CN211859731U - 基于5g通信的无主式分布式母线保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于5G通信的无主式分布式母线保护装置，装置结构包括模拟量就地模块、开关量就地模块、逻辑计算模块、信号中转模块、信号输出模块和人机接口模块；其中，每个模块均包含一个5G通信单元。通过对不同模块的组合，可以实现基于5G通信的无主式分布式母线保护功能，且就地模块具有数字转化，结构紧凑，分散布置的特点能够与一次设备同体安装，可简化网络层次，进而节约变电站的接口转接设备、电缆、光缆投资成本。

Description

基于5G通信的无主式分布式母线保护装置

技术领域

本实用新型属于电力系统继电保护领域，涉及基于5G通信的无主式分布式母线保护装置。

背景技术

在智能变电站的全面建设过程中，为实现数字化，将原有的电缆连接形式转换为光纤连接形式，采用了合并单元和智能终端。合并单元光纤接口数量多且与多套保护装置连接，合并单元与保护装置之间连接的任意光纤故障将影响整套保护功能。此外，常规变电站采用大量电缆传输电压、电流等模拟量信号及设备状态、控制命令等开关量信号，电缆材质成本高，回路接线复杂，易松动、发热、开路、短路、接地，且无法自检，一旦发生故障可能导致保护误动、拒动，影响设备安全稳定运行。与此同时，各设备制造厂的设备制造工艺、元器件质量参差不齐；合并单元、智能终端及部分保护装置布置于户外智能控制柜内，高温、严寒气候下，柜内环境温度超过设备耐受范围，雨季易进水受潮，风沙地区易积灰，设备长期在恶劣环境下运行，运维检修不便。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于5G通信的无主式分布式母线保护装置，以解决现有技术中存在的检修不便的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种无主式分布式母线保护装置，包括模拟量就地模块、开关量就地模块和逻辑处理模块；所述模拟量就地模块、开关量就地模块均与逻辑处理模块通信连接。

进一步的，所述模拟量就地模块为电流模拟量就地模块和/或 电压模拟量就地模块；所述电流模拟量就地模块包括电流互感器、AD转换模块、5G通信单元和电源模块；所述电压模拟量就地模块包括电压互感器、AD转换模块、5G通信单元和电源模块；所述电压互感器或电流互感器、5G通信单元和电源模块均与AD转换模块连接；所述电流互感器和电压互感器用于接入一次母线。

进一步的，所述开关量就地模块包括开关量输出继电器、光电隔离输入、信号处理模块、5G通信单元和电源模块；所述开关量输出继电器、光电隔离输入、5G通信单元和电源模块均与信号处理模块连接；所述开关量输出继电器、光电隔离输入用于接入一次母线。

进一步的，所述逻辑处理模块包括MCU、5G通信单元和电源模块；所述5G通信单元和电源模块均与MCU连接。

进一步的，所述装置还包括室内部分模块和信号中转模块；

所述逻辑处理模块通过信号中转模块与室内部分模块通信连接；

所述室内部分模块包括人机交互模块和信号输出模块。

进一步的，所述人机交互模块包括5G通信单元、MCU和电源模块；所述5G通信单元和电源模块均与MCU连接 ；所述MCU上设置有RJ45接口、串口打印接口、RS485接口、光B码对时接口、电B码对时接口、显示屏转接口和USB接口。

进一步的，所述信号输出模块包括非保持信号继电器、保持信号继电器、信号处理模块、5G通信单元和电源模块组成；所述非保持信号继电器、保持信号继电器、5G通信单元和电源模块均与信号处理模块连接。

进一步的，所述信号中转模块包括低功率小站接入模块。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是

本实用新型通过设置模拟量就地模块，模拟量就地模块具有数字转化，结构紧凑，分散布置的特点，能够与一次设备同体安装，可简化网络层次，进而节约智能变电站的接口转接设备、电缆、光缆投资成本，增强变电站运维效率，提高变电站供电可靠性。

