CN111799887A - 一种220kV智能高压开关控制系统 - Google Patents

一种220kV智能高压开关控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种220kV智能高压开关控制系统，所述控制系统包括主控模块、断路器控制模块和刀闸控制模块；所述主控模块基于光纤与过程层网络连接，所述主控模块基于光纤与站控层网络连接，所述断路器控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述刀闸控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述刀闸控制模块基于光纤与所述断路器控制模块连接。在本发明实施例中，通过在一次设备中安装相应的智能控制模块可实现信息的就地采集，且用光纤实现传统各相断路器与各汇控箱之间以及各相断路器与各隔离开关之间的数据连接关系，可大幅度降低对电缆的利用率。

Description

一种220kV智能高压开关控制系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种220kV智能高压开关控制系统。
背景技术
在传统的高压开关二次控制回路中主要采用电磁式分立元器件技术，为完成复杂的功能便需要大量不同类型的电气元件，由于各种电气元件的电线连接关系，在高压开关旁边设置体积庞大的汇控柜，用于电缆转接和各种控制回路接线。随着国内智能化变电站的快速发展，设计出过程层设备安装在汇控柜中，且汇控柜对上使用光缆解决汇控柜到二次设备的接线问题，以此实现高压开关对上的智能化。但由于过程层设备是由二次厂家提供，高压开关设计仍存在一次厂家与二次厂家之间各自孤立、界面不清、功能冗余重复等问题。并且，汇控柜下行到一次设备的电缆同样未经过标准化设计，存在设计繁杂、施工工作量大、沟通困难等问题。综上，当前智能变电站中的高压开关系统只解决了高压开关对外的智能化，而依然没有解决高压开关内部的智能化核心问题，如何在解决高压开关智能化的同时确保高压开关的可靠性成为现有技术中亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种220kV智能高压开关控制系统，通过在一次设备中安装相应的智能控制模块可实现信息的就地采集，且利用光纤解决汇控柜下行到一次设备的连接关系，可大幅度降低对电缆的利用率。
为了解决上述问题，本发明提出了一种220kV智能高压开关控制系统，所述控制系统包括主控模块、断路器控制模块和刀闸控制模块；所述主控模块基于光纤与过程层网络连接，所述主控模块基于光纤与站控层网络连接，所述断路器控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述刀闸控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述刀闸控制模块基于光纤与所述断路器控制模块连接；其中，
所述断路器控制模块用于对断路器中每一相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；
所述刀闸控制模块用于对隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；
所述主控模块用于将所述运行状态信息、所述刀闸开合状态信息与识别到的异常告警信息进行上传，以及接收所述过程层网络的下行控制命令；
所述过程层网络用于将所述运行状态信息和所述刀闸开合状态信息传输至保护测控设备进行报文分析，并将生成的跳合闸命令和遥控操作命令下发至所述主控模块分配执行；
所述站控层网络用于将所述异常告警信息传输至后台监控主机进行异常状态验证与检修。
可选的，所述运行状态信息至少包括故障分闸状态、自动重合闸状态、零序电流监测信息、电压电流采样信息；所述异常告警信息至少包括电源中断信息、通信异常信息、GOOSE断链信息。
可选的，所述断路器控制模块包括A相断路器控制模块、B相断路器控制模块和C相断路器控制模块，且所述A相断路器控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述B相断路器控制模块基于光纤与所述A相断路器控制模块连接，所述C相断路器控制模块基于光纤与所述B相断路器控制模块连接；其中，
所述A相断路器控制模块用于对A相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；所述B相断路器控制模块用于对B相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；所述C相断路器控制模块用于对C相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新。
可选的，所述刀闸控制模块包括第一刀闸控制模块、第二刀闸控制模块和第三刀闸控制模块，且所述第一刀闸控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述第二刀闸控制模块基于光纤与所述第一刀闸控制模块连接，所述第三刀闸控制模块基于光纤与所述第二刀闸控制模块连接，所述第三刀闸控制模块基于光纤与所述C相断路器控制模块连接；其中，
所述第一刀闸控制模块用于对所述A相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；所述第二刀闸控制模块用于对所述B相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；所述第三刀闸控制模块用于对所述C相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制。
可选的，所述刀闸控制模块安装在刀闸操作机构箱中。
