CN1228899C - 变电站主电路部件的保护和控制系统 - Google Patents

Abstract

一种变电站主电路部件的保护和控制系统，这种系统包括：数字数据输出装置，用于输入模拟交流电值并输出数字数据；保护和控制装置，用于输入来自数字数据输出装置的数据，并用于控制、监视和保护电站主电路部件；部件控制和监视装置，用于接收来自保护和控制装置或变电站控制和监视装置的指令，并用于控制和监视变电站主电路部件；以及通信装置。数字数据输出装置、保护和控制装置及部件控制和监视装置，是被制作在其对应的变电站主电路部件之内。

Description

变电站主电路部件的保护和控制系统

相关申请的交叉参考

本申请基于申请号为2001-33833、申请日为2001年2月9日及申请号为2001-321725、申请日为2001年10月19日的日本专利申请，并要求上述专利申请的优先权；这些申请文件中的全部内容在此引用作为参考。

技术领域和背景技术

本发明通常涉及一种变电站主电路部件的保护和控制系统，特别是涉及一种变电站主电路部件的保护和控制系统，其中含有交流电值传感器、模/数转换器及通信装置。

现参照图53，对利用现有技术来保护和控制变电站主电路部件的系统的一个实例进行详细描述。这种保护和控制系统含有数字运算处理器及通信装置。变电站有一个主控建筑1，其中装有变电站控制和监视装置4，变电站控制和监视装置4中包括：一个远距控制和监视装置2，用来连接远距控制站(图中未示出)；以及一个集中控制和监视装置3，用来控制和监视整个变电站。主控建筑1还装有主电路控制器(舱控制单元)5-1～5-n，每个主电路控制器对应于一个主电路，例如一个输电线。

远距控制和监视装置2、集中控制和监视装置3及主电路控制器5-1～5-n，通过一根站总线7相互连接起来。主控建筑1还装有保护单元6-1～6-n，保护单元6-1～6-n通过电缆17连接到其相应的主电路控制器5-1～5-n。保护单元6-1～6-n，象下面所详细描述的那样，保护其相应的变电站主电路部件8-1～8-n。

变电站主电路部件8-1～8-n，通过对应的局部控制器9-1～9-n，连接到主电路控制器5-1～5-n及保护单元6-1～6-n。变电站主电路部件8-1包括：一个变流器10；一个变压器11；一个开关装置12，例如一个断路器或一个隔离开关；一根总线13；以及一根输电线14。变流器10、变压器11、开关装置12及局部控制器9-1，均为模拟型部件。因此，在变电站主电路部件8-1与主电路控制器5-1之间，以及在局部控制器9-1与主电路控制器5-1或保护单元6-1之间，连接使用了许多根与所传输信息量相符的电缆15及电缆16。

远距控制和监视单元2、集中控制和监视单元3、主电路控制器5-1～5-n及保护单元6-1～6-n，均为采用数字运算处理器的数字设备。站总线7用于上述单元与控制器之间的信息传输，只是主电路控制器5-1～5-n与对应的保护单元6-1～6-n之间的连接除外，在主电路控制器5-1～5-n与对应的保护单元6-1～6-n之间，通常使用与所传输信息量相符的电缆17作为连接媒介，原因是通常使用带有接触位置的接口。

图54示出了主电路控制器5-1～5-n中的一个主电路控制器的传统硬件结构，主电路控制器5-1～5-n共同地被表示为参考号“5”。主电路控制器5含有一个输入转换单元501，用于输入交流电值，例如：电流或电压，用于滤波模拟输入并转换为一个能够由模拟—数字转换电路直接处理的电流或电压的电平。主电路控制器5还含有：一个输入单元(DI)502，装有一个接触输入电路；以及一个输出单元(DO)503，装有一个接触输出电路。另外，主电路控制器5还含有：一个模拟输入单元(AI)504，用于处理交流电值，包括模拟—数字转换；一个处理单元(CPU)505，用于进行保护处理；一个传输单元506，用于进行传输处理；以及一个电源507。

保护单元6-1～6-n中的每一个保护单元，类似于主电路控制器5，也都含有一个输入转换单元(图中未示出)，用于输入交流电值，例如：电流或电压，用于滤波模拟输入并转换为一个能够由模拟—数字转换电路直接处理的电流或电压的电平。这种保护单元还含有：一个输入单元(DI)，装有一个接触输入电路；以及一个输出单元(DO)，装有一个接触输出电路。另外，这种保护单元还含有：一个模拟输入单元(AI)，用于处理交流电值，包括模拟—数字转换；一个处理单元(CPU)，用于进行控制处理；一个传输单元，用于进行传输处理；以及一个电源。

输入单元和输出单元，能够具有对应于输入及输入数量的所需数量的单元。因此，在通常情况下，主电路控制器5-1～5-n及保护单元6-1～6-n的主要部分，是被输入单元及输出单元所占据。

在现有技术中，保护单元和控制单元已实现了部分数字化。因此，这些单元已经变得更为紧凑和价格较低。此外，这些单元还因加载了自诊断功能而需要较少的人力来进行维护，而且通过在单元之间使用通信装置来传输信息，还减少了电缆。

但是，由于在用于驱动变电站主电路部件的电路及变流电路和变压电路中，仍在使用模拟技术，因此，还存在有下述问题需要解决：

(1)在变电站主电路部件之中以及在用来保护和控制变电站主电路部件的保护和控制单元之间的信息传输之中，使用了电缆和模拟信息。因此，保护和控制单元，与输入电路和输出电路一样，需要与数字电路相比是能够接纳较高电压和电流的接触输入电路和接触输出电路。此外，所有的保护和控制单元，还需要：输入转换单元，用来将电流和电压转换为确定的易于处理的电平；以及模拟输入电路，用来将模拟数值转换为数字数值。上述要求造成了保护和控制单元的尺寸相对较大和费效比(cost-effectiveness)相对较低。

(2)虽然保护和控制单元中的用于保护和控制的处理部分，因数字化而变得越来越紧凑，但是，由于(1)中所描述的原因，为了隔离变电站主电路部件，组成输入和输入电路的硬件的体积，仍然比较大，而且大量的电缆也需要大量的空间。因此，每个主电路的每个保护单元和控制单元，都必须被装在一个独立的机箱内，而且还必须是独立的，这造成了需要较宽的安装空间。

(3)由于在主电路部件与保护和控制单元之间采用了模拟信息的并联，因此，对应于所传输信号的数量，需要大量的电缆。因此，提高了电缆的购买费用，电缆沟的制作费用及电缆的安装费用，从而，造成了变电站建设费用的提高。

(4)由于变电站主电路部件的驱动电路及电流和电压测定的变换电路，采用了模拟技术，因此，硬件具有大的外形尺寸，从而，造成了变电站主电路部件具有较大的尺寸。此外，在加工工厂内和建筑工地上所进行的组装和连接工作，还需要较多的人力。

(5)由于(4)中所描述的原因，变电站主电路部件的实时监视和自动诊断是非常困难的，从而，造成了维修信息的不足，而且这已成为减少人力需求的障碍。

(6)由于所有的电路和部件并没有实现数字化，而且所有的装置也没有通过通信装置连接起来，因此，信息量有限，而且难以增添新的功能。此外，最佳的系统结构也难以利用每个部件所拥有的数据。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的用来在变电站内保护和控制变电站主电路部件的系统，其中，所有或几乎所有的电路和部件，包括用来测定电流和电压的驱动电路和变换电路在内，均实现了数字化，而且与利用模拟技术的保护和控制系统相比，还减少了通信电缆的数量。

根据本发明的第一个方面，提供了一种系统，用于保护和控制配置在电力设施内的至少一个变电站主电路部件；这种系统含有：至少一个单元，用于保护、控制和监视变电站主电路部件；以及至少一个变电站控制和监视装置，配置在电力设施内，用于控制和监视包括变电站主电路部件在内的整个电力设施，并用于与至少一个遥控站进行通信；这种系统包括：至少一个数字数据输出装置，用于输入变电站主电路部件的主电路的多个模拟交流电值，并输出对应于模拟交流电值的数字数据；至少一个保护和控制装置，用于输入来自数字数据输出装置的数字数据，并用于控制、监视和保护变电站主电路部件；至少一个部件控制和监视装置，用于接收来自保护和控制装置或变电站控制和监视装置的指令，并用于控制和监视变电站主电路部件；以及通信装置，用于在数字数据输出装置、保护和控制装置、部件控制和监视装置与变电站控制和监视装置之间传输信息；其中，至少部分数字数据输出装置、保护和控制装置以及部件控制和监视装置，是设置在其对应的变电站主电路部件的附近，或是装入其对应的变电站主电路部件之内。

根据本方面的第二个方面，提供了一种系统，用于保护和控制配置在电力设施内的变电站主电路部件；这种系统包括：至少一个变电站控制和监视装置，用于控制和监视含有至少一个变电站主电路部件的整个电力设施，并用于与至少一个遥控站进行通信；至少一个数字数据输出装置，用于输入变电站主电路部件的主电路的模拟交流电值，并输出对应于模拟交流电值的数字数据；至少一个保护和控制装置，用于输入来自数字数据输出装置的数字数据，并用于控制、监视和保护变电站主电路部件；至少一个部件控制和监视装置，用于接收来自保护和控制装置或变电站控制和监视装置的指令，并用于控制和监视变电站主电路部件；以及通信装置，用于在数字数据输出装置、保护和控制装置、部件控制和监视装置与变电站控制和监视装置之间传输信息；其中，至少部分下述装置，是通过并联传输媒介相互连接起来：数字数据输出装置；保护和控制装置；部件控制和监视装置，用于将部件控制和监视装置的部件控制和监视数据发送给保护和控制装置，并将保护和控制装置的控制信号发送给部件控制和监视装置；以及处理总线通信装置，含有串行传输媒介，用于在处理总线与保护和控制装置或部件控制和监视装置之间发送和接收数据。

附图说明

通过结合附图来阅读下面的具体实施例的详细说明，本发明的上述特点和优点及其他特点和优点，将变得清楚易懂，附图中：

图1为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第一实施例；

图2为示意正视图，表示图1所示的变电站主电路部件；

图3A为示意方框图，表示图1所示的传感器单元；

图3B为流程图，表示图3A所示的传感器单元的采样和时间添加的流程；

图3C为模式表，表示利用单元实现采样同步和添加时间数据的两种功能的切变模式；

图4为示意方框图，表示图1所示的保护和控制单元；

图5示意方框图，表示图1所示的部件控制和监视单元；

图6为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二实施例；

图7为示意方框图，表示图6所示的无线通信单元；

图8为示意方框图，表示图6所示的第二个实施例的一种改进；

图9为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第三实施例；

图10为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第四实施例；

图11为示意方框图，表示图10所示的保护和控制单元的一种改进；

图12为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第五实施例中的保护和控制单元的结构和工作原理(operation)；

图13为时间图，表示图12所示的保护和控制单元的工作原理；

图14为示意方框图，表示图12所示的保护和控制单元的另一种工作原理；

图15为时间图，表示图14所示的保护和控制单元的工作原理；

图16为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第六实施例的主要部分；

图17为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第七实施例中的合并单元和传感器单元的结构和工作原理；

图18为示意方框图，表示图17所示的合并单元；

图19为示意方框图，表示图17所示的第七实施例的一种改进中的合并单元和传感器单元的结构和工作原理；

图20为示意方框图，表示图19所示的合并单元；

图21为示意方框图，表示图19所示的传感器单元；

图22为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第八实施例中的合并单元和传感器单元的结构和工作原理；

图23为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第九实施例中的合并单元和传感器单元的结构和工作原理；

图24为示意方框图，表示图23所示的合并单元；

图25为示意时间图，表示图23所示的传感器单元的输出数据的结构；

图26为示意时间图，表示图23所示的传感器单元的输出；

图27为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十实施例的主要部分；

图28为时间图，表示应用于本发明实施例的时间同步的标准信号；

图29为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十一实施例的主要部分；

图30为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十二实施例的主要部分；

图31为透视图，表示图30所示的集中盒(collective box)；

图32为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十三实施例的主要部分；

图33为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十四实施例的主要部分；

图34为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十五实施例的主要部分；

图35为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十六实施例的主要部分；

图36为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十七实施例的主要部分；

图37为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十八实施例的主要部分；

图38为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十九实施例的主要部分；

图39为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十实施例的主要部分；

图40为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十一实施例的主要部分；

图41为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十二实施例的主要部分；

图42为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十三实施例的主要部分；

图43为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十四实施例的主要部分；

图44为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十五实施例的主要部分；

图45示意方框图，表示图44所示的实施例的软件；

图46为示意方框图，表示一种部件控制和监视单元，应用于本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十六实施例中所使用的断路器；

图47为示意方框图，表示一种部件控制和监视单元，应用于本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十六实施例中所使用的隔离/接地开关；

图48为示意方框图，表示一种部件控制和监视单元，应用于本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十六实施例中所使用的带负荷分接开关；

图49为示意方框图，表示图46～48所示的开关装置的联锁条件；

图50为示意方框图，表示图46～48所示的开关装置的可替代的联锁条件；

图51为示意方框图，表示本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十七实施例的主要部分；

图52为具体的示意方框图，表示图51所示的系统的主要部分；

图53为示意方框图，表示现有技术的变电站主电路部件的保护和控制系统；

图54为示意方框图，表示图53所示的变电站主电路控制器的硬件；

图55为示意方框图，表示带有保护和控制“舱(bay)”的常用开关装置。

本发明的详细说明

在后面的描述中，以及在前面的有关本发明的背景技术的描述中，同样的元件用相同的标号表示，并且可以省略重复性描述。

[第一实施例]

现参照图1～图5，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第一实施例进行说明。如图1所示，一个电力设施，例如：一个变电站，有一个主控建筑1。主控建筑1装有一套变电站控制和监视装置，包括：一个远距控制和监视装置2，用于链接一个遥控站(图中未示出)；以及一个变电站集中控制和监视装置3。

远距控制和监视装置2及变电站集中控制和监视装置3，通过一条站总线7相互连接起来，而且连接到设置在主电路单元20-1～20-n内的保护和控制单元(PCU)23-1～23-n。主电路单元20-1含有一个主电路控制单元(也称之为“舱控制单元”)21-1和一个保护单元22-1。主电路控制单元21-1和保护单元22-1连接到站总线7。

主电路单元20-1～20-n连接到输电线、母线联接舱、母线分段舱，或者第一级、第二级和第三级变压器(图中未示出)。主电路单元20-1～20-n中的每一个主电路单元都包括：一个主电路单元主体(也称之为“主电路部件”)、用于测定电学数值的变压器及其他元件。

在这个实施例中，主电路单元是输电线的气体绝缘开关装置(GIS)。因为所有的主电路单元都是类似的，因此，在此仅对具有代表性的主电路单元20-1进行说明，而不对其他的主电路单元进行说明。

主电路单元含有：一根总线24；一个开关装置25，例如：断路器；一个隔离/接地开关；以及一根输电线26。流经主电路单元的交流电流和施加在主电路单元上的交流电压，由仪表式变压器(或电学数值传感器单元)27来测出。所测出的模拟电学数值输入传感器单元(SU)28，在此，模拟数值被转换和输出为数字数据。

传感器单元28输出的数字数据，直接或经过在后面所描述的合并单元39(见图16)发送到部件单元通信总线(也称之为“处理总线”)29。然后，数字数据，输入主电路控制单元21-1和保护单元22-1，在此，数字数据被处理，用于控制、监视和保护变电站主电路部件。在这个实施例中，用于输入来自主电路部件的电传感器26的模拟电学数值并且用于输出数字数据直接或间接地到处理总线29的装置，被称之为“数字数据输出装置”。

控制指令(向下信息)和监视信息(向上信息)，是通过处理总线29及部件控制和监视单元(CMU)30进行交换，控制指令(向下信息)是从主电路控制单元21-1和保护单元22-1或者主控建筑1内的集中控制和监视装置3传输到变电站主电路部件，而监视信息(向上信息)是出自部件控制和监视单元30。部件控制和监视单元30，控制和监视主电路单元并给开关装置25发出指令，例如：电路跳闸指令。

图2示出了GIS的变电站主电路部件的一个布置实例。此外，图2还示出了传感器单元28、部件控制和监视单元30及保护和控制单元23的布置，以及上述单元与处理总线29和站总线7之间的连接。

如图2所示，主电路部件，例如：一个断路器(CB)、一个隔离开关(DS)、一个接地开关(ES)及一条母线，均是封装在一个带有绝缘气体的金属容器或金属箱(TA)之内，金属箱(TA)是放置在底座B之上。仪表式变压器(图中未示出)，作为主电路的模拟电学数值检测装置，也是封装在金属箱TA之内，而且模拟输出信号是在传感器单元28(图2所示的VT和CT)内被转换为数字信号，传感器单元28是设置在金属箱TA的外表面上，靠近其各自的模拟电学数值检测装置。

同样，断路器(CB)、隔离开关(DS)及接地开关(ES)的“开一闭”状态信息，以及诸如气体密度和油压之类的其他数据，也被转换为易于由其他部件控制和监视单元30进行数字化的信号。

传感器单元28的输出端子连接到一个合并单元39(在后面详细说明)。而且，合并单元39又通过处理总线29，连接到保护和控制单元(PCU)23及部件控制和监视单元30。此外，保护和控制单元23，还连接到设置在主控建筑1内的站总线7。

在没有使用合并单元的实施例中，传感器单元28的输出端子，是直接连接到处理总线29。

在图2所示的实施例中，处理控制盒31是整体地设置在底座B上，底座B上还设置有GIS的金属箱TA。但是，处理控制盒31也能够直接安装在金属箱TA的外表面上。这种布置，即处理控制盒31是设置在GIS的底座B上或金属箱TA的外表面上，被称之为整体式(或内装式)布置。