附图说明

图1为基于5G通信的无主式分布式母线保护安装布置图；

图2为电流模拟量就地模块结构图；

图3为电压模拟量就地模块结构图

图4为开关量就地模块结构图；

图5为信号输出模块结构图；

图6为人机交互模块结构图；

图7为开关量就地模块和操作回路的连接示意图。

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。

5G通信技术作为新型的通信技术，用户峰值速率可达到数十Gbps、端到端时延达到ms级、连接数密度可达到100万/km2，因此其高可靠低时延通信的特性足以成为未来智能变电站的主流通信方式。

如图1所示，本装置主要分为室内部分模块、室外部分模块和信号中转模块。其中，室内部分模块包括人机交互模块和信号输出模块；室外部分模块包括模拟量就地模块、开关量就地模块和逻辑处理模块，且所有室外部分模块与一次设备同体安装。模拟量就地模块、开关量就地模块均与逻辑处理模块通信连接。逻辑处理模块通过信号中转模块与室内部分模块通信连接。

如图2、图3所示，模拟量就地模块包括电流模拟量就地模块和电压模拟量就地模块；电流模拟量就地模块由3个电流互感器，1个AD转换模块，1个5G通信单元，1个电源模块组成；电压模拟量就地模块由3个电压互感器，1个AD转换模块，1个5G通信单元，1个电源模块组成。电压互感器和电流互感器、5G通信单元和电源模块均与AD转换模块连接，电流互感器、电压互感器用于接入一次母线，采集一次母线的电流电压信息，AD转换模块用于将采集的电流电压信息转换为数字信号，并通过5G通信单元输出，电源模块用于给AD转换模块和5G通信单元供电。

如图4、图7所示，开关量就地模块由2组开关量输出继电器，6组光电隔离输入，1个信号处理模块，1个5G通信单元，1个电源模块组成。开关量输出继电器、光电隔离输入、5G通信单元和电源模块均与信号处理模块连接，开关量输出继电器、光电隔离输入用于接入一次母线，开关量输出继电器连接于断路器的操作回路的跳闸输入，用于发送跳闸命令，光电隔离输入连接于操作回路的辅助触点，采集断路器开关位置和隔离刀闸位置。信号处理模块用于接收并处理开入量和控制开出量，并通过5G通信单元与逻辑处理模块交互开关量信息。

逻辑处理模块由1个MCU，1个5G通信单元，1个电源模块组成。5G通信单元和电源模块均与MCU连接，逻辑处理模块的5G通信单元用于接受由开关量就地模块和模拟量就地模块输出的信息，并通过MCU处理传输给信号中转模块，由信号中转模块传输至人机交互模块和信号输出模块，同时逻辑处理模块的5G通信单元也用于接受由信号中转模块转发的人机交互模块和信号输出模块传输的信息，并传输至模拟量就地模块，开关量就地模块，用于对模拟量就地模块，开关量就地模块进行控制。

如图5所示，信号输出模块由20组非保持信号继电器，10组保持信号继电器，1个信号处理模块，1个5G通信单元，1个电源模块组成。非保持信号继电器、保持信号继电器、5G通信单元和电源模块均与信号处理模块连接，非保持信号继电器用于输出告警类信号，包括装置运行异常、PT断线、CT断线、支路刀闸位置异常、互联运行等，当上述信号触发时，相应的非保持信号继电器闭合；保持信号继电器用于输出动作类信号，包括差动保护动作、失灵保护动作、母联保护动作等，当上述信号触发时，相应的保持信号继电器闭合。5G通信单元用于接收人机交互模块发送的信息，或输出信息至逻辑处理模块。

如图6所示，人机交互模块由1个5G通信单元，1个MCU，1个电源模块，3个RJ45接口，1个串口打印接口，2组RS485接口，1组光B码对时接口，1组电B码对时接口，1个显示屏转接口，2个USB接口组成。5G通信单元和电源模块均与MCU连接。MCU用于处理人机交互模块收到的信息，控制及处理上述接口的报文传输及编解码。

信号中转模块由使用MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术的低功率小站接入模块（small cell）组成。

