CN108512199B - 一种就地化元件保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种就地化元件保护系统，包括至少一台保护子机，保护子机包括通信连接的辅助控制装置和保护控制装置，辅助控制装置设置有对时信号接收端口、第二通信端口及通信端口，辅助控制装置连接两路信息采集装置；辅助控制装置接收被保护设备的两路数据信息并进行同步，将同步后的两路数据信息发送给SV网络；将其中一路数据信息发给保护控制装置，并根据同步后的两路数据信息进行启动逻辑判别；保护控制装置用于接收一路数据信息并进行保护逻辑判别和启动逻辑判别；若启动逻辑判别和保护逻辑判别均动作，输出保护动作信号。本发明在原有线路保护装置上直接集成合并单元功能，保护功能仍基于两路模拟量数据，仍可满足继电保护高可靠性的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种就地化元件保护系统，属于电力系统就地化继电保护技术领域。
背景技术
元件保护包含变压器保护、母线保护，对可靠性要求极高，一旦发生不正确动作，将会导致全站停电或变压器的损坏，造成巨大的损失。层次化保护对于解决传统后备保护整定困难、动作速度慢以及电网结构或运行工况发生非预设性变化时保护性能难以得到保证提供了思路。就地化保护系统中取消了原智能变电站中的合并单元，导致层次化保护系统中站域保护和广域保护失去了数据采集的来源，对目前层次化保护系统体系造成极大影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种就地化元件保护系统，用于解决就地化保护系统取消合并单元之后模拟量数据无法实现数据共享的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种就地化元件保护系统，包括至少一台保护子机，保护子机包括通信连接的辅助控制装置和保护控制装置，辅助控制装置设置有对时信号接收端口以及用于与变电站SV网络通信的第一通信端口，辅助控制装置连接有用于采集被保护设备模拟量信息的两路信息采集装置；辅助控制装置用于：接收被保护设备的两路数据信息，并接收对时信号以同步两路数据信息，将同步后的两路数据信息打包成SV报文发送给变电站SV网络；将接收到的其中一路数据信息转发给保护控制装置，并根据同步后的两路数据信息进行启动逻辑判别；保护控制装置用于：接收辅助控制装置发送过来的一路数据信息，并进行保护逻辑判别和启动逻辑判别；当辅助控制装置的启动逻辑判别以及保护控制装置的保护逻辑判别和启动逻辑判别均动作时，输出保护动作信号；辅助控制装置还设置有用于与其他保护子机通信的第二通信端口，用于将本地的两路数据信息发送给其他保护子机，并接收其他保护子机的数据信息。
本发明的有益效果是：通过在原有的线路保护装置上直接集成合并单元功能方式，同时又未增加模拟量采集回路的复杂度，保护功能仍基于两路模拟量数据采集，从而在集成合并单元功能的基础上仍可满足继电保护高可靠性的要求。
进一步的，为了增强继电保护的可靠性，辅助控制装置在同步两路数据信息时，还需要考虑其他保护子机的数据信息，根据接收的对时信号对本地的两路数据信息及其他保护子机的数据信息进行同步，根据同步后的数据信息进行启动逻辑判别，并将同步后的数据信息发送给保护控制装置。
进一步的，为了便于继电保护功能的实现，辅助控制装置和保护控制装置驱动连接有控制信号出口模块，用于当辅助控制装置的启动逻辑判别以及保护控制装置的保护逻辑判别和启动逻辑判别均动作时，输出保护动作信号。
进一步的，为了实现被保护设备模拟量信息的采集，各信息采集装置均包括依次连接的CT/PT交流变换模块、低通滤波模块以及A/D转换模块。
进一步的，为了实现被保护设备模拟量信息的采集，各信息采集装置均包括通信连接的低通滤波模块和A/D转换模块，各低通滤波模块共同连接一个CT/PT交流变换模块。
进一步的，为了保证数据信息的详细性，辅助控制装置用于发送给其他保护子机的数据信息中标记有数据信息的处理时延，处理时延包括信息采集装置的时延和辅助控制模块的处理时延，信息采集装置的时延为采样回路的硬件滤波延时加上信息采集装置内部从采样触发时刻到数据发给辅助控制模块的时间，辅助控制模块的处理时延为接收到数据信息到数据信息发出的时间。
进一步的，为了实现多子机之间的数据同步，辅助控制装置用于接收其他保护子机的数据信息时，记录该数据信息的接收时刻，并解析出数据信息中的采样延时，减去本保护子机中信息采集装置的时延后作为该保护子机数据信息的重采样时延，再根据本保护子机的采样时刻对接收的其它保护子机的数据信息进行重采样，以完成多子机数据信息的同步。
附图说明
