CN109103859A - 一种支持4g通讯的配网差动保护测控装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置，下位机构具备采集保护模拟量、测量模拟量和开关量并上送至上位主机的功能。下位机构可以通过光纤通信模块、网络通信模块或4G通信模块与上位主机通信，所以使整个配网实现通信的条件不限于光纤通道，在有4G信号的情况下即可实现通信，更能适用于不同情况下的配网场合，同时下位机构具备简单的过流保护功能，即使在离线环境中也能实现传统的保护功能。上位主机包括保护单元和测控单元，能根据上送的保护模拟量、测量模拟量和开关量完成远程测控和灵活的差动保护，在将差动保护运用于配网的环境下，能有效解决目前配网保护故障定位差和故障隔离慢的问题。
Description
技术领域
本申请涉及配电网领域，尤其涉及一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置。
背景技术
目前，电力配电网(后文中称为配网)存在结构复杂，硬件薄弱等特点，对配网的保护常以传统的电流速断和过流保护为主，从配网的运行情况看配网中存在的故障，这样的保护方式常常存在定位难、故障隔离慢等缺点。
在大多数配网环境中，保护装置和测控装置是分别布置的，这导致硬件集成度低，并且大部分配网中由于光纤通信网络不能布置到位，一定程度上限制配网自动化的发展，降低了配网保护特性。
发明内容
本申请提供了一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置，以解决现有配网中保护装置和测控装置分别布置的问题，还解决了现有配网中由于光纤通信网络不能布置到位，一定程度上限制配网自动化的发展，降低了配网保护特性的问题。
本申请提供了一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置，包括：上位主机和多个下位机构，每个所述下位机构均与所述上位主机连接；
所述下位机构的数量与配网中断路器的数量相同；
所述下位机构设置于靠近所述断路器的位置；
每个所述下位机构均包括箱体、网口单元、指示灯单元、插件单元、中央处理器、开关量输入输出单元、模拟量输入单元和通信单元，所述网口单元和所述指示灯单元均设置于所述箱体的外侧面；
所述网口单元位于所述指示灯单元的一侧；
所述插件单元设置于所述箱体上相对于所述指示灯单元的另一面；
所述中央处理器、所述开关量输入输出单元、所述模拟量输入单元和所述通信单元均设置于所述箱体内；
所述开关量输入输出单元、所述模拟量输入单元均与所述中央处理器连接；
所述通信单元与所述中央处理器连接；
所述插件单元与所述中央处理器、所述开关量输入输出单元、所述模拟量输入单元、所述通信单元连接；
所述指示灯单元与所述中央处理器、所述开关量输入输出单元、所述模拟量输入单元、所述通信单元连接；
所述上位主机包括保护单元和测控单元，所述保护单元、所述测控单元均与所述通信单元连接。
可选择的，所述指示灯单元包括运行指示灯、通讯状态指示灯、开关跳闸位置指示灯、开关合闸位置指示灯，所述运行指示灯、所述通讯状态指示灯、所述开关跳闸位置指示灯、所述开关合闸位置指示灯均设置于所述箱体上；
所述运行指示灯与所述中央处理器、所述开关量输入输出单元、所述模拟量输入单元、所述通信单元连接；
所述通讯状态指示灯与所述通信单元连接；
所述开关跳闸位置指示灯、所述开关合闸位置指示灯与所述断路器连接。
可选择的，所述插件单元包括开出插件、模拟量采样插件、中央处理器插件、电源插件和通信插件，所述开出插件、所述模拟量采样插件、所述中央处理器插件、所述电源插件、所述通信插件均设置于所述箱体上；
所述开出插件与所述开关量输入输出单元连接；
所述模拟量采样插件与所述模拟量输入单元连接；
所述中央处理器插件与所述中央处理器连接；
所述电源插件与所述指示灯单元、所述中央处理器、所述开关量输入输出单元、所述模拟量输入单元和所述通信单元连接；
所述通信插件与所述通信单元连接。
可选择的，所述通信单元包括光纤通信模块、网络通信模块和4G通信模块，所述光纤通信模块、所述网络通信模块和所述4G通信模块均与所述中央处理器连接；
所述光纤通信模块、所述网络通信模块和所述4G通信模块还均与所述保护单元连接；
所述光纤通信模块、所述网络通信模块和所述4G通信模块还均与所述测控单元连接。
可选择的，所述网口单元包括备用通信网口和调试网口，所述备用通信网口和所述调试网口均设置于所述箱体上；
所述备用通信网口与所述网络通信模块连接；
所述调试网口与配网中的终端连接。
