CN210724330U - 基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构 - Google Patents

Abstract

一种基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，由站控层设备、间隔层设备以及站控层网络组成；在电气一次设备本体配置就地模块，所述的就地模块包括开关量就地模块、模拟量就地模块、非电量就地模块以及通信就地模块；按照电气设备间隔设置间隔HSR环网，就地模块采用光纤连接至HSR环网；变电站按串或者间隔双重化集中配置测控装置，主变区域、高抗区域均按设备双重化集中配置测控装置；断路器保护及线路保护均采用就地化保护装置，安装于就地控制柜。本实用新型纵向简化了网络层次，大幅减少二次设备数量；横向减少交叉互联，弱化对交换机的依赖，通过站控层网络实现数据集中和共享。

Description

基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构

技术领域

本实用新型属于变电站通信领域，涉及一种基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，弱化传统通信架构对交换机的依赖，通过站控层网络实现数据集中和共享。

背景技术

目前变电站自动化系统的通信体系采用“三层两网”架构，“三层”分别是指站控层设备、间隔层设备和过程层设备，“两网”分别是指站控层网络和过程层网络。三层设备之间通过分层、分布、开放式的两层网络实现连接，两层网络物理上相互独立。站控层网络构建为全站统一的MMS网，过程层网络则包括GOOSE网和SV网。传统架构的过程层网络中设置了大量的智能终端、交换机等过程层设备，由于使用了智能终端的中间环节，使得整体动作延时增加，保护速动性和可靠性降低，影响电网的安全和供电可靠性，而交换机作为信息枢纽，数据流量大，故障时影响面广，给维护人员带来困难。变电站自动化系统是指应用自动控制技术、信息处理和传输技术、网络通信技术，通过计算机软硬件系统或自动装置对变电站全部设备的运行情况进行监视、测量、控制、保护和协调等，从而代替各种人工运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。随着就地模块技术的出现和快速发展，以及智能化方向的不断深入开展，对变电站的二次系统配置和网络结构的合理、精简集成优化势在必行。就地模块与电气一次设备同体设计，能够实现电压、电流、油温、油位及断路器状态、分接头档位、非电量信号等模拟量、开关量就地数字化，具有结构紧凑、高防护、抗干扰、免配置、低功耗、可不停电更换的特点。就地模块分为开关量就地模块和模拟量就地模块等。

早期的变电站自动化系统所采用的“两层一网”构架是由站控层、间隔层和站控层网络组成，间隔层设备电气模拟量采集采用交流采样，一次设备模拟量及开关量均通过电缆连接至间隔层设备，即通过电缆连接一次设备完成保护装置的跳合闸命令、测控装置的遥控命令，以及一次设备的遥信信号(开关刀闸位置、压力等)等信息。由于传统变电站自动化系统所采用的“两层一网”构架不设置智能终端、过程层交换机等过程层设备，也没有使用就地模块技术，一次设备、互感器通过常规控制电缆硬接线方式实现与间隔层设备互感器模拟量、开关量的信息交换，受二次电缆影响，系统的可靠性差，运行维护的工作量大。因缺乏变电站站内完整的全景数据，制约了变电站对电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，各辅助系统之间相互独立，不能联动操作，智能化程度低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有变电站自动化系统的通信体系二次设备数量多，网络层次复杂，对交换机的依赖性强，可靠性差的问题，提供一种基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，取消过程层设备及过程层网络，纵向简化网络层次，横向减少交叉互联，弱化对交换机的依赖，通过站控层网络实现数据集中和共享，提高运行的可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型有如下的技术方案：

一种基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，由站控层设备、间隔层设备以及站控层网络组成；在电气一次设备本体配置就地模块，所述的就地模块包括开关量就地模块、模拟量就地模块、非电量就地模块以及通信就地模块；