另一方面，根据本发明，处理控制盒31也能够象现有技术那样，设置在GIS的底座B的外边，但邻近变电站主电路部件而不是位于控制建筑内。这种布置被称之为相邻型布置。本发明既适用于整体式布置，也适用于邻近型布置。此外，变电站主电路部件还能够是一个GIS及一个带有分接头或其他电力元件的变压器。

在这个实施例中，取消了局部控制单元9(见图53)，从而，加载在局部控制单元上的各种功能被分配给了其他部件，例如：主电路控制单元21-1、传感器单元28及部件控制和监视单元30。

图3A和图3B示出了传感器单元(SU)28的一个实例。图3A示出了传感器单元(SU)28的硬件结构的一个实例，而图3B示出了一个流程实例，表示在传感器单元(SU)28中，同步和时间数据添加的处理顺序。

现参看图3A，模拟输入装置28b接收变电站主电路部件的交流电流或交流电压的模拟电学数值。模拟输入装置28b中包括模拟滤波器(图中未示出)及模拟多路复用器(图中未示出)，模拟滤波器在模拟一数字转换之前除去谐波，以减小交叠误差，而模拟多路复用器依次轮流将多个模拟输入中的一个模拟输入转变为一个公用输出。模拟输入装置28b的输出，通过模拟一数字转换器28c，被转换为数字数据。

模拟一数字转换器28c和模拟输入装置28b，组成了一个采样同步输入电路28d。通过采样同步输入电路28d，与主电路部件的电学数值相对应的数字数据，被输送到内部总线28e。

传感器单元28有一个同步装置28a。同步装置28a，从分立的传输路径(或点对点的路径)40a，接收一个用于同步的标准信号及一个用于时间同步的标准时间数据，而且同步装置28a还调整采样时间与用于同步的标准信号之间的偏差。传感器单元28还有一个输出装置28g。输出装置28g将电学数值的数字数据传输到点对点的通信路径38-1，输出的数字数据已被同步而且添加了时间标记。

传感器单元28还有一个处理单元(CPU)28f，它控制采样同步输入电路28d、同步装置28a及输出装置28g。另外，传感器单元28还有一个电源28f，用来给传感器单元28内的电路及装置供电。

现参看图3B，对同步和添加时间数据的流程进行说明。在这个实施例中，同步和添加时间数据，是在传感器单元28中进行，而且跳过了步骤S1。

跳过步骤S1的原因是：由于多个传感器单元28是使用公用采样信号来进行采样，因此，不需要插值。“插值”是通过插值来调整同步采样数据的一种方法。当采样是利用公用采样信号来进行时，采样是同步的而且不需要进行插值。

首先，模拟电学数值的采样信号已经基于设置在传感器单元28内的时钟振荡器进行了分频，从而，检测出了偏差(步骤S2)。然后，利用对应于偏差的相位，通过筛相(phase-sifting)电学数值，对信号进行调整，从而，可将偏差减小到零。或者，也可以调整采样信号，以消除偏差(步骤S3)。

在由用于同步的标准信号所精确限定的周期内，启动一个计数器，从而，借助于标准时间(例如：每秒钟一次)和计数器的计数，将时间信息添加到电学数值上。可选择的是，也可以根据计数来计算时间，并将时间添加到标准时间上，从而，将时间标记添加到数据上(步骤S4)。

保护和控制单元23通过处理总线29连接到合并单元39，从而，保护和控制单元23接收同步的、带有时间数据的、数字数据形式的电学数值。然后，保护和控制单元23监视、控制和保护变电站主电路部件。

图3B是流程图，示出了采样同步和给采样数据添加时间信息的顺序。但是，采样同步和给采样数据添加时间信息这两种功能，能够按照下面所描述的那样，由分立的单元来完成。

图3C示出了利用单元来切变两种功能的5种模式。在模式1中，采样同步和添加时间信息，都是由合并单元39来实现。在模式2中，采样同步是由传感器单元28来实现，而添加时间信息是由合并单元39来实现。在模式3中，采样同步和添加时间信息，都是由传感器单元28来实现。在模式4中，采样同步是由传感器单元28来实现，而添加时间信息是由保护和控制单元23来实现。在模式5中，采样同步是由合并单元39来实现，而添加时间信息是由保护和控制单元23来实现。

模式1对应于后面详细说明的第九实施例，模式2对应于后面详细说明的第七实施例的一种改进，而模式3对应于后面详细说明的第七实施例。

通过改进模式2，将添加时间信息的功能从合并单元39转移到保护和控制单元23，能够实现模式4。同样，通过改进模式1，将添加时间信息的功能从合并单元39转移到保护和控制单元23，能够来实现模式5。

现在，对模式4和模式5进行详细说明。采样数据，通过通信装置，经过合并单元39，从传感器单元28传送到保护和控制单元23。因此，由于传输时间的原因，在采样时间与添加的时间数据之间，引起了时间偏差。如果偏差在是允许范围之内，则能够使用模式4和模式5。偏差的允许范围取决于：添加到检测数据上的和可变数据上的时间数据的精度；以及保护精度(特别是在PCM继电器保护型的情况下，它要求在对应的端子之间采样同步)。

现在，再回头参看图3A，CPU 28f可以是选装件。在图3C所示表格的模式1、模式2、模式4和模式5的情况下，传感器单元28既不具有采样同步的功能，也不具有添加时间数据的功能，或者仅仅具有采样同步的功能。因此，传感器单元28的电路控制可以仅仅通过逻辑电路来实现。既然是这样，也就能够省略CPU 28f。

图4示出了保护和控制单元23的硬件结构的一个实例。主电路控制单元21-1有一个数字处理单元(CPU)21a、一个电源单元21b及一个通信单元21c。同样，保护单元22-1也有一个数字处理单元(CPU)22a、一个电源单元22b及一个通信单元22c。

图5示出了部件控制和监视单元30的硬件结构的一个实例。部件控制和监视单元30含有：一个数字输入装置30a；一个模拟输入装置30b，其中包括一个模拟输入电路和一个模拟—数字转换电路。部件控制和监视单元30还含有：一个数字处理器(CPU)30c；以及一个驱动电路30d，其中包括一个半导体开关。此外，部件控制和监视单元30还含有：数据存储装置30e，用于在部件控制和监视单元30内存储控制和监视数据；以及一个处理总线通信装置30f。部件控制和监视单元30的上述元件，通过内部总线30g连接起来。

平板接触器25a和监视传感器25b的输出，通过信号线25I，分别由数字输入装置30a和模拟输入装置30b所接收。例如就断路器而言，平板接触器25a的输出可以包括有关断路器的“开—闭”状态、油压开关及气体密度开关的接触信息。

部件控制和监视单元30的驱动电路30d的输出，由开关装置25的驱动部分25c所接收。例如就断路器而言，驱动部分25c的输入信号可以包括供电路跳闸线圈、闭合线圈及液压泵电机使用的驱动信号。

如果图3、图4和图5所示的电路，能够制成常规的LSI大规模集成电路的形式，则单元的体积还可以进一步减小。

现在，对这种结构的工作原理进行说明。在这个实施例中，在不同位置所检测到的模拟交流电学数值，通过传感器单元28，被转换为数字数值，而且数字信息通过处理总线29被传输给主电路控制单元21-1～21-n及保护单元22-1～22-n。对于变电站主电路的控制指令，从主电路控制单元21-1～21-n和部件控制和监视单元30，通过处理总线29，被传输到部件控制和监视单元30。变电站主电路部件的监视信息，从部件控制和监视单元30，通过处理总线29，被传输到主电路控制单元21-1～21-n和保护单元22-1～22-n。因此，来自传感器单元28的信息，能够被主电路控制单元21-1～21-n和保护单元22-1～22-n所共享。

因此，在主电路控制单元21-1～21-n及保护单元22-1～22-n中，能够省略用于大电流的模拟输入电路和电缆，从而，能够大大减小硬件的尺寸。

从而，通过本发明的这个实施例，开关装置25的驱动电路、用来将模拟交流电学数值转换为数字数值的部分、以及保护和控制部分，能够被集成在变电站主电路部件之内。因此，能够减少电缆的数量和主控建筑所占用的空间，能够制作出更为紧凑的主电路部件，能够减小建立变电站所需要的空间，能够缩短建设周期，从而，还能够降低建设成本。此外，由于单元实现了数字化或具有了数字处理器，因此，单元和变电站主电路部件还能够具有自诊断功能。

[第二实施例]

现参照图6～图8，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二实施例进行说明。在这个实施例中，用无线通信装置取代了第一实施例中的一部分有线通信装置。图8所示的实施例，是图6所示的实施例的一种局部改进。

在图6所示的实施例中，处理总线和站总线7，与图1中所示的对应部件相似，它们与无线通信单元相连。如图6所示，一个无线通信单元33被连接到站总线7，而无线通信单元32-1～32-n被连接到主电路单元20-1～20-n的处理总线29。由传感器单元28所产生的、对应于电流和电压的数字数据，被传送到处理总线29，从而，主电路控制单元21-1～21-n和保护单元22-1～22-n从处理总线29接收所需要的数据，并通过处理总线29给部件控制和监视单元30发送诸如电路跳闸指令之类的信号。

因此，主电路单元20-1～20-n、远距控制和监视装置2与集中控制和监视装置3之间的信息交换，是通过无线通信单元32-1～32-n、无线通信单元33和站总线7来实现。同样，在主电路单元20-1～20-n相互之间，也可以通过无线通信来实现信息交换。

由于主电路控制单元21-1、保护单元22-1、传感器单元28及部件控制和监视单元30，是被集成在变电站主电路部件之内，因此，内部处理总线29能够相对较短，而且可以是有线的。但是，变电站主电路部件与主控建筑之间及变电站主电路部件彼此相互之间的远距离通信，是通过无线通信来实现。

图7为无线通信单元32的方框图，无线通信单元32有一个数字处理器32a、一个电源32b、一个有线通信接口(I/F)32c、一个无线通信接(I/F)32d及一个天线32e。处理总线29上的信息，通过无线通信接口(I/F)32d转送到无线媒介上，并通过无线通信单元33(见图6)传送到站总线7。另一方面，来自站总线7的、从无线通信单元33发射的信息，是由无线通信单元32所接收，并传送到处理总线29。

无线通信单元33与无线通信单元32相似，从而，在此不再对其进行详细说明。

图8所示的实施例是图6所示的第二个实施例的一种局部改进。在这个实施例中，取消了图6中所示的有线处理总线29，而是将传感器单元28、部件控制和监视单元30、主电路控制21及保护单元22直接连接到其各自的无线通信单元32。因此，这些单元能够彼此相互进行无线通信，而且能够与主控建筑1进行无线通信。在这个实施例中，每个无线通信单元32，都与图7所示的无线通信单元32相似。

特别是当传感器单元28、部件控制和监视单元30、主电路控制单元21和保护单元22之间相距较远时，无线通信由于减少通信电缆的效果明显而具有优势。这类情况可能包括：变电站主电路部件具有大的外形尺寸；以及变电站主电路部件是相分离的(例如：在GIS和空气绝缘开关装置的情况下，A相、B相和C相是分离的)。

如上所述，根据图6～图8所示的第二实施例(包括第二实施例的改进在内)，能够省略变电站主电路部件与主控建筑1之间的通信线路的安装，以及变电站主电路部件内的处理总线的安装。

应用本实施例的无线通信系统，易于给现有的变电站主电路部件增加一条处理总线。

[第三实施例]

现参照图9，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第三实施例进行说明。在这个实施例中，电力是通过供电线路35，从控制器电源34输送到传感器单元28、部件控制和监视单元30、主电路控制单元21及保护单元22。另外，供电线路35也用于数据通信。

传感器单元28、部件控制和监视单元30、主电路控制单元21及保护单元22，均连接到其各自的输电线路通信接口(I/F)36。每一个供电线路通信接口(I/F)36，都通过供电线路35，彼此相互连接起来。供电线路35连接到位于主控建筑1内的控制器电源34。“供电线路—站总线的桥接器”37，连接到位于主控建筑1内的供电线路35，以便仅仅使信息通过“供电线路—站总线的桥接器”37。

因此，传感器单元28通过供电线路35来传送电流及电压数据。主电路控制单元21和保护单元22，从供电线路35接收所需要的数据，并通过供电线路35将诸如电路跳闸指令之类的信号发送给部件控制和监视单元30。

连接到集中控制和监视装置3的站总线7与位于变电站主电路部件内的处理总线29之间的信息交换，是通过“供电线路—站总线的桥接器”37、供电线路35及输电线路通信接口(I/F)36。同样，主电路单元20-1～20-n之间的信息交换，也通过供电线路35和站总线7。

根据上述第三实施例，主电路单元20-1～20-n与变电站控制和监视装置4之间的供电线路35被用于通信，从而，消除了对专用通信线路的需要。

[第四实施例]

现参照图10，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第四实施例进行说明。图10示出了本实施例的保护和控制单元23的硬件结构。

在这个实施例中，主电路控制单元21和保护单元22，是被集成在保护和控制单元23的一个硬件单元之内。图4中所示的主电路控制单元21-1和保护单元22-1，其在硬件结构方面，是相似或相同的，只是由软件所实现的功能不同------主电路控制单元21-1的功能是控制，而保护单元22-1的功能是保护。在这个实施例中，控制和保护功能是通过一个装有控制和保护应用软件的公用硬件来实现。

这种结构能够通过使用一个既具有保护功能处理能力又具有控制功能处理能力的数字处理装置(CPU)来实现。这种数字处理装置，易于利用一个或多个LSI来获得。通过使用这种利用一个或多个LSI来既处理保护功能又处理控制功能的数字处理装置(公用CPU)23a，就不再需要分立的保护和控制装置。同样，用于控制的通信装置21c和用于保护的通信装置22c，也能够被一个既能够处理控制通信又能够处理保护通信的单一通信装置(公用通信装置)23c所取代。

当在保护和控制单元23中使用公用CPU 23a和公用通信装置23c时，电源也能够被一个单一电源(公用电源)23b所取代。

由于包括CPU在内的硬件性能的提高，一个单一CPU 23a既能够处理保护功能又能够处理控制控制功能，因此，主电路控制单元21和保护单元22能够被集成在一个单一单元内。将保护功能和控制功能集成起来的另一个重要的原因是，本实施例适用于使用有处理总线的变电站主电路部件的保护和控制系统。

在传统的保护和控制单元中，输入的是变电站主电路部件的主电路的交流电值，而且，例如在输入变压器上，将163.84V的交流电压变换到约为7V，将约为163.84A的交流电流变换到约为47mA。而后，电学数值通过一个模拟输入电路进行滤波，并通过以稳定的采样周期进行采样而被转换为数字数据。然后，控制和监视处理器根据数字数据，实现对变电站主电路部件的控制和监视及对变电站保护区域的外部故障或内部故障的诊断。然后，将断路器电路跳闸信号发送给断路器的控制器，例如：通过辅助触点将断路器电路跳闸信号发送给断路器的控制器。

在传统的保护和控制单元中，控制和保护单元是分立的，而且控制单元与控制中心进行通信，从而，与控制中心进行控制和监视信息及保护单元信息的交换。

在传统的保护和控制单元中，保护单元可以使用一种专用协议，用于与控制单元进行通信，而控制单元可以使用一种远程通信单元及另一种专用协议，用于与控制中心进行通信。因此，传统的保护和控制单元经常可以使用不同的接口，用于与上游系统进行通信。

在传统的保护和控制单元中，当变电站主电路部件的控制器是由控制单元来操纵时，或者当电路跳闸信号是从保护单元发送到变电站主电路部件的控制器时，信息交换是通过各个点对点接触位置连接来实现。

在本发明的利用处理总线的本实施例中，模拟输入电路例如被一个传感器单元所取代。部件控制和监视单元30，发送控制指令给变电站主电路部件，而且发送电路跳闸指令给断路器。上述保护单元是保护和控制单元23的保护单元22，而上述控制单元是保护和控制单元23的控制单元21。

连接到处理总线29的那些单元，利用公用通信协议进行通信。连接到上游系统的站总线7的控制单元21和保护单元22，也是利用公用通信协议进行通信。

通过使用处理总线，保护和控制单元23内的控制单元21和保护单元22不仅能够与利用公用通信协议的站总线7进行通信，而且还能够与利用公用通信协议的处理总线29进行通信。此外，使用相同的通信协议，通过通常使用的处理总线29，也能够实现为保护和控制而分开的传统的点对点接触位置信息传输。

因此，通信装置实现了标准化，而且用于保护单元22的通信装置22c及用于控制单元21的通信装置21c，通常是用同样的装置来制成。这样，CPU和电源，也能够分别用于保护和控制功能。因此，每个通信装置、CPU及电源，能够是通常使用的，而且是被集成在一个既用于保护用途又用于控制用途的单一单元之内。

如上所述，本实施例的保护和控制单元23包括一个公用CPU23a，用于对监视、控制和保护信息进行处理。保护和控制单元23还包括：一个公用通信装置23c，用于与站总线7和处理总线29进行通信；以及一个公用电源23b，用于给公用CPU 23a及公用通信装置23c供电。保护和控制单元23，以预定的时间周期，周期性地进行保护及控制处理。

保护和控制单元23，通过处理总线29，接收经过传感器单元28进行处理的数字电学数值。数字电学数值为主电路部件的交流电值，而且已被同步并添加了时间数据。因此，根据处理总线29的能力，可以不用保证数据接收时间。在这种情况下，可以根据数据接收时间的波动、最大延迟、从探测出电力系统故障到切断变电站电路的允许时间，确定出CPU处理的最佳时间周期。

根据本发明的这个实施例，保护和控制单元是被集成到一个单一单元之内，减小了硬件的体积，从而，与传统的采用分立结构的保护单元和控制单元相比，集成的保护和控制单元体积小、生产成本低。

如果保护单元和控制单元的集成造成可靠性不令人满意，本实施例的保护和控制单元可以成双使用。在这种情况下，生产成本可以保持在与传统保护和控制单元相似的水平上。但是，系统的可靠性会得到提高，这是因为附加的保护和控制单元也可以支持保护功能和控制功能。