可选择的，所述支持4G通讯的配网差动保护测控装置还包括光纤信号接收口、光纤信号发送口、4G发射接口，所述光纤信号接收口、所述光纤信号发送口设置于所述中央处理器插件上；
所述4G发射接口设置于所述通信插件上；
所述4G发射接口上设置有4G天线。
可选择的，配网中的调度主站与所述上位主机间设置有防火墙。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置，包括：上位主机和多个下位机构，每个所述下位机构均与所述上位主机连接，所述下位机构设置于靠近所述断路器的位置。所述下位机构具备采集保护模拟量、测量模拟量和开关量并上送至所述上位主机的功能。所述下位机构可以通过所述光纤通信模块、所述网络通信模块或所述4G通信模块与所述上位主机通信，所以使整个配网实现通信的条件不限于光纤通道，在有4G信号的情况下即可实现通信，更能适用于不同情况下的配网场合，同时所述下位机构具备简单的过流保护功能，即使在离线环境中也能实现传统的保护功能。所述上位主机包括保护单元和测控单元，能根据上送的保护模拟量、测量模拟量和开关量完成远程测控和灵活的差动保护，在将差动保护运用于配网的环境下，能有效解决目前配网保护故障定位差和故障隔离慢的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的结构示意图；
图2为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的部分结构示意图之一；
图3为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的部分结构示意图之二；
图4为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的部分结构示意图之三；
图5为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的部分结构示意图之四；
图6为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的部分结构示意图之五；
图7为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的部分结构示意图之六；
图8为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的模拟量输入单元的电路图；
图9为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的开关量输入输出单元的硬件结构图；
图10为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的中央处理器的结构示意图；
图11为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的保护单元的逻辑图；
图12，本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的上位主机1和下位机构2的通信单元27选择逻辑结构图；
图13为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的差动保护功能示意图；
图14为本申请提供的一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的实现保护功能和测控功能的流程图。
图示说明：
其中，1-上位主机；2-下位机构；3-断路器；4-光纤信号接收口；5-光纤信号发送口；6-4G发射接口；7-4G天线；8-调度主站；9-防火墙；10-电流互感器；11-保护单元；12-测控单元；20-网口单元；21-箱体；22-指示灯单元；23-插件单元；24-中央处理器；25-开关量输入输出单元；26-模拟量输入单元；27-通信单元；50-第一下位机构；51-第二下位机构；52-第三下位机构；53-第四下位机构；54-第五下位机构；55-第六下位机构；201-备用通信网口；202-调试网口；203-终端；221-运行指示灯；222-通讯状态指示灯；223-开关跳闸位置指示灯；224-开关合闸位置指示灯；231-开出插件；232-模拟量采样插件；233-中央处理器插件；234-电源插件；235-通信插件；271-光纤通信模块；272-网络通信模块；273-4G通信模块。
具体实施方式
下面结合本申请中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于再次描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