母线上接入的每个间隔配置1个电流模拟量就地模块和/或电压模拟量就地模块、1个开关量就地模块和1个逻辑处理模块；这些模块使用D2D(Device-to-Device)技术进行通信，同时配备限制发现和公开发现的权限设置功能。各间隔的逻辑处理模块通过使用D2D技术接收其他间隔的模拟量和开关量信息，同时接收本间隔模拟量就地模块及开关量模块采集的信息，进行逻辑计算，并通过开关量就地模块进行跳闸；此外，逻辑处理模块可依据接收到的模拟量信息和开关量信息自动进行主接线的扩充和逻辑的更改，在变电站不停电的情况下完成变电站的扩建和技术改造。

开关量就地模块用于接收变电站中的母线保护所需的开入量和输出开出量，包括但不限于：断路器位置信号、隔离刀闸信号、跳闸信号等。

人机交互模块可通过信号中转模块，接收室外部分模块的模拟量信息、开关量信息、逻辑处理结果等，显示屏转接口和USB接口实现对装置各个模块的操作、装置运行状态的展示功能。人机交互模块与信号输出模块之间使用D2D技术进行通信，通过信号输出模块输出信号接点，供测控使用。

室外模块通过信号中转模块与室内模块完成信息的传递。

与一次设备同体安装的各间隔的逻辑处理模块，保护功能完全对等，不分主次，即本实用新型所叙述的无主式，各逻辑处理模块均可依靠采集的信息独立完成完整的保护逻辑运算。

本实用新型简化了网络层次，进而节约智能变电站的接口转接设备、电缆、光缆投资成本，增强变电站运维效率，提高变电站供电可靠性。

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 (8)

1.一种无主式分布式母线保护装置，其特征在于，包括模拟量就地模块、开关量就地模块和逻辑处理模块；所述模拟量就地模块、开关量就地模块均与逻辑处理模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种无主式分布式母线保护装置，其特征在于，所述模拟量就地模块为电流模拟量就地模块和/或电压模拟量就地模块；所述电流模拟量就地模块包括电流互感器、AD转换模块、5G通信单元和电源模块；所述电压模拟量就地模块包括电压互感器、AD转换模块、5G通信单元和电源模块；所述电压互感器或电流互感器、5G通信单元和电源模块均与AD转换模块连接；所述电流互感器和电压互感器用于接入一次母线。

3.根据权利要求1所述的一种无主式分布式母线保护装置，其特征在于，所述开关量就地模块包括开关量输出继电器、光电隔离输入、信号处理模块、5G通信单元和电源模块；所述开关量输出继电器、光电隔离输入、5G通信单元和电源模块均与信号处理模块连接；所述开关量输出继电器、光电隔离输入用于接入一次母线。

4.根据权利要求1所述的一种无主式分布式母线保护装置，其特征在于，所述逻辑处理模块包括MCU、5G通信单元和电源模块；所述5G通信单元和电源模块均与MCU连接。

5.根据权利要求1所述的一种无主式分布式母线保护装置，其特征在于，所述装置还包括室内部分模块和信号中转模块；

所述逻辑处理模块通过信号中转模块与室内部分模块通信连接；

所述室内部分模块包括人机交互模块和信号输出模块。

6.根据权利要求5所述的一种无主式分布式母线保护装置，其特征在于，所述人机交互模块包括5G通信单元、MCU和电源模块；所述5G通信单元和电源模块均与MCU连接 ；所述MCU上设置有RJ45接口、串口打印接口、RS485接口、光B码对时接口、电B码对时接口、显示屏转接口和USB接口。

7.根据权利要求5所述的一种无主式分布式母线保护装置，其特征在于，所述信号输出模块包括非保持信号继电器、保持信号继电器、信号处理模块、5G通信单元和电源模块组成；所述非保持信号继电器、保持信号继电器、5G通信单元和电源模块均与信号处理模块连接。

8.根据权利要求5所述的一种无主式分布式母线保护装置，其特征在于，所述信号中转模块包括低功率小站接入模块。

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