[第四实施例的改进]

现参照图11，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第四实施例的一种改进进行说明。图11示出了本实施例的保护和控制单元23的一种硬件结构。这种保护和控制单元23的CPU、通信装置及电源，其功能与前面所述的第四实施例中的CPU、通信装置及电源的功能相似。

在这个实施例中，CPU的硬件结构被分为：一个控制CPU 21a，用于控制和监视变电站主电路部件；以及一个保护CPU 22a，用于变电站保护区域的外部故障检测或内部故障检测的保护处理。保护和控制单元23还含有：一个站总线通信装置23c-1，用于与站总线7进行通信；一个用于控制的处理总线通信装置23c-3及一个用于保护的处理总线通信装置23c-2，后两者与处理总线29进行通信。另外，保护和控制单元23还含有一个公用电源23b，用于给保护CPU 22a和控制CPU 21a供电。应当知道的是，除电源和通信装置之外，保护和控制单元23还有外围电路(图中未示出)。

在图11所示的实施例中，站总线通信装置23c-1及电源23b，均为公用硬件，既用于控制又用于保护，而CPU 21a、CPU 22a、处理总线通信装置23c-2及处理总线通信装置23c-3，分别为独立的硬件结构。

保护CPU 22a和控制CPU 21a分立的目的是：避免当一个CPU出现故障时，出现保护和控制功能两者都失去的情况，从而，可以获得高的可靠性。

用于保护的处理总线通信装置23c-2和用于控制的处理总线通信装置23c-3分立的目的是：避免当一个处理总线通信装置出现故障时，出现失去与CMU 30、传感器单元28或合并单元39之间通信的情况，CMU 30表示在图1和图34(在后面详细说明)中。在这种情况下，可能既无法控制又无法保护变电站主电路部件。

在本实施例中，由于用于保护和控制的处理总线通信装置是分立的，因此，如果不出现双重故障，即能够避免失去保护和控制功能的情况。

站总线通信不具备从上游系统控制变电站主电路部件的功能，但是当一个故障出现时，与CPU和处理总线通信相比，不会失去保护功能。在站总线通信中，为了降低成本，可以用一个单一CPU来取代控制CPU 21a及保护CPU 22a。

如果用于保护和控制的电源硬件是分立的，则能够提高可靠性。这是因为即使一个电源出现故障，也能够实现保护或控制。但是，从防止热环境和结构紧凑性来说，使用一个公用电源具有优势。当防止热环境和结构紧凑性具有优先权时，可以使用一个公用电源。

在上述改进的第四实施例的工作过程中，站总线通信装置23c-1可以被用作主—从通信系统中的一个通信主动设备，而控制CPU 21a及保护CPU 22a可以被作用主—从通信系统中的从属设备。

在这种主—从通信系统中，在带有存储器的主动设备与带有存储器的从属设备之间，可以进行数据传输。从属设备可以带有存储器，而且主动设备可以占用主动设备与从属设备之间的传输线路。这样，主动设备可以读/写—访问从属设备的存储器。既然是这样，存储器最好是能够从主动设备和从属设备访问的双入口存储器，从而，这样的系统不需要对控制发送和控制接收进行判优(arbitration)。

在图11所示的实施例中，站总线通信装置23c-1、控制CPU 21a及保护CPU 22a，是通过一个总线型通信媒介23d来进行通信。通过使用主—从通信系统，在控制CPU 21a、保护CPU 22a及站总线通信装置23c-1之间，不需要总线占用权的判优，从而，可以简化通信过程。此外，当一个CPU出现故障时，出现故障的CPU不必占用总线23d，从而，另一个CPU的通信不会受到干扰。

图11所示的实施例是使用了保护和控制公用硬件部分的通信系统的一个实例，但对于本发明来说，总线型通信并不是必需的。图11示出的是功能结构，但没有示出物理结构。例如，物理结构可以包括：保护功能部分(一个印刷电路板，带有保护CPU 22a及用于保护的处理总线通信装置23c-2)；控制功能部分(一个印刷电路板，带有控制CPU 21a及用于控制的处理总线通信装置23c-3)。这种物理结构还可以包括：一个站总线通信部分(一个印刷电路板，带有站总线通信装置)；一个公用电源部分(一个印刷电路板或一个单元，带有公用电源)；以及总线部分23d(背板或电缆等)。上述各部分是结构分立的而且是彼此相连的。

应当知道的是，如果本实施例应用于后面详细说明的第十二实施例，则用于控制的处理总线通信装置23c-3及用于保护的处理总线通信装置23c-2，不应当连接到处理总线29，而是应当连接到平行总线(内部总线)45(见图30)，在此，用于保护和用于控制的硬件是分立的。

[第五实施例]

现参照图12～图15，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第五实施例进行说明。图12和图14示出了本实施例的保护和控制单元的硬件结构及功能。

在这个实施例中，保护和控制单元23含有一个主电路控制单元21-1及一个保护单元22-1，两者为分立的硬件单元。每个单元都装有软件，以便一个单元能够执行另一个单元的功能及其自身的功能。因此，当一个单元出现故障时，另一个单元可以执行故障单元的功能。

图12示出了这样一种情况：当保护单元22-1出现故障时，主电路控制单元21-1执行保护单元22-1的任务，而图14表示这样一种情况：当主电路控制单元21-1出现故障时，保护单元22-1执行主电路控制单元21-1的任务。

现参看图12，对保护单元22-1出现故障时的情况进行详细说明。保护和控制单元23含有一个控制单元21(或21-1)及一个保护单元22(或22-1)。控制单元21(或21-1)含有：一个主电路控制CPU21a，用于监视和控制变电站主电路部件；一个控制通信装置21c，用于与站总线7及处理总线29进行通信；以及一个控制电源21b。保护单元22(或22-1)含有：一个主电路控制CPU 22a，用于保护变电站主电路部件；一个保护通信装置22c，用于与站总线7及处理总线29进行通信；以及一个保护电源22b。

当保护单元22(或22-1)出现故障时[包括保护单元22(或22-1)不能正常工作、出现错误保护及无法实施保护的情况]，一个故障警报信号“AN”被传送到控制单元21-1。控制单元21-1，响应故障警报信号“AN”，执行保护功能。

如果保护单元22-1能够检测出其自身的故障而且能够与站总线7进行通信，则保护单元22-1可以将故障警报信号“AN”传送给站总线7。故障警报信号“AN”可以通过站总线7，直接传送给控制单元21-1，或者可以传送给集中控制和监视装置3，而后，再从集中控制和监视装置3返回传送给控制单元21-1。或可以便用上述两种路径中的任何一种路径或可以使用上述两种路径来传送故障警报信号。当使用两条路径来传送故障警报信号时，可以提高通信的可靠性。故障警报信号可以通过广播式通信来传送，在此，与网络相连的所有装置都必须接收信号。

保护单元22-1的工作检测能够由站总线7上的其他单元来进行。因此，如果保护单元22-1不能够检测其自身的故障(例如：在保护单元停止工作的情况下)，保护单元22-1的故障也能够由其他单元检测出来。例如，控制单元21-1和保护单元22-1可以具有交互检测功能，两者之间通过站总线7，周期性地检测彼此的工作。例如，控制单元21-1能够检测出保护单元22-1的工作停止。

在这种情况下，由于控制单元21-1是依靠自身检测出保护单元22-1出现了故障，因此，不需要传送故障警报信号。另一种方法是，保护单元22-1可以通过站总线7，周期性地将工作检测信号发送给集中控制和监视装置3。这样，当工作检测信号中断时，即能够诊断出保护单元22-1出现了故障。当集中控制和监视装置3检测出了故障时，集中控制和监视装置3即通过站总线7，将故障警报信号“AN”传送给控制单元21-1。

当控制单元21-1接收到故障警报信号“AN”或依靠自身检测出保护单元22-1出现故障时，控制单元21-1可以暂停一部分的控制和监视功能，以便为控制CPU 21a抽出一些时间，来执行保护功能，如图13A和图13B所示。

图13A示出了在控制CPU 21a的处理时间坐标轴17上的恒定处理时间间隔t1～t7。每个时间间隔的时间长度tz，是供检测及监视等使用的控制处理时间tx1与空白时间tx2两者之总和。当控制CPU21a执行保护功时，通过减少控制功能，缩短了控制处理时间ty2(Ty2＜Tx1)，如图13B所示。因此，能够省出保护中继处理时间ty1。应当知道的是，如果能够在空白时间tx2内实现保护功能，则不需要暂停或缩短控制处理。

当控制单元21-1执行保护功能，但又因暂停或缩短控制处理的延迟而不能够执行所有的保护功能时，控制处理和保护处理的每个任务都将被指定一个优先级，而且任务是按照优先级的次序来完成。在低优先级任务正在执行中时，如果出现了高优先级任务，则高优先级任务会中断低优先权任务。保护处理任务通常可以被指定高于控制处理任务的优先级。因此，保护处理可以不受控制处理的延迟的影响。

在前面的描述中，当控制处理被“暂停或缩短”时，在控制处理当中的、重要性较低的处理可以被中断。另一个方法是，保护功能可以被指定高于控制功能的高优先级，控制功能可以包括不同优先级的任务。这样，控制CPU 21a就可以按照优先级的次序来执行控制功能。这种方法被称之为“任务优先级管理”。

图14示出了这种一种情况：当主电路控制单元21-1出现故障时，保护单元22-1执行主电路控制单元21-1的任务。当主电路控制单元21-1出现故障时，主电路控制单元21-1可以依靠自身检测出故障，并将故障警报信号AN传送给保护单元22-1，或可以通过保护单元22-1检测出故障。因此，保护单元22-1可以执行主电路控制单元21-1的控制功能。

传送故障警报信号的方式及检测故障的方式，可以与图12所示的方式相似，因此，在此不再对此进行详细描述。

当保护单元22-1接收到故障警报信号AN1或检测到保护单元22-1出现故障时，保护CPU 22a利用保护CPU 22a的空白时间，执行主电路控制和监视功能。如果需要的话，保护CPU 22a也可以利用从暂停或缩短保护处理所获得的省出时间。

图15示出了一个分配保护CPU 22a的处理时间的实例。图15A示出了在保护CPU 22a的处理时间坐标轴t上的恒定处理时间间隔t11～t17。每个时间间隔的时间长度tz1，是供保护中继使用的处理时间tx11与空白时间tx12两者之总和。

当保护CPU 22a执行控制和保护功能时，保护CPU 22a利用空白时间tx12来进行控制处理，如图15B所示。在图15A和图15B所示的实施例中，tx12等于ty12。

当保护单元22执行线路控制功能时，如果因保护处理的延迟而不能够执行控制功能，线路控制处理和保护处理可以被指定优先级。线路控制处理可以被指定高于一些保护处理的优先级。因此，即使保护处理有延迟，重要的控制处理也不会被延迟。

根据本实施例，当用于控制和监视变电站主电路部件的控制单元或保护单元出现故障时，另一个单元可以执行较重要的控制和监视功能。因此，能够保持对电力系统的控制和监视，从而，可实现高可靠性的控制。

本实施例的这种后援系统(the back up system)能够得以实现的一个原因是：通过处理总线，实现了通信装置的标准化，而传统系统的控制信号及保护指令信号(例如：断路器电路跳闸指令信号)是通过点对点接触位置信息交换系统来传送。

在点对点系统的情况下，为了使保护单元具备控制功能，硬件必须有一些改进，以使改进的保护单元具有接触位置结构，这会造成成本增加，结构复杂性提高及故障率上升的结果。与之相反，在本实施例的处理总线结构中，仅仅通过改动发送给处理总线的数据地址信息并通过一些软件的处理，即能够实现另一个单元的功能的执行。不需要进行专门的硬件改进。因此，能够简单、有效地实现暂时性的功能替代。

[第六实施例]

现参照图16，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第六实施例进行说明。图16为一个简单的方框图，示出了一个合并单元和多个传感器单元与保护和控制“舱区域”之间的连接。

图55示出了一种具有代表意义的开关装置的“舱”或“舱区域”。“舱”或“舱区域”是在一个确定电力设施内的一个保护和控制区域。现在，回头参看图16，输电线路26从母线24分出。在输电线路26的端子位置，连接有诸如断路器25CB之类的主电路部件及隔离/接地开关(图中未示出)。此外，电流检测装置(CT)27-1及27-2，是分别设置在断路器25CB的母线24的那一侧和输电线路26的那一侧。另外，电压检测装置(VT)27-3，是设置在输电线路26的那一侧。

例如，电流检测装置(CT)27-1及27-2可以包括：利用茹科夫斯基(Rogowski)线圈或铁心线圈的变流器，或利用法拉第效应的光学转换型电流传感器。

例如，电压检测装置27-3可以包括：利用电容器型分压器或铁心线圈的仪表式变压器，或利用泡克尔(Pockel)效应的光学转换型电场传感器。应当知道的是，传感器单元28的模拟输入部分，可以根据所安装的电流检测装置及电压检测装置来进行改进。

例如，传感器单元28是如图2所示，设置在GIS箱的外表面，靠近其各自的电流检测装置或电压检测装置。传感器单元28的输出端子，通过点对点通信装置38，连接到合并单元(MU)39。合并单元(MU)39，是装在如图2所示的装有保护和控制单元23的处理控制盒31内。

传感器单元是设置在靠近其各自的电流检测装置或电压检测装置的位置，从而，连接电流或电压检测装置与传感器单元的导线，可以尽可能地短。

装有电流或电压检测装置的机壳、装有传感器单元的机壳及装有变电站主电路部件的机壳，采用这样一种布置：在这些机壳可以不相互干扰的情况下，使连接上述检测装置、传感器单元及变电站主电路部件的导线的长度为最短。

合并单元(MU)39，如图18、图20及图24所示，含有一个CPU，有关这方面的内容在后面详细说明。例如，合并单元(MU)39可以将来自传感器单元28-1～28-3的电流数据及电压数据的数字数据，合并成一个在确定电力设施内的一个保护和控制的舱区域的传输帧。合并单元39还可以给数字数据添加时间数据，然后，通过处理总线29，将数据传送给保护和控制单元23及变电站控制和监视装置4。此外，合并单元39还可以调整数字数据的灵敏度及相位。

另一方面，合并单元39还可以以任何组合形式，将在电力设施内的不同保护和控制的舱区域，而不是一个保护和控制的舱区域的电流及电压的数字信号，合并成一个传输帧。

另外，合并单元39也可以将在电力设施内的一个保护和控制的舱区域的数字信号，合并成多个传输帧而不是一个传输帧。

例如，在变压器电路中，一个保护和控制的舱区域通常包括有较高电压的一侧和较低电压的一侧，不过，高压侧和低压侧的开关装置不必设置得彼此相互靠近。在这种情况下，有利的可以是：高压侧的电流及电压的数字信号，被合并成第一传输帧，而低压侧的电流及电压的数字信号，被合并为第二传输帧。上述传输帧可以传送给处理总线。

应当知道的是，上述的利用合并单元(MU)来合并电流及电压的数字信号的说明，能够应用于本说明书中任何一个实施例的任何合并。

通信装置38，由于是数字通信线路，因此，几乎不受噪声的影响，但最好是光学纤维，以进一步提高噪声等效电阻。合并单元39、保护和控制单元23及部件控制和监视单元30，是通过处理总线29连接起来。部件控制和监视单元30的工作过程，与第一实施例中的部件控制和监视单元的工作过程相似。

第六实施例的工作过程如下：

一个具有代表性的舱含有多个电流检测装置、电压检测装置及相对应的传感器单元。传感器单元的输出，必须连接到保护和控制单元及部件控制和监视单元。合并单元将数字数据合并成所需要的、数量最少的传输帧，而不是将传感器单元的输出直接传送给处理总线。因此，能够将节点的数量减少到最低，从而，能够以最少数量的传输帧来传送舱内的许多电学数值，这会实现处理总线的有效利用。

此外，传感器单元是设置在邻近电流或电压检测装置的位置，从而，电学数值是在邻近电流或电压检测装置的位置上被数字化。因此，能够将高质量的电学数值传送给部件控制和监视单元及保护和控制单元，即使电流或电压检测装置的次级输出为低电平，情况也是如此。

当保护在舱内的开关装置是三相密封GIS时，对应于三相电流检测装置27-1的三个传感器单元28-1可以是一个供三相使用的公用传感器单元。同样，一个对应于电流检测装置27-2的单一传感器单元及另一个对应于电压检测装置27-3的单一传感器单元，也可以供三个相位公用。

应当知道的是，每一个公用传感器都有至少三个输入端子，转换至少三相的交流电值，合并至少三相的数字数值，并将合并数值传送给合并单元39。

另外，如果可能的话，传感器单元28-2和28-3，也可以合并成一个单一传感器单元。另外，当使用的是单相密封GIS时，对应于每个相位的电流检测装置的传感器单元，也能够被设计为一个供三相公用的传感器单元。

如上所述，每一个传感器单元，都不必对应于一个电流或电压检测装置。取而代之的是，每一个传感器单元，都可以对应于多个电流和/或电压检测装置。

[第七实施例]

现参照图17和图18，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第七实施例进行说明。图17是第七实施例的一个方框图，示出了合并单元与传感器单元之间的连接关系。保护和控制单元23、合并单元(MU)39-1及传感器单元(SU)28-1～28-n，与前面所述的各实施例的对应单元相似。

现在，对采样同步和添加时间数据进行详细说明。本实施例是对应于图3C所示的、前面所述的模式3。正如前面所说明的那样，合并单元39-1，通过点对点型通信线路38-1～38-n，接收从传感器单元28-1～28-n输出的、对应于所检测到的变电站主电路部件的电流及电压的数字数据。然后，合并单元39-1将在电力设施内的每个保护和控制的舱区域的数字数据，合并成一个传输帧。而后，合并单元39-1将合并而成的各个传输帧传送给处理总线。

