CN214380054U - 一种综合保护测控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种综合保护测控装置，包括电源开入插件、开出CPU插件、交流输入插件、扩展插件和面板，电源开入插件包括交流采样板；开出CPU插件包括CPU板；扩展插件包括BI/BO板、BO板、AI/AO板、IEC61850通信板和操作箱板，BI/BO板含16路开关量输入信号和7路开关量输出信号，BO板含16路开关量输出信号，AI/AO板含8路模拟量输入信号、4路模拟量输出信号和2路Pt100电阻测温信号，IEC61850通信板支持2路全双工光纤长距通信、2路100M以太网通信、2路USB串口和1路B码对时解码接口，本实用新型提供五种类型扩展板，可任意方式组合扩充，以满足不同用户对开入、开出、通信方式、手操箱的功能和模拟量输入输出的数量要求。

Description

一种综合保护测控装置

技术领域

本实用新型涉及店里综合继电保护装置，属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种综合保护测控装置。

背景技术

虽然目前市场已经有多种综合继电保护产品，但仍然有一些问题没有得到很好的解决，例如，可扩展性低，开入、开出和模拟量输入输出数量配置不够灵活；产品型号种类特别多，给产品的开发、生产及售后服务、运行管理带来很多的工作量，备品备件的数量及种类也比较多；功能单一，难以适应不同的工作环境并做出相应的调整；目前国产继保的电源寿命一般都很短，5～6年就要更换一次，产品的维护工作量较大；后插拔板件的继保目前仍然是主流方法，但不方便板件的拔出维修，不支持最新的电力行业通信规约IEC61850，不能兼容智能电网建设的并网要求。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种综合保护测控装置，主要解决背景技术中的问题。

本实用新型提出一种综合保护测控装置，包括电源开入插件、开出CPU插件、交流输入插件、扩展插件和面板，所述电源开入插件包括交流采样板，所述交流采用板用于将外部电压信号、外部电流信号转换为弱电信号；所述开出CPU插件包括CPU板，所述CPU板用于保护和测控软件、硬件的开出功能；所述扩展插件包括BI/BO板、BO 板、AI/AO板、IEC61850通信板和操作箱板，所述BI/BO板含16路开关量输入信号和7路开关量输出信号，所述BO板含16路开关量输出信号，所述AI/AO板含8路模拟量输入信号、4路模拟量输出信号和2路Pt100电阻测温信号，所述IEC61850通信板支持2路全双工光纤长距通信、2路100M以太网通信、2路USB串口和1路B码对时解码接口，所述操作箱板支持操作箱的分合闸、开关量、重合闸和遥合遥跳功能，且所述电源开入插件、所述开出CPU插件、所述交流输入插件和所述扩展插件依照从左到右的顺序设置。

进一步改进在于，所述面板上包括LED指示灯、显示器和键盘，所述显示器为液晶显示器，所述键盘包括13个按键，所述13个按键包括上、下、左、右、确定、取消、“+”号、“-”号、就地/远方、分闸、合闸、查询和复归。

进一步改进在于，所述CPU板由32位意法半导体以及开出继电器组成，所述CPU板上装载有继保软件模块。

进一步改进在于，所述交流采样板、所述CPU板、所述BI/BO板、所述BO板、所述AI/AO板、所述IEC61850通信板、所述操作箱板和所述面板之间均通过扁平电缆连接。

进一步改进在于，所述模拟量输入信号包括三相电压、三相保护电流、三相测量电流、同期电压和零序电流。

进一步改进在于，所述开关量输入信号包括16路开关量输入信号、12路开关量输入信号和4路通用异步通信的串行数据总线。

进一步改进在于，所述外部电压信号包括两相电压和同期电压；所述外部电流信号包括两相保护电流、两相测量电流和零序电流。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)提供五种类型扩展板，可任意方式组合扩充，以满足不同用户对开入、开出、通信方式、手操箱的功能和模拟量输入输出的数量要求；

(2)装置硬件可靠性高：机箱采用全封闭结构；CPU板采用先进的表面贴装技术；装置强弱电回路、开入开出回路布局合理；重要器件(电源模块、互感器、继电器、液晶、端子)均采用国内外知名企业的成熟产品，提高了装置的抗干扰能力和可靠性；

