CN211655723U

CN211655723U - 一种继电保护装置电路

Info

Publication number: CN211655723U
Application number: CN202020483489.3U
Authority: CN
Inventors: 郑郁
Original assignee: Nanjing Guodian Nanzi Weimeide Automation Co ltd
Current assignee: Nanjing Guodian Nanzi Weimeide Automation Co ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2030-04-03

Abstract

本实用新型公开一种继电保护装置电路，包括CPU模块、电源模块、开入模块、开出模块、交流模块，还包括DCS接口模块、ECMS接口模块和保信系统接口模块；CPU模块包括处理器，DCS接口模块包括总线控制器和至少一个Profibus通讯单元，处理器的DCS交互端口通过总线控制器连接所述Profibus通讯单元，以能够接入DCS系统；ECMS接口模块和保信系统接口模块包括支持MMS协议以及GOOSE协议的以太网通讯单元，处理器通过相应以太网通讯单元接入ECMS系统和保信系统。利用本实用新型电路的继电保护装置能够轻松接入ECMS系统和DCS系统，并支持实现简易母差保护功能。

Description

一种继电保护装置电路

技术领域

本实用新型涉及继电保护装置技术领域，特别是一种基于三路GOOSE和MMS共网以太网接口和双路Profibus-DP总线接口的继电保护装置电路。

背景技术

随着发电厂自动化技术的发展，DCS有直接监控10KV/6KV一次设备的需求，继电保护装置需要提供强大的总线通讯接口。目前的继电保护装置总线通讯接口一般只支持Modbus或IEC103通讯协议的RS485接口，此类通讯接口的协议定义不严格，总线通讯速度慢，通讯质量差，可靠性差。

同时，随着数字化电厂技术的发展，继电保护装置需要快速将信息接入ECMS系列里，以太网通讯接口需要支持MMS报文且支持更高速率，目前的速率一般为10Mbps。另外为了实现简易母差保护功能，需要以太网支持GOOSE功能。

发明内容

本实用新型的目的是，提供一种继电保护装置电路，使得利用该电路的继电保护装置能够轻松接入ECMS系统和DCS系统，并能够支持简易母差保护功能的实现。

本实用新型采用的技术方案如下：一种继电保护装置电路，包括CPU模块、电源模块、开入模块、开出模块、交流模块，还包括DCS接口模块、ECMS接口模块和保信系统接口模块；

CPU模块包括处理器，处理器包括DCS交互端口、ECMS交互端口和保信系统交互端口；

DCS接口模块包括总线控制器和至少一个Profibus通讯单元，Profibus通讯单元设有连接DCS系统的通讯端口，处理器的DCS交互端口通过总线控制器连接所述Profibus通讯单元，以能够接入DCS系统；

ECMS接口模块包括至少一个支持MMS协议以及GOOSE协议的以太网通讯单元，处理器通过ECMS交互端口连接相应的以太网通讯单元，以能够接入ECMS系统；

保信系统接口模块包括至少一个支持MMS协议以及GOOSE协议的以太网通讯单元，处理器通过保信系统交互端口连接保信系统接口模块的以太网通讯单元，以能够接入保信系统。

本实用新型通过支持国际化标准通讯协议Profibus-DP的Profibus通讯单元实现DCS接口模块，通过支持MMS协议以及GOOSE协议的以太网通讯单元实现ECMS接口模块以及保信系统接口模块，并能够支持简易母差保护功能的实现，使得利用本实用新型电路的继电保护装置能够轻松接入DCS系统、ECMS系统和保信系统。

本实用新型中，电源模块、开入模块、开出模块、交流模块分别可采用现有相关电路。Profibus通讯单元、支持MMS协议以及GOOSE协议的以太网通讯单元，可寻求现有相关芯片实现相应功能模块电路，以下仅介绍本实用新型优选的实现方式。