本实施例的合并单元39-1，是从一个GPS接收机41接收全球定位系统(GPS)信号，而且是从GPS信号中采集并产生用于同步的时间标准信号和标准时间数据。

然后，合并单元39-1，通过点对点型通信线路40，将用于同步的时间标准信号和标准时间数据传送给传感器单元28-1～28-n。传感器单元28-1～28-n，基于通过点对点型通信线路40所接收到的用于同步的时间标准信号和标准时间数据，给从变电站主电路部件所检测到的交流电值进行采样同步和时间添加。

图18示出了合并单元39-1的一种典型结构。合并单元39-1含有：一个传感器单元数据合并装置39e，用于接收来自传感器单元28-1～28-n的数据；以及一个处理总线39a，用于与作为合并单元39-1的上游的保护和控制单元23进行通信。

GPS接收机41的输出信号的一个实例见图28所示的、在后面详细说明的曲线WV1，GPS接收机41的输出信号被输入标准信号输入装置39d并被标准信号输入装置39d进行处理。采集到的用于同步的标准时间信号(例如：高精度1-秒脉冲信号)和用于每一个1-秒脉冲的标准时间数据(例如：绝对时间)，通过传输线路39g，传送给标准信号分配装置39c。

标准信号分配装置39c，通过点对点型通信线路40，将用于同步的标准时间信号和用于每一个1-秒脉冲的标准时间数据，分配给传感器单元28-1～28-n。CPU 39b，通过内部总线39f，对处理总线通信装置39a、传感器单元数据合并装置39e及标准信号分配装置39c进行控制，并实现从传感器单元28-1～28-n到保护和控制单元23的通信协议的转换。

因此，在本实施例中，同步和给数字电学数值添加时间数据，是通过传感器单元28-1～28-n中每一个传感器单元来实现。因此，能够获得在所有传感器单元28-1～28-n之间同步的、附有时间数据的数字数据。传感器单元的结构，可以与图3A中所示的结构相同。

图19示出了上述实施例的一种改进，取消了点对点通信线路40。合并单元39-2与传感器单元28b-1～28b-n之间的关系如下所述：

合并单元39-2，通过点对点通信线路38，接收来自n个传感器单元28b-1～28b-n的数字输出。合并单元39-2具有一个标准信号输入功能，用于从GPS接收机41接收输出信号(或GPS信号)并采集用于同步的时间标准信号和标准时间数据。合并单元39-2，通过点对点通信线路38，将所采集到的用于同步的时间标准信号和标准时间数据，传送给传感器单元28b-1～28b-n。

因此，传感器单元28b-1～28b-n进行采样同步和给变电站主电路部件的交流电值添加时间数据。应当知道的是，GPS时间数据是标准时间信号的一个实例，并不对本发明有所限制。

现在，再回头参看图19，合并单元39-2及传感器单元28b-1～28b-n中的每一个传感器单元，仅仅通过通信线路38来进行通信。其他功能及作用，与图17所示的相似。

在图19所示的实施例中，数字数据是从传感器单元28b-1～28b-n发出，而来自合并单元39-2的用于同步的时间标准信号和标准时间数据，是通过同一点对点通信线路38来进行传输。因此，与图17所示的实施例相比，把串行通信线路用作通信线路38，能够减少电缆的量。

在本实施例中，通信线路38上的数据传输是双向的，例如通常所说的半双工通信。当串行媒介被用于半双工通信时，为了避免发送数据和接收数据的碰撞，必须对数据通信进行判优。

在本实施例中，用于同步的时间标准信号和标准时间数据，必须在没有任何延迟的情况下，及时地从合并单元39-2传送给传感器单元28b-1～28b-n，以便让传感器单元28b-1～28b-n能够进行采样同步和给变电站主电路部件的电学数值添加时间数据。

因此，合并单元39-2必须拥有在通信线路38上的发送和接收的优先权。假设合并单元39-2是一个主动设备，而传感器单元28b-1～28b-n是从属设备，主动设备探询或询问从属设备：是否从属设备有发送信号的要求。当主动设备能够接收信号时，主动设备发出一个允许信号，允许从属设备给主动设备发送信号，这时，主动设备进入等待状态。

当从属设备接收到允许信号时，从属设备即获得了发送信号的权利，从而，从属设备将变电站主电路部件的电学数值的数字数据串行地发送给主动设备。主动设备，除了是处于等待状态之外，能够在任何时间给从属设备发送数据。因此，合并单元39-2能够在没有任何延迟的情况下，将用于同步的时间标准信号和标准时间数据发送给传感器单元28b-1～28b-n，而且合并单元39-2能够在空白时间内，周期性地探询传感器单元28b-1～28b-n，以从传感器单元28b-1～28b-n接收变电站主电路部件的电学数值的数字数据。

当使用GPS接收机41时，周期为1秒的用于同步的时间标准信号和标准时间数据，应当是足够的。与通过传感器单元28b-1～28b-n的变电站主电路部件的电学数值的采样周期(例如：2400Hz或2880Hz的频率，或7.5度的电角度)相比，这个周期应当是足够长的，从而，合并单元39-2能够毫无困难地接收电学数值的数字数据。

另一方面，传感器单元28b-1～28b-n可以拥有双入口存储器作为接口，从而，在传感器单元28b-1～28b-n可以访问各自单元内的存储器的同时，主动设备一侧的合并单元39-2可以独占使用通信线路38并读取存储器上的数据。因此，可以读出变电站主电路部件的电学数值的数字数据。

另一方面，合并单元39-2可以将用于同步的时间标准信号和标准时间数据发送给传感器单元28b-1～28b-n，而且传感器单元28b-1～28b-n可以使用用于同步的时间标准信号作为中断信号而且可以串行地处理标准时间数据。

通过允许主动设备或合并单元39-2独占使用用于发送和接收的通信线路，即能够实现这种方法。图19所示的合并单元39-2，其结构可以如图20所示的那样构成。

图20所示的合并单元39-2，不同于图18所示的合并单元，其特征在于：标准时间分配装置39c-1没有点对点通信线路40；以及用于同步的时间标准信号和标准时间数据是在合并单元39-2内，通过传输线路40-1，传送给传感器单元合并装置39e-1。传感器单元合并装置39e-1可以具有通信判优功能。

图21示出了代表传感器单元28b-1～28b-n的传感器单元28b-1的一个结构实例。与图3A中所示的结构相比，在图21所示的结构中，取消了可以传送用于同步的标准时间信号和标准时间数据的点对点通信线路40a。取而代之的是，输入及输出装置28b-g用于通过通信线路38-1的半双工串行通信。图12中没有示出电源。采样同步和添加时间数据是通过内部总线28e来进行控制，内部总线28e位于采样同步输入电路28d、同步装置28b-a与CPU 28f之间。

根据图17和图19所示的第七实施例的两个实例，能够实现模拟输入的同步，而且能够实现精度要求高的保护中继处理，在本发明的结构中，模拟输入电路是与主电路控制单元及保护单元相分离的。此外，由于同步和添加时间数据是通过带有模拟输入电路的传感器单元来实现的，因此，还能够实现最稳定的同步及时间数据添加。

另外，由于同步和添加时间数据是在传感器单元内进行的，因此，在合并单元与保护和控制单元之间，还允许一定范围的时间延迟。常用的网络，例如以太网(Ethernet)，其通信速度可能会受到通信量状态的影响，这种网络能够用作处理总线29。因此，设备在处理水平上或在舱水平上的改进(例如：扩充)，可以变得较为容易。

通过使用GPS数据作为一个变电站或一组变电站内的标准数据，相同的时间数据及相同的标准时间信号能够被用于这个变电站或这个变电站组。因此，能够精确、方便地实现同步和添加时间数据。

在本实施例中，GPS数据，作为图16所示的第六实施例中的公用标准信号，被用于同步和添加时间数据。应当知道的是，标准信号及一个时间信号发生器，也能够取代GPS数据，用作公用标准信号。

另外，合并单元与传感器单元之间的通信线路，能够选择使用采用半双工串行通信的公用串行电缆。在这种情况下，与通常所说的信号发送和接收是分开的全双工通信相比，通信电缆的数量能够减少一半。

应当知道的是，本实施例的同步和添加时间数据的方法，能够适用于本发明的其他任何一个实施例。

[第七实施例的改进]

现在，对上述第七实施例的一种改进进行详细说明。系统的组成及合并单元的组成，与上述第七实施例中的相似，只是在合并单元39和传感器单元28-1～28-n之间的变电站主电路部件的电学数值的采样同步和添加时间数据的功能分配方面除外。

本实施例对应于图3C所示的、前面所述的模式2。只有用于同步的标准信号是从合并单元39经过通信线路40传送给传感器单元28-1～28-n(例如：见17)。用于同步的标准信号的一个实例是图28中所示的信号“SPT”，有关这个信号的内容将在后面进行详细说明。信号“SPT”也是基于图28中所示的曲线“WV1”，有关这个曲线的内容也将在后面进行详细说明。

传感器单元28-1～28-n，仅仅进行图3B中所示的采样同步的步骤S2和S3。传感器单元28-1～28-n，将变电站主电路部件的交流电值(电流或电压)的同步数字数据，传送给合并单元39。然后，合并单元39进行图3B中所示的时间数据添加的步骤S4。

保护和控制单元23，通过处理总线29，连接到合并单元39，它从合并单元39接收采样同步的和添加有时间数据的电学数值(数字数值)，并监视、控制和保护变电站主电路部件。

在第七实施例的这种改进中，也可以取消合并单元39与传感器单元28-1～28-n之间的点对点通信线路40，而所有的数据交换可以通过图19所示的、利用公用通信媒介(串行总线)的通信线路38来实现。

根据第七实施例的这种改进，虽然模拟输入电路是与主电路控制单元及保护单元相分离的，但是，能够实现模拟输入的同步。因此，能够实现精度要求高的保护中继处理。由于同步是通过带有模拟输入电路的传感器单元来实现的，因此，还能够保持稳定的采样周期。

时间数据添加是在合并单元内进行的，因此，在合并单元与保护和控制单元之间，还允许一定范围的时间延迟。常用的通信网络，例如Ethernet网，其通信速度可能会受到通信量状态的影响，这种通信网络能够用作处理总线29。因此，设备在处理水平上或在舱水平上的改进，包括扩充在内，可以变得较为容易。此外，由于不需要在多个传感器单元中进行时间数据的添加，因此，还能够大大减少传感器单元的处理量及对合并单元的数据传输量。

另外，由于GPS数据被用作一个变电站或一组变电站内的标准时间信号，因此，能够使用相同的时间数据及相同的标准时间信号，从而，能够在这个变电站或这个变电站组内实现精确的同步。

在本实施例中，GPS数据，作为公用标准信号，被用于同步和添加时间数据。但是，应当知道的是，在一个变电站或一组变电站内，标准信号及一个时间信号发生器，也能够取代GPS数据，用作公用标准信号。

另外，合并单元与传感器单元之间的通信线路，能够选择利用半双工串行通信的公用串行电缆。在这种情况下，与通常所说的信号发送和接收是分开的全双工通信相比，通信电缆的数量能够减少一半。

应当知道的是，本实施例的同步和添加时间数据的方法，能够适用于本发明的其他任何一个实施例。

[第八实施例]

现参照图22，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第八实施例进行说明。图22为第八实施例的一个方框图，示出了合并单元与传感器单元之间的连接关系。保护和控制单元23、合并单元(MU)39-3及传感器单元(SU)28c-1～28c-n，与前面所述的实施例中的对应单元相似。

现在，对采样同步和添加时间数据进行详细说明。本实施例对应于图3C中所示的、在前面所述的模式2。

如图22所示，取消了借以将用于同步的标准信号和时间数据从合并单元39-3传送到传感器单元28c-1～28c-n的点对点通信线路40(见图17和图18)。取而代之的是，一个传感器单元(例如：传感器单元28c-1)，通过公用通信线路40-2，将用于同步的标准信号传送给其他的传感器单元28c-2～28c-n。

所有传感器单元28c-1～28c-n，接收相同的用于同步的标准信号(例如：周期恒定的脉冲信号)。然后，图3A中所示的同步装置28a，利用传感器单元内时钟的振荡频率的分频所产生的采样信号，进行图3B中所示的步骤S2和S3。届时，使用的是通信线路40-2，而不是图3A中所示的通信线路40a。用于同步的标准信号的一个实例是图28中所示的信号“SPT”，有关这个信号的内容将在后面进行详细说明。

合并单元39-3内的处理与图3B所示的时间数据添加的步骤S4相同。合并单元39-3的结构与图20所示的合并单元39-2的相似，只是取消了通信线路40-1、标准信号分配装置39c-1及传输线路39g，而且内部总线39f和标准信号输入装置39d是彼此相连接的。

用于同步的标准信号和标准时间数据，是从由CPU 39b处理的GPS接收机41所输入的信号中进行采集。从标准信号输入装置输入的信号的一个实例，是图28中所示的信号“WV1”，有关这个信号的内容将在后面进行详细说明。然后，CPU 39b接收已经同步的变电站主电路部件交流电值的数字数据，并给数字数据添加时间数据。添加时间数据的方法与图3B中所示的添加时间数据的步骤S4相同。因此，采样同步是在传感器单元28c-1～28c-n内进行，而添加时间数据是在合并单元39-3内进行。

保护和控制单元23，通过处理总线29，连接到合并单元39-3，它从合并单元39-3接收采样同步的和添加有时间数据的变电站主电路部件交流电值的数字数值，并监视、控制和保护变电站主电路部件。

在上述实例中，用于采样同步的标准信号，是通过一个传感器单元来分配给其他的传感器单元。但是，可以选择的是，也可以将一个公用信号发生器引入一个变电站或一组变电站，用来给各个传感器单元发送用于同步的标准信号。应当知道的是，这种公用信号发生器可以是一个GPS接收机。

根据本实施例，虽然模拟输入电路是与主电路控制单元及保护单元相分离的，但是，能够实现模拟输入的同步。因此，能够实现精度要求高的保护中继处理。此外，由于同步是通过带有模拟输入电路的传感器单元来实现的，因此，还能够保持稳定的采样周期。

由于添加时间数据是在合并单元内进行的，因此，在合并单元与保护和控制单元之间，还允许一定范围的时间延迟。常用的通信网络，例如Ethernet网，其通信速度可能会受到通信量状态的影响，这种通信网络能够用作处理总线29。因此，设备在处理水平上或在舱水平上的改进(例如：扩充)，可以变得较为容易。

由于不需要在多个传感器单元中进行时间数据的添加，因此，还能够大大减少传感器单元的处理量及对合并单元的数据传输量。

由于不需要专用的通信装置来将采样同步所需要的信号从合并单元分配给传感器单元，因此，在传感器单元与合并单元之间，能够减少许多专用电缆。

本实施例的情况与第七实施例的情况一样，合并单元内的时间数据的添加，是利用GPS数据作为一个变电站或一组变电站内的标准数据，因此，能够在这个变电站或这组变电站内使用相同的时间数据及相同的标准时间信号。从而，能够精确、方便地实现同步及添加时间数据。

在本实施例中，GPS数据作为公用标准信号，被用于同步和添加时间数据。但是，应当知道的是，标准信号及时间信号发生器，也能够取代GPS数据，用作这个系统或一组变电站的公用标准信号。

应当知道的是，本实施例的、通过合并单元及传感器单元来实现同步和添加时间数据的方法，能够适用于本发明的其他任何一个实施例。

[第九实施例]

现参照图23～图26，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第九实施例进行说明。图23为第九实施例的一个方框图，示出了合并单元与传感器单元之间的连接关系。保护和控制单元23、合并单元(MU)39-4及传感器单元(SU)28d-1～28d-n，与前面所述的实施例中的对应单元相似。

与图22所示的实施例相比，除去了在传感器单元之间、用来传送用于同步的标准信号的传输线路40-2，如图23所示。

图24示出了合并单元39-4的结构的一个实例。与图20所示的合并单元39-2相比，图24中所示的本实施的合并单元39-4含有一个同步装置39h，同步装置39h通过内部总线39f连接到CPU 39b。在这个实施例中，采样同步和添加时间数据，都是在合并单元39-4内进行。本实施例对应于图3C中所示的、在前面所述的模式1。

因此，n个传感器单元28d-1～28d-n，并不需要彼此同步。传感器单元28d-1～28d-n对电学数值的模拟数据进行采样，将其转换为数字数据，并通过点对点通信线路38，将数字数据发送给合并单元39-4。

在本实施例的传感器单元28d-1～28d-n中，由于传感器单元28d-1～28d-n仅需要传送变电站主电路部件的数字化数据，从而，能够取消图3A中所示的同步装置28a及CPU 28f。因此，可以大大简化传感器单元的结构。虽然不需要高精度LSI来控制，但是，可以选择引入具有最低控制功能的CPU 28f，用来控制采样同步输入电路28d及输出装置28g。

现在，对在合并单元39-4内进行的采样同步和添加时间数据进行详细说明。

在第一种方法中，用于同步的标准信号，被加到传感器单元28d-1～28d-n中的一个传感器单元的电学数值的数字化采样数据上，而且，用于同步的标准信号，被传送给点对点通信线路38。然后，基于用于同步的标准信号，调整传感器单元28d-1～28d-n的数字输出，以便同步。

合并单元39-4接收用于同步的标准信号，而且在使传感器单元28d-1～28d-n的数字数据同步的过程中，按照图3B中所示的同步步骤S2和S3，使用用于同步的标准信号。应当知道的是，从GPS接收的用于同步的标准信号，可以用于步骤S4。

合并单元39-4通过GPS接收机所接收的、用于同步的标准信号和标准时间数据的一个实例，是图28所示的信号“WV1”，有关这个信号的内容将后面进行详细说明。由于传感器单元中所采样的数字数据并不是同步的，因此，必要时，可以执行图3B中所示的插入处理步骤S1。

上述第一种方法的特征在于：将用于同步的标准信号加入从传感器单元28d-1～28d-n传送到合并单元39-4的电学数值的数字数据上。用于同步的标准信号，例如可以是任意频率的正弦波或矩形波。