(3)采用定间隔采样、自适应相量，软件测频等技术，提高了装置的可靠性及适应性；

(4)采用国际电力通信约规IEC61850通信约规，兼容智能电网交互通信和状态监测；

(5)实时动态显示各保护元件的执行情况，保护动作过程完全透明，便于事故分析；

(6)通过可编程逻辑，可灵活实现用户的特殊功能需求：可编程设定面板LED，并支持自保持特性；12个定时器和16个比较器可通过编程实现特殊功能；最多64路强电开入可通过编程实现各种开关量控制、闭锁、跳闸等功能；

(7)动作报告、开入、开出名称可在线修改，以满足不同用户的使用习惯；

(8)动作报告信息遵循国家六统一格式要求，记录一次保护动作过程中的完整信息，包括各分报告的相对时间和内容、动作前后开关量状态信息、故障电量等内容。最大可记录63次动作过程，掉电保持；

(9)详细且大容量的事件报告记录，最大可记录127条操作事项(如装置上电、修改定值等)、255条SOE信息。SOE分辨率小于 1ms，所有记录掉电保持；

(10)大容量扰动数据记录，记录内容包含模拟量、开关量、定值信息、简报等，最大可循环存储40块扰动数据。每次扰动可记录故障前10周波、故障后90周波的采样数据，扰动数据可以标准 COMTRADE格式输出。各开入开出及各保护元件可灵活设置是否录波。扰动数据触发条件可编程设定，扰动数据可通过分析软件进行事故分析；

(11)对外接口有RS-232/485、RJ45、IEC61850，可直接同微机监控、维护工作站或保护通讯管理单元相连；

(12)人机接口符合人机工程设计要求，采用超大超精细液晶 (320*240)和GUI技术，全中文界面，操作简单，易学易用；

(13)具有完善、灵活的调试维护软件及故障分析软件，便于事故分析；

(14)装置硬件可靠性高：机箱采用全封闭结构；CPU板采用先进的表面贴装技术；装置强弱电回路、开入开出回路布局合理；重要器件(电源模块、互感器、继电器、液晶、端子)均采用国内外知名企业的成熟产品，提高了装置的抗干扰能力和可靠性；

(15)通过可编程及比较器，可自定义保护功能。

附图说明

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

图1为本实用新型一实施方式的整体逻辑框图；

图2为本实用新型一实施方式的保护中断结构图；

图3为本实用新型一实施方式的整体软件结构图；

图4为本实用新型一实施方式的面板结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

本实用新型的目的是：

(1)提供五种类型扩展板，可任意方式组合扩充，大大提高了装置的灵活性。

(2)采用可编程技术，通过保护元件的可编程及面板灯、开入、开出动作报告的可编辑，大大降低了保护装置的种类。

(3)采用标准工业标准化电源同时简化了装置的电源设计，大大提高了装置的可靠性。

(4)采用前插拔各板件，扁平电缆连接方式，方便了现场维护及装置各板件的可扩展性。

(5)采用IEC61850通信约规，并模块化了通信协议，大大提高了装置并入智能电网的接口拓展能力。

(6)采用了最新的电力算法，对故障计算和后期运维电力数据分析都有相应的计算，提高了此类设备的智能性。

采用最新的硬件技术，对采样数据的实时性和精度都提高到了行业前沿，更加利于开展基于精准数据的保护算法实现。

基于此，本实用新型采用全新的软件框架结构和面向对象的编程思想，吸收了嵌入式操作系统的任务调度的优点，在保护程序中合理调度安排普通任务和保护任务，实现对故障的快速响应。采用可编程技术实现了不同用户的特殊需求。参照图1到图4，一种综合保护测控装置，包括电源开入插件、开出CPU插件、交流输入插件、扩展插件和面板，所述电源开入插件包括交流采样板，所述交流采用板用于将外部电压信号、外部电流信号转换为弱电信号；所述开出CPU插件包括CPU板，所述CPU板用于保护和测控软件、硬件的开出功能；所述扩展插件包括BI/BO板、BO板、AI/AO板、IEC61850通信板和操作箱板，所述BI/BO板含16路开关量输入信号和7路开关量输出信号，所述BO板含16路开关量输出信号，所述AI/AO板含8路模拟量输入信号、4路模拟量输出信号和2路Pt100电阻测温信号，所述 IEC61850通信板支持2路全双工光纤长距通信、2路100M以太网通信、2路USB串口和1路B码对时解码接口，所述操作箱板支持操作箱的分合闸、开关量、重合闸和遥合遥跳功能，且所述电源开入插件、所述开出CPU插件、所述交流输入插件和所述扩展插件依照从左到右的顺序设置。