参见图1至图7，本申请提供了一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置，包括：上位主机1和多个下位机构2，每个所述下位机构2均与所述上位主机1无线连接；
所述下位机构2的数量与配网中断路器3的数量相同，所述下位机构2的配置是根据断路器3和电流互感器10的数量配置的，在一般情况下，有断路器3的地方就应配置电流互感器10，也就应配置相应的采集装置，而本下位装置是采集功能与保护功能一体装置，所以要同步配置；
所述下位机构2设置于靠近所述断路器3的位置；
所述下位机构2用于采集保护模拟量、测量模拟量和开关量后，通过通信单元27，发送至上位主机1，其中，电流互感器10一般包括保护线圈和测量线圈，保护模拟量为保护线圈是把互感器的一次电流降为二次电流后，提供给保护单元11用，属于保护模拟量；测量线圈是把互感器的一次电流降为二次电流后，提供给测控单元12用，属于测量模拟量。开关量主要指断路器3的分合闸位置信号。
所述上位主机1用于通过设置保护逻辑和保护定值，对保护相关输入进行判断后通过通信单元27将保护动作行为下发至各下位机构2，控制各下位机构的输出，进而实现配网各地断路器的保护跳、合闸。
其中，上述保护定值是依据下位机构2的安全处线路参数和可能感受到的最大短路电流来设置的，保护定值主要包括电流定值和时间定值，在设置过程中需要考虑和其他下位机构2的考虑，配网馈电线路中所计算的可能的最大电流。
上位主机1的保护逻辑主要包括各台下位机构2的保护定值，所有下位机构2的保护定值集中配置在上位主机1里，由于上位主机1集中采集了所有下位机构2的电流量，例如对于其中一个下位机构2，上位主机1采集到下位机构2的故障电流，运用下位机构2的保护定值判断出下位机构2保护动作，就将保护动作的跳闸命令通过通信单元27反馈到下位机构2，实现下位机构2对应的断路器3跳闸。
上述上位主机1还用于将接收到遥测、遥信量通过调度数据网上传至对应的调度主站8，上位主机1和调度主站8之间有相应的防火墙9。当调度主站8需要对各断路器3进行远程控制时，将命令传输至上位主机1，上位主机1通过通信单元27与下位机构2进行通信后,控制各下位机构2输出，进而实现配网各地断路器3的遥控分、合闸。
上述遥测、遥信量为下位机构2采集的，下位机构2将采集的遥测、遥信量上传至上位主机1中，上位主机1依据保护模拟量、测量模拟量和开关量和保护定值进行保护逻辑判断。
每个所述下位机构2均包括箱体21、网口单元20、指示灯单元22、插件单元23、中央处理器24、开关量输入输出单元25、模拟量输入单元26和通信单元27，所述网口单元20和所述指示灯单元22均设置于所述箱体21的外侧面；
所述网口单元20位于所述指示灯单元22的一侧；
所述插件单元23设置于所述箱体21上相对于所述指示灯单元22的另一面；
所述中央处理器24、所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26和所述通信单元27均设置于所述箱体21内；
所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26均与所述中央处理器24连接；
所述通信单元27与所述中央处理器24连接；
所述插件单元23与所述中央处理器24、所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26、所述通信单元27连接；
所述指示灯单元22与所述中央处理器24、所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26、所述通信单元27连接；
参见图8，为模拟量输入单元26的电路图，包括：电压形成、模拟滤波(LF)、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)，完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。
所述模拟量输入单元26接收外回路二次电流量和电压量，出于电压和电流的考虑，电压为三线电压Ua Ub Uc和零序电压U0线路电压Ux，电流为保护电流Ia、Ib、Ic和测量电流压Ia、Ib、Ic和零序电流I0，因此，外回路提供至少5组电压输入和7电流输入，并转化为数字量传输至中央处理器24；
上述二次电流量和电压量是模拟量采样插件232采集的，从电流互感器后电压互感器二次侧出来通过电流和电压回路输入到模拟量采样插件232里。
