CN211377370U - 一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力设备技术领域，具体涉及一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，它包括箱体，箱体的前端面的中部设置有液晶显示单元，液晶显示单元的上方设置有状态指示灯，液晶显示单元的左侧上部和下部分别设置有功能投退开关、维护接口，液晶显示单元右侧设置有功能按键；所述箱体的后端面上部左右两侧分别设置有开关量输出接口区域、开关量输入接口区域；它具备完善的保护、测量、控制及通信等功能，可就地高效快速实现线路故障的监测、定位、隔离和非故障区恢复送电的功能；不用依赖主站系统来完成线路故障的处理，使得停电区域最小，同时联络开关自动合闸转供，可以有效解决背景技术中的问题。

Description

一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端

【技术领域】

本实用新型涉及电力设备技术领域，具体涉及一种能实现基于GOOSE对等通信的智能分布式FA以及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端。

【背景技术】

传统的分布式配电终端采用“主站+通信+终端”三位一体实现配网自动化实时监控，一般配置主站集中型以及重合器式馈线自动化功能。

其中主站集中模式严重需要依赖主站系统实现配电网馈线故障类型及区域判定、保护动作实现、故障区间隔离、非故障区间恢复送电、信息上传等馈线自动化功能，其时效较慢且操作复杂，同时还依赖通信的可靠性。而重合器式馈线自动化模式虽然不用依赖通信和主站系统来完成配电网馈线故障处理，但为了隔离故障需要线路上的开关进行多次的分合操作，隔离故障的时间较长，并且对设备与负荷造成一定的冲击。

随着智能电网的迅速发展，对安全供电的可靠性提出了更高的要求。针对电网运行中的薄弱环节，电力生产部门采取有效的治理措施，减少事故停电，缩小停电范围。国内影响配电网供电可靠率的主要原因有：计划停电、故障停电、临时停电及限电，其中故障停电时间可通过配电自动化技术有效缩短。

配电自动化是提高供电可靠性的重要手段，可以快速隔离故障区域并使健全区域快速恢复供电，这对提高供电可靠性具有非常重要的意义。因此基于智能分布式原理的配电自动化终端以满足扩展应用需要显得尤为重要。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端。

本实用新型所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，它包括箱体，箱体的前端面的中部设置有液晶显示单元，液晶显示单元的上方设置有状态指示灯，液晶显示单元的左侧上部和下部分别设置有功能投退开关、维护接口，液晶显示单元右侧设置有功能按键；

所述箱体的后端面上部左右两侧分别设置有开关量输出接口区域、开关量输入接口区域；所述箱体的后端面中部左右两侧分别对应设置有工作电源接口区域、通信接口区域；所述箱体的后端面下部右侧设置有模拟量采集接口区域的接口端子、装置保护接地螺丝。

进一步地，所述功能按键由故障复归按键、本地合分闸按键以及液晶显示屏操作按键组成。

进一步地，所述开关量输出接口区域由开关合分闸控制出口及电池活化控制出口组成。

进一步地，所述开关量输入接口区域为12路遥信接口。

进一步地，所述通信接口区域由串口、以太网口、光纤接口组成。

进一步地，所述模拟量采集接口区域由交流电压电流、直流量采集接口组成。

采用上述结构后，本实用新型有益效果为：本实用新型所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，它具备完善的保护、测量、控制及通信等功能。该终端支持基于61850GOOSE对等通信的速动型、缓动型智能分布式馈线自动化功能；同时自带光纤通信接口可实现基于光纤通信的光纤差动保护功能；可就地高效快速实现线路故障的监测、定位、隔离和非故障区恢复送电的功能。不用依赖主站系统来完成线路故障的处理，也不用多次分合闸开关操作，通过智能分布式配电终端之间的高速通信互相交互信息，在故障后 ms级的时间内直接跳开离故障点最近的两侧开关，使得停电区域最小，同时联络开关自动合闸转供。可以有效解决背景技术中的问题。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是图1侧视结构示意图；