用于同步的标准信号的一个具体实例，可以是对应于变电站主电路部件的电流或电压的模拟电学数值的基波。

图3A所示的模拟输入装置28b上，增加一个专门用于输入基波的信道端口。基波在采样同步输入电路28d内进行处理，并象其他模拟电学数值那样，通过输出装置28g，传送给点对点通信线路38。在本实施例中，可以取消图3A中所示的同步装置28a。

当点对点通信线路串行连接时，每个信道(CH1～CHn)的一系列数字数据，可以如图25所示的那样被输出。第n个信道CHn，可以是供基波使用的信道。合并单元39-4接收上述数据，并利用基波作为标准信号，对来自传感器单元28d-1～28d-n的所有信道的数字电学数值进行同步。

图26示出了合并单元39-4从传感器单元接收的各个信道的电学数值的波形。波形Sf 100表示在传感器单元28d-1的信道上的一个电学数值，波形Sf 101表示在传感器单元28d-2的信道上的一个电学数值，而波形Sf 10n表示在传感器单元28d-n的基波信道上的一个电学数值(用于同步的标准信号)。

通过调整波形Sf 100及波形Sf 101的相位，对波形Sf 100及波形Sf 101进行调整，以使其与用于同步的标准信号的波形Sf 10n的相位相匹配。图26中的箭头SY 100和SY 101，分别表示波形Sf 100及波形Sf 101的移相调整。然后，按照图3B中所示的步骤S4，给调整后的电学数值添加时间数据。

在上述第一种方法中，用于同步的标准信号，是由一个具体传感器单元来加入。用于同步的标准信号，也能够由多个传感器单元来加入。在这种情况下，即使这个具体传感器单元出现故障，其他传感器单元的用于同步的标准信号也能够用于相位的重新调整。

在第二种方法中，可以选择相位延迟最大的电学数值的波形作为标准，而对其他的电学数值进行相位调整，以使其他电学数值的相位与标准信号的相位相匹配。然后，基于可以是从GPS信号中采集到的用于同步的标准信号和标准时间数据，进行在前面实施例中所描述过的采样同步，并按照图3B所示的步骤S4来进行时间数据的添加。

保护和控制单元23，通过处理总线29，连接到合并单元39-4，它接收采样同步的而且带有时间数据的数字电学数值，并监视、控制和保护变电站主电路部件。

根据本实施例，虽然模拟输入电路是与主电路控制单元及保护单元相分离的，但是，能够实现模拟输入的同步。因此，能够实现精度要求高的保护中继处理。

由于添加时间数据是在合并单元内进行的，因此，在合并单元与保护和控制单元之间，还允许一定范围的时间延迟。因此，常用的通信网络，例如Ethernet网，其通信速度可能会受到业务量状态的影响，这种通信网络能够用作处理总线29。因此，设备在处理水平上或在舱水平上的改进(例如：扩充)，可以变得较为容易。

由于采样同步是在合并单元内进行的，因此，在传感器单元内，可以取消用于采样同步的电路和用于高速处理的CPU。从而，在保留用于模拟—数字转换及用于给合并单元发送数字数据的装置的情况下，能够减小传感器单元的硬件体积。

由于保护和控制单元或合并单元中的每一单元，都通常连接有多个传感器单元，因此，传感器单元的硬件体积的减小，可以降低系统的故障率及总体费用。

此外，由于不在多个传感器单元中添加时间数据，因此，能够减少传感器单元的处理量及对合并单元的数据传输量。此外，在本实施例的情况下，GPS数据被作为一个变电站或一组变电站内的标准数据，因此，能够在这个变电站或这组变电站内使用相同的时间数据及相同的标准时间信号。从而，能够精确、方便地实现同步及添加时间数据。

在本实施例中，GPS数据，作为公用标准信号，被用于同步和添加时间数据。但是，应当知道的是，在这种系统或一组变电站内，标准信号及时间信号发生器，也能够取代GPS数据，用作公用标准信号。

应当知道的是，本实施例的通过合并单元及传感器单元来实现同步和添加时间数据的方法，能够适用于本发明的其他任何一个实施例。

[第十实施例]

现参照图27～图28，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十实施例进行说明。图27为第十实施例的一个方框图。保护和控制单元23、合并单元(MU)39、传感器单元(SU)28-1～28-n及部件控制和监视单元(CMU)30-1～30-n，与前面所述的实施例中的对应单元相似。

如图27所示，合并单元39，从GPS接收机41接收用于同步的标准信号，并将信号“SPT”分配给传感器单元28-1～28-n，信号“SPT”是这样一种用途的信号：用于变电站主电路部件的交流电值的时间同步及用于高精度的(微秒级)时间添加。合并单元39，还通过处理总线29，将时间添加标准信号“SOE”分配给保护和控制单元23及部件控制和监视单元30-1～30-n。信号“SOE”，对应于变电站主电路部件的状态事件。

变电站主电路部件，例如：气体绝缘开关装置，其状态事件包括：开关装置的气压、温度、油压、“开—闭”状态或动作，以及部件的故障(例如：油压泵的警报信号)。虽然上述事件是包括在监视和控制的项目之内，但是，上述事件或监视和控制状态，与基于变电站主电路部件的电学数值进行故障诊断的保护功能相比，可以不需要精确地添加时间。

对于进行故障诊断的保护功能来说，电学数值的同步和时间添加，通常需要微秒级的精度。而对于变电站主电路部件的监视和控制的状态事件(例如：主电路部件的工作状态)来说，毫秒级的较低精度即可以满足要求。由于保护和控制单元23、合并单元39及部件控制和监视单元30-1～30-n都是连接到处理总线29，因此，如果处理总线29是象LAN那样的双向处理总线，则通信时间可以出现波动而且不能够保证确定的时间周期，通信时间取决于处理总线的业务量状态。因此，考虑到传输的延迟和波动，双向处理总线并不适用于包括故障诊断在内的保护功能，它需要微秒级的数据传输，但是，双向处理总线能够适用于毫秒级的状态事件传输。

信号“SOE”是用于毫秒级的时间数据添加的标准信号，它通过处理总线29，从合并单元39传送给部件控制和监视单元30-1～30-n。部件控制和监视单元30-1～30-n，基于标准信号“SOE”，添加变电站主电路部件的状态事件的时间数据。

图28为一个实例，示出了用于时间同步的标准数据与时间数据之间的相互关系。例如，从GPS接收机41传送到合并单元39的标准信号WV1，可以是一个1-秒间隔的脉冲信号和一个时间数据“TIME”的总和。例如，脉冲间隔TI1(如图中所示的脉冲触发TP1～脉冲触发TP1-1)精确地为1秒。时间数据“TIME”，例如GPS绝对时间，加入脉冲间隔之间。合并单元39，基于标准信号“WV1”产生精确的1-秒中断，并采集时间串行数据“TIME”。

在前面所述的第七实施例中，标准信号“WV1”可以分配给传感器单元28-1～28-n，而在前面所述的第七实施例的一种改进中，只有高精度的、且没有时间数据“TIME”的1-秒中断信号(标准信号)“SPT”，可以分配给传感器单元28-1～28-n。

如果信号是通过点对点通信线路，从合并单元39传送给传感器单元28-1～28-n，则标准信号“SPT”能够实现高速分配，在分配时间内，不会出现碰撞而且波动也小。

在这种情况下，在串行通信中的时间延迟(固定时间)TD2(＝TD2-1)小于1微秒，而这个时间，对于时间添加及对用于采样同步的标准信号来说，是足够短的。

现在，对标准信号“SOE”进行详细说明。如果处理总线29是一种用于诸如LAN之类的包传输(packet transmission)的双工串行总线，则带有时间数据“SOE”的包信号(packet signal)，在时间“TP1”和时间“TP1-1”，从合并单元39分配给部件控制和监视单元30-1～30-n。

由于在诸如LAN之类的包传输中，可能会发生包数据的碰撞，因此，带有时间数据“SOE”的包的分配时间，可能有延迟或波动。

在这种情况下，在处理总线29上的分配的时间延迟，可能引起“TD3”的波动，“TD3”是距离时间TP1的、包“SOE1”的接收时间的延迟时间。如图28所示，“TD3-1”可以不等于“TD3”，“TD3-1”是距离时间TP1-1的、包“SOE1-1”的接收时间的延迟时间。如果存在频繁的数据碰撞，则由部件控制和监视单元30-1～30-n所接收的“1-秒”周期“TI1”及“1-秒”周期“TI3”，可以偏差数百微秒。但是，对于给状态事件添加时间数据来说，这个水平的精度损失是可以允许的。

根据本实施例，即使在处理总线使用的是诸如LAN之类的双工串行总线的情况下，也能够实现给状态事件添加时间数据。此外，当用于状态事件的时间标准信号，是从合并单元分配给多个部件控制和监视单元时，不必安装许多用于分配的通信电缆。因此，能够以低的成本，实现给状态事件添加时间数据。

应当知道的是，上述将用于状态事件的标准信号从合并单元分配给多个部件控制和监视单元的技术，以及在部件控制和监视单元内实现添加时间数据的技术，也能够适用于其他实施例中的合并单元及部件控制和监视单元。

[第十一实施例]

现参照图29，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十一实施例进行说明。图29为第十一实施例的一个方框图，具体表示变电站主电路部件与传感器单元之间的相互关系。本实施例与图16所示的第六实施例相似，只是取消了用于合并多个传感器单元28的输出的合并单元39，并具有一个公用传感器单元(SU)28’。公用传感器单元(SU)28’，通过模拟电路38’，接收从电流检测装置27-1和27-2以及电压检测装置27-3的模拟数据。然后，公用传感器单元(SU)28’，将模拟信号转换为数字数据，并将其发送给处理总线29。

例如，传感器单元28’可以与保护和控制单元23一起，装在处理控制盒31之内。正如前面所述的那样，每个电流检测装置及电压检测装置，都通过模拟电路38’，连接到传感器单元(SU)28’。传感器单元28’，通过处理总线29，连接到保护和控制单元23及部件控制和监视单元30。

现在，对第十一实施例的工作过程进行详细说明。电流检测装置27-1和27-2及电压检测装置27-3的模拟输出信号，被传送给位于保护和控制单元23附近的传感器单元28’。

传感器单元28’将电流及电压的模拟电学信号转换为数字数值，并将其合并为对应于保护和控制区域的传输帧。传感器单元28’还将时间数据加入合并的数据，然后，通过处理总线29，将其传送给保护和控制单元23。此外，数字化的电流及电压信息可以进行处理，以便通过选择引入一个运算CPU，在传感器单元中进行灵敏度调整或相位调整。

应当知道的是，在传感器单元内将数据合并为传输帧，正如在第六实施例中所描述过的在合并单元(MU)内进行数据合并那样，并不局限于对一个单一保护和控制区域的数据合并。

根据上述第十一实施例，能够获得以下益处：

这种结构最好应用于电流检测装置及电压检测装置的次级输出是相对较大的情况，例如在使用带有铁心线圈的变流器的情况下，而且这种结构能够实现模拟电学数值的较长距离的传输，而没有严重的噪声影响。对于电力设施内的一个保护和控制的舱区域来说，一个单一传感器单元，通常可以是足够的。但是，例如，对于变压电路来说，最好是使用一个以上的传感器单元。

根据本发明的本实施例，能够将连接传感器单元、保护和控制单元及部件控制和监视单元的处理总线上的节点数量，减少到最少。因此，与使用合并单元的系统相比，这种系统的成本较低。由于在舱内的许多电学数值，正如第六实施例中所说明的那样，是以最低数量的传输帧的形式来进行传送，因此，处理总线能够得到有效的利用。

[第十二实施例]

现参照图30和图31，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十二实施例进行说明。图30为第十二实施例的一个方框图。保护和控制单元(PCU)23及合并单元(MU)39，与前面所述的实施例中的对应单元相似，而且是被制作在装在集中盒44中的印刷电路板上。集中盒44还装有一个部件控制和监视单元(CMU)通信装置42及一个处理总线通信装置43，它们也是被制作在印刷电路板上。上述印刷电路板，都连接到并行总线(也称之为“内部总线”)45，并行总线45是设置在集中盒44内的背面，作为一个背板。

图31是本实施例的一个透视图，示出了带有下述装置的印刷电路板：保护和控制单元(PCU)23、合并单元(MU)39、部件控制和监视单元(CMU)通信装置42及处理总线通信装置43，这些印刷电路板安装在集中盒44内。集中盒44可以设置在处理控制盒31内(见图2)，或也可以将处理控制盒31本身用作集中盒44。

现在，再回头参看图30，部件控制和监视单元(CMU)通信装置42，将上游信号从部件控制和监视单元(CMU)30a-1～30a-n传送给保护和控制单元(PCU)23，并将下游信号从保护和控制单元23传送给部件控制和监视单元(CMU)30a-1～30a-n。上游信号是部件控制和监视数据，例如：被部件控制和监视单元所控制和监视的系统的电学数值、被控制和监视的部件的工作状态数据及连接着被控制和监视的部件的传感器的输出信号。下游信号是诸如供断路器使用的电路跳闸指令之类的控制信号。

例如，合并单元(MU)39，将来自传感器单元(SU)28-1～28-n的电学数值合并成对应于电力设施内的保护和控制的舱区域的传输帧。然后，合并单元39将合并的数据传送给并行总线45。

处理总线通信装置43，连接并行总线45与处理总线29之间的通信，并且转换协议。另外，可以选择的是，在较低电平下，如果必要的话，处理总线通信装置43还可以通过一个诸如交换集线器之类的总线任意单元，连接到合并单元39及部件控制和监视单元30-1～30-n。此外，处理总线通信装置43还可以连接到其他舱(图中未示出)的合并单元、部件控制和监视单元或保护和控制单元。在保护电力母线时，其它舱的电学数值是必需的，而且在舱与舱之间，数据是通过处理总线29来传输。

地址------这是给保护和控制单元、合并单元及部件控制和监视单元等传输数据或从保护和控制单元、合并单元及部件控制和监视单元等输出数据所需要的------能够通过被传输数据的特征位来指定。给部件控制和监视单元30a-1～30a-n传输数据或从部件控制和监视单元30a-1～30a-n输出数据，是由部件控制和监视单元通信装置42来进行控制。

正如前面所述的那样，根据本发明的本实施例，保护和控制单元(PCU)23、合并单元(MU)39、部件控制和监视单元通信装置42及处理总线通信装置43，均安装在集中盒44内，而且它们在集中盒44内是连接到作为背板的并行总线45。这样，这种处理总线系统的结构能够被设计成装入到一个小巧的集中盒44内，从而，将易于获得集中盒44的安装空间。因此，集中盒44能够连接到变电站主电路部件或者安装在变电站主电路部件的附近。

此外，如果保护和控制单元23、合并单元39、部件控制和监视单元通信装置42及处理总线通信装置43是被制作在印刷电路板上，则系统的维修能够非常方便，当电路板出现故障时，更换电路板即可。如果在一个电路板上加载多项单元功能，则能够减少电路板的数量及电路元件的数量，从而，可以降低系统的故障率、成本及尺寸。

另外，当保护和控制单元(PCU)23接收来自合并单元(MU)39的用于监视、控制和保护的数字数据时，由于保护和控制单元23、合并单元39、部件控制和监视单元通信装置42及处理总线通信装置43都连接在并行总线45上，因此，仅使用并行总线45而不使用处理总线29。从而，能够大大减少在处理总线29上的通信业务量。

如果在合并单元39与保护和控制单元23之间的通信，使用的是处理总线[双向总线，例如CSMA/CD(带有碰撞检测的载波侦听多址访问)—型LAN串行传输系统]，而不是并行总线的话，则处理总线的业务量可能会变得过于繁重。在这种情况下，当保护和控制单元23根据变电站主电路部件内的故障，通过处理总线29给部件控制和监视单元发出一个断路器跳闸指令时，断路器可能会因为处理总线上的通信业务量过于繁重，而无法在规定时间内实现跳闸。

根据本发明的本实施例，保护和控制单元23及部件控制和监视单元30-1～30-n，是通过并行总线45进行通信，而不是通过处理总线29进行通信。因此，能够确保实时通信，特别是对于需要的通信保护功能，例如断路器跳闸指令的通信保护功能。

例如，部件控制和监视单元通信装置42及部件控制和监视单元30-1～30-n，可以利用点对点通信线路进行连接，从而，可以避免在部件控制和监视单元30-1～30-n之间的数据碰撞。通过利用串行连接，能够减少电缆的数量。

在上述本实施例中，在集中盒44内，可以不必含有处理总线通信装置43、合并单元(MU)39、部件控制和监视单元通信装置42及处理总线通信装置43中的全部。例如，可以取消合并单元(MU)39、处理总线通信装置43或部件控制和监视单元通信装置42。

此外，在上述本实施例中，保护和控制单元、合并单元、部件控制和监视单元通信装置及处理总线通信装置的单元或印刷电路板，是连接到内部并行总线(例如：背板或电缆)45。但是，这种并行总线连接，也可以是在电路级(level)上而不是在单元级上。

另外，一个保护和控制单元23、合并单元39、部件控制和监视单元通信装置42及处理总线通信装置43，能够被制作在一个单一印刷电路板(单元)上。但是，单元或功能的任何组合，或单元或功能的一部分的任何组合，也能够被制作在电路板上。

应当知道的是，利用本实施例的并行总线的通信方法，能够适用于本发明的其他任何一个实施例。

[第十三实施例]

现参照图32，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十三实施例进行说明。图32示出了第十三实施例的主要组成部分。图32中没有示出：站总线7、远距控制和监视装置2及集中控制和监视装置3(例如：见图1)。

现在，参看图32，“舱”是在一个确定电力设施内的一个保护和控制的舱区域。图32所示的电力设施有一个单一的以三相示意图表示的母线线路。输电线路26通过断路器(CB)25及隔离/接地开关(图中未示出)，从母线24分出。