可选的，本实用新型继电保护装置电路还包括与处理器连接通信的人机接口模块。可以用于查看装置的计算值，整定装置的各项参数等。

可选的，CPU模块还包括分别电连接处理器的内存芯片、闪存芯片、ADC芯片和看门狗芯片。闪存芯片用于在掉电时存储装置的程序，内存芯片用于在上电时存储并执行程序，在上电时处理器将程序从闪存芯片内拷贝至内存内并执行；看门狗芯片用于监视程序的运行，在清狗计数溢出时拉低复位口线的电平将处理器复位；ADC芯片用于将交流模件输入的各个交流模拟量转换成数字量，给处理器读取。

可选的，CPU模块中，处理器采用型号为ZYNQ7010的处理器。ZYNQ7010是由双Cortex-A9核加FPGA部分组成的现有处理器，其一个A9核实现保护功能，即进行傅氏计算、逻辑判断，另一个A9核实现管理功能，即人机接口、UART通信、以太网通讯管理，FPGA部分实现以太网通讯功能、ADC采样控制等。

可选的，处理器包括开入端口，开入模块的输出端经光电耦合器后连接处理器开入端口。开入模块的输入端用于接收各种硬压板、把手、非电量保护的输入，开入量的电压等级为DC220V或DC110V，外部开入经过光电耦合器转换为3.3V的电平接入至处理器。

可选的，处理器包括开出端口，开出模块连接处理器的开出端口。开出模块可采用负载驱动管NUD3160。

可选的，DCS接口模块中，总线控制器采用型号为STM32F103ZE的总线控制器芯片，Profibus 通讯单元包括型号为 VPC3+C的协议控制芯片； STM32F103ZE芯片一体化设置于CPU模块中，并与处理器之间通过UART端口连接通信；STM32F103ZE芯片通过FSMC总线与VPC3+C芯片连接通信，VPC3+C芯片通过数字隔离器与DCS系统连接通信。

可选的，所述数字隔离器采用ISO3082芯片，为方便接入DCS系统，数字隔离器的信号收发端口通过接口插座引出，可采用标准的DB9母座。

可选的，DCS接口模块中，Profibus 通讯单元的数量为2个，总线控制器分别通过2个Profibus 通讯单元与DCS系统连接通信。可以实现同时对两路Profibus协议的实时处理功能。

可选的，ECMS接口模块包括2个以太网通讯单元；ECMS接口模块及保信系统接口模块的以太网通讯单元均采用型号为DP83848IW的以太网收发芯片，DP83848IW芯片与处理器之间通过RMII接口连接，DP83848IW芯片通过隔离器H1102与ECMS系统或保信系统连接通信。芯片DP83848IW能够实现以太网物理层收发功能，该芯片支持GOOSE及MMS协议，并支持100Mbps速度，能够实现继电保护装置接入ECMS系统以及保信系统，并具有较高的通信速率。

有益效果

本实用新型通过支持国际化标准通讯协议Profibus-DP的Profibus通讯单元实现DCS系统的接入，通过支持MMS协议以及GOOSE协议的以太网通讯单元实现ECMS系统和保信系统的接入，并能够为简易母差保护功能的实现提供支持，使得DCS能轻松操作一次设备，ECMS系统能轻松监测一次设备，保障母线遇到故障时能快速切除故障，完善了继电保护装置的接口设置，提高了各接口的通信速率。

附图说明

图1所示为本实用新型电路模块组成原理示意图；

图2所示为本实用新型CPU模块组成原理示意图；

图3所示为一种实施例的总线控制器STM32F103ZE接口示意图；

图4所示为一种实施例的Profibus通讯单元电路原理图；

图5所示为一种实施例的以太网通讯单元电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

本实用新型的技术构思为：Profibus-DP是国际化标准通讯协议，且总线信号质量好，利用其可以将继电保护装置轻松接入DCS系统，实现DCS对一次设备的直接操控。MMS协议是统一的IEC标准，符合该协议的装置可以轻松接入ECMS系统，每路以太网均可以实现真正的100Mbps的速度，使得ECMS系统通信速率高。对简易母差保护的需求，以太网口只要支持GOOSE协议功能，就可以实现该功能。对于保信系统，通过增加一路以太网通信接口即可实现。