图3是图1的后视结构示意图；

图4是本实用新型的的硬件设计原理框示意图。

图5是本实用新型的的智能分布式FA通信示意图

图6是本实用新型的的光纤差动保护系统构成示意图；

附图标记说明：

1、箱体；2、前端面；3、后端面；4、液晶显示单元；5、状态指示灯；6、维护接口；7、功能投退开关；8、功能按键；9、输出接口区域；10、开关量输入接口区域；11、工作电源接口区域；12、通信接口区域；13、模拟量采集接口区域；14、装置保护接地螺丝。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1-图3所示，本具体实施方式所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，它包括箱体1，箱体1的前端面2的中部设置有液晶显示单元4，液晶显示单元4的上方设置有状态指示灯5，液晶显示单元4的左侧上部和下部分别设置有功能投退开关7、维护接口6，液晶显示单元4右侧设置有功能按键8；

所述箱体1的后端面3上部左右两侧分别设置有开关量输出接口区域9、开关量输入接口区域10；所述箱体1的后端面3中部左右两侧分别对应设置有工作电源接口区域11、通信接口区域12；所述箱体1的后端面3下部右侧设置有模拟量采集接口区域13的接口端子、装置保护接地螺丝14。

进一步地，所述功能按键8由故障复归按键、本地合分闸按键以及液晶显示屏操作按键组成。

进一步地，所述开关量输出接口区域9由开关合分闸控制出口及电池活化控制出口组成。

进一步地，所述开关量输入接口区域10为12路遥信接口。

进一步地，所述通信接口区域12由串口、以太网口、光纤接口组成。

进一步地，所述模拟量采集接口区域13由交流电压电流、直流量采集接口组成。

如图4所示为本设计的具体实施例：本设计内部硬件采用插板总线式结构，主要由核心插板(MCU)、带液晶母板、遥信遥控插板、遥测插板、电源通信接口板组成。完成1个开关线路的运行监测、监控、保护、计量功能。支持以太网通信及、RS232/485通信。核心插板采用高速数字信号处理器DSP为主处理器，负责电压电流交流采样、计算和故障判定，负责配电单元与主站系统的通信，完成遥信、遥测及遥控的转发功能。遥测插板负责采集交流、直流模拟量，经电压互感器隔离后转换为电压信号，经滤波、AD采样后，送MCU处理。通过调试软件对采样信息进行灵活配置，实现对高压侧环网柜或低压侧配变的数据计算处理与监测功能。遥信遥控插板具备12路开关量输入采集接口、1路遥控合分出口、1路储能出口、1路保护分闸出口、1路重合闸出口及电池活化投退控制出口。开入量经过光电隔离及过压保护措施，再经数据缓冲器输入给 CPLD，消除了开关量状态误报、避免雷击损坏装置，提高了装置的可靠性。电源通信接口板提供工作电源接口、2个串口、2个RJ45以太网口、4个FC光接口以及2个外接状态指示灯接口。负责给终端提供工作电源以及通信功能。带液晶母板采用内部通讯方式与CPU模块进行数据交换，为用户提供对装置的本地操作接口，包括LCD显示屏、LED指示灯、操作按键以及RS232调试端口。

如图5所示为本设计的具体实施例：本设计的终端之间通过以太网线连接起来实现对等通信，通过GOOSE实时交换保护启动、保护动作、开关分/合位置、开关拒动、重合闸出口、重合闸后加速动作、闭锁信号等用于网络保护的相关信息，终端之间通信基于IEC61850标准体系里的GOOSE服务模型。GOOSE机制采用类似IEC61850-90-5中基于IP网络的GOOSE机制，满足GOOSE数据通信零切换时间。通过级联方式自身组建通信环网。当配电网络节点发生变化，只需修改局部变化节点处的终端之间的GOOSE订阅关系。在故障后ms级的时间内直接跳开离故障点最近的两侧开关，使得停电区域最小，同时联络开关自动合闸转供。可实现速动型与缓动型两种智能分布式工作模式，速动型可以实现毫秒级故障定位与隔离，缓动型需站内跳闸一次。线路故障时相邻终端通过对等通信交换线路上所有开关的位置、保护故障信息和电流、电压测量值，确定故障段直接电气联接的两侧开关，启动带正方向或反方向保护跳闸，实现高速的故障定位和故障隔离。具备潮流方向自识别功能。依据故障段隔离情况及能否具备负荷转供能力作出合闸或保持分闸的判断，完成非故障区域恢复供电。当终端发生异常情况时，能够闭锁分布式FA的相关部分功能，并向配电主站发出告警并报送闭锁原因；同时，在不影响安全条件下，异常发生时采用适当扩大隔离区的逻辑策略，尽可能将故障区域隔离在较小范围，并恢复非故障区域的供电。