可选的，所述主控模块包含两个主控子模块，且所述两个主控子模块安装在断路器就地汇控柜中。
可选的，每一个主控子模块采用CPU与FPGA相结合的硬件架构，其中的CPU用于识别处理所述下行控制命令，FPGA用于利用内部算法将所述运行状态信息、所述刀闸开合状态信息进行报文格式转换与上传。
可选的，所述A相断路器控制模块包含两个A相断路器控制子模块，且所述两个A相断路器控制子模块安装在断路器A相操作机构箱中；
所述B相断路器控制模块包含两个B相断路器控制子模块，且所述两个B相断路器控制子模块安装在断路器B相操作机构箱中；
所述C相断路器控制模块包含两个C相断路器控制子模块，且所述两个C相断路器控制子模块安装在断路器C相操作机构箱中。
可选的，每一相断路器控制子模块基于RS422总线与对应相的位移传感器连接，用于采集所述位移传感器所获取到的断路器机械特性信息；每一相断路器控制子模块基于RS485总线与对应相的SF6红外传感器连接，用于采集所述SF6红外传感器所获取到的操作机构箱内部环境信息。
可选的，每一相断路器控制子模块采用CPU与FPGA相结合的硬件架构，其中的CPU用于根据所述主控模块所下发的控制指令实现断路器开合闸控制，FPGA用于对所述断路器机械特性信息进行计算分析，以及根据所述操作机构箱内部环境信息生成相应的异常告警信息。
本发明实施例提供了一种220kV智能高压开关控制系统，通过在一次设备中安装相应的智能控制模块可实现信息的就地采集，且利用光纤代替电缆实现传统各相断路器与各汇控箱之间以及各相断路器与各隔离开关之间的连接关系，可使得对电缆的利用率大幅度降低70％，同时可保证一次设备与二次设备之间通过数字信号进行信息交互的可靠性；且利用软逻辑代替分立电磁元器件所构成的二次回路，可实现二次回路的智能化，有效地解决采用大量分立元件及电缆给电力系统的运行维护所带来的不利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例公开的一种220kV智能高压开关控制系统的组成示意图；
图2是本发明实施例公开的一种220kV智能高压开关控制系统的具体组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例所示出的一种220kV智能高压开关控制系统的组成示意图。
如图1所示，一种220kV智能高压开关控制系统，所述控制系统包括主控模块、断路器控制模块和刀闸控制模块；其中，所述主控模块基于光纤与过程层网络连接，所述主控模块基于光纤与站控层网络连接，所述断路器控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述刀闸控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述刀闸控制模块基于光纤与所述断路器控制模块连接。需要说明的是，在各个控制模块之间均采用通用可靠的百兆高速实时环网通信光纤实现连接关系，网络接线简单且交换设备较少，可降低变电站的投资成本，同时可保证各个控制模块之间数据与信息交互的实时性与准确性。
基础的，所述断路器控制模块用于对断路器中每一相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；所述刀闸控制模块用于对隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；所述主控模块用于将所述运行状态信息、所述刀闸开合状态信息与识别到的异常告警信息进行上传，以及接收所述过程层网络的下行控制命令；所述过程层网络用于将所述运行状态信息和所述刀闸开合状态信息传输至保护测控设备进行报文分析，并将生成的跳合闸命令和遥控操作命令下发至所述主控模块分配执行；所述站控层网络用于将所述异常告警信息传输至后台监控主机进行异常状态验证与检修。
本发明实施例对所述过程层网络和所述站控层网络的工作原理进行如下说明：智能变电站的二次系统采用三层两网的架构，即按照IEC61850标准划分为站控层、间隔层和过程层来共同实现对智能变电站的全站设备监督管理；其中，站控层设备包括自动化后台、通信系统、对时系统等，间隔层设备包括保护测控装置、故障录波装置等，过程层设备包括合并单元、智能终端等。在本发明实施过程中，通过站控层设备与间隔层设备之间所建立的站控层网络，将所述主控模块所上传的所述异常告警信息在间隔层设备上转换成MMS报文并传输至后台监控主机，作为安全管理监测通道，其中所述异常告警信息至少包括电源中断信息、通信异常信息、GOOSE断链信息；通过间隔层设备和过程层设备之间所建立的过程层网络，将所述主控模块所上传的所述运行状态信息和所述刀闸开合状态信息就地转换为相应的GOOSE报文和SV报文并传输至间隔层设备，作为保护控制命令通道。
具体的，所述断路器控制模块包括A相断路器控制模块、B相断路器控制模块和C相断路器控制模块，且所述A相断路器控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述B相断路器控制模块基于光纤与所述A相断路器控制模块连接，所述C相断路器控制模块基于光纤与所述B相断路器控制模块连接。其中，所述A相断路器控制模块用于对A相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；所述B相断路器控制模块用于对B相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；所述C相断路器控制模块用于对C相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新。需要说明的是，每一相断路器控制模块将对获取到的运行状态信息进行相序信息的封装，便于在各相断路器控制模块中作数据透传，而不是在所述主控模块中设置多个光纤接口以增加所述主控模块对光纤接口的管理工作。