可以理解，在本实用新型实施例中，本实用新型的继电保护装置由硬件和软件构成，软件嵌入在硬件系统中。装置主要由电源开入插件、开出CPU插件、交流输入插件、扩展插件及面板构成。内部插件的具体排列顺序自左而右依次是电源开入插件、扩展板插件、61850 通信插件、开出CPU插件、交流输入插件，各插件按照导轨槽上的插入位置标识来确定固定位置。开出CPU插件是装置的核心板件，CPU 采用STM32F507芯片实现保护监控功能。各板件采用高可靠的扁平电缆连接。

参照图1，本装置的基本输入信号有模拟量信号和开关量信号两种。模拟量输入信号有：三相电压、三相保护电流、三相测量电流、同期电压、零序电流。基本开关量输人信号有16路、开出信号12路、4路UART。扩展的开入、开出、直流量采集和输出信号通过扩展板CAN总线方式实现。通信接口包括两路RS485、一路维护口、两路以太网口、一路B码对时。

参照图2，前面板设有一个薄膜键盘、一个液晶显示屏、一个维护口和13个信号指示灯，键盘主要由13个按键组成：上、下、左、右、确定、取消、“+”号、“-”号、就地/远方、分闸、合闸、查询、复归组成，显示内容丰富，操作方便。

参照图3，装置各板件采用前插拔扁平电缆连接方式，便于现场维护及更换板件。

参照图4，CPU采用意法半导体的STM32芯片，含16路开入， 7路开出。通过跳线帽设置地址，可自由组合扩充，提高了装置整体的灵活性。

CPU采用意法半导体的STM32芯片，含16路开出。通过跳线帽设置地址，可自由组合扩充，提高了装置整体的灵活性。

CPU采用意法半导体的STM32芯片，含8路0～20mA模拟量输入、4路0～20mA模拟量输出和2路Pt100电阻测温，12位分辨率。通过跳线帽设置地址，可自由组合扩充，提高了装置整体的灵活性。

CPU采用XLLINX的ARTIXtm-7等FPGA芯片，含4路全双工单模光纤、2路RJ45以太网口，2路USB串口，一路B码对时。通过子扩展板可以吧原本的2路光纤增加到4路，双光纤回环保证了通信系统的可靠性和有效性，使用的通信协议可以和智能电网相互通信，提高了装置的智能化程度。

采用互感器，继电器和编码电路设计，与芯片组合出了23个接口，包括了5个开出开入，合闸合位，手跳闸、压力跳闸闭锁等操作箱拓展功能接口。

本实用新型的扁平电缆用3M公司的1A050-6000EE、3448-1A050 型端子，满足各板件对连接的高可靠要求及易于扩充要求。

本实用新型的电源板采用工业标准电源,MEAN WELL公司的采用工业标准电源,MEAN WELL公司的RS-35-5，仅需一路5V输出。简化了继保装置对电源模块的要求，提高了装置整体的可靠性。 RS-35-5，仅需一路5V输出。简化了继保装置对电源模块的要求，提高了装置整体的可靠性。

CPU板由32位意法半导体STM32F407和开出继电器组成。实现整个装置的保护监控功能及对液晶和外围通信口的管理。

为了满足保护实时性，所有的强实时保护功能在保护中断中完成，而其他弱实时功能在以调度方式处理。保护中断以定时2ms触发。

作为本实用新型一优选实施方案，所述面板上包括LED指示灯、显示器和键盘，所述显示器为液晶显示器，所述键盘包括13个按键，所述13个按键包括上、下、左、右、确定、取消、“+”号、“-”号、就地/远方、分闸、合闸、查询和复归。