参见图9，为开关量输入输出单元25的硬件结构图，所述开关量输入输出单元25是当外回路开关量输入时，将开关量输入信息转化为数字量传输至中央处理器24，在中央处理器24发出输出命令时，开出插件231按开出命令进行输出。
参见图10，为中央处理器24的结构示意图，所述中央处理器24接收外部模拟量输入和开关量输入，并将采集量(电流模拟量、电压模拟量和开入量形成的数字量)分别传输至所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272和所述4G通信模块273，在接收到上位主机1发出的控制命令时，中央处理器24负责控制开关量输出，完成保护动作出口，在中央处理器24内只设置简单的过流保护，通过调试网口202或上位主机1配置整定定值，配网的差动保护由上位主机1实现。
所述上位主机1包括保护单元11和测控单元12，所述保护单元11、所述测控单元12均与所述通信单元27连接。
参见图11，为保护单元11的逻辑图，保护单元11是指上述上位主机1将采集到的保护模拟量采样运用保护定值进行保护动作判断的模块。保护单元11可设有保护定值(保护定值的设置须依据具体安装环境的线路参数和最大短路电流进行整定和设置，保护单元11定值至差动保护的电流定值)，可利用接收到各下位机构2的同步电流数据完成差动保护，差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，上位主机1报警保护出口动作，将被保护设备的各侧断路器3跳开，使故障设备断开电源。
对采集有电压量的下位机构2也可选择设置距离保护，当保护单元11判断保护动作后，保护动作逻辑通过通信单元27传输至指定下位机构2，指定下位机构2立刻进行断路器3的跳闸或合闸，并将断路器3动作结果通过通信单元27反馈至上位主机1。
测控单元12通过接收和整理下位装置上送的测量量(测量线圈采集的电流量，有电压互感器时，包括电压量)、模拟量，并按指定规约经网络安全接入调度主站，实现对各下位装置的测控功能。
所述上位主机1的保护功能和测控功能当装置正常运行时对配网断路器3的控制流程为：各下位机构2将采集量上送至上位主机1后，相关数据量根据不同的描述分别进入保护单元11和测控单元12，只有保护数据需要快速采集和同步，测控数据不需要保护数据这样高的速度采集和同步，所以通信时有限完成保护数据的通信；不需要同时进入两个单元，有限让保护数据进入保护单元11，之后在让测控数据进入测控单元12。保护单元11在自检正常的情况下，收到采样中断将进入差动保护故障判断逻辑，当系统收到某下位机构2故障或通信中断信号时，在差动保护的计算中将根据信号退出相应的下位机构2，自动调整差动保护的范围和切换定值，实现灵活可靠的配网差动保护，再由差动保护动作情况定位故障所处位置，由于差动保护动作速度相对于传统的过流保护要快，差动保护动作范围限定故障点范围往往在两断路器3的保护安装处之间，相比常规的单端电气量故障定位来说，定位精度更高。
可选择的，所述指示灯单元22包括运行指示灯221、通讯状态指示灯222、开关跳闸位置指示灯223、开关合闸位置指示灯224，所述运行指示灯221、所述通讯状态指示灯222、所述开关跳闸位置指示灯223、所述开关合闸位置指示灯224均设置于所述箱体21上；
上述运行指示灯221、通讯状态指示灯222、开关跳闸位置指示灯223、开关合闸位置指示灯224设置于箱体21的正侧面；
所述运行指示灯221与所述中央处理器24、所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26、所述通信单元27连接；
所述通讯状态指示灯222与所述通信单元27连接；
所述开关跳闸位置指示灯223、所述开关合闸位置指示灯224与所述断路器3连接。
运行指示灯221在所述中央处理器24、所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26、所述通信单元27正常运行时绿灯闪亮，表示所述中央处理器24、所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26、所述通信单元27正常运行，如果所述中央处理器24、所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26、所述通信单元27任意一个出现异常，影响下位机构2正常功能则亮红灯；