在断路器25的母线24一侧，针对每一相，设置有至少一个核心(core)的电流检测装置27-1，而且针对每一相，设置有至少一个核心的电压检测装置27-4。在断路器25的输电线路26一侧，针对每一相，设置有至少一个核心的电流检测装置27-2及至少一个核心的电压检测装置27-3。

传感器单元28设置在对应的电流或电压检测装置的附近，而且传感器单元28和合并单元39是利用点对点通信装置38连接起来。考虑到噪声等效电阻，它们通常是利用光纤连接起来。合并单元39、保护和控制单元23及部件控制和监视单元(图中未示出)，均连接到处理总线29。

另外，也可以选择使用一种集成单元，这个集成单元可以含有：通过并行传输线路彼此相连的一个保护和控制单元、一个合并单元及一个部件控制和监视单元通信装置。这时，电流及电压检测装置的输出，可以由位于集成单元内的合并单元来接收。

或者，可以取消合并单元，而电流及电压检测装置的输出，可以接收在一个单一传感器单元内。这时，传感器单元、保护和控制单元及部件控制和监视单元，可以由处理总线来连接。

此外，也可以选择使用另一种集成单元，这种集成单元可以含有：通过并行传输线路彼此相连的一个保护和控制单元、一个传感器单元及一个部件控制和监视单元通信装置。这时，电流及电压检测装置的输出，可以由位于集成单元内的传感器单元来接收，从而，可以不使用合并单元。

根据上述本发明的第十三实施例，线路保护、母线保护及断路器同步控制开关所需要的所有电学数值，能够逐个舱地获得，而且上述电学数值能够通过处理总线29，传输给部件控制和监视单元及保护和控制单元。由于能够利用设置在母线一侧的电压检测装置，逐个舱地检测母线电压，因此，母线电压检测装置不必被分配给每一个舱。对于双母线线路的电力设施来说，例如图55所示的母线A和母线B，不必选择两个母线电压并将其分配给每一个舱。

[第十四实施例]

现参照图33，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十四实施例进行说明。如图33所示，第十四实施例与图30所示的第十二实施例相似，只是合并单元39被图29中所示的传感器单元28’取代，传感器单元28’连接到处理总线45。

现在，参看图33，用于保护和控制变电站主电路部件的保护和控制单元23及传感器单元28’，是装在集中盒内，而且是通过并行总线45彼此相连。用于与部件控制和监视单元(CMU)30a～30n进行通信的部件控制和监视单元通信装置42，以及用于与处理总线进行通信的处理总线通信装置43，也是装在集中盒内，而且也是通过并行总线45彼此相连，上述装置已在第一实施例中进行过说明。

并行总线45可以是任何一种类型的并行总线，例如：VME(欧洲通用模块)总线、PCI(外围部件互连)总线或紧凑型PCI总线。

这种结构最好应用于电流检测装置及电压检测装置的次级输出是相对较大的情况，而且这种结构能够实现模拟电学数值的较长距离的传输，而没有严重的噪声影响。对于电力设施内的一个保护和控制的舱区域来说，一个单一传感器单元，通常可以是足够的。合并单元可以不要。

此外，利用处理总线连接功能，在保护和控制单元、传感器单元及部件控制和监视单元之间通过处理总线能够实现数据交换。

[第十五实施例]

现参照图34，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十五实施例进行说明。现在，参看图34，一个中继器46连接在站总线7与每个主电路单元20-1～20-n的处理总线29之间。合并单元39将电流及电压数据传送给处理总线29，然后，再通过中继器46传送给整个变电站。

保护和控制单元23，从处理总线(内部总线)29及站总线7(部件间总线)7接收电流及电压数据，并执行保护和控制。当需要切断电路时，保护和控制单元23将跳闸指令发送给部件控制和监视单元30，以启动断路器。

本发明的本实施例可以特别有益地应用于下述情况：变电站主电路部件是远离主控建筑而且信号可能出现严重衰减，这是因为从处理总线传输来的信号，能够由中继器进行放大。

[第十六实施例]

现参照图35，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十六实施例进行说明。图35所示的实施例与图34所示的第十四实施例相似，只是图34中的中继器46被图35中的路由器47所取代。路由器47基于通信数据的目的地址来决定通信数据的目的地。然后，路由器47将通信数据传送给与目的地装置相连接的网络。

现在，参看图35，合并单元39，将电流及电压数据传送给内部总线29，然后，再传送给整个变电站。路由器47并不将仅与这个专用装置有关的数据发送给部件间总线7。因此，只有最少的所需要的数据，被传输给部件间总线7及其他部件的内部总线。

[第十七实施例]

现参照图36，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十七实施例进行说明。如图36所示，合并单元39、部件控制和监视单元30及保护和控制单元23，通过光纤48，连接到集线器49，从而，在主电路单元20-1～20-n的每一个单元中，形成了一个内部总线。主电路单元20-1～20-n的集线器49，通过光纤148，连接到一个部件间集线器149，从而，构成了一个部件间总线。

部件间集线器149，连接到一个保护和控制单元。集线器49和149将来自光纤的光学信号传输给其他的光纤。

由于各单元是通过光纤相连接的，因此，内部总线和部件间总线，不会受到电磁噪声的影响。

[第十八实施例]

现参照图37，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十八实施例进行说明。如图37所示，合并单元39、部件控制和监视单元30及保护和控制单元23，通过光纤48，连接到集线器49，从而，在主电路单元20-1～20-n的每一个单元中，形成了一个内部总线。主电路单元20-1～20-n的中心49，通过路由器47和光纤148，连接到一个部件间集线器149，从而，构成了一个部件间总线。部件间集线器149连接到保护和控制单元。

由于单元是通过光纤相连接的，因此，内部总线和部件间总线，不会受到电磁噪声的影响。此外，由于路由器47是连接在内部总线和部件间总线之间，因此，内部总线不会将仅仅与这个专用内部总线有关的数据发送给部件间总线。

[第十九实施例]

现参照图38，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第十九实施例进行说明。如图38所示，就用来连接合并单元39、部件控制和监视单元30及保护和控制单元23的内部总线而言，用并行总线50取代串行通信的处理总线。并行总线50能够同时传输许多位。

主电路单元20-1～20-n的并行总线50，通过串行通信接口51及光纤148，连接到一个部件间集线器149，从而，构成了一个部件间总线。

根据本发明的本实施例，合并单元39、部件控制和监视单元30及保护和控制单元23，连接到并行总线50，从而，能够简便地构成一个高速的内部总线。由于单元是通过光纤相连接的，因此，本系统不会受到电磁噪声的影响。

[第二十实施例]

现参照图39，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十实施例进行说明。如图39所示，主电路单元20-1～20-n的合并单元39、部件控制和监视单元30及保护和控制单元23，连接到一个连接着多个舱的部件间交换集线器149。

交换集线器149，基于通信数据的目的地址，决定通信数据的目的地，并仅仅将通信数据输出给连接着目的单元的光纤。

在这个实施例中，虽然可以连接多个主电路单元，但是，通过交换集线器149来交换数据，能够确定在合并单元及保护和控制单元之间用于通信的各个通信波段。此外，交换集线器149及保护和控制单元23，还能够设置在环境条件良好(例如：噪声水平低，温度和湿度适当及振动水平低)的控制室内，从而，维修方便。

另外，由于保护和控制单元、合并单元及部件控制和监视单元，是仅仅与一个交换集线器相连接，因此，还能够提高通信速度。

[第二十一实施例]

现参照图40，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十一实施例进行说明。如图40所示，主电路单元20-1～20-n中的每一个单元，都含有两套系统，即系统“A”和系统“B”，而且每套系统都含有一个合并单元39A或39B、一个部件控制和监视单元30A或30B、一个控制和保护单元23A或23B、一个中继器46A或46B[或者一个路由器47A或47B(图中未示出)]及一个内部总线29A或29B。站总线(部件间总线)也包括系统“A”和系统“B”的7A和7B。

系统“A”和系统“B”能够依靠其各自的合并单元来独立工作，合并单元将瞬时数据传输给驱动跳闸线圈的部件控制和监视单元。因此，即使两个系统中的一个系统出现故障，跳闸线圈也能够由另一个系统来启动。

此外，当传感器单元28是设置在对于电学装置来说是恶劣的环境下时，例如，当传感器单元28是设置在仪表式电流转换器的附近时，传感器单元28可以选择成对(duplicated)使用，以提高可靠性。

[第二十二实施例]

现参照图41，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十二实施例进行说明。如图41所示，在这个实施例中，站总线7通过网关(gateway)52连接到内联网53。内联网53连接浏览器54-1～54-n。集中控制和监视装置3、主电路控制单元21-1～21-n、保护单元22-1～22-n、传感器单元(SU)28及部件控制和监视单元(CMU)30，均有各自的web服务器55。

在这个实施例中，集中控制和监视装置3、主电路控制单元21-1～21-n及保护单元22-1～22-n的web服务器55，采集其监视信息，并发送控制指令。因此，能够从连接到内联网53的遥控浏览器54-1～54-n，监视和控制主电路部件。

传感器单元28及部件控制和监视单元30，通过处理总线29、主电路控制单元21-1～21-n、保护单元22-1～22-n、站总线7及网关52，也连接到内联网53。因此，传感器单元28及部件控制和监视单元30，也能够从连接到内联网53的遥控浏览器54-1～54-n，被监视和控制。

此外，集中控制和监视装置3、主电路控制单元21-1～21-n、、保护单元22-1～22-n、传感器单元28及部件控制和监视单元30，也能够由连接到内联网53的超过一个的遥控浏览器54-1～54-n，进行集中控制和监视。例如，遥控浏览器54-1通常可以监视整个变电站，并且在异常情况下，可以监视有关主电路控制单元21-1～21-n、保护单元22-1～22-n、传感器单元28及部件控制和监视单元30的详细信息。

[第二十三实施例]

现参照图42，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十三实施例进行说明。在这个实施例中，集中控制和监视装置3、主电路控制单元21-1～21-n及保护单元22-1～22-n，通过站总线7及网关52，连接到内联网53。内联网53连接浏览器54-1～54-n。

集中控制和监视装置3、主电路控制单元21-1～21-n、保护单元22-1～22-n、传感器单元(SU)28及部件控制和监视单元(CMU)30均有各自的web服务器55。web服务器55带有无线通信装置56，用于与网关52或个人计算机57之间的无线通信。因此，web服务器55能够将web服务器的数据传送给网关52或个人计算机57。

在这个实施例的工作过程中，集中控制和监视装置3、主电路控制单元21-1～21-n及保护单元22-1～22-n，可以在其各自的web服务器55内汇集其各自的监视信息。因此，通过将来自遥控浏览器54-1～54-n的控制指令，经过连接在web服务器55上的无线通信装置56传送给网关52，即能够从连接到内联网53的遥控浏览器54-1～54-n，实现对部件的监视和控制。

传感器单元28及部件控制和监视单元30，也能够通过连接在web服务器55上的无线通信装置56，将控制指令传送给网关52。因此，传感器单元28及部件控制和监视单元30通过网关52连接到内联网53，从而传感器单元28及部件控制和监视单元30，能够从连接到内联网53的遥控浏览器54-1～54-n，被监视和控制。

此外，在引入web服务器55的情况下，集中控制和监视装置3、主电路控制单元21-1～21-n、保护单元22-1～22-n、传感器单元(SU)28及部件控制和监视单元(CMU)30，也能够被集中监视和控制。

例如，遥控浏览器54-1通常可以监视整个变电站，从而在异常情况下，可以监视有关主电路控制单元21-1～21-n、保护单元22-1～22-n、传感器单元28及部件控制和监视单元30的详细信息。

[第二十四实施例]

现参照图43，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十四实施例进行说明。现在，参看图43，变电站控制和监视装置4中包括图1中所示的远距控制和监视装置2及集中控制和监视装置3。

图43示出了舱-1～舱-n的主要组成部分，舱-1～舱-n是在一定电力设施内的保护和控制的舱区域，其中，电力设施有一条单一母线线路。

现在，对舱-1进行详细说明。从母线24分出的电力传输线路26带有：一个断路器25CBa、一个隔离开关25Da1、一个接地开关25Da2、电流检测装置27a1及电压检测装置27a2。传感器单元(图中未示出)，设置在电流检测装置27a1及电压检测装置27a2的附近，而且传感器单元及一个合并单元39a，是通过点对点通信线路连接起来。

部件控制和监视单元30a1、30a2及30a3，分别设置在断路器25CBa、隔离开关25Da1及接地开关25Da2的附近。部件控制和监视单元30a1、30a2及30a3，还有保护和控制单元23a及合并单元39a通过处理总线29a连接起来。

其他的舱(包括变压舱、馈电舱、母联舱及总线分段舱在内)，其结构与舱-1相似，含有部件控制和监视单元、合并单元、保护和控制单元及处理总线。

分别对应于舱-1～舱-n的保护和控制单元23a～23n，是通过站总线7，连接到变电站控制和监视装置4。

舱-1～舱-n彼此之间的通信，是通过将处理总线29a～29n与一个路由器47相连接而实现的。路由器47通过通信装置47x连接到一个便携式终端58。便携式终端58有一个便携式终端连接装置58a。便携式终端连接装置58a可以集成在便携式终端58内，或者可以从便携式终端58上进行拆装。

因此，便携式终端58通过路由器47连接到舱的处理总线29a～29n，从而，能够访问部件控制和监视单元30a～30n及保护和控制单元23a～23n。因此，便携式终端58通过便携式终端连接装置58a、通信装置47x及路由器47连接到舱的处理总线29a～29n，从而，能够访问部件控制和监视单元30a～30n及保护和控制单元23a～23n。

如上所述，根据本发明，便携式终端58通过路由器47连接到处理总线。因此，通过处理总线，即使变电站内的被防问部件是在距离便携式终端58的远距离位置上，也能够轻而易举地获得被访问部件的信息。路由器与便携式终端之间的链接，可以使用无线通信系统来取代如图43中所示的有线通信系统。

就便携式终端58而言，可以使用便携式个人计算机、个人数字助理(PDA)或专用终端。就通信装置47x而言，能够使用RS232C或GPIB(通用接口总线)或LAN。通信装置47x可以使用有线(借助导线或光纤)通信系统或无线通信系统。

[第二十五实施例]

现参照图44和图45，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十五实施例进行说明。现在，参看图44，在这个实施例中，便携式终端连接装置30h连接到图5中所示的部件控制和监视单元30的内部总线30g。便携式终端58，例如：便携式个人计算机、个人数字助理(PDA)或专用终端，可以进行可拆装地连接。

当部件控制和监视单元30从保护和控制单元或控制和监视装置接收到一个请求数据的指令时，或当变电站主电路出现异常时，一组确定的部件控制和监视数据，立即被传送给保护和控制单元或控制和监视装置。其他的部件控制和监视数据，周期性地在规定时间周期内，被传送给保护和控制单元或控制和监视装置。

当部件控制和监视单元30从便携式终端58接收到一个请求指令，请求有关部件控制和监视的数据时，部件控制和监视单元30从数据存储装置30e读出所请求的有关部件控制和监视的数据，并将数据传送给便携式终端58。当所请求的信息是与部件的控制和状态显示有关时，信息可以显示在便携式终端58上。

当信息是与关部件的监视有关时，不仅有关于波形的信息，而且还有监视数据的计算结果，例如开关装置的动作时间，以及诊断结果，可以被同时发出。便携式终端58不仅可以在需要时请求部件的实时信息，而且还可以请求存储在数据存储装置30e中的数据。

便携式终端58，能够请求以数据库形式存储在保护和控制单元23及变电站控制和监视装置4中的信息，而且能够请求显示在保护和控制单元23及变电站控制和监视装置4上的信息。这类信息，能够显示在便携式终端58上。

当部件控制和监视单元30接收到一个驱动变电站主电路部件25的指令时，部件控制和监视单元30对来自保护和控制单元23及变电站控制和监视装置4的联锁条件及控制指令，进行比较和判断。然后，部件控制和监视单元30基于判断结果，从驱动电路30d输出驱动信号。因此，变电站主电路部件25能够通过操作便携式终端58来进行控制。

伴随着测试及验收的辅助性工作，例如：判断测试结果的可用性并产生测试报告，可以选择通过在便携式终端58上使用适当的计算机程序，自动地进行。

根据上述实施例，在安装地点，通过使用便携式终端，无需安装本地控制面板，即能够实现变电站主电路部件的控制和显示，而且能够监视有关保护和控制单元及变电站控制和监视装置的信息。

此外，为部件控制和监视单元所配置的传感器，还能够用作工厂测试或现场安装测试的传感器或检测仪表。另外，便携式终端还可以用作部件控制和监视单元的一个接口终端，从而，部件控制和监视单元可以在便携式终端的指令的控制下接收数据，实现便携式终端对变电站主电路部件的控制。因此，能够实现测试、检验及记录的自动化。

例如，就断路器而言，部件控制和监视单元的输入和输出，可以如图46所示，从而，能够自动进行CB的运行测试(具体地说，是指令电流、闭合—断开时间、冲击波形、控制电压、油压及气压的测试)及联锁测试等，有关图46的内容将在后面进行详细说明。

因此，工厂测试及安装现场测试的人力需求及成本，能够得以降低。尤其是，当使用的便携式终端是通过无线通信系统链接到部件控制和监视单元时，可以取消在部件控制和监视单元与便携式终端之间的电缆，从而，测试的人力需求及费用还能够得以进一步降低。

此外，在工厂测试及现场安装测试中所获得的数据，以及在运行期间所获得的控制和监视数据，是以数据库的形式被存储在部件控制和监视单元中，而且这些数据库能够在便携式计算机上进行查询。因此，易于将部件的现状与其在过去装运时的状况、现场安装测试时的状况及运行时的状态进行比较，从而，可以提高维修效率及检测效率。

