CN211859591U - 一种基于无线通信的站域保护装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于无线通信的站域保护装置，由封闭式金属机箱及高度集成的主控模件、开入开出模件、无线通信模件、电源模件组成，所有模件紧密排布在金属机箱内。装置轻便小巧，防护等级高达IP67，电气性能及机械性能远远高于屏内安装模式的保护装置。装置采用标准化通用航插接口，支持更换式检修。站域保护装置内置无线通信模件，可接入5G专用无线网络，获取变电站内其他就地化保护装置发送的数据，完成保护功能及安全稳定控制策略，并通过无线网络实施跳合闸命令的下发。

Description

一种基于无线通信的站域保护装置
技术领域
本实用新型公开了一种基于无线通信的站域保护装置，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
在新一代智能变电站架构中，保护装置按照其保护区域分为就地级保护、站域级保护和广域级保护。其中，就地级保护是指针对元件或间隔就地布置的保护装置，而站域级保护是指针对全站甚至跨站范围设置的保护装置，其涵盖范围更加宽广。
目前国内仅有少数几家厂商针对站域级保护这一概念进行研究并研发了站域保护装置，装置硬件形式沿用成熟的屏柜内安装模式，采用组网方式进行网络采样网络跳闸。工程应用阶段主要与110kV及以下电压等级保护设备预制舱配合使用，由于预制舱及站域保护装置的应用场景较少，站域保护的发展一直呈现平缓趋势。
2017年以来，就地无防护安装的保护装置兴起并快速发展，实现了真正的保护就地化，保护装置在变电站架构内的层次划分更加清晰，这为站域保护的发展提供了新的契机，但是，目前的站域保护装置应用场景仍然有限且不便于推广。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于无线通信的站域保护装置，以解决现有站域保护装置应用场景受限、不便于推广的缺点。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于无线通信的站域保护装置，包括主控模件、开入开出模件和无线通信模件；所述开入开出模件与主控模件通过SPI总线连接；所述主控模件与无线通信模件通过数据总线连接。
进一步的，所述装置还包括电源模件；所述电源模件用于给主控模件、开入开出模件和无线通信模件供电。
进一步的，所述主控模件、开入开出模件、无线通信模件和电源模件布置在封闭式金属机箱内。
进一步的，所述无线通信模件连接有天线。
进一步的，所述封闭式金属机箱的上设置有开孔；所述开孔和天线对应设置；所述封闭式金属机箱的下方设置有航空插座。
进一步的，所述主控模件连接有光纤通信接口和光纤调试口。
进一步的，所述开入开出模件设有电缆开入接点和电缆出口接点。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：
本实用新型通过无线通信模件的设置，能够与就地级保护密切配合，达到集中控制、策略优化、冗余后备及智能跳闸的目的；与原有屏内安装式站域保护相比，防护等级提高，尺寸减小，支持就地安装及无线通信，安装及维护更加灵活方便，由于本实用新型采用了高防护等级的金属外壳，机械强度高，并且不依赖于光纤通信，避免了光纤损坏带来的数据传输中断的风险，因此可靠性明显提高。
附图说明
图1为装置结构及尺寸示意图；
图2为各模件在机箱内的排布示意图；
图3为各模件之间的信息交互示意图。
附图标记：1-开孔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图3所示，一种基于无线通信的站域保护装置，包括电源模件、无线通信模件、主控模件和开入开出模件。开入开出模件与主控模件通过SPI总线连接，开入开出模件将采集到的开关量信息通过SPI总线传输到主控模件，主控模件将跳合闸命令通过SPI总线传输到开入开出模件；主控模件与无线通信模件通过数据总线连接，无线通信模件将无线网络采集到的信息通过数据总线传输到主控模件，主控模件将跳合闸命令通过数据总线传输到无线通信模件。
装置外壳为封闭式金属机箱，机箱内布置主控模件、开入开出模件、电源模件及无线通信模件。装置接入变电站5G专用无线网络，通过无线通信模件获取其他就地化保护装置(例如就地化线路保护装置)发送的SV采样数据及GOOSE开关量数据，并通过数据总线将获取到的数据传输到主控模件，用于保护逻辑运算及安全稳定控制策略。保护逻辑运算结果可通过SPI总线传输到开入开出模件，由开入开出模件对外输出出口接点，用于跳合闸命令的实施；保护逻辑运算结果也可通过数据总线传输到无线通信模件，由无线通信模件向其他就地化保护装置发送跳合闸命令。无线通信模件同时可通过无线网络与监控后台进行61850通信。为方便扩展高级应用及智能跳闸，装置设置多路电缆开入及出口接点，其内部与开入开出模件连接，支持电缆开入或GOOSE开入转GOOSE直跳或电缆直跳，可根据需要进行组合驱动。装置设有光纤调试口，其内部连接于主控模件，用于程序及配置文件的下载；设有光纤对时接口，其内部连接于主控模件，支持B码对时；预留光纤通信口，其内部连接于主控模件，支持61850通信及GOOSE/SV报文传输。
其中，电源模件负责为所有模件进行供电，保证各模件稳定工作。电源模件设有三个指示灯，分别是运行、异常、动作。其中，运行指示灯在装置正常运行时点亮，装置断电或故障时熄灭，运行指示灯熄灭表示装置失去所有保护功能；异常指示灯在装置出现异常状态时点亮，异常状态包括CT断线、PT断线、通信中断等；动作指示灯在保护动作跳闸时点亮并自保持，直到人工复归之后熄灭。