通讯状态指示灯222在通信正常时绿灯闪亮，表示所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272和所述4G通信模块273至少有一个通信系统完好，可以实现通信，如果所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272和所述4G通信模块273都不能正常运行，则红灯亮。
设置指示灯单元22，简化了本申请的设计和减轻本申请维护量，因此，本申请未采用液晶面板的设计。
可选择的，所述插件单元23包括开出插件231、模拟量采样插件232、中央处理器插件233、电源插件234和通信插件235，所述开出插件231、所述模拟量采样插件232、所述中央处理器插件233、所述电源插件234、所述通信插件235均设置于所述箱体21上；
所述开出插件231与所述开关量输入输出单元25连接，所述开出插件231与所述开关量输入输出单元25为无线连接；
所述模拟量采样插件232与所述模拟量输入单元26连接，所述模拟量采样插件232与所述模拟量输入单元26为无线连接；
所述中央处理器插件233与所述中央处理器24连接，所述中央处理器插件233与所述中央处理器24为无线连接；
所述电源插件234与所述指示灯单元22、所述中央处理器24、所述开关量输入输出单元25、所述模拟量输入单元26和所述通信单元27无线连接；
所述通信插件235与所述通信单元27无线连接。
开出插件231用于控制本申请所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置的输出，开出插件231在接受中央处理器24发出的开出命令后，通过发光二极管触发继电器3一个开出信号，该开出信号接在断路器3的控制回路里，最终控制断路器3的分闸和合闸。
模拟量采样插件232能够采集外接保护和测控的电流、电压量。
中央处理器插件233用于实现本申请所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置的逻辑功能。
电源插件234包含外接电源和本申请所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置所需的逆变电源转换，同时本申请所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置的外部开入由电源插件234实现。
可选择的，所述通信单元27包括光纤通信模块271、网络通信模块272和4G通信模块273，所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272和所述4G通信模块273均与所述中央处理器24连接；
所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272和所述4G通信模块273还均与所述保护单元11无线连接；
所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272和所述4G通信模块273还均与所述测控单元12无线连接。
上述光纤通信模块271支持数据的无源光网络传输，在有光纤连接本下位机构2至上位主机1的配网环境中，能够完成光纤通信，将下位机构2差动保护所需数据和测控采集数据分别传输至上位主机1。
所述网络通信模块272支持数据的以太网传输，在有专用网络连接本下位机构2至上位主机1的配网环境中，能够完成光纤通信，将下位机构2差动保护所需数据和测控采集数据分别传输至上位主机1。
所述4G通信模块273支持数据的4G网络传输，在不能利用光纤或网络连接本下位机构2至上位主机1的配网环境中，能够利用4G信号，将下位机构2差动保护所需数据和测控采集数据分别传输至上位主机1。
所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272和所述4G通信模块273在和上位主机1进行数据交换的过程中需要进行数据加密和解密，以确保网络安全。
所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272和所述4G通信模块273按从高到底的优先级进行通信，
当所述下位机构2的光纤通信模块271完好，无论网络通信模块272和4G通信模块273是否完好，都用光纤通信模块271与上位主机1进行数据传输，
当光纤通信模块271故障，网络通信模块272完好时，无论4G通信模块273是否故障都采用网络通信模块272与上位主机1进行数据传输，
当光纤通信模块271和网络通信模块272同时故障时，若4G通信模块273信号强度满足通信条件，则采用4G通信模块273与上位主机1进行数据传输，如果此时4G通信模块273故障或信号强度不满足通信条件，则装置报通信故障，在上位主机1的保护和测控功能中将该装置退出。