所述的开关量就地模块采集断路器和刀闸的开关量信息，并具有控制触点输出功能，对断路器和刀闸进行控制以及解闭锁接点输出；所述的模拟量就地模块接入电压互感器、电流互感器的电压及电流的模拟量，采集的模拟量数据转换为实际二次值数字量输出，具有压板的软检修功能以及母线电压级联与自动切换功能；所述的非电量就地模块设置于变压器、高抗间隔，完成变压器非电量保护跳闸功能；所述的通信就地模块实现数据的交互；

按照电气设备间隔设置间隔HSR环网，就地模块采用光纤连接至HSR环网；

变电站按串或者间隔双重化集中配置测控装置，主变区域、高抗区域均按设备双重化集中配置测控装置；断路器保护及线路保护均采用就地化保护装置，安装于就地控制柜。

所述的开关量就地模块用于隔离开关间隔时，模块输出分、合及解闭锁控制接点，采用电缆接入隔离开关控制回路，实现远方遥控及联闭锁；当用于断路器间隔时，模块输出分、合控制接点，采用电缆接入操作模块的遥分、遥合控制回路，实现远方遥控操作。

所述的模拟量就地模块检修压板的操作在站内操作员工作站或调度工作站完成，通过测控子机下发开关量控制命令，工作站与测控子机的控制命令采用操作前选择控制模式。

所述的非电量就地模块通过电缆接入高抗本体的非电量跳闸信息、有载开关非电量跳闸信息、冷却器系统的非电量跳闸信息；所述的非电量就地模块具有非电量跳闸信号接入功能、非电量跳闸信号转出功能和非电量跳闸控制接点输出功能。

所述的非电量就地模块连接延时继电器使接入的非电量实现延时跳闸。

所述的HSR环网采用千兆光纤以太网，首尾相连，能够实现通信双向冗余，通过HSR环传输一次设备的信息至测控子机，并接收测控子机下发的控制命令。

所述的双重化集中配置测控装置接入间隔就地模块的HSR环网，完成本间隔的控制功能，并通过HSR环网为站级控保提供数据，站级控保完成跨间隔的控制功能。

通过保护主机结合间隔就地化保护装置实现母线保护和主变保护，保护主机布置于继电器室，间隔就地保护装置安装于就地控制柜；就地化保护模拟量、开关量均直接采集，并能直接跳闸，保护主机接入间隔控保就地的HSR环网，由HSR环网为站级控保提供数据。

相较于现有技术，本实用新型有如下的有益效果：

实现了“就地模块+间隔SHR环+间隔集中测控+线路保护就地化+跨间隔保护主机化”的架构，在电气一次设备本体配置就地模块取消了智能终端，就地模块简单可靠，免配置，免维护。间隔测控采用双向冗余环网通过数字化就地模块与一次设备相连获取信息，实现通信的双向冗余，并取消传统过程层交换机的中间通信环节。测控按间隔适度集成、双套冗余配置，可靠性高，设备数量少。采用“两层一网”架构，纵向简化网络层次，大幅减少二次设备数量；横向减少交叉互联，弱化对交换机的依赖，通过站控层网络实现数据集中和共享。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1本实用新型系统架构一种实施例的结构示意图；

图2传统“三层两网”架构的示意图；

图3HSR环网的结构示意图；

图4中心交换机故障的失灵信号传输示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提还可以进行若干简单的修改和润饰，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前变电站自动化系统的通信体系大多采用“三层两网”架构，“三层”分别是指站控层设备、间隔层设备和过程层设备，“两网”分别是指站控层网络和过程层网络。如图2所示。过程层网络采用大量的智能终端、交换机等过程层设备，由于使用了智能终端的中间环节，使得整体动作延时增加，保护速动性和可靠性降低，影响电网安全和供电可靠性。而且交换机作为信息枢纽，数据流量大，故障时影响面广，给维护人员带来很多困难。

本实用新型利用就地模块技术，纵向简化网络层次，采用“两层一网”架构，“两层”指站控层设备和间隔层设备，“一网”是指站控层网络。大幅减少二次设备数量；横向减少交叉互联，弱化对交换机的依赖，通过站控层网络实现数据集中和共享，结构扁平、网络简单。