图1是就地化元件保护系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供了一种就地化元件保护系统，该保护系统采用分布式多子机结构，如图1所示，各个保护子机包括两个信息采集装置、一个辅助控制装置、一个保护控制装置以及一个控制信号出口模块，辅助控制装置采样连接两个信息采集装置，辅助控制装置通信连接保护控制装置，辅助控制装置和保护控制装置驱动连接控制信号出口模块。
具体的，辅助控制装置设置有用于与变电站SV网络通信的第一通信端口、用于与其他保护子机通信的第二通信端口以及用于接收对时信号的对时信号接收端口。辅助控制装置通过第一通信端口与变电站SV网络进行信息交互，以收发SV信号，通过第二通信端口与其他保护子机进行信息交互，通过对时信号接收端口接收对时信号。在本实施例中，该对时信号为GPS对时信号，保护控制模块与辅助控制模块通过以太网连接。
其中，每个信息采集装置由CT/PT交流变换模块、低通滤波模块以及A/D转换模块依次连接组成，因此信息采集装置也可以称为AD采样系统，用于采集被保护设备的模拟量信号。通过使用两套独立的AD采样系统，因输出SV采样值报文中需要双AD数据，所以两套AD采样系统均输出连接辅助控制装置，保证了数据采集的可靠性。每套AD采样系统除装置内部电压或电流变换器外，低通滤波、AD芯片和AD采样控制回路均完全独立。此时，采用多片AD并行采集被保护设备的模拟量信号，电压和电流分别连接至不同的AD芯片。由于AD采样系统属于常规技术，这里不再对其具体结构进行描述。当然，各信息采集装置也可以均包括通信连接的低通滤波模块和A/D转换模块，各低通滤波模块共同连接一个CT/PT交流变换模块。
辅助控制装置和保护控制装置为两个完全独立的控制模块。在本实施例中，这两个控制模块为在一块板卡上设置的两套完全独立的CPU系统，相应地，这两套CPU系统分别称为保护CPU和辅助CPU。为了节省空间，这两套独立的CPU系统中的CPU为高集成度低功耗的CPU芯片，比如芯片ZYNQ7020，内部均集成有FPGA，各CPU芯片的外设RAM、Flash等设备也均完全独立。采用集成度高的芯片，在满足继电保护高可靠性的基础上，还能够保证整个控制装置具有较小的尺寸。
由于这两个CPU内部均进行相应的逻辑判别，因此这两个CPU均输入有相应的电力系统数据信息，各CPU根据对应的数据信息进行逻辑判别。在本实施例中，电力系统数据信息为常规电磁式互感器检测的模拟量信号经过处理后得到的数据。
辅助CPU的功能除具有采样控制、启动逻辑判别、和其它元件保护子机通信、SV报文生成以及与SV网络通信等，还可以采用内部集成的FPGA控制AD采样系统的数据采样时刻、AD数据的读取和缓存，同时还用于精确记录信息采集装置的触发时刻、与其它子机传输数据信息通讯报文的发送和接收时刻以及SV报文的重采样时刻。保护CPU的功能包括与辅助CPU通信、启动逻辑判别以及保护逻辑判别等。
上述的就地化元件保护系统可以实现继电保护控制策略以及合并单元功能策略，具体工作过程如下：
两个信息采集装置将采集到的被保护设备的两路电压/电流信息发送给辅助控制装置。此时利用两个信息采集装置来采集电力系统的相关数据信息，两个信息采集装置采集到的数据信息均传输给辅助控制模块。信息采集装置参数按照合并单元功能的要求进行设计，在本实施例中，采样率设置为4kHz。
辅助控制装置接收本子机的被保护设备的数据信息，并传输给其他元件保护子机。在本实施例中，辅助控制装置可以通过点对点直连光纤通信方式和其他元件保护子机连接，以收发数据信息。同时，辅助控制装置接收对时信号，通过接收到的对时信号，来同步接收到的被保护设备的两路数据信息，并将同步后的数据信息打包成SV通讯报文发送给变电站SV网络，以实现合并单元功能策略。也就是，辅助控制模块首先根据内部时钟信号控制两路信息采集装置，然后再根据接收的GPS对时信号对信息采集装置的数据进行重采样，将重采样后的两路数据打包在SV通讯报文中，发送至变电站SV网络中。其中，重采样和SV报文组帧属于常规技术，本实施例就不再具体说明。
需要说明的是，辅助控制装置发送给其他保护子机的数据信息中标记有数据信息的处理时延，处理时延包括信息采集装置的时延和辅助控制模块的处理时延，信息采集装置的时延为采样回路的硬件滤波延时加上信息采集装置内部从采样触发时刻到数据发给辅助控制模块的时间，辅助控制模块的处理时延为接收到信息采集装置发送过来的数据信息到数据信息发出的时间。
另外，辅助控制装置接收其它元件保护子机发出的数据信息，对接收到的被保护设备的本子机的两路数据信息和其他保护子机的数据信息进行数字滤波和重采样同步，根据同步后的数据信息进行启动逻辑判别。同时，辅助控制装置将同步后的数据信息发送给保护控制装置。
其中，在辅助控制装置接收其他保护子机发送过来的数据信息时，首先精确记录该数据信息报文的接收时刻，并从报文中解析出数据信息的采样延时，减去本保护子机中信息采集装置的时延后作为该保护子机数据信息的重采样时延，再根据本保护子机的采样时刻对接收的其它保护子机的数据信息进行重采样，以完成多子机模拟量数据的同步采样。
