CN205105000U - 数字化继电保护测控和智能终端一体化装置 - Google Patents

数字化继电保护测控和智能终端一体化装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了数字化继电保护测控和智能终端一体化装置。包括保护测控CPU板和通过CAN总线与保护测控CPU板连接的智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块，以及为上述模块或装置供电的电源。本实用新型能实现本地电流电压常规采样功能，采样信号数字化之后，通过CAN总线向智能终端CPU板和保护测控CPU板传输，处理后通过以太网向外发送IEC61850-9-2数字化采样信号，并能够接收远方GOOSE跳/合闸信号，实现远方对本地开关/断路器的跳合闸功能；同时保护测控CPU板也能进行保护动作逻辑并跳/合闸本地断路器。本实用新型可以用于含有常规电流电压互感器以及常规开关柜等一次设备的基于IEC61850标准的变电站过程层数字化应用和改造。

Description

数字化继电保护测控和智能终端一体化装置
技术领域
本实用新型涉及数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，用于含有常规电流电压互感器以及常规开关设备的变电站进行IEC61850标准（包括IEC61850-9-2和GOOSE机制）的数字化改造的保护测控装置。
背景技术
常规的变电站内微机继电保护装置通过采集模块采集交流模拟电压、电流量和直流开关量。装置采集的电流电压一般只能给本间隔的保护测控装置使用，同时装置一般只能按本地保护逻辑进行跳合闸动作判断。而当前数字化变电站或智能化变电站技术要求实现过程层网络数字化信号采集和控制信号的数字化网络传输，最完整的实现方式是取消常规电流电压互感器，用电子式互感器和合并单元代替，这些数字化电流电压采样信号发送至过程层网络，可供网络中的任意设备接收使用；此外，常规断路器和开关等设备用智能化断路器和智能化开关取代，这些智能化断路器和开关直接接收各数字化保护测控装置从过程层网络发送过来的数字化跳合闸GOOSE命令，取代常规的二次接线，这是比较理想的情况。
考虑到当前实际市场情况，当前绝大部分电流电压互感器和断路器仍然是常规的，而且考虑到已有建常规变电站中一次设备的寿命达20多年，这些设备还没有到更新换代的时候，绝大部分改造数字化变电站工程配套的电流电压互感器和开关断路器等设备仍然是常规设备。因此，在这种情况下，为了按数字化的模式实现，我们需要这种兼容数字化过程层以及模拟采样和常规跳合闸的带智能终端功能的保护测控装置。该装置在数字化母差保护应用中的优势尤为突出，常规方式下，母差保护在每个间隔要配置一个专供母差保护采集该间隔信号的母差保护子站，加上本地的保护测控装置，每个间隔需要配置至少一个保护测控装置和一个采集子站装置，这既增加了装置总成本和安装成本，同时也大大增加二次接线。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供基于IEC61850标准（包括IEC61850-9-2和GOOSE机制）的数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，主要解决现有数字化母差保护应用中，每个间隔需要配置至少一个保护测控装置和一个采集子站装置，既增加了装置总成本和安装成本，同时也大大增加二次接线的问题，解决了数字化变电站的要求。本实用新型兼容数字化过程层以及模拟采样和常规跳合闸的带智能终端功能，一个间隔只需要一个本实用新型装置，而且每个间隔的采样信号自动向过程层网络发送，母差保护只需要从过程层网络中接收这些数字化的采用信号即可，大大节省了二次接线，也节省了装置总成本和安装成本。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型完全支持IEC61850标准，面向间隔配置。电压、电流（保护和测量）取自常规电流电压互感器，并将采样值的数字信号通过IEC61850-9-2协议以太网接口输出，开关智能终端功能、采样智能终端功能与保护、测控功能合一，由一台装置全部实现。装置可下放开关柜上布置。
数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，包括保护测控CPU板、智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块，以及为上述模块或装置供电的电源，其中，保护测控CPU板、智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块之间通过CAN总线连接进行数据传输；
所述交流采样模块实现本地模拟量采集，并转发至保护测控CPU板和智能终端CPU板；
所述保护测控CPU板根据采集的模拟量生成本地保护跳/合闸命令，并通过智能I/O模块输出至本地开关/断路器，实现本地继电保护和测控功能；