早期的变电站自动化系统所采用的“两层一网”构架，存在以下问题：(1)变电站配置大量的过程层设备，如交换机、合并单元、智能终端等，运维难度大，工程投资大。(2)交换机作为信息枢纽，数据流量大、牵涉范围广，故障时影响多套测控、保护和安全自动装置，产生大量告警信号，多达近万条，给运维人员带来很大的困难。如智能站母差保护通过中心交换机接收所有间隔的失灵信号，若中心交换机故障，存在失灵保护拒动越级跳闸风险，如图4所示。(3)出口环节增加了智能终端，导致整体动作延时增加7～10ms，保护速动性和可靠性降低，影响电网安全和供电可靠性。(4)二次设备可靠运行依赖于过程层网络数据传输的实时性及可靠性，而过程层网络单根物理光纤里往往可能同时传输多个链路的数据，一个链路数据异常(如网络风暴)往往可能影响其他数据的正常传输，如不采取有效措施，数据链路之间的互相影响可能对继电保护功能带来不利影响，严重影响智能站的安全稳定运行。

参见图1，本实用新型基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构如下：

1、在断路器、刀闸、互感器、变压器等电气一次设备本体配置就地模块，就地模块分为开关量就地模块、模拟量就地模块、非电量就地模块及通信就地模块。其中，1.1)开关量就地模块采集断路器和刀闸的开关量信息，并具有控制触点输出功能，用于断路器、隔离开关等设备的控制及解闭锁接点输出。开关量就地模块通过电缆接入一次设备的告警类信息、监视类信息和位置类信息等。用于隔离开关间隔时，就地模块输出分、合及解闭锁控制接点，采用电缆接入隔离开关控制回路，实现远方遥控及联闭锁。当用于断路器间隔时，就地模块输出分、合控制接点，采用电缆接入操作模块的遥分、遥合控制回路，实现远方遥控操作。1.2)模拟量就地模块接入电压互感器、电流互感器的电压、电流的模拟量，采集的模拟量数据转换为实际二次值数字量输出，具备检修软压板功能，检修压板的操作在站内操作员工作站或调度工作站完成，通过测控子机下发开关量控制命令，工作站与测控子机的控制命令应采用增强安全的操作前选择控制模式。具备2路冗余的光纤接口，完成母线电压的级联功能，并实现自动切换功能。1.3)非电量就地模块应用于变压器、高抗间隔，完成变压器非电量保护跳闸功能，安装于变压器间隔汇控柜。非电量就地模块通过电缆接入高抗本体的非电量跳闸信息、有载开关非电量跳闸信息、冷却器系统的非电量跳闸信息。非电量就地模块具有非电量跳闸信号接入功能、非电量跳闸信号转出功能和非电量跳闸控制接点输出功能；当接入的非电量需要延时跳闸时，应由本体信号经延时继电器后输入至就地模块。

2、按照电气设备间隔设置间隔HSR环网，如图3，环网采用千兆光纤以太网，首尾相连，具有转发和过滤功能，实现通信双向冗余，当环网发生N-1故障时，通信不受影响。就地化模块采用两路光纤接口连接至HSR环，通过HSR环传输一次设备开入、就地模块自检、遥控等信息至测控子机，接收测控子机下发的控制命令；取消过程层交换机的中间通信环节。

3、变电站按串或者间隔双重化集中配置测控装置，主变区域、高抗区域均按设备双重化集中配置测控装置。双重化集中配置测控装置接入间隔就地模块环网，完成本间隔控制功能，并通过环网为站级控保提供数据，站级控保完成跨间隔控制功能。