可选择的，所述网口单元20包括备用通信网口201和调试网口202，所述备用通信网口201和所述调试网口202均设置于所述箱体21上；
所述备用通信网口201与所述网络通信模块272无线连接；
所述调试网口202与配网中的终端203连接。
备用通信网口201与所述网络通信模块272无线连接，可以实现本申请的网络通信，调试网口202可以外接终端203与本申请提供的支持4G通讯的配网差动保护测控装置通信后实现对装置采样查看、定值设置、程序修改、配置修改等调试功能。
可选择的，所述支持4G通讯的配网差动保护测控装置还包括光纤信号接收口4、光纤信号发送口5、4G发射接口6，所述光纤信号接收口4、所述光纤信号发送口5设置于所述中央处理器插件233上；
所述4G发射接口6设置于所述通信插件235上；
所述4G发射接口6上设置有4G天线7。
所述中央处理器插件233上有光纤信号接收口4和光纤信号发送口5，用于本申请提供的支持4G通讯的配网差动保护测控装置实现保护、测控的光纤通信。
通信插件5上配置4G发射接口6和4G天线7，即可以进行网络通信，又能实现4G通信。
可选择的，配网中的调度主站8与所述上位主机1间设置有防火墙9。
本发明的有益效果是：
a.本发明利用上位主机1加下位机构2构成分层级的保护，将差动保护功能在上位主机1实现，更能有效的利用上位主机1获得的采样信息，使差动保护的运用更为灵活，能够适应于目前配网的实际情况，有利于提升配网的继电保护隔离故障的速度，也有利于通过差动保护更准确的定位故障点；将电流速断保护设置在下位机构2，可以在通信中断或无通信连接的配网环境中依然能够实现最基本的保护功能。
b.本发明兼容多种通信方式，并设计通信单元27选择逻辑，使上位主机1和下位机构2的通信方式既可选光纤通信又能实现4G网络通信，适用范围更广，尤其适合于无光纤通道或光纤通道正在建设中的配电网通信环境。
c.本发明中就地配置的下位机构2主要承担采样和通信功能，并将差动保护定值、逻辑和测控功能集成在远端的上位主机1集中进行管理，有利于现场装置的简化和成本的降低，更实用于配网的新改扩建项目工程。
参见图12，为上位主机1和下位机构2的通信单元27选择逻辑结构图，光纤通道监测对应光纤通信模块271，在中央处理器插件233进行；网络通道监测对应网络通信单元272，在通信插件235进行，4G通信系统通道监测对应4G通信模块273，在通信插件235进行。
当所述下位机构2的光纤通信模块271完好，无论网络通信模块272和4G通信模块273是否完好，都用光纤通信模块271与上位主机1进行数据传输，
当光纤通信模块271故障，网络通信模块272完好时，无论4G通信模块273是否故障都采用网络通信模块272与上位主机1进行数据传输，
当光纤通信模块271和网络通信模块272同时故障时，若4G通信模块273信号强度满足通信条件，则采用4G通信模块273与上位主机1进行数据传输，如果此时4G通信模块273故障或信号强度不满足通信条件，则装置报通信故障，在上位主机1的保护和测控功能中将该装置退出。
参见图13，为本申请提供了一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的差动保护功能示意图；
一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的差动保护功能的算法如下：
第一下位机构50的提供的电流为I1(t＝t1、t2、t3)，第二下位机构51的提供的电流为I2(t＝t1、t2、t3)，第三下位机构52的提供的电流为I3(t＝t1、t2、t3)，第四下位机构53的提供的电流为I4(t＝t1、t2、t3)，第五下位机构54的提供的电流为I5(t＝t1、t2、t3)，第六下位机构55的提供的电流为I6(t＝t1、t2、t3)，上位主机1接收采集的变压器电流为I(t＝t1、t2、t3)，其中t1表示故障前时刻，t2表示故障时刻，t3表示故障后时刻。
上位主机1通过变电站采集变压器流入母线电流为I(t1)，下位机构2送至上位主机1的电流量为I1-1、I2-1、I3-1、I4-1、I5-1、I6-1，方向如图13所示，假设①、②、③分别代表故障点1、故障点2、故障点3，
上位主机1实现母线保护和线路保护的方法依据传统的基尔霍夫定律：
式中：Ii(t)表示任意时刻流入某一节点的电流，公式表示任意时刻流入某一节点的电流之和等于0。