其中，无线通信模件负责装置对外的信息交互，其接入5G专用无线网络，与变电站内所有就地化保护装置建立连接，订阅SV采样数据报文及GOOSE开关量数据报文，转发给主控模件的FPGA模块；接收主控模件通过FPGA模块发送过来的保护跳合闸、联闭锁信号数据，转发到无线网络中；与监控后台进行61850通信，上送遥信、遥测、事件、状态变位信息、状态监测信息及告警信息等信息；接受监控后台的压板遥控、定值修改、录波上召等命令。
其中，主控模件负责数据处理、保护逻辑运算以及人机交互功能。其中，数据处理在FPGA模块中完成，保护逻辑运算在CPU模块中完成，人机交互功能在人机交互模块中完成。需要说明的是，主控模件设有光纤通信接口，能够通过通信1口及通信2口与外部进行61850通信及SV/GOOSE报文收发，同时支持通过“FPGA模块-无线通信模件”这一数据通道与外部进行61850通信及SV/GOOSE报文收发，两种通信模式并存，互为备用。主控模件设有光纤调试口，用于程序及配置文件的下载。
其中，开入开出模件设有13路电缆开入和10组出口接点，可用于直跳功能；设有一组运行异常接点，当装置出现异常状态时闭合，此接点可接入测控装置，用于监视站域保护装置的异常状态；设有一组装置故障接点，当装置出现故障时闭合，此节点可接入测控装置，用于监视站域保护装置的故障状态。一、保护功能配置
站域保护装置适用于220kV及以下电压等级各种主接线形式的就地化智能变电站，装置配置断路器失灵保护功能、母联分段失灵保护功能、备自投功能、主变后备加速功能、简易母线保护功能、线路距离保护及过流保护功能，以及低频减载、低压减载、主变过负荷联切等安全稳定控制功能。
二、装置结构设计
装置采用封闭式金属机箱，机型尺寸为240mm×180mm×90mm。机箱正面左侧偏上位置布置三个指示灯，分别为运行(绿色)、异常(红色)、动作(红色)，用于装置运行状态、异常状态、保护动作状态的指示；机箱正面右上方位置有一开孔1，镶嵌非金属材料，此位置内部对应无线通信模件的天线，此设计为避免全封闭金属机箱的屏蔽作用导致无线通信功能失效；机箱下方布置三个航空插座，分别对应电源+开入、开出、光纤。机箱整体结构及尺寸示意图如图1所示。
装置内部设置电源模件、主控模件、开入开出模件、无线通信模件。其中，电源模件负责为所有模件供电，主控模件负责数据处理及转发、保护逻辑运算，同时集成人机交互功能，开入开出模件负责开入采集及接点出口，无线通信模件负责数据的收发。各模件在机箱内的排布如图2所示。各模件紧密排布，共同完成保护功能。
三、无线通信技术
站域保护装置设置无线通信模件，该模件设有天线，用以增强无线通信的信号强度和稳定性。无线通信模块接入5G专用网络，从网络中接收数据，数据内容包含各就地化保护装置发送的SV采样数据、GOOSE开关量数据，无线通信模块将接收到的数据转发给主控模件上的FPGA模块；同时，无线通信模块从主控模件的FPGA模块接收数据，数据内容包括跳闸信号、动作信号、联闭锁信号，转发到5G无线网络中。无线通信模块还可以与监控后台进行61850通信，实现站域保护装置的信息上送，接受监控后台的压板遥控、定值修改、录波上召等命令。
四、直跳功能
站域保护装置设有13路电缆开入、10组出口接点，同时设有多路GOOSE开入及GOOSE开出，可以根据现场需求完成相应的直跳功能。支持电缆开入直跳出口接点、电缆开入直跳GOOSE出口、GOOSE开入直跳电缆出口、GOOSE开入直跳GOOSE出口。
五、主要性能指标
5.1额定电气参数
Figure BDA0002454904770000061
5.2通信接口参数
Figure BDA0002454904770000071
5.3绝缘和耐湿热性能
Figure BDA0002454904770000072
Figure BDA0002454904770000081
5.4电磁兼容性能
Figure BDA0002454904770000082
Figure BDA0002454904770000091
5.5机械性能
Figure BDA0002454904770000092
Figure BDA0002454904770000101
5.6环境大气条件
Figure BDA0002454904770000102
以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于无线通信的站域保护装置，其特征在于，包括主控模件、开入开出模件和无线通信模件；所述开入开出模件与主控模件通过SPI总线连接；所述主控模件与无线通信模件通过数据总线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的站域保护装置，其特征在于，所述装置还包括电源模件；所述电源模件用于给主控模件、开入开出模件和无线通信模件供电。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的站域保护装置，其特征在于，所述主控模件、开入开出模件、无线通信模件和电源模件布置在封闭式金属机箱内。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线通信的站域保护装置，其特征在于，所述无线通信模件连接有天线。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线通信的站域保护装置，其特征在于，所述封闭式金属机箱的上设置有开孔；所述开孔和天线对应设置；所述封闭式金属机箱的下方设置有航空插座。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的站域保护装置，其特征在于，所述主控模件连接有光纤通信接口和光纤调试口。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的站域保护装置，其特征在于，所述开入开出模件设有电缆开入接点和电缆出口接点。
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