所述智能终端CPU板实现本地模拟量数字化并IEC61850-9-2发送至过程层网络和从过程层网络接收远方GOOSE跳/合闸命令，对本地开关/断路器进行跳合闸操作，实现智能终端的功能。
具体地，所述保护测控CPU板包括微处理器CPU芯片，分别与微处理器CPU芯片连接的PCI以太网控器和物理层PHY芯片；所述微处理器CPU芯片通过CAN总线与智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块连接。
具体地，所述智能终端CPU板包括DSP芯片，分别与DSP芯片连接的现场可编程门阵列芯片FPGA、PCI以太网控器和光纤收发器，所述DSP芯片连接到CAN总线。
具体地，所述智能I/O模块包括输入端与本地开关/断路器连接、输出端连接到CAN总线的开关量输入回路，输入端与CAN总线连接、输出端连接输出回路输入端的断路器操作回路，输出回路的输出端与本地开关/断路器连接。
进一步地，所述保护测控CPU板还连接有监控后台。
更进一步地，所述监控后台通过站控层IEC61850网络连接到保护测控CPU板的PCI以太网控制器的以太网网口，PCI以太网控制器将解析的报文发送至监控后台，实现基于IEC61850标准的故障录波系统、保护分析系统、监控及自动化系统。
再进一步地，所述保护测控CPU板还连接有人机接口模块，实现继电保护和测控功能，所述人机接口模块为液晶显示屏，该液晶显示屏通过物理层PHY芯片的485通讯口连接到微处理器CPU芯片。
本实用新型交流量是通过本间隔二次电缆接入以下模拟量：三相保护电流(Ia、Ib、Ic)、三相测量电流(Iam、Ibm、Icm)、母线三相电压(Ua、Ub、Uc)。装置将采样值合并后通过IEC61850-9-2协议以太网接口输出至过程层SMV网络，供其他保护或智能设备共享，采样速率：4K～5KHz。
光纤接口指标：传输波长850nm(多模)；传输媒质62.5/125或50/125μm多模光纤；光纤信号接收灵敏度是－29dbm；光纤连接器ST型。
本装置借助以太网接口，通过IEC61850标准的GOOSE机制，接收开关量并发送跳/合闸命令，不需电缆连接即可实现装置间开关量的传递。自带操作回路插件，实现开关智能终端功能。
本装置配置有过流保护、零序过流保护、重合闸、电压保护、非电量保护等保护元件，可以实现对馈线、电容器、变压器等一次设备的保护。
本装置配置有14路自定义遥信开入、至多可提供5组遥控分/合、以及Iam、Ibm、Icm、I0、UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA、U0、F、P、Q、COSф等的遥测。
本装置配有以太网通讯(100Mbps、超五类线或光纤通讯)接口可接入站控层网络支持以IEC-61850通讯规约，实现装置描述的远方查看、系统定值的远方查看、保护定值和区号的远方查看、修改功能。软压板状态的远方查看、投退、遥控功能、装置保护开入状态的远方查看、装置运行状态（包括保护动作元件的状态、运行告警和装置自检信息）的远方查看、远方对装置信号复归。故障录波上送功能。可与故障录波系统、保护分析系统、监控及自动化系统配合使用。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
（1）本实用新型本间隔电流电压采样数据一方面供本装置保护测控功能使用，同时转化为数字化信号发送到过程层网络，可供网络上的各装置（如母差保护装置）使用，大大节约了二次电缆投资。
（2）本实用新型合成的智能终端功能可接收其它装置的远方跳合闸GOOSE信号，一方面减少了额外智能终端装置的采购配置，避免了安装问题，同时又节约了二次控制电缆。
（3）本实用新型拥有强大的GOOSE功能，不需要电缆即可实现装置间的联络和配合，方便实现母线差动、简易母差保护、过负荷联切、备用电源自投等保护功能。
（4）本实用新型拥有强大的网络功能和通信能力。从硬件上配有2个独立的以太网接口。支持电力行业通讯标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和新一代变电站通讯标准IEC61850，能与故障录波系统、保护分析系统、监控及自动化系统配合使用，实现全站测控。
（5）本实用新型拥有全站同步采样和SOE上送能力。为此装置对时接口可支持多种GPS对时方式，包括接点对时、485对时，支持IRGB码对时。
（6）本实用新型采用32位高性能的CPU和DSP、内部高速总线、智能I/O，硬件和软件均采用模块化设计，灵活可配置，具有通用、易于扩展、易于维护的特点。
附图说明
图1为本实用新型的原理图。
图2为本实用新型的背板端子图。
图3为本实用新型的母线差动保护示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1-图3所示，数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，包括保护测控CPU板、智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块、人机接口模块，以及为上述模块或装置供电的电源，其中，保护测控CPU板、智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块之间通过CAN总线连接进行数据连接，人机接口模块通过串口与保护测控CPU板连接，保护测控CPU板还与监控后台连接。