对故障点①而言属于母线内部故障，采用主变电流I、第一下位机构50采集电流I1和第二下位机构51采集电流I2运用母线差动保护计算方法进行计算：
式中，Id表示差动电流；Ir表示制动电流；Idset表示整定值、Kr表示比率系数(Kr依据制动电流的大小，当制动电流较大时取0.5，当制动电流较小时取1)；Idset依据正常运行时的差动电流取值，需要躲过正常运行时的最大不平衡电流。
在故障前t1时刻，将I(t1)、I1-1和I2-1带入公式，差动保护不动作，在t2时刻，内部故障使I(t2)、I1-2和I2-2同为正，带入公式满足差动保护动作逻辑，母线差动保护动作，跳第一下位机构50、第二下位机构51对应断路器3和主变断路器。
对故障点②而言属于线路故障，采用第二下位机构51和第三下位机构52之间按线路差动保护公式进行计算：
Id＞Icdqd且Id＞0.6Ir
式中，Id为差动电流；Ir为制动电流；I2为第二下位机构51采集电流，I3为第三下位机构52采集电流，Icdqd为定值，Icdqd的定值依据第二下位机构51与第三下位机构52之间的线路参数和短路电流设置，大于正常运行时的最大不平衡电流；
在保护电流计算中，装置可选择任意电流方向(如I2)为所有电流方向的基准，在故障前t1时刻，将I2-1和I3-1带入公式，差动保护不动作，在t2时刻，由于是线路内部故障，I2-2和I3-2同为正，带入公式满足差动保护动作逻辑，线路差动保护动作，跳第二下位机构51、第三下位机构52对应断路器3，定位故障为第二下位机构51、第三下位机构52之间的线路。
若下位装置3故障或掉线，则上位保护装置自动调整差动范围，采用I2与-I6、-I4进行三端差动计算，此时也相当于故障点③故障，上位主机自动对定值进行相应切换，此时故障判别的动作行为将跳第二下位机构51、第四下位机构53、第六下位机构55对应断路器3并定位故障在第二下位机构51、第四下位机构53、第六下位机构55之间，由此可见本装置可以根据配电网的实际运行情况，实现灵活的差动保护和故障定位功能。
参见图14，为本申请一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置的实现保护功能和测控功能的流程图。
本装置实现保护功能和测控功能的主要流程为，各下位机构2将采集到的模拟量和开入、开出按类型分别发送至上位主机1的保护单元11和测控单元12。
上位主机1的保护单元11主要运用保护模拟量，在装置自检正常的情况下进行差动保护计算判别，若差动动作，则将跳闸命令发送至对应的下位机构2完成断路器3跳闸。上位主机1的测控单元12主要运用测量模拟量和开关量完成对应下位机构2的遥信、遥控和遥测功能，并通过防火墙9与调配主站8通信，实现信息数据的远程交互。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置，包括：上位主机1和多个下位机构2，每个所述下位机构2均与所述上位主机1连接，所述下位机构2设置于靠近所述断路器3的位置。所述下位机构2具备采集保护模拟量、测量模拟量和开关量并上送至所述上位主机1的功能。所述下位机构2可以通过所述光纤通信模块271、所述网络通信模块272或所述4G通信模块273与所述上位主机1通信，所以使整个配网实现通信的条件不限于光纤通道，在有4G信号的情况下即可实现通信，更能适用于不同情况下的配网场合，同时所述下位机构2具备简单的过流保护功能，即使在离线环境中也能实现传统的保护功能。所述上位主机1包括保护单元11和测控单元12，能根据上送的保护模拟量、测量模拟量和开关量完成远程测控和灵活的差动保护，在将差动保护运用于配网的环境下，能有效解决目前配网保护故障定位差和故障隔离慢的问题。
以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置，其特征在于，所述支持4G通讯的配网差动保护测控装置包括上位主机(1)和多个下位机构(2)，每个所述下位机构(2)均与所述上位主机(1)连接；
所述下位机构(2)的数量与配网中断路器(3)的数量相同；
所述下位机构(2)设置于靠近所述断路器(3)的位置；
每个所述下位机构(2)均包括箱体(21)、网口单元(20)、指示灯单元(22)、插件单元(23)、中央处理器(24)、开关量输入输出单元(25)、模拟量输入单元(26)和通信单元(27)，所述网口单元(20)和所述指示灯单元(22)均设置于所述箱体(21)的外侧面；
所述网口单元(20)位于所述指示灯单元(22)的一侧；
所述插件单元(23)设置于所述箱体(21)上相对于所述指示灯单元(22)的另一面；