作为本实用新型一优选实施方案，所述CPU板由32位意法半导体以及开出继电器组成，所述CPU板上装载有继保软件模块。

可以理解，在本实用新型实施例中，综合测控继保软件模块由一个独立的定时中断或高优先级任务来调用，以此来保证继电保护动作的实时性和快速性。为了适应逻辑方程，继保软件模块分为四个阶段，首先进行保护电气量计算；然后进行保护元件判断，并设置相应的继电器字状态；然后调用逻辑方程执行模块，执行用户编写的逻辑方程；最后依据相应的继电器字状态触发出口、做报告、录波、遥测遥控、点LED等操作。

保护中断实际为一定时中断，时延设定为2ms，在保护中断中主要任务包括电气量计算、各保护元件的逻辑处理、逻辑方程解析、触发出口判断及录波。

电气量计算包括三相电流电压相量计算、序分量计算、频率计算等，为各保护元件提供基本数据；各保护元件主要包括电压无功综合控制、数字通信电流保护、过流、过流加速、反时限过流、过压、低压、反时限、过负荷、灵敏接地判断、电动机过热保护、断路器失灵、谐波闭锁、故障测距、高阻接地、同期、重合闸、低周等，各保护元件的输出为一逻辑值:"0"或"1"。逻辑方程解析主要是对各条逻辑方程进行布尔运算。根据逻辑方程的输出结果，来判断各保护出口是否动作或返回。

作为本实用新型一优选实施方案，所述交流采样板、所述CPU板、所述BI/BO板、所述BO板、所述AI/AO板、所述IEC61850通信板、所述操作箱板和所述面板之间均通过扁平电缆连接。

作为本实用新型一优选实施方案，所述模拟量输入信号包括三相电压、三相保护电流、三相测量电流、同期电压和零序电流。

作为本实用新型一优选实施方案，所述开关量输入信号包括16 路开关量输入信号、12路开关量输入信号和4路通用异步通信的串行数据总线。

作为本实用新型一优选实施方案，所述外部电压信号包括两相电压和同期电压；所述外部电流信号包括两相保护电流、两相测量电流和零序电流。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种综合保护测控装置，其特征在于，包括电源开入插件、开出CPU插件、交流输入插件、扩展插件和面板，所述电源开入插件包括交流采样板，所述交流采用板用于将外部电压信号、外部电流信号转换为弱电信号；所述开出CPU插件包括CPU板，所述CPU板用于保护和测控软件、硬件的开出功能；所述扩展插件包括BI/BO板、BO板、AI/AO板、IEC61850通信板和操作箱板，所述BI/BO板含16路开关量输入信号和7路开关量输出信号，所述BO板含16路开关量输出信号，所述AI/AO板含8路模拟量输入信号、4路模拟量输出信号和2路Pt100电阻测温信号，所述IEC61850通信板支持2路全双工光纤长距通信、2路100M以太网通信、2路USB串口和1路B码对时解码接口，所述操作箱板支持操作箱的分合闸、开关量、重合闸和遥合遥跳功能，且所述电源开入插件、所述开出CPU插件、所述交流输入插件和所述扩展插件依照从左到右的顺序设置，所述面板上包括LED指示灯、显示器和键盘，所述显示器为液晶显示器，所述键盘包括13个按键，所述13个按键包括上、下、左、右、确定、取消、“+”号、“-”号、就地/远方、分闸、合闸、查询和复归。

2.根据权利要求1所述的一种综合保护测控装置，其特征在于，所述CPU板由32位意法半导体以及开出继电器组成，所述CPU板上装载有继保软件模块。

3.根据权利要求1所述的一种综合保护测控装置，其特征在于，所述交流采样板、所述CPU板、所述BI/BO板、所述BO板、所述AI/AO板、所述IEC61850通信板、所述操作箱板和所述面板之间均通过扁平电缆连接。

4.根据权利要求1所述的一种综合保护测控装置，其特征在于，所述模拟量输入信号包括三相电压、三相保护电流、三相测量电流、同期电压和零序电流。

5.根据权利要求1所述的一种综合保护测控装置，其特征在于，所述开关量输入信号包括16路开关量输入信号、12路开关量输入信号和4路通用异步通信的串行数据总线。

6.根据权利要求1所述的一种综合保护测控装置，其特征在于，所述外部电压信号包括两相电压和同期电压；所述外部电流信号包括两相保护电流、两相测量电流和零序电流。

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