保护控制装置接收辅助控制装置发送过来的同步后的本地数据信息和其他保护子机的数据信息，并进行保护逻辑判别和启动逻辑判别。当辅助控制装置进行的启动逻辑判别以及保护控制装置进行的保护逻辑判别和启动逻辑判别均动作时，控制信号出口模块输出保护动作信号，以实现就地化元件保护系统的继电保护控制策略。也就是说，只有在两路启动逻辑判别均动作的基础上，如果保护逻辑判别也动作，那就输出保护动作信号。所以，有如下情况时是不输出保护动作信号的，比如：至少一路启动逻辑判别没有动作；或者保护逻辑判别不动作。
其中，保护逻辑判别为常规的继电保护动作判断，继电保护的种类为现有技术，比如有：差动保护、距离保护、过流保护等，关于这些继电保护的判定策略同样属于常规技术，此处不再具体描述，而该保护CPU中进行的继电保护的种类视具体的应用对象而定。启动逻辑判别具体为判别运行状态是否发生突变，比如：根据采集到的电流信息判断电流是否发生突变，或者根据采集到的电压信息判断是否存在尖峰电压。另外，不同的保护逻辑判别和启动逻辑判别需要的参数可能是不同的，但是由于保护逻辑判别和启动逻辑判别属于常规技术，那么根据相应的数字量采样信号进行相应的保护逻辑判别或者启动逻辑判别也属于常规技术，本实施例就不再具体说明。
需要说明的是，在就地化元件保护系统的继电保护控制策略的过程中，也可以不设置控制信号出口模块，而是通过辅助控制装置和保护控制装置之间的通信，当辅助控制装置进行的启动逻辑判别以及保护控制装置进行的保护逻辑判别和启动逻辑判别均动作时，选择由辅助控制装置或者保护控制装置输出一个保护动作信号。
上述的就地化元件保护系统通过在原有的继电保护装置上，直接集成合并单元功能方式，同时又未增加模拟量采集回路的复杂度，保护功能仍基于两路模拟量数据的采集，从而在集成合并单元功能的基础上仍可满足继电保护高可靠性的要求。
Claims (7)
1.一种就地化元件保护系统，其特征在于，包括至少一台保护子机，保护子机包括通信连接的辅助控制装置和保护控制装置，辅助控制装置设置有对时信号接收端口以及用于与变电站SV网络通信的第一通信端口，辅助控制装置连接有用于采集被保护设备模拟量信息的两路信息采集装置；辅助控制装置用于：接收被保护设备的两路数据信息，并接收对时信号以同步两路数据信息，将同步后的两路数据信息打包成SV报文发送给变电站SV网络，以实现合并单元功能策略；将接收到的其中一路数据信息转发给保护控制装置，并根据同步后的两路数据信息进行启动逻辑判别；保护控制装置用于：接收辅助控制装置发送过来的一路数据信息，并进行保护逻辑判别和启动逻辑判别；当辅助控制装置的启动逻辑判别以及保护控制装置的保护逻辑判别和启动逻辑判别均动作时，输出保护动作信号；辅助控制装置还设置有用于与其他保护子机通信的第二通信端口，用于将本地的两路数据信息发送给其他保护子机，并接收其他保护子机的数据信息。
2.根据权利要求1所述的就地化元件保护系统，其特征在于，辅助控制装置在同步两路数据信息时，还需要考虑其他保护子机的数据信息，根据接收的对时信号对本地的两路数据信息及其他保护子机的数据信息进行同步，根据同步后的数据信息进行启动逻辑判别，并将同步后的数据信息发送给保护控制装置。
3.根据权利要求1或2所述的就地化元件保护系统，其特征在于，辅助控制装置和保护控制装置驱动连接有控制信号出口模块，用于当辅助控制装置的启动逻辑判别以及保护控制装置的保护逻辑判别和启动逻辑判别均动作时，输出保护动作信号。
4.根据权利要求1或2所述的就地化元件保护系统，其特征在于，各信息采集装置均包括依次连接的CT/PT交流变换模块、低通滤波模块以及A/D转换模块。
5.根据权利要求1或2所述的就地化元件保护系统，其特征在于，各信息采集装置均包括通信连接的低通滤波模块和A/D转换模块，各低通滤波模块共同连接一个CT/PT交流变换模块。
6.根据权利要求2所述的就地化元件保护系统，其特征在于，辅助控制装置用于发送给其他保护子机的数据信息中标记有模拟量的处理时延，处理时延包括信息采集装置的时延和辅助控制模块的处理时延，信息采集装置的时延为采样回路的硬件滤波延时加上信息采集装置内部从采样触发时刻到数据发给辅助控制模块的时间，辅助控制模块的处理时延为接收到数据信息到数据信息发出的时间。
7.根据权利要求2所述的就地化元件保护系统，其特征在于，辅助控制装置用于接收其他保护子机的数据信息时，记录该数据信息的接收时刻，并解析出数据信息中的采样延时，减去本保护子机中信息采集装置的时延后作为该保护子机数据信息的重采样时延，再根据本保护子机的采样时刻对接收的其它保护子机的数据信息进行重采样，以完成多子机数据信息的同步。
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