模件处于热备用状态；如图2所示，当保护CPU模件或测控CPU模件故障时进入切换流程，当备用CPU模件接收到保护CPU模件或测控CPU模件功能故障信号时，自检正常后自动投入相应的功能；当保护CPU模件或测控CPU模件需要更换时，可断开主电源模件的电源开关，由备用CPU模件短时实现保护和测控的功能，待更换完毕后将功能切换至保护CPU模件和测控CPU模件运行方式。
一种可不停电维护的保护测控一体化装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：备用CPU模件通过母板串口总线获取保护CPU模件和测控CPU模件健康状态的输出信息，并据此判别保护CPU模件和测控CPU模件运行状况，当两者功能均正常的情况下，备用CPU模件处于热备用状态；当保护CPU模件或测控CPU模件功能故障或保护CPU模件和测控CPU模件功能均故障时，启用备用CPU模件的功能；
步骤二：故障CPU模件关闭所有通讯连接后，自动退出运行；备用CPU模件与智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件进行通讯校验并进行自检；
步骤三：若步骤二无异常，则备用CPU模件正式投入运行，替代故障CPU模件功能；
步骤四：断掉主电源模件的开关，备用CPU模件获取到保护CPU模件和测控CPU模件均故障，则自动转为保护和测控功能运行，更换故障CPU模件后，合上主电源模件的开关；
步骤五：待保护CPU模件和测控CPU模件自检正常后，断掉备用电源模件的开关，保护CPU模件和测控CPU模件切换为运行状态；合上备用电源模件的开关，将备用CPU模件转入热备用状态。
其中，备用CPU模件中包含保护和测控程序及相关配置文件（SV、GOOSE配置文件和定值文件），当收到保护CPU模件或测控CPU模件故障信号时，备用CPU模件会相应投入故障CPU模件的功能；当仅收到保护CPU模件故障信号时，仅触发保护功能运行；当仅收到测控CPU模件故障信号时，仅触发测控功能运行；当收到保护和测控CPU模件均故障时，触发保护和测控功能。为了保证配置文件的一致性，在调试阶段下载配置文件CCD文件（用于解析保护和测控SV和GOOSE配置文本）时会同时存储在保护CPU模件、测控CPU模件和备用CPU模件中；当任一CPU模件，即保护CPU模件、测控CPU模件和备用CPU模件其中之一上电时会主动向正常运行CPU模件发出配置请求报文，获取正常运行CPU模件的CCD文件，并进行一致性校验。
其中，当保护CPU模件和测控CPU模件均自检正常时，且收到备用CPU模件故障信号时，保护CPU模件和测控CPU模件功能投入使用，恢复至正常运行状态；
其中，备用CPU模件中储存的保护定值和测控定值与保护CPU模件和测控CPU模件中完全相同，保证切换后功能的一致性。为了达到此效果，当正常运行时固化保护CPU定值或测控CPU定值时，会同时写入保护CPU模件、测控CPU模件和备用CPU模件的定值文件中；当任一CPU模件上电时会主动向正常运行CPU模件发出配置请求报文，获取正常运行CPU模件的定值文件，并进行一致性校验，减少人为整定出错的风险。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可不停电维护的保护测控一体化装置，其特征在于：包括：保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件、主电源模件、备用电源模件、智能DIO模件、通信控制模件、HMI模件和母板模件；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件、主电源模件、备用电源模件、智能DIO模件、通信控制模件、HMI模件均装插在所述母板模件；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件串口总线进行信息交互；所述主电源模件通过所述母板模件第一电源总线与所述保护CPU模件、测控CPU模件、智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件连接，提供电源；所述备用电源模件通过所述母板模件第二电源总线与智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件连接，提供第二路电源；所述备用电源模件通过所述母板模件第二电源总线与备用CPU模件连接，提供电源；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的HSB高速总线与所述通信控制模件连接；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的SPI总线与所述智能DIO模件连接；所述保护CPU模件、测控CPU模件、备用CPU模件通过所述母板模件的HDLC总线与所述HMI模件连接。