智能终端CPU板通过背板接入电子互感器远端模块将数字采样信号发送至过程层网络，也从过程层网络接收远方COOSE跳/合闸命令；保护测控CPU板接收相应的人机接口模块输入的信息，同时将最终的输出结果发送至人机接口模块和监控后台。
如图2所示，本实用新型由交流采样模块B2进行电流电压模拟量采集，保护测控CPU板B1和智能终端CPU板B4分别同时获得该模拟量并转换为数字信号，其中，保护测控CPU板对获得的数字信号进行处理，生成各种本地保护继电器的跳/合闸命令。
其中，交流采样模块B2采集的交流量为包括：
Ia、Ib、Ic作过流保护用。
Iam、Ibm、Icm作测量用。
Ua、Ub、Uc为母线电压，在本装置中作为保护和测量共用，其与Iam、Ibm、Icm一起计算形成本线路的P、Q、COSф、kWh、kVarh。
本实施例中，各模块或装置的应用实例端子图，如图2所示。
B5：保护测控CPU板，提供最多4路以太网口，串行打印口。
B2：交流采样模块，提供本间隔保护电流、测量电流、零序电流、电压模拟量接入功能。
B4：智能终端CPU板，用以实现GOOSE的收发功能、IEC61850-9-2数据发送功能。可提供4路网络口输出（两个RJ45以太网口，两个LC光纤输出口）。最下端的光纤用以引入IRIG-B码对时信号。
B5：智能I/O模块，为开入模块，端子501～521为遥信开入输入端，端子522为公共负端。
B6：为操作回路模块。
B7：为电源和开出模块。
其中，智能终端CPU板B4对获得的数字信号进行处理同步后通过IEC61850-9-2协议输出至过程层数字化网络，供其它装置接收使用。同时该智能终端CPU板接收来自其它装置的本间隔跳合闸命令，转发至保护测控CPU板B1进行执行检验处理后，满足执行各项条件后保护测控CPU板B1将向B7板的开出端子输出执行命令，跳/合闸本间隔常规断路器或刀闸设备。
按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，其特征在于，包括保护测控CPU板、智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块，以及为上述模块或装置供电的电源，其中，保护测控CPU板、智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块之间通过CAN总线连接进行数据传输；
所述交流采样模块实现本地模拟量采集，并转发至保护测控CPU板和智能终端CPU板；
所述保护测控CPU板根据采集的模拟量生成本地保护跳/合闸命令，并通过智能I/O模块输出至本地开关/断路器；
所述智能终端CPU板实现本地模拟量数字化并IEC61850-9-2发送至过程层网络和从过程层网络接收远方GOOSE跳/合闸命令。
2.根据权利要求1所述的数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，其特征在于，所述保护测控CPU板包括微处理器CPU芯片，分别与微处理器CPU芯片连接的PCI以太网控器和物理层PHY芯片；所述微处理器CPU芯片通过CAN总线与智能终端CPU板、智能I/O模块、交流采样模块连接。
3.根据权利要求2所述的数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，其特征在于，所述智能终端CPU板包括DSP芯片，分别与DSP芯片连接的现场可编程门阵列芯片FPGA、PCI以太网控器和光纤收发器，所述DSP芯片连接到CAN总线。
4.根据权利要求3所述的数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，其特征在于，所述智能I/O模块包括输入端与本地开关/断路器连接、输出端连接到CAN总线的开关量输入回路，输入端与CAN总线连接、输出端连接输出回路输入端的断路器操作回路，输出回路的输出端与本地开关/断路器连接。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，其特征在于，所述保护测控CPU板还连接有监控后台。
6.根据权利要求5所述的数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，其特征在于，所述监控后台通过站控层IEC61850网络连接到保护测控CPU板的PCI以太网控制器的以太网网口，PCI以太网控制器将解析的报文发送至监控后台。
7.根据权利要求6所述的数字化继电保护测控和智能终端一体化装置，其特征在于，所述保护测控CPU板还连接有人机接口模块，所述人机接口模块为液晶显示屏，该液晶显示屏通过物理层PHY芯片的485通讯口连接到微处理器CPU芯片。
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