所述中央处理器(24)、所述开关量输入输出单元(25)、所述模拟量输入单元(26)和所述通信单元(27)均设置于所述箱体(21)内；
所述开关量输入输出单元(25)、所述模拟量输入单元(26)均与所述中央处理器(24)连接；
所述通信单元(27)与所述中央处理器(24)连接；
所述插件单元(23)与所述中央处理器(24)、所述开关量输入输出单元(25)、所述模拟量输入单元(26)、所述通信单元(27)连接；
所述指示灯单元(22)与所述中央处理器(24)、所述开关量输入输出单元(25)、所述模拟量输入单元(26)、所述通信单元(27)连接；
所述上位主机(1)包括保护单元(11)和测控单元(12)，所述保护单元(11)、所述测控单元(12)均与所述通信单元(27)连接。
2.如权利要求1所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置，其特征在于，所述指示灯单元(22)包括运行指示灯(221)、通讯状态指示灯(222)、开关跳闸位置指示灯(223)、开关合闸位置指示灯(224)，所述运行指示灯(221)、所述通讯状态指示灯(222)、所述开关跳闸位置指示灯(223)、所述开关合闸位置指示灯(224)均设置于所述箱体(21)上；
所述运行指示灯(221)与所述中央处理器(24)、所述开关量输入输出单元(25)、所述模拟量输入单元(26)、所述通信单元(27)连接；
所述通讯状态指示灯(222)与所述通信单元(27)连接；
所述开关跳闸位置指示灯(223)、所述开关合闸位置指示灯(224)与所述断路器(3)连接。
3.如权利要求1所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置，其特征在于，所述插件单元(23)包括开出插件(231)、模拟量采样插件(232)、中央处理器插件(233)、电源插件(234)和通信插件(235)，所述开出插件(231)、所述模拟量采样插件(232)、所述中央处理器插件(233)、所述电源插件(234)、所述通信插件(235)均设置于所述箱体(21)上；
所述开出插件(231)与所述开关量输入输出单元(25)连接；
所述模拟量采样插件(232)与所述模拟量输入单元(26)连接；
所述中央处理器插件(233)与所述中央处理器(24)连接；
所述电源插件(234)与所述指示灯单元(22)、所述中央处理器(24)、所述开关量输入输出单元(25)、所述模拟量输入单元(26)和所述通信单元(27)连接；
所述通信插件(235)与所述通信单元(27)连接。
4.如权利要求1所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置，其特征在于，所述通信单元(27)包括光纤通信模块(271)、网络通信模块(272)和4G通信模块(273)，所述光纤通信模块(271)、所述网络通信模块(272)和所述4G通信模块(273)均与所述中央处理器(24)连接；
所述光纤通信模块(271)、所述网络通信模块(272)和所述4G通信模块(273)还均与所述保护单元(11)连接；
所述光纤通信模块(271)、所述网络通信模块(272)和所述4G通信模块(273)还均与所述测控单元(12)连接。
5.如权利要求4所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置，其特征在于，所述网口单元(20)包括备用通信网口(201)和调试网口(202)，所述备用通信网口(201)和所述调试网口(202)均设置于所述箱体(21)上；
所述备用通信网口(201)与所述网络通信模块(272)连接；
所述调试网口(202)与配网中的终端(203)连接。
6.如权利要求3所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置，其特征在于，所述支持4G通讯的配网差动保护测控装置还包括光纤信号接收口(4)、光纤信号发送口(5)、4G发射接口(6)，所述光纤信号接收口(4)、所述光纤信号发送口(5)设置于所述中央处理器插件(233)上；
所述4G发射接口(6)设置于所述通信插件(235)上；
所述4G发射接口(6)上设置有4G天线(7)。
7.如权利要求1所述的支持4G通讯的配网差动保护测控装置，其特征在于，配网中的调度主站(8)与所述上位主机(1)间设置有防火墙(9)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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