实施例1

参考图1所示，本实用新型的继电保护装置电路，包括CPU模块、电源模块、开入模块、开出模块、交流模块、DCS接口模块、ECMS接口模块和保信系统接口模块；

结合图1和图2，CPU模块包括处理器，处理器包括DCS交互端口、ECMS交互端口和保信系统交互端口；

电源模块、开入模块、开出模块、交流模块分别可采用现有相关电路。Profibus通讯单元、支持MMS协议以及GOOSE协议的以太网通讯单元，可寻求现有相关芯片实现相应功能模块电路。

通过支持国际化标准通讯协议Profibus-DP的Profibus通讯单元实现DCS接口模块，通过支持MMS协议以及GOOSE协议的以太网通讯单元实现ECMS接口模块、保信系统接口模块，并能够支持建议母差保护功能的实现，使得利用本实用新型电路的继电保护装置能够轻松接入DCS系统、ECMS系统和保信系统。

实施例2

基于实施例1，本实施例中：

如图1，继电保护装置电路还包括与处理器连接通信的人机接口模块，可以用于查看装置的计算值，整定装置的各项参数等，具体实现参照现有技术。电源模块，将DC220V或DC110V转换成5V或24V给装置的其他各个模块供电。开入模块用于接收各种硬压板、把手、非电量保护的输入，开入量的电压等级为DC220V或DC110V，外部开入经过光电耦合器转换为3.3V的电平接到CPU模块中处理器的开入端口。开出模块负责继电器接点输出，用于跳闸、分闸断路器，或发信号给监控装置或监控系统，信号的开出由处理器的口线驱动负载驱动管NUD3160后驱动继电器的线圈实现。交流模块用于接收一次设备经过互感器转换的电压电流信号，将交流150V或100A的强电信号转换为3.5V的交流小信号。

如图2，CPU模块包括处理器芯片以及分别电连接处理器的内存DDR3芯片、闪存FLASH芯片、ADC芯片和看门狗WATCHDOG芯片。FLASH芯片用于在掉电时存储装置的程序，DDR3芯片用于在上电时存储并执行程序，在上电时处理器将程序从FLASH芯片内拷贝至DDR3内并执行；WATCHDOG芯片用于监视程序的运行，在清狗计数溢出时拉低复位口线的电平将处理器复位；ADC芯片用于将交流模件输入的各个交流模拟量转换成数字量，给处理器读取。

如图2，处理器采用型号为ZYNQ7010的处理器芯片。ZYNQ7010是由双Cortex-A9核加FPGA部分组成的现有处理器，其一个A9核实现保护功能，即进行傅氏计算、逻辑判断，另一个A9核实现管理功能，即人机接口、UART通信、以太网通讯管理，FPGA部分实现以太网通讯功能、ADC采样控制，包括10路总线缓冲器74HC254、3路以太网的物理层收发和GOOSE及MMS协议的底层收发处理、12路UART口的物理层收发、4路ADC的采样与转换控制等。

结合图1、图3和图4，DCS接口模块中，Profibus 通讯单元的数量为2个，总线控制器采用型号为STM32F103ZE的总线控制器芯片实现Profibus-DP通讯功能。Profibus 通讯单元采用型号为 VPC3+C的协议控制芯片分别实现Profibus A网和Profibus B网的Profibus DP协议功能，总线控制器分别通过2个Profibus 通讯单元与DCS系统连接通信，使DCS可以读写继电保护装置的实时信息。

结合图1、图3和图4，STM32F103ZE芯片一体化设置于CPU模块中，并与处理器之间通过UART端口连接通信；STM32F103ZE芯片通过FSMC总线与 VPC3+C芯片连接通信，VPC3+C芯片通过数字隔离器与DCS系统连接通信。数字隔离器采用ISO3082芯片，为方便接入DCS系统，数字隔离器的信号收发端口通过接口插座引出，采用标准的DB9母座。