4、断路器保护及线路保护均采用就地化保护装置，安装于就地控制柜。母线保护、主变保护均采用“保护主机+间隔就地化保护装置”，保护主机布置于相应的继电器室，间隔就地化保护装置安装于就地控制柜。就地化保护模拟量、开关量均通过电缆直接采集，通过电缆直接跳闸。保护主机接入间隔控保就地环网，并通过控保的间隔环网为站级控保提供数据。

本实用新型的自动化系统架构取消了智能终端，采用就地模块，就地模块简单可靠，免配置，免维护。间隔测控采用双向冗余环网通过数字化就地模块与一次设备相连获取信息，实现通信的双向冗余，并取消过程层交换机的中间通信环节。测控按间隔适度集成、双套冗余配置，可靠性高，设备数量少。采用“两层一网”架构，大幅减少了二次设备的数量，横向减少了交叉互联，弱化了对交换机的依赖，通过站控层网络实现数据集中和共享。

以上所述仅仅是本实用新型的较佳实施例，并不用以对技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均落入由所提交权利要求划定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，其特征在于：由站控层设备、间隔层设备以及站控层网络组成；在电气一次设备本体配置就地模块，所述的就地模块包括开关量就地模块、模拟量就地模块、非电量就地模块以及通信就地模块；

所述的开关量就地模块采集断路器和刀闸的开关量信息，并具有控制触点输出功能，对断路器和刀闸进行控制以及解闭锁接点输出；所述的模拟量就地模块接入电压互感器、电流互感器的电压及电流的模拟量，采集的模拟量数据转换为实际二次值数字量输出，具有压板的软检修功能以及母线电压级联与自动切换功能；所述的非电量就地模块设置于变压器、高抗间隔，完成变压器非电量保护跳闸功能；所述的通信就地模块实现数据的交互；

按照电气设备间隔设置间隔HSR环网，就地模块采用光纤连接至HSR环网；

变电站按串或者间隔双重化集中配置测控装置，主变区域、高抗区域均按设备双重化集中配置测控装置；断路器保护及线路保护均采用就地化保护装置，安装于就地控制柜。

2.根据权利要求1所述基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，其特征在于：所述的开关量就地模块用于隔离开关间隔时，模块输出分、合及解闭锁控制接点，采用电缆接入隔离开关控制回路，实现远方遥控及联闭锁；当用于断路器间隔时，模块输出分、合控制接点，采用电缆接入操作模块的遥分、遥合控制回路，实现远方遥控操作。

3.根据权利要求1所述基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，其特征在于：模拟量就地模块检修压板的操作在站内操作员工作站或调度工作站完成，通过测控子机下发开关量控制命令，工作站与测控子机的控制命令采用操作前选择控制模式。

4.根据权利要求1所述基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，其特征在于：所述的非电量就地模块通过电缆接入高抗本体的非电量跳闸信息、有载开关非电量跳闸信息、冷却器系统的非电量跳闸信息；所述的非电量就地模块具有非电量跳闸信号接入功能、非电量跳闸信号转出功能和非电量跳闸控制接点输出功能。

5.根据权利要求1或4所述基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，其特征在于：所述的非电量就地模块连接延时继电器使接入的非电量实现延时跳闸。

6.根据权利要求1所述基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，其特征在于：所述的HSR环网采用千兆光纤以太网，首尾相连，能够实现通信双向冗余，通过HSR环传输一次设备的信息至测控子机，并接收测控子机下发的控制命令。

7.根据权利要求1所述基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，其特征在于：所述的双重化集中配置测控装置接入间隔就地模块的HSR环网，完成本间隔的控制功能，并通过HSR环网为站级控保提供数据，站级控保完成跨间隔的控制功能。

8.根据权利要求1所述基于采用就地模块的变电站“两层一网”自动化系统架构，其特征在于：通过保护主机结合间隔就地化保护装置实现母线保护和主变保护，保护主机布置于继电器室，间隔就地保护装置安装于就地控制柜；就地化保护模拟量、开关量均直接采集，并能直接跳闸，保护主机接入间隔控保就地的HSR环网，由HSR环网为站级控保提供数据。

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