现在，参照图45，对软件流程进行说明。部件控制和监视单元(CMU)30，接收来自辅助接触位置25a及监视传感器25b的监视数据，辅助接触位置25a及监视传感器25b是连接到变电站主电路部件上，例如：断路器和隔离/接地开关。然后，CPU 30对监视数据进行处理，并诊断变电站主电路部件是否处于正常状态。

部件控制和监视单元(CMU)30所接收的监视数据，可以由两组数据组成，第一组数据必须由电力系统的监视系统进行全时监视，而第二组数据可以不进行全时监视，只是在上游系统请求时、在出现异常事件时或在需要获悉部件状态历史时，才进行监视。

第一组数据在保护和控制单元内的主电路控制单元21上被立即接收。第二组数据被接收并暂时存储在数据存储装置30e中，而后，应上游系统的请求，传送给上游系统，例如主电路控制单元21。

例如，就断路器25而言，必须被全时监视的第一组数据是断路器的开关控制及联锁控制所需要的数据，而且这组数据必须在每一个相对短的时间周期内，传送给上游系统，例如：主电路控制单元。第一组数据，例如，可以包括：断路器的辅助接触位置；油压的异常(CPU的诊断结果)；以及气压的异常(CPU的诊断结果)。

可以不进行全时监视的第二组数据可以包括：断路器在闭合—断开起动时的冲击曲线波形；油压的模拟值；以及气压的模拟值。第二组数据，在断路器内出现异常事件时，被用作判断出现异常的原因的线索。第二组数据还可以用来获悉部件监视条件及检测周期的变化趋势，而且还可以用来预测部件的寿命。

第一组数据，是在较短时间周期内，被周期性地传送。第二组数据不是被周期性地传送，而且因为第二组数据的数据量大，周期性地传送第二组数据，不仅效率不高，而且也不经济。第二组数据被存储在部件控制和监视单元内的数据存储装置中。当有来自上游系统的查阅请求时，所请求的数据才被发出。

[第二十六实施例]

现参照图46～图49，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十六实施例进行说明。图46、图47及图48，示出了应用于断路器、隔离/接地开关及带负载分接开关的部件控制和监视单元。图49为一个方框图，表示联锁的断路器和隔离/接地开关。

图46示出了断路器30CB的部件控制和监视单元的输入及输出信号。图46示出了“跳闸线圈(TC)”、“合闸线圈(CC)”、“正常断开辅助接触”、“正常接合辅助接触”、“液压泵电机运行控制”、“冲击曲线波形”、“指令电流波形”、“控制电压波形”、“气压”、“油压”、“温度”及“线圈电流波形”。上述数据在监视传感器上被接收，而且它们是用于诊断断路器的开关工作特性的重要监视数据。

断路器30CB的部件控制和监视单元有一个“紧急跳闸开关”，在紧急事故中，能够直接驱动跳闸线圈。“紧急跳闸开关”可以设置在部件控制和监视单元内，或者也可以设置在靠近断路器的驱动部分的附近。

图47示出了隔离/接地开关30DE的部件控制和监视单元的输入及输出信号。图47示出了“正常断开辅助接触”、“正常接合辅助接触”、“电机—驱动控制”、“冲击曲线波形”、“电机电流波形”、“控制电压波形”、“气压”及“人工操纵插入”。上述数据在监视传感器上被接收，而且它们是用于诊断隔离/接地开关的通—断特性的重要监视数据。

图48示出了带负载分接开关(load tap-changer)30TR的部件控制和监视单元的输入及输出信号。图48示出了“接触”、“定时接触”、“电机—驱动控制”、“分接头位置”、“电机电流波形”及“控制电压波形”。上述数据在监视传感器被接收，而且它们是用于诊断带负载分接开关的转换工作特性的重要监视数据。

在第二十六实施例的工作过程中，故障电流或电压信息，由电流或电压检测装置27来测出，并通过合并单元39及处理总线29，传送给保护和控制单元23。保护和控制单元23，进行保护处理，并通过处理总线29，将一个电路跳闸指令传送给主电路断路器30CB的部件控制和监视单元30。部件控制和监视单元30，在CPU 30c上对电路跳闸指令进行诊断，并且基于诊断结果，让驱动电路30d发出一个驱动信号给断路器的跳闸线圈25c。

与控制变电站主电路部件25相似，CPU 30c根据部件的工况数据及联锁条件等，对来自保护和控制单元23或变电站控制和监视装置4的控制信号，进行比较和诊断。例如，控制信号可以是断路器的断开—接合指令、隔离/接地开关的通—断指令及带负载分接开关的分接头转换指令。然后，基于诊断结果，驱动电路30d将一个驱动信号传送给变电站主电路部件25的驱动器部分25c。

在变电站主电路部件25是一个断路器CB的情况下，由部件控制和监视单元30的CPU 30c所处理的控制项目可以包括：(1)合闸/跳闸线圈驱动控制；(2)重合闸控制；(3)工作锁定控制；(4)极偏差保护控制；(5)液压泵工作控制；(6)联锁控制；以及(7)事件的时间添加。此外，通过改进软件，还可以添加控制项目“(8)同步控制转换”。

必须由保护和控制单元23或变电站控制和监视装置4进行全时监视和控制的第一组数据，通过处理总线29，传送给保护和控制单元23或变电站控制和监视装置4。第一组数据可以包括：断开—接合条件；气压警报信号；以及油压警报信号。例如，气压和油压的异常的诊断可以由CPU 30c来进行，而且只有诊断结果可以全时传送。

可以不被全时监视的第二组数据，例如断路器的冲击波形，只有在保护和控制单元23或变电站控制和监视装置4发出请求时，才会被传送。在这种情况下，波形数据能够被存储在数据存储装置30e中，而且能够应请求而被读出。因此，在工厂及安装现场所获得的检测数据，能够以数据库的形式被储存在部件控制和监视单元30内。

部件控制和监视单元30用于控制变电站主电路部件25所需要的电学数值(电流或电压)，能够通过处理总线29来进行查阅。

一个部件控制和监视单元30可以查阅在同一个舱内的及在其他舱内的其他部件控制和监视单元的状态数据，而且能够通过CPU 30c处理联锁条件，从而，在其对应的舱内或在其对应的多个有关舱内构成联锁。

当“人工操纵”被插入变电站主电路部件25而且变电站主电路部件25能够被人工操纵时，即形成了用于中断保护和控制单元23或变电站控制和监视装置4的控制和操纵的联锁。

前面所描述的第二十六实施例的优点如下：

在这个实施例中，变电站主电路部件通过在CPU 30c内启动的软件来进行控制和监视，而且工作机构能够由驱动单元(CMU)30d内的半导体开关来驱动，而不使用组合在本地控制面板内的辅助继电器或定时继电器。因此，本地控制面板的功能能够通过一个或多个电路板来实现。

由于控制电路是被制作在电路板上，因此，能够大大减少连接控制部件和布线所需要的人力，而且由于部件控制和监视单元能够被集成在变电站主电路部件内，从而，还能够取消本地控制面板9(见图53)。因此，能够减小变电站主电路部件的尺寸，降低变电站主电路部件的总体费用，而且能够统一主电路部件及保护和控制单元的修理和维护工作。

此外，还易于实现包括联锁条件在内的控制和监视条件的改变及控制和监视功能的扩充，控制和监视条件取决于系统的类型及工作模式。这是因为：部件的控制和监视能够通过软件来实现，而改动软件要比改动硬件更为容易。

此外，还能够实现高效、高质量的数据传输，这是因为需要全时监视的第一组数据和不需要全时监视的第二组数据是分开传输的。由于会给通信装置增加繁重负担的大块数据，例如：断路器的冲击波形，能够配合全时监视的数据的通信条件，只是在变电站主电路部件处于异常情况下才会被传输，因此，鉴于通信装置上的这种数据传输量，能够保持数据的质量，不会出现数据质量的下降。

因此，利用部件控制和监视单元及通信装置，能够获得测试所需要的质量水平的各种数据。从而，特别是对于周期性检查来说，能够实现包括自动测试、自动检测及自动记录在内的遥控维护。

此外，联锁条件不仅能够通过上游系统，例如：变电站控制和监视装置来进行监视和控制，而且能够通过其他部件控制和监视装置进行人工控制。因此，提高了联锁的可靠性。例如，在检查部件期间，能够避免因上游系统的指令而出现联锁的错误解锁，从而，可以提高在部件检测期间的安全性。

断路器的部件控制和监视单元有一个紧急跳闸开关，即使处理总线出现故障，断路器也能够通过作为备用的旁路而直接跳闸。

[联锁条件的详细说明]

在前面，已经对联锁条件进行了简要说明。现参照图49，对多个舱的开关装置，例如断路器及隔离/接地开关的联锁条件进行详细说明。

现在，参看图49，多个舱内的、连接到诸如断路器25CB及隔离/接地开关25D之类开关装置的部件控制和监视单元(CMU)30，接收开关装置的工作机构的状态信息。

状态信息可以包括：断开—接合状态、断路器25CB的气压和油压、通—断状态、隔离/接地开关25D的气压和人工操纵插入状态。断路器25CB和隔离/接地开关25D的状态信息，能够在其他的部件控制和监视单元(CMU)30上获得。除此之外，部件控制和监视单元(CMU)30还能够通过传感器单元或合并单元(MU)39及处理总线29，获得主电路的电流及电压信息。

例如，断路器25CB的部件控制和监视单元(CMU)30，不仅直接接收断路器25CB的工作机构的状态数据，而且还通过处理总线29，接收隔离/接地开关25D的状态信息及主电路的电流和电压信息，并且基于上述信息，由CPU 30c来处理联锁条件。

部件控制和监视单元(CMU)30，可以基于处理的联锁条件，构成工作机构的联锁。CPU 30c将联锁指令或合闸/跳闸指令发送给驱动电路(半导体开关)30d。同样，隔离/接地开关25D的部件控制和监视单元(CMU)30，也处理其各自的工作机构的联锁条件。因此，通过部件控制和监视单元(CMU)30，能够形成“在一个舱内”的联锁。

其他舱的部件控制和监视单元，通过处理总线及路由器，能够访问在一个舱内的开关装置的状态信息及电流和电压信息以及“在一个舱内”的联锁条件。因此，部件控制和监视单元(CMU)30，能够处理与多个舱有关的“舱间”联锁条件。

[第二十六实施例的改进]

如图50所示，在这个实施例中，能够在保护和控制单元中处理“在一个舱内”的联锁条件及“舱间”的联锁条件。

在这种改进中，保护和控制单元及部件控制和监视单元的硬件结构，包括断路器和隔离/接地开关在内，与第二十六实施例中的对应单元相似。通过改进所安装的软件，即能够将这种改进付诸实践。

保护和控制单元23，通过处理总线29和路由器47，从部件控制和监视单元(CMU)30或合并单元(MU)39接收进行联锁处理所需要的、部件控制和监视单元的数据及主电路的电流和电压信息。然后，CPU 30c处理联锁条件，并形成“在一个舱内”的联锁或“舱间”的联锁。联锁指令被发送给工作机构的部件控制和监视单元(CMU)30。这时，部件控制和监视单元(CMU)30即可以执行开关装置的联锁或操纵开关装置。

[改进的联锁条件的详细说明]

现参照图50，对根据上述改进的、多个舱的、诸如断路器和隔离/接地开关之类开关装置的“舱间”联锁条件进行详细说明。参看图50，多个舱内的、连接到诸如断路器及隔离/接地开关之类开关装置的部件控制和监视单元(CMU)30，接收开关装置的工作机构的状态信息。

状态信息可以包括：断开—接合状态、断路器的气压和油压、通—断状态、隔离/接地开关的气压和人工操纵插入状态。断路器和隔离/接地开关的状态信息，能够在其他的保护和控制单元(PCU)23上获得。除此之外，保护和控制单元(PCU)23，还能够通过传感器单元或合并单元(MU)39及处理总线29，获得主电路的电流及电压信息。

保护和控制单元(PCU)23，通过处理总线29(处理总线通信装置29c)，接收工作机构的断路器和隔离/接地开关的状态信息。然后，CPU 23a处理联锁条件。保护和控制单元(PCU)23基于联锁条件，形成工作机构的联锁。

例如，保护和控制单元(PCU)23通过处理总线29，将联锁条件发送给断路器25CB的部件控制和监视单元(CMU)30。然后，部件控制和监视单元(CMU)30基于接收到的联锁条件，将联锁指令或通—断指令发送给驱动电路(半导体开关)。

同样，保护和控制单元(PCU)23，将联锁条件发送给隔离/接地开关25D的部件控制和监视单元(CMU)30。从而，保护和控制单元处理联锁条件，并能够形成“在一个舱内“的联锁。

其他舱的部件控制和监视单元通过处理总线29及路由器47，能够访问一个舱内的开关装置的状态信息及电流和电压信息以及“在一个舱内”的联锁条件。从而，部件控制和监视单元能够处理与多个舱有关的“舱间”联锁条件，并能够形成“舱间“联锁。

根据这种改进，除了能够获得第二十六实施例的那些益处之外，还能够获得下述益处：

在一个具有代表性的舱中含有多个部件控制和监视单元。在本实施例中，用一个单一保护—控制单元取代多个部件控制—监视单元来处理舱内的所有联锁。因此，不需要分别开发供断路器和隔离/接地开关使用的独立软件，从而，能够降低软件的开发费用。

应当知道的是，上述第二十六实施例的改进，也能够适用于图30所示第十二实施例的变电站主电路部件的保护和控制系统，在第十二实施例的变电站主电路部件的保护和控制系统中，保护和控制单元、部件控制和监视单元及合并单元，是利用并行总线(内部总线)、处理总线及部件控制和监视单元(CMU)通信装置，彼此连接起来。

在第十二实施例的变电站主电路部件的保护和控制系统中，联锁条件能够由安装在CMU通信装置内的CPU来进行处理。既然如此，也同样能够获得第二十六实施例的现有改进的益处。

此外，作为第二十六实施例的另一种改进，在第二十六实施例中的由部件控制和监视单元(CMU)来进行的部件监视的诊断，也能够象联锁处理那样，由保护—控制单元或CMU通信装置内的CPU来进行。应当知道的是，既然如此，也同样能够获得与第二十六实施例相同的益处。

另外，在这样的一个实施例中，还能够取消在部件控制和监视单元(CMU)(见图5)内的CPU 30a，这是因为部件控制和监视单元(CMU)被要求仅仅具有传送变电站主电路部件的监视信息的数字数据的功能及驱动电路的通—断控制的功能。因此，能够简化部件控制和监视单元的硬件结构。

虽然如上所述，能够取消CMU(见图5)内的CPU 30c，但是，在某种意义上，是不需要一个用于控制的相当于高精度CPU的LSI，而可以是需要一个用于控制处理总线通信装置及驱动电路的最低控制装置。

[第二十七实施例]

现参照图51和图52，对本发明的变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十七实施例进行说明。

如图51所示，本实施例与图16所示的第六实施例相似，只是增加了两个点对点通信装置59和60。第一个点对点通信装置59连接在合并单元(MU)39与保护和控制单元(PCU)23之间，而第二个点对点通信装置连接在保护和控制单元23与部件控制和监视单元(CMU)30之间。上述两个点对点通信装置59和60，独立于处理总线29，而且通常使用光纤通信。

上述增加点对点通信装置的概念，也能够适用于图29所示的第十一实施例。在这种情况下，第一个点对点通信装置可以连接在传感器单元与保护和控制单元之间，而第二个点对点通信装置可以连接在保护和控制单元与部件控制和监视单元之间。

图52示出了通信装置60在保护和控制单元23与部件控制和监视单元30之间的具体连接关系。图52中所示的部件与图5中所示的部件相似，只是增加了下述部件：一个接口30j，用于在保护和控制单元23与部件控制和监视单元(CMU)30之间的点对点通信装置60；第二个内部总线30k，连接在接口30j上；以及第二个断路器驱动电路30m。可以选择的是，也可以取消内部总线30k，而且断路器驱动电路30m可以直接接收电路跳闸指令。

现在，对上述的、变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十七实施例进行详细说明。

电流检测装置27-1及27-2的输出及电压检测装置27-3的输出，由设置在各自检测装置附近的传感器单元28a、28b及28c实现数字化。然后，传感器单元28a、28b及28c的输出，通过点对点通信装置505，传送给合并单元39。例如，合并单元39将电流及电压的数字数据合并成对应于电力设施内保护和控制的舱区域的传输帧。然后，合并单元39添加时间数据，并通过点对点通信装置59，将数据传送给保护和控制单元23，点对点通信装置59连接在合并单元39与保护和控制单元23之间。

保护和控制单元23，进行保护处理，并通过点对点通信装置60，将电路跳闸指令传送给主电路的断路器25CB的部件控制和监视单元(CMU)30，点对点通信装置60连接在保护和控制单元23与部件控制和监视单元30之间。然后，部件控制和监视单元30，通过点对点通信装置的接口30j及断路器驱动电路30m，将驱动信号传送给断路器的跳闸线圈。

从合并单元输出的电流及电压信息，还通过处理总线28，分配给除了保护和控制单元23以外的部件。

通常，仅对用于保护的断路器跳闸指令有高响应速度及高可靠性的要求。因此，在保护和控制单元23与部件控制和监视单元30之间的点对点通信装置60，仅仅是为断路器的部件控制和监视单元30而设置的。除了断路器跳闸指令以外，对于断路器的其他保护控制指令均通过处理总线29来传送。

现在，对变电站主电路部件的保护和控制系统的第二十七实施例的优点进行详细说明。

由于跳闸指令的通信通道是成对的，因此，即使当处理总线出现故障时，跳闸指令也能够通过点对点通信装置60，传送给断路器的部件控制和监视单元30。因此，系统的可靠性高。此外，当需要更为可靠的“故障安全”系统时，与保护有关的整个传输系统，从传感器单元(或合并单元)到断路器的部件控制和监视单元，都可以是成对的。与保护有关的传输系统可以包括部件控制和监视单元及断路器驱动单元的内部总线。可以选择的是，处理总线29或点对点通信装置60中的一个，可以包括一个主保护系统以及另外一个后援支持系统。