2.根据权利要求1所述的一种可不停电维护的保护测控一体化装置，其特征在于：所述保护CPU模件上设有单模光纤通信接口，用以实现线路保护的纵联差动功能。
3.根据权利要求1所述的一种可不停电维护的保护测控一体化装置，其特征在于：所述HMI模件上设有通信接口，用于实现装置与后台监控系统、保护信息子站系统的通信功能；设有打印接口，用于实现装置连接打印机输出事件及故障报告等功能；设有GPS对时接口，用于实现装置接收GPS装置对时信号；设有人机对话接口，用于实现装置与用户信息交互功能。
4.根据权利要求1所述的一种可不停电维护的保护测控一体化装置，其特征在于：所述智能DIO模件包含光耦隔离电路、开入量接口电路和开出量接口电路等，通过SPI总线与CPU模件完成信息交互，实现开入和开出功能。
5.根据权利要求1所述的一种可不停电维护的保护测控一体化装置，其特征在于：所述通信控制模件上设有FPGA芯片，用于通过母板模件的HSB高速总线与CPU模件收发数据；所述通信控制模件上设有多个100BASE-FX以太网光纤SFP接口，用于实现本装置接收合并单元的SV数据、本装置与其它装置间的GOOSE数据收发。
6.一种可不停电维护的保护测控一体化装置的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：备用CPU模件通过母板串口总线获取保护CPU模件和测控CPU模件健康状态的输出信息，并据此判别保护CPU模件和测控CPU模件运行状况，当两者功能均正常的情况下，备用CPU模件处于热备用状态；当保护CPU模件或测控CPU模件功能故障或保护CPU模件和测控CPU模件功能均故障时，启用备用CPU模件的功能；
步骤二：故障CPU模件关闭所有通讯连接后，自动退出运行；备用CPU模件与智能DIO接口模件、通信控制模件、HMI模件进行通讯校验并进行自检；
步骤三：若步骤二无异常，则备用CPU模件正式投入运行，替代故障CPU模件功能；
步骤四：断掉主电源模件的开关，备用CPU模件获取到保护CPU模件和测控CPU模件均故障，则自动转为保护和测控功能运行，更换故障CPU模件后，合上主电源模件的开关；
步骤五：待保护CPU模件和测控CPU模件自检正常后，断掉备用电源模件的开关，保护CPU模件和测控CPU模件切换为运行状态；合上备用电源模件的开关，将备用CPU模件转入热备用状态。
7.根据权利要求6所述的一种可不停电维护的保护测控一体化装置的工作方法，其特征在于：备用CPU模件中包含保护和测控程序及相关配置文件，SV、GOOSE配置文件和定值文件，当收到保护CPU模件或测控CPU模件故障信号时，备用CPU模件会相应投入故障CPU模件的功能；当仅收到保护CPU模件故障信号时，仅触发保护功能运行；当仅收到测控CPU模件故障信号时，仅触发测控功能运行；当收到保护和测控CPU模件均故障时，触发保护和测控功能；为了保证配置文件的一致性，在调试阶段下载配置文件CCD文件，用于解析保护和测控SV和GOOSE配置文本时会同时存储在保护CPU模件、测控CPU模件和备用CPU模件中；当任一CPU模件，即保护CPU模件、测控CPU模件和备用CPU模件其中之一上电时会主动向正常运行CPU模件发出配置请求报文，获取正常运行CPU模件的CCD文件，并进行一致性校验。
8.根据权利要求6所述的一种可不停电维护的保护测控一体化装置的工作方法，其特征在于：当保护CPU模件和测控CPU模件均自检正常时，且收到备用CPU模件故障信号时，保护CPU模件和测控CPU模件功能投入使用，恢复至正常运行状态。
9.根据权利要求6所述的一种可不停电维护的保护测控一体化装置及其工作方法，其特征在于：备用CPU模件中储存的保护定值和测控定值与保护CPU模件和测控CPU模件中完全相同，保证切换后功能的一致性；为了达到此效果，当正常运行时固化保护CPU定值或测控CPU定值时，会同时写入保护CPU模件、测控CPU模件和备用CPU模件的定值文件中；当任一CPU模件上电时会主动向正常运行CPU模件发出配置请求报文，获取正常运行CPU模件的定值文件，并进行一致性校验，减少人为整定出错的风险。
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