如图1，ECMS接口模块包括2个以太网通讯单元实现以太网A网和以太网B网，并分别与ECMS系统通信。ECMS接口模块及保信系统接口模块的以太网通讯单元均采用型号为DP83848IW的以太网收发芯片，参考图5，DP83848IW芯片与处理器之间通过RMII接口连接，DP83848IW芯片通过隔离器H1102与ECMS系统或保信系统连接通信。芯片DP83848IW能够实现以太网物理层收发功能，该芯片支持GOOSE及MMS协议，并支持100Mbps速度，能够实现继电保护装置接入ECMS系统以及保信系统，并具有较高的通信速率。

利用本实施例电路的继电保护装置在工作时，ZYNQ7010处理器处理开入模块传来的开入量、交流模块传来的交流模拟量，经过矢量计算，实时计算出各个开入量的开闭状态，各个模拟量的幅值和角度，再进行逻辑判断，根据结果驱动开出模块上的继电器是否动作出口及信号输出，通过Profibus A网和Profibus B网实时与DCS系统交互信息，通过以太网A网、以太网B网与ECMS系统交互信息并实现简易母差保护功能，通过以太网C网与保信系统交互信息。

在实现简易母差保护功能方面，被实用新型仅通过硬件设置使得继电保护装置电路能够支持简易母差保护所需的信号交互，具体功能原理及其实现参考现有技术。

综上，通过利用本实用新型可解决以下问题：

1、继电保护装置能轻松接入DCS系统，使DCS能轻松操作一次设备；

2、继电保护装置能轻松接入ECMS系统，使ECMS系统能轻松监测一次设备；

3、能够实现继电保护装置的简易母差保护功能，使母线遇到故障时能快速切除故障；

4、继电保护装置能接入保信系统。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种继电保护装置电路，包括CPU模块、电源模块、开入模块、开出模块、交流模块，其特征是，还包括DCS接口模块、ECMS接口模块和保信系统接口模块；

2.根据权利要求1所述的继电保护装置电路，其特征是，还包括与处理器连接通信的人机接口模块。

3.根据权利要求1所述的继电保护装置电路，其特征是，CPU模块还包括分别电连接处理器的内存芯片、闪存芯片、ADC芯片和看门狗芯片。

4.根据权利要求1所述的继电保护装置电路，其特征是，CPU模块中，处理器采用型号为ZYNQ7010的处理器。

5.根据权利要求1所述的继电保护装置电路，其特征是，处理器包括开入端口，开入模块的输出端经光电耦合器后连接处理器开入端口。

6.根据权利要求1所述的继电保护装置电路，其特征是，处理器包括开出端口，开出模块连接处理器的开出端口；开出模块采用负载驱动管NUD3160芯片。

7. 根据权利要求1所述的继电保护装置电路，其特征是，DCS接口模块中，总线控制器采用型号为STM32F103ZE的总线控制器芯片，Profibus 通讯单元包括型号为 VPC3+C的协议控制芯片；STM32F103ZE芯片一体化设置于CPU模块中，并与处理器之间通过UART端口连接通信；STM32F103ZE芯片通过FSMC总线与 VPC3+C芯片连接通信，VPC3+C芯片通过数字隔离器与DCS系统连接通信。

8.根据权利要求7所述的继电保护装置电路，其特征是，所述数字隔离器采用ISO3082芯片；数字隔离器的信号收发端口通过接口插座引出，接口插座采用标准DB9母座。

9. 根据权利要求1或7所述的继电保护装置电路，其特征是，DCS接口模块中，Profibus通讯单元的数量为2个，总线控制器分别通过2个Profibus 通讯单元与DCS系统连接通信。

10.根据权利要求1所述的继电保护装置电路，其特征是，ECMS接口模块包括2个以太网通讯单元；ECMS接口模块及保信系统接口模块的以太网通讯单元均采用型号为DP83848IW的以太网收发芯片，DP83848IW芯片与处理器之间通过RMII接口连接，DP83848IW芯片通过隔离器H1102与ECMS系统或保信系统连接通信。