如图6所示为本设计的具体实施例：本设计的终端内置两个高度集成化的光电转换模块，通过自带的光纤通信接口可实现光纤差动保护功能。两侧终端通过光缆连接，借助光纤通道，实时地向对侧传递每相电流的采样数据，同时接收对侧的电流采样数据，两侧保护单元利用本地和对侧电流数据经过同步处理后分相进行差电流计算；同时发送本侧与接收对侧装置差动保护动作标志参于逻辑判断。当保护区域内发生相间短路及小电阻接地系统单相金属性接地故障时，终端启动光纤差动保护功能，瞬时跳开故障电缆两侧的断路器(三相跳闸)，实现故障隔离。

该模式下包含的主要功能有(1)分相式电流差动保护，终端发生通讯故障时自动闭锁差动保护跳闸功能；(2)采用比率制动方式，具有TA变比补偿功能，适用于两端电流互感器变比的不同；(3)具有TA断线闭锁功能，TA断线后闭锁差动保护功能；(4)具有TA饱和检测功能；(5)具有可编程的I/O，并能将采集的开关量经光纤通道传输到对侧的装置中，可作为对侧装置的中间量用于逻辑编程，或经输出口输出；(6)具有双通道光纤接口，可应用于双端电源系统、弱电源系统和T接线。

本设计中，各个功能件的作用说明如下：

(1)液晶显示单元4可以本地查看线路工况以及完成终端相关运行参数配置。

(2)功能投退开关7实现保逻辑功能的本地投退操作。

(3)功能按键8包含故障复归按键、本地合分闸按键以及液晶显示屏操作按键，实现本地故障指示复归以及合分闸操作。

(4)开关量输出接口区域9包括开关合分闸控制出口及电池活化控制出口，实现控制功能。

(5)开关量输入接口区域10包括12路遥信接口，实现开关量的采集。

(6)通信接口区域12含有串口、以太网口、光纤接口，可实现智能分布式与光纤差动保护功能动化终端，从而实现快速故障隔离。

(7)模拟量采集接口区域13包含交流电压电流、直流量采集接口，实现线路电流电压实时采集。

本实用新型具备完善的保护、测量、控制及通信管理等功能，嵌入式安装于PT单元柜、负荷开关柜间隔或断路器柜间隔二次小室门上。

本设计的硬件采用32位工业级高性能专业DSP，保证了系统的准确度和稳定性；处理能力强大，数据采集、数据计算处理并行。采用16位高精度外置A/D 芯片进行交流采样。采用模块化、可扩展、低功耗、免维护的设计标准，适应复杂运行环境，具有高可靠性和稳定性。

本设计带有液晶显示屏，可以直观的查看线路工况、参数设置情况等，也可配合面板按键完成单元相关参数配置。同时终端面板配有完善的保护功能压板，可以实现保护逻辑功能的现场投退与选择。

本设计可根据实际运行的工况，灵活配置运行参数及保护逻辑，具备三段式过流保护、过负荷及零序保护，故障后重合闸功能；具备防励磁涌流、低压闭锁和多种非电量等保护。具备完善的就地型FA逻辑功能，可就地实现故障的监测、定位、隔离和非故障区恢复送电的功能。