图2是本发明实施例所示出的一种220kV智能高压开关控制系统的具体组成示意图。
进一步的，所述主控模块安装在断路器就地汇控柜中，且根据双重化配置原则，所述主控模块包括主控模块A套和主控模块B套，以实现高压开关系统的主保护和后备保护，降低开关保护发生误动作的概率。其中，所述主控模块采用CPU与FPGA相结合的硬件架构，至少提供15对光纤接口完成不同的功能，由该CPU识别处理所述下行控制命令，包括命令传输优先级的判定，以及时完成对断路器的开关量限定、保护出口动作、分相跳闸与电气联锁功能；由该FPGA利用内部算法将所述运行状态信息、所述刀闸开合状态信息进行报文格式转换与上传，所述运行状态信息至少包括故障分闸状态、自动重合闸状态、零序电流监测信息、电压电流采样信息，此时将由合并单元所采集到的零序电流监测信息和电压电流采样信息转换为SV报文并传输至保护测控设备，将由智能终端所识别到的故障分闸状态信息和自动重合闸状态信息转换为GOOSE报文并传输至所述保护测控设备。
进一步的，所述断路器控制模块相应地采用双套冗余配置，即：所述A相断路器控制模块安装在断路器A相操作机构箱，且所述A相断路器控制模块包括A相断路器控制模块A套和A相断路器控制模块B套；所述B相断路器控制模块安装在断路器B相操作机构箱，且所述B相断路器控制模块包括B相断路器控制模块A套和B相断路器控制模块B套；所述C相断路器控制模块安装在断路器C相操作机构箱，且所述C相断路器控制模块包括C相断路器控制模块A套和C相断路器控制模块B套。上述提及到的每两相断路器控制模块之间基于光纤的连接关系如图2所示，在此不再展开说明。
具体的，所述断路器控制模块中所包含的每一相断路器控制模块均采用CPU与FPGA相结合的硬件架构，对外提供两个16芯端子以及六路4～20mA电流信号便于辅助对断路器二次回路的监测；提供6对RS422接口与对应相上所设置的位移传感器基于RS422总线连接，用于采集所述位移传感器所获取到的断路器机械特性信息；提供8对RS485接口与对应相的操作机构箱内部所设置的SF6红外传感器基于RS485总线连接，用于采集所述SF6红外传感器所获取到的操作机构箱内部环境信息。在实施过程中，该CPU用于根据所述主控模块所下发的控制指令实现断路器开合闸控制，响应可控制的分段过流保护工作，并且该CPU具备GOOSE命令记录功能，可在接收到所述控制指令时记录收到GOOSE命令时刻和GOOSE命令来源，便于后台监控主机查询关联事项，并基于命令响应时间的延迟来判断是否出现某一段光缆的连接异常；该FPGA用于对所述断路器机械特性信息进行计算分析，以获取该相断路器的分合闸时间、分合闸速度、防跳性能、压力闭锁功能等，该FPGA还用于根据所述操作机构箱内部环境信息生成相应的异常告警信息，并且在监测到的SF6气体浓度超过预设的可允许浓度时才会生成，以此避免SF6气体泄漏造成该操作机构箱中的各个设备的绝缘性能与灭弧性能降低，从而影响其安全运行。
进一步的，所述刀闸控制模块采用单套配置，安装在刀闸操作机构箱中，且所述刀闸控制模块包括第一刀闸控制模块、第二刀闸控制模块和第三刀闸控制模块；其中，所述第一刀闸控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述第二刀闸控制模块基于光纤与所述第一刀闸控制模块连接，所述第三刀闸控制模块基于光纤与所述第二刀闸控制模块连接，所述第三刀闸控制模块基于光纤与所述C相断路器控制模块连接。在本发明实施例中，通过所述第三刀闸控制模块和所述C相断路器控制模块的连接关系，可实现所述主控模块与所述断路器控制模块、所述刀闸控制模块之间的信息交互，即为其中任意一个控制模块提供两个不同的交互通道，避免其中一段连接光纤出现通信故障而导致所述主控模块的下行控制命令无法得到及时处理，造成对电力系统的不利影响。
其中，所述第一刀闸控制模块用于对所述A相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；所述第二刀闸控制模块用于对所述B相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；所述第三刀闸控制模块用于对所述C相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制。需要说明的是，任意一个刀闸控制模块也需要对获取到的刀闸开合状态信息进行相序信息的封装。
具体的，所述刀闸控制模块中所包含的每一个刀闸控制模块同样采用CPU与FPGA相结合的硬件架构，提供四个RS485航插与相对应的刀闸开关电动操作机构基于RS485总线连接，作为驱动端口；提供一个16芯端子便于辅助对相关的隔离开关、接地开关的状态监测，并由该FPGA进行信息整理与上传，供所述保护测控设备检测管理。由于刀闸开关只有切断电压的能力而没有切断负荷电流的能力，在电力系统中需要配合断路器的吹弧功能才能完成保护动作，该CPU可用于根据所述主控模块所下发的下行控制指令使得该刀闸开关处于断开或者闭合状态，以配合与之相关联的断路器开合闸动作，可保障电网的安全稳定运行。
本发明实施例提供了一种220kV智能高压开关控制系统，通过在一次设备中安装相应的智能控制模块可实现信息的就地采集，且利用光纤代替电缆实现传统各相断路器与各汇控箱之间以及各相断路器与各隔离开关之间的连接关系，可使得对电缆的利用率大幅度降低70％，同时可保证一次设备与二次设备之间通过数字信号进行信息交互的可靠性；且利用软逻辑代替分立电磁元器件所构成的二次回路，可实现二次回路的智能化，有效地解决采用大量分立元件及电缆给电力系统的运行维护所带来的不利影响。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种220kV智能高压开关控制系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，所述控制系统包括主控模块、断路器控制模块和刀闸控制模块；所述主控模块基于光纤与过程层网络连接，所述主控模块基于光纤与站控层网络连接，所述断路器控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述刀闸控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述刀闸控制模块基于光纤与所述断路器控制模块连接；其中，