此外，在本实施例中，在合并/传感器单元、保护和控制单元以及部件控制和监视单元之间的通信装置上，并没有内务操作处理。因此，这种系统可以容易地应用于响应速度要求高的保护系统。

根据前面所讲授的内容，本发明的多种改进及变化是可能的。因此，应当知道的是，在附属的权利要求的范围内，本发明能够以不同于本文中所描述的具体方式来付诸实践。

应当知道的是，除了本发明的具体要求的方面之外，下述这些方面也可以包括在本发明之内，其中，这些方面中的每一个方面都进一步说明了在本说明书“发明内容”中所描述的第一个方面或第二个方面：

(a)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，至少一个数字数据输出装置包括一个传感器单元，用于输入至少一个模拟交流电值，将模拟值转换为数字数据，并给数字数据添加时间数据。

(b)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，至少一个数字数据输出装置包括一个传感器单元，用于输入多个模拟交流电值，将模拟值转换为数字数据，并给数字数据添加时间数据。

(c)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，至少部分的通信装置是无线型通信装置。

(d)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，还包括：

一个输电线，借此，将控制电源的电力输送给至少部分的数字数据输出装置、保护和控制装置及部件控制和监视装置；以及

至少一个接口，用于连接输电线与至少部分的数字数据输出装置、保护和控制装置及部件控制和监视装置，从而，输电线可以被用作信息传输媒介。

(e)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，至少一个保护和控制装置包括：

主电路控制块控制装置，含有一个数字处理器及控制通信装置，数字处理器用于监视和控制变电站主电路部件；以及

保护装置，含有一个数字处理器及保护通信装置，数字处理器用于变电站主电路部件的保护，保护装置与主电路控制块控制装置是物理分离的。

(f)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，至少一个保护和控制装置包括：

主电路控制块控制装置，含有一个数字处理器及控制通信装置，数字处理器用于监视和控制变电站主电路部件；以及

保护装置，含有一个数字处理器及保护通信装置，数字处理器用于变电站主电路部件的保护；其中，至少部分的监视和控制处理器及保护处理器包含公用硬件。

(g)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，数字数据输出装置包括成对(pairs)的电流检测装置及电压检测装置，电流检测装置及电压检测装置设置在断路器的两侧。

(h)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，

至少一个合并单元包括有：时间数据添加装置，用于添加与来自各传感器单元的数字数据的时间相对应的时间数据；数据传送装置，用于将添加有时间数据的数字数据传送给通信装置，以及

传感器单元中的每一个传感器单元都含有采样同步装置和采样数据传送装置，采样同步装置基于标准时间信号进行采样同步，标准时间信号是被剪切在各传感器单元之间，这些传感器单元将数字数据传送给至少一个合并单元的一个公用合并单元；以及采样数据传送装置，通过一个单独的传输通道，将采样数据传送给公用合并单元。

(i)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，包括：

多个部件单元，每个部件单元都含有至少一个数字数据输出装置、至少一个保护和控制装置、至少一个部件控制和监视装置及一个单元通信总线；以及

一个单元间通信总线，连接到变电站控制和监视装置，并且还通过中继器，连接到单元通信总线。

(j)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，包括：

多个部件单元，每个部件单元都含有至少一个数字数据输出装置、至少一个保护和控制装置、至少一个部件控制和监视装置及一个单元通信总线；以及

一个单元间通信总线，连接到变电站控制和监视装置，并且还通过路由器，连接到单元通信总线，从而，仅仅与一个部件单元有关的信息，可以不从这个部件单元发出经过路由器。

(k)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，通信装置包括一个光纤及一个连接到光纤的集线器。

(l)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，通信装置包括：

一个单元通信总线，包括铜线或被制作在一个印刷电路板上的底板多位数据通信总线；以及

一个单元间通信总线，包括一个集线器和一个光纤，光纤连接到集线器上，用于传输串行数据到集线器。

(m)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，包括：供web服务器与网关之间的无线通信装置使用的装置。

(n)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中：

至少一个部件控制和监视装置，在它接收到了来自保护和控制装置或变电站控制和监视装置的数据请求信号时，以及当变电站主电路部件是处于异常情况时，将第一部分的部件控制和监视数据传送给保护和控制装置或变电站控制和监视装置；

而这个部件控制和监视装置周期性地将第二部分的数据传送给保护和控制装置。

(o)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，至少一个部件控制和监视装置具有基于信息的联锁装置，信息是来自数据采集装置、数字数据输出装置及其他部件控制和监视装置。

(p)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，至少一个部件控制和监视装置具有用于与便携式终端进行通信的装置。

(q)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，通信装置具有用于与便携式终端进行通信的装置。

(r)根据本发明的第一个方面或第二个方面的系统，其中，至少一个保护和控制装置具有：一条单独的传输通道，用于与至少一个数字数据输出装置进行通信；以及另一条单独的传输通道，用于与至少一个部件控制和监视装置进行通信，这两个单独的传输通道是与通信装置相分离的。

Claims (27)

1.一种保护和控制系统，用于保护和控制设置在电力设施内的至少一个变电站主电路部件；这种系统含有：至少一个主电路单元，用于保护、控制和监视变电站主电路部件；以及至少一个配置在电力设施内的变电站控制和监视装置，用于控制和监视包括变电站主电路部件在内的整个电力设施，并用于与至少一个遥控站进行通信；其特征在于，所述至少一个主电路单元中的每一个包括：

数字数据输出装置，用于输入变电站主电路部件的主电路的多个模拟交流电值并输出对应于模拟交流电值的数字数据；

保护和控制装置，用于输入来自数字数据输出装置的数字数据，并用于控制、监视和保护变电站主电路部件；

部件控制和监视装置，用于接收来自保护和控制装置或变电站控制和监视装置的指令，并用于控制和监视变电站主电路部件；以及

通信装置，用于在数字数据输出装置、保护和控制装置、部件控制和监视装置与变电站控制和监视装置之间传输信息；

其中，至少部分的数字数据输出装置、保护和控制装置以及部件控制和监视装置，是设置在其对应的变电站主电路部件的附近，或是制作在其对应的变电站主电路部件之内。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，数字数据输出装置包括：

多个传感器单元，用于输入模拟交流电值，将模拟值转换为数字数据，并输出数字数据，以及；

合并单元，用于输入来自传感器单元的数字数据，合并数字数据，并发送至少一个合并的数字数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，保护和控制装置包括：

主电路控制块控制装置，含有一个数字处理器及控制通信装置，所述的数字处理器用于监视和控制变电站主电路部件；以及

保护装置，含有一个数字处理器及保护通信装置，数字处理器用于保护变电站主电路部件；其中，至少部分的监视和控制处理器、保护处理器或控制通信装置及保护通信装置，包含公用硬件。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，保护和控制装置包括：

主电路控制块控制装置，含有一个数字处理器及控制通信装置，所述的数字处理器用于监视和控制变电站主电路部件，所述的控制通信装置用于与变电站控制和监视装置进行通信；以及

保护装置，含有一个数字处理器及保护通信装置，所述的数字处理器用于保护变电站主电路部件，所述的保护通信装置用于与变电站控制和监视装置进行通信；

其中，用于监视和控制的数字处理器具有保护功能，而用于保护的处理器具有监视和控制功能，从而，上述两个数字处理器中的任何一个数字处理器，都能够在另一个数字处理器出现故障时执行该另一个数字处理器应完成的至少部分功能。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

合并单元含有传送装置，用于同时并周期性地将相同的时间同步标准信号及标准时间数据，通过第一独立传输通道，传送给各传感器单元；以及

每一个传感器单元都含有：基于标准信号的采样同步装置；用于添加时间数据的装置，时间数据是利用标准时间数据及采样数据计数数值而计算出来的结果；以及采样数据传输装置，用于将带有时间数据的采样数据，通过第二独立传输通道，传送给合并单元，第二独立传输通道不同于第一独立传输通道。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

合并单元含有：用于同时并周期性地将相同的时间同步标准信号，通过独立传输通道，传送给各传感器单元的装置；用于添加时间数据的装置，时间数据是利用标准时间数据及来自传感器单元的数字数据的计数数值而计算出来的结果；以及用于将添加有时间数据的数字数据传送给通信装置的装置；以及

每一个传感器单元都含有：基于标准信号的采样同步装置；以及用于将采样数据，通过一个独立传输通道，传输给合并单元的装置。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，合并单元包括：同步装置，用于使来自传感器单元的数字数据同步；时间数据添加装置，用于添加对应于数字数据的时间的时间数据；以及数据传送装置，用于将添加有时间数据的数字数据传送给通信装置。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

合并单元包括：用于将用于添加时间数据的标准信号传送给部件控制和监视装置的装置，添加的时间数据对应于变电站主电路部件的状态事件的时间；用于产生标准信号的装置，标准信号基于时间同步标准信号及标准时间；以及用于将数字数据从传感器单元传送给保护和控制装置的装置；

部件控制和监视装置包括：用于输入变电站主电路部件的状态值的装置；以及用于给变电站主电路部件的状态事件添加时间数据的装置，添加时间数据是基于标准时间信号而进行的；以及

保护和控制装置包括：输入装置，用于输入来自合并单元的、带有时间数据的数字数据，并且用于输入来自部件控制和监视装置的变电站主电路部件的、带有时间数据的状态事件。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个主电路单元中的每一个还包括：

多条通信线路及交换集线器，集线器用于可交换地连接数字数据输出装置、保护和控制装置以及部件控制和监视装置、，从而，可以在保护和控制装置、部件控制和监视装置及变电站控制和监视装置之间进行信息交换。

根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述通信装置包括单元通信总线和多条单元间通信总线，其中一个主电路单元中的单元通信总线通过该多条单元间通信总线与另一个主电路单元中的单元通信总线进行通信，使得保护和控制装置获得通过单元通信总线和单元间通信总线而传递的、从不同的主电路单元中的数字数据输出装置传送的数字数据。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

通信装置通过一个网关，连接到因特网或内联网，因特网或内联网连接至少一个浏览器；以及

数字数据输出装置、部件控制和监视装置、保护和控制装置以及变电站控制和监视装置中的至少一个，带有web服务器。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

通信装置通过一个网关，连接到因特网或内联网，因特网或内联网连接至少一个浏览器；以及

数字数据输出装置、部件控制和监视装置、保护和控制装置以及变电站控制和监视装置中的至少一个，带有web服务器。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，部件控制和监视装置包括：

数据采集装置，用于采集传感器单元的输出，传感器单元的输出包括变电站主电路部件的电学数值数据和工作状态数据；

数据存储装置，用于存储由数据采集装置所采集到的数据，作为部件控制和监视数据；

一个数字处理器，用于对控制和监视变电站主电路部件的数据进行处理；

一个驱动电路，用于将信号传送给变电站主电路部件，以驱动变电站主电路部件的工作机构，驱动电路包括一个开关；以及

处理总线通信装置；

从而，部件控制和监视装置：

比较、诊断并监视来自保护和控制装置或变电站控制和监视装置的控制信号及部件控制和监视数据；

基于诊断结果，将驱动信号传送给变电站主电路部件，以驱动变电站主电路部件的工作装置；以及

将部件控制和监视数据及诊断结果传送给保护和控制装置或变电站控制和监视装置。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，保护和控制装置具有基于信息的联锁装置，信息是来自数字数据输出装置、部件控制和监视装置及其他保护和控制装置。

14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，部件控制和监视装置，控制一个带有跳闸线圈的断路器，而且包括有一个用于在没有部件控制和监视装置情况下直接操纵跳闸线圈的开关。

15.一种保护和控制系统，用于保护和控制配置在电力设施内的变电站主电路部件；其特征在于，这种系统包括：

至少一个变电站控制和监视装置，用于控制和监视含有至少一个变电站主电路部件的整个电力设施，并用于与至少一个遥控站进行通信；

至少一个数字数据输出装置，用于输入变电站主电路部件的主电路的模拟交流电值，并输出对应于模拟交流电值的数字数据；

至少一个保护和控制装置，用于输入来自数字数据输出装置的数字数据，并用于控制、监视和保护变电站主电路部件；

至少一个部件控制和监视装置，用于接收来自保护和控制装置或变电站控制和监视装置的指令，并控制和监视变电站主电路部件；以及

通信装置，用于在数字数据输出装置、保护和控制装置、部件控制和监视装置与变电站控制和监视装置之间传输信息；

其中，至少部分下述装置，是通过并联传输媒介相互连接起来：

数字数据输出装置；

保护和控制装置；

部件控制和监视通信装置，用于将部件控制和监视装置的部件控制和监视数据发送给保护和控制装置，并将保护和控制装置的控制信号发送给部件控制和监视装置；以及

处理总线通信装置，含有串行传输媒介，用于在处理总线与保护和控制装置或部件控制和监视装置之间发送和接收数据。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，至少一个数字数据输出装置包括：

多个传感器单元，用于输入模拟交流电值，将模拟值转换为数字数据，并输出数字数据，以及；

至少一个合并单元，用于输入来自传感器单元的数字数据，合并数字数据，并发送至少一个合并的数字数据。

17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，至少一个保护和控制装置包括：

主电路控制块控制装置，含有一个数字处理器及控制通信装置，所述的数字处理器用于监视和控制变电站主电路部件；以及

保护装置，含有一个数字处理器及保护通信装置，所述的数字处理器用于保护变电站主电路部件；其中，至少部分的监视和控制处理器、保护处理器或控制通信装置及保护通信装置，包含公用硬件。

18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，至少一个保护和控制装置包括：

主电路控制块控制装置，含有一个数字处理器及控制通信装置，所述的数字处理器用于监视和控制变电站主电路部件，所述的控制通信装置用于与变电站控制和监视装置进行通信；以及

保护装置，含有一个数字处理器及保护通信装置，所述的数字处理器用于保护变电站主电路部件，所述的保护通信装置用于与变电站控制和监视装置进行通信；

其中，用于监视和控制的数字处理器具有保护功能，而用于保护的处理器具有监视和控制功能，从而，上述两个数字处理器中的任何一个数字处理器，都能够在另一个数字处理器出现故障时执行该另一个数字处理器应完成的至少部分功能。

19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：

合并单元含有传送装置，用于同时并周期性地将相同的时间同步标准信号及标准时间数据，通过第一独立传输通道，传送给各传感器单元；以及

每一个传感器单元都含有：基于标准信号的采样同步装置；用于添加时间数据的装置，时间数据是利用标准时间数据及采样数据计数数值而计算出来的结果；以及采样数据传输装置，用于将带有时间数据的采样数据，通过第二独立传输通道，传送给合并单元，第二独立传输通道不同于第一独立传输通道。

20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：

合并单元含有：用于同时并周期性地将相同的时间同步标准信号，通过独立传输通道，传送给各传感器单元的装置；用于添加时间数据的装置，时间数据是利用标准时间数据及来自传感器单元的数字数据的计数数值而计算出来的结果；以及用于将添加有时间数据的数字数据传送给通信装置的装置；以及

每一个传感器单元都含有：基于标准信号的采样同步装置；以及用于将采样数据，通过一个独立传输通道，传输给合并单元的装置。

21.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，合并单元包括：同步装置，用于使来自传感器单元的数字数据同步；时间数据添加装置，用于添加对应于数字数据的时间的时间数据；以及数据传送装置，用于将添加有时间数据的数字数据传送给通信装置。

22.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：

合并单元包括：用于将用于添加时间数据的标准信号传送给部件控制和监视装置的装置，添加的时间数据对应于变电站主电路部件的状态事件的时间；用于产生标准信号的装置，标准信号基于时间同步标准信号及标准时间；以及用于将数字数据从传感器单元传送给保护和控制装置的装置；

部件控制和监视装置包括：用于输入变电站主电路部件的状态值的装置；以及用于给变电站主电路部件的状态事件添加时间数据的装置，添加时间数据是基于标准时间信号而进行的；以及

保护和控制装置包括：输入装置，用于输入来自合并单元的、带有时间数据的数字数据，并且用于输入来自部件控制和监视装置的变电站主电路部件的、带有时间数据的状态事件。

23.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

多条通信线路及至少一个交换集线器，集线器用于可交换地连接数字数据输出装置、保护和控制装置以及部件控制和监视装置，从而，可以在保护和控制装置、部件控制和监视装置及变电站控制和监视装置之间进行信息交换。

24.根据权利要求15所述的系统，其特征在于：

通信装置通过网关，连接到因特网或内联网，因特网或内联网连接至少一个浏览器；以及

数字数据输出装置、部件控制和监视装置、保护和控制装置以及变电站控制和监视装置中的至少一个，带有web服务器。

25.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，部件控制和监视装置包括：

数据采集装置，用于采集传感器单元的输出，传感器单元的输出包括变电站主电路部件的电学数值数据和工作状态数据；

数据存储装置，用于存储由数据采集装置所采集到的数据，作为部件控制和监视数据；

一个数字处理器，用于对控制和监视变电站主电路部件的数据进行处理；

一个驱动电路，用于将信号传送给变电站主电路部件，以驱动变电站主电路部件的工作机构，驱动电路包括一个开关；以及

处理总线通信装置；

从而，部件控制和监视装置：

比较、诊断并监视来自保护和控制装置或变电站控制和监视装置的控制信号及部件控制和监视数据；

基于诊断结果，将驱动信号传送给变电站主电路部件，以驱动变电站主电路部件的工作装置；以及

将部件控制和监视数据及诊断结果传送给保护和控制装置或变电站控制和监视装置。

26.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，保护和控制装置具有基于信息的联锁装置，信息是来自数字数据输出装置、部件控制和监视装置及其他保护和控制装置。

27根据权利要求15所述的系统，其特征在于，部件控制和监视装置，控制一个带有跳闸线圈的断路器，而且包括有一个用于在没有部件控制和监视装置情况下直接操纵跳闸线圈的开关。

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