本设计支持基于GOOSE对等通信的速动型、缓动型智能分布式馈线自动化功能；支持不依赖通信的电压时间型、电压电流型馈线自动化功能；内置两个高度集成化的光电转换模块，自带光纤通信接口可实现光纤差动保护功能。软件采用嵌入式实时操作系统(ucos-II)平台，模块化系统结构，性能稳定可靠，增添功能、升级方便。

本设计有灵活强大的通信功能，支持串口和以太网通信；通信规约支持IEC60870-5-101、IEC 60870-5-104、MODBUS等多种规约。支持接收线损采集模块、局放监测装置等状态监测数据功能。终端既可实现故障的就地隔离与自愈，又可将三遥及故障信息上传至配网调度主站，通过主站集中模式实现故障的隔离与自愈或者组建故障定位系统。

本实用新型的有益效果为：

(1)本设计终端不依赖于配电主站与子站，协调实现分布式、自治式的馈线自动化功能，通过高速通信网络，与同一供电环路内相邻智能分布式配电终端实现信息交互，根据预设条件自动实现故障定位、故障隔离，非故障区域恢复，实现快速故障隔离和自愈，提高了供电可靠性。

(2)本设计产品可以应用于电力系统10KV配电室、环网柜、开关房、综合房、配变、开闭站(所)等场所。支持无线4G、光纤等多种通信方式，同时可灵活配置为集中、就地、智能分布式馈线自动化模式以适应现场使用。

(3)本设计可实现基于61850GOOSE对等通信的速动型、缓动型智能分布式馈线自动化功能；可实现不依赖通信的电压时间型、电压电流型馈线自动化功能；自带光纤通信接口可实现光纤差动保护功能。可安装在10KV配网线路的任何地方，包括环网供电线路或者单辐射线路与分支线路、小电阻接地系统或者消弧线圈接地系统、断路器或者负荷开关柜上。

(4)本设计既可实现故障的就地隔离与自愈，又可将三遥及故障信息上传至配网调度主站，通过主站集中模式实现故障的隔离与自愈或者组建故障定位系统。

本实用新型所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，它具备完善的保护、测量、控制及通信等功能。该终端支持基于61850GOOSE 对等通信的速动型、缓动型智能分布式馈线自动化功能；同时自带光纤通信接口可实现基于光纤通信的光纤差动保护功能；可就地高效快速实现线路故障的监测、定位、隔离和非故障区恢复送电的功能。不用依赖主站系统来完成线路故障的处理，也不用多次分合闸开关操作，通过智能分布式配电终端之间的高速通信互相交互信息，在故障后ms级的时间内直接跳开离故障点最近的两侧开关，使得停电区域最小，同时联络开关自动合闸转供。可以有效解决背景技术中的问题。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，其特征在于：它包括箱体，箱体的前端面的中部设置有液晶显示单元，液晶显示单元的上方设置有状态指示灯，液晶显示单元的左侧上部和下部分别设置有功能投退开关、维护接口，液晶显示单元右侧设置有功能按键；

所述箱体的后端面上部左右两侧分别设置有开关量输出接口区域、开关量输入接口区域；所述箱体的后端面中部左右两侧分别对应设置有工作电源接口区域、通信接口区域；所述箱体的后端面下部右侧设置有模拟量采集接口区域的接口端子、装置保护接地螺丝。

2.根据权利要求1所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，其特征在于：所述功能按键由故障复归按键、本地合分闸按键以及液晶显示屏操作按键组成。

3.根据权利要求1所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，其特征在于：所述开关量输出接口区域由开关合分闸控制出口及电池活化控制出口组成。

4.根据权利要求1所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，其特征在于：所述开关量输入接口区域为12路遥信接口。

5.根据权利要求1所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，其特征在于：所述通信接口区域由串口、以太网口、光纤接口组成。

6.根据权利要求1所述的一种带通信及光纤差动保护功能的智能分布式配电终端，其特征在于：所述模拟量采集接口区域由交流电压电流、直流量采集接口组成。

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