所述断路器控制模块用于对断路器中每一相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；
所述刀闸控制模块用于对隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；
所述主控模块用于将所述运行状态信息、所述刀闸开合状态信息与识别到的异常告警信息进行上传，以及接收所述过程层网络的下行控制命令；
所述过程层网络用于将所述运行状态信息和所述刀闸开合状态信息传输至保护测控设备进行报文分析，并将生成的跳合闸命令和遥控操作命令下发至所述主控模块分配执行；
所述站控层网络用于将所述异常告警信息传输至后台监控主机进行异常状态验证与检修。
2.根据权利要求1所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，所述运行状态信息至少包括故障分闸状态、自动重合闸状态、零序电流监测信息、电压电流采样信息；所述异常告警信息至少包括电源中断信息、通信异常信息、GOOSE断链信息。
3.根据权利要求1所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，所述断路器控制模块包括A相断路器控制模块、B相断路器控制模块和C相断路器控制模块，且所述A相断路器控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述B相断路器控制模块基于光纤与所述A相断路器控制模块连接，所述C相断路器控制模块基于光纤与所述B相断路器控制模块连接；其中，
所述A相断路器控制模块用于对A相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；所述B相断路器控制模块用于对B相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新；所述C相断路器控制模块用于对C相断路器的运行状态信息进行实时采集与命令更新。
4.根据权利要求3所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，所述刀闸控制模块包括第一刀闸控制模块、第二刀闸控制模块和第三刀闸控制模块，且所述第一刀闸控制模块基于光纤与所述主控模块连接，所述第二刀闸控制模块基于光纤与所述第一刀闸控制模块连接，所述第三刀闸控制模块基于光纤与所述第二刀闸控制模块连接，所述第三刀闸控制模块基于光纤与所述C相断路器控制模块连接；其中，
所述第一刀闸控制模块用于对所述A相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；所述第二刀闸控制模块用于对所述B相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制；所述第三刀闸控制模块用于对所述C相断路器所对应的隔离开关和接地开关的刀闸开合状态信息进行监视与控制。
5.根据权利要求4所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，所述刀闸控制模块安装在刀闸操作机构箱中。
6.根据权利要求1所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，所述主控模块包含两个主控子模块，且所述两个主控子模块安装在断路器就地汇控柜中。
7.根据权利要求6所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，每一个主控子模块采用CPU与FPGA相结合的硬件架构，其中的CPU用于识别处理所述下行控制命令，FPGA用于利用内部算法将所述运行状态信息、所述刀闸开合状态信息进行报文格式转换与上传。
8.根据权利要求3所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，所述A相断路器控制模块包含两个A相断路器控制子模块，且所述两个A相断路器控制子模块安装在断路器A相操作机构箱中；
所述B相断路器控制模块包含两个B相断路器控制子模块，且所述两个B相断路器控制子模块安装在断路器B相操作机构箱中；
所述C相断路器控制模块包含两个C相断路器控制子模块，且所述两个C相断路器控制子模块安装在断路器C相操作机构箱中。
9.根据权利要求8所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，每一相断路器控制子模块基于RS422总线与对应相的位移传感器连接，用于采集所述位移传感器所获取到的断路器机械特性信息；每一相断路器控制子模块基于RS485总线与对应相的SF6红外传感器连接，用于采集所述SF6红外传感器所获取到的操作机构箱内部环境信息。
10.根据权利要求9所述的220kV智能高压开关控制系统，其特征在于，每一相断路器控制子模块采用CPU与FPGA相结合的硬件架构，其中的CPU用于根据所述主控模块所下发的控制指令实现断路器开合闸控制，FPGA用于对所述断路器机械特性信息进行计算分析，以及根据所述操作机构箱内部环境信息生成相应的异常告警信息。
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