一種應用於數位化變電站的開關智能接口單元的製作方法

2023-09-27 05:46:20 2

專利名稱：一種應用於數位化變電站的開關智能接口單元的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力系統控制領域，具體涉及一種可用於解決數位化電站過程層開關
狀態量採集及控制過程的數位化接口單元。
背景技術：
數位化變電站的主要特徵是"一次設備智能化，二次設備網絡化"。考慮到目前斷路器技術水平以及舊站改造等問題，目前一般採用給傳統開關外掛智能終端的方式，來實現斷路器信號採集與控制過程的數位化。智能終端的布置模式目前主要是通過戶外櫃下放到開關場就地安裝。這種方式存在如下缺點 1)智能單元與斷路器儘管縮短了空間距離，但聯繫與配合方式維持不變。智能單元與斷路器匯控櫃各自維持原有的電氣二次迴路，二次迴路仍很複雜、繁瑣，並沒有得到簡化與優化。運行維護仍然比較複雜。 2)現場需要配置大量高防護等級戶外櫃，增加了工程投資和場地。 3)互操作性不好，智能操作箱需要與不同廠家的間隔層設備通信，需要具有良好
的互操作性。否則，應用很受限制。 本發明主要針對現有技術方案的缺點提出，比較好地解決了上述問題。

發明內容
為克服現有技術中的存在的上述缺點，解決數位化變電站過程層開關量信息採集與控制問題，本發明提供了一種開關智能接口單元，具體採用以下技術方案
—種開關智能接口單元，該智能接口單元直接安裝在斷路器內，與斷路器組成一個有機整體，所述開關智能接口單元包括G00SE通信和PLC模塊、開入模塊、開出模塊和電源模塊，所述G00SE通信和PLC模塊、開入模塊、開出模塊採用高速的內部總線連接，開入模塊通過就地電纜和斷路器跳合閘位置等觸點連接，完成開關狀態量採集；開出模塊與斷路器跳閘線圈、合閘線圈之間通過就地電纜連接，通過操作斷路器跳、合閘線圈，完成對斷路器的控制；G00SE通信和PLC模塊完成了根據配置文件完成GOOSE通信初始化、G00SE接收、G00SE發送功能，實現軟體可編程邏輯PLC功能，對外採用100M光纖乙太網和連接智能單元和間隔層裝置通信的過程層交換機連接；G00SE通信和PLC模塊根據內部總線上獲取開入模塊上送的位置信息和從乙太網來的G00SE控制命令，完成軟體PLC功能，PLC功能輸出的控制命令經內部總線發送到開出模塊，通過開出模塊控制斷路跳閘和合閘，PLC功能輸出的狀態信息通過GOOSE發送到乙太網上和連接智能單元與間隔層裝置通信的過程層交換機連接。 使用本發明的開關智能接口單元與斷路器傳統操作迴路相比，控制迴路十分簡單，原迴路的邏輯均在軟體中實現，包括保持迴路、閉鎖迴路、防跳迴路。以軟體方式替代大部分繼電器組成的二次迴路，非常靈活方便，運行不同的程序就可實現不同的邏輯。也可使二次迴路的運行、檢修工作得到簡化。為了實現與不同廠家的間隔層繼電保護裝置或測控裝置配合，開關的智能接口單元還支持國際通用的開發性通信標準。本發明的開關智能接 口單元支持IEC61850標準，以此獲得互操作性。為了保證實時性，使用GOOSE通信機制完 成與間隔層設備的通信過程。


圖1開關智能單元硬體構成圖；圖2開關智能單元GOOSE通信示意圖；圖3斷路器現有操作迴路示意圖；圖4接入本發明的開關智能接口單元後斷路器的操作迴路示意5簡化後的跳合閘迴路保持邏輯示意圖；圖6軟體保持迴路PLC邏輯圖；圖7繼電器型閉鎖迴路原理圖；圖8簡化後的繼電器型閉鎖迴路原理9合閘閉鎖軟體PLC邏輯圖；圖10跳閘閉鎖軟體PLC邏輯圖；圖11防跳軟體PLC邏輯。
具體實施例方式
下面根據說明書附圖對本發明的技術方案作進一步詳細說明。 本發明公開了一種開關智能接口單元，如圖1所示，該開關智能接口單元包括 GOOSE和PLC模塊、開入模塊、開出模塊和電源模塊。 所述開關智能接口單元包括GOOSE和PLC模塊、開入模塊、開出模塊和電源模塊， 所述GOOSE通信和PLC模塊、開入模塊、開出模塊採用高速的內部總線連接，開入模塊通過 就地電纜和斷路器跳合閘位置等觸點連接，完成開關狀態量採集；開出模塊與斷路器跳閘 線圈、合閘線圈之間通過就地電纜連接，通過操作斷路器跳、合閘線圈，完成對斷路器的控 制；G00SE和PLC模塊完成了根據配置文件完成GOOSE通信初始化、G00SE接收、G00SE發送 功能，實現軟體可編程邏輯PLC功能，對外採用IOOM光纖乙太網和過程層交換機(連接智 能單元和間隔層裝置通信的數據交換設備)連接；G00SE和PLC模塊根據內部總線上獲取 開入模塊上送的位置信息和從乙太網來的GOOSE控制命令，完成軟體PLC功能，PLC功能輸 出的控制命令經內部總線發送到開出模塊，通過開出模塊控制斷路跳閘和合閘，PLC功能輸 出的狀態信息通過GOOSE發送到乙太網上。 電源模件為直流逆變電源，直流220V或110V電壓輸入。 開關智能單元以軟體的方式實現了 IEC61850模型文件的解析，完成了配置語言 的互操作。以軟體的方式實現了 IEC61850-8-l種的GOOSE通信服務，實現了通信服務的互 操作性。圖2為開關智能單元G00SE通信示意圖。通過GOOSE乙太網接收到的間隔層設備 發送的跳合閘GOOSE報文，經過解析處理後送給PLC處理任務，PLC處理任務根據從開入模 塊接收的狀態信息通過內部總線向開出模塊發送開出驅動命令，開關智能單元通過GOOSE 模塊中的GOOSE發送任務通過GOOSE乙太網向間隔層設備發送斷路器的狀態信息和和PCL 合成的狀態信息。
所述開關智能接口單元直接安裝在斷路器的機構箱或匯控櫃內，與斷路器組成一 個有機整體。 傳統的斷路器操作迴路如圖3所示，在迴路中設置了跳合閘繼電器、保持繼電器、 防跳繼電器等，由繼電器的組合完成斷路器的控制功能。跳合閘繼電器為跳閘信號輸入來 源，完成接入跳閘正電源的功能，保持繼電器檢測跳合迴路的電流，在斷路器輔助觸點斷開 之前保證跳合閘繼電器閉合，防跳繼電器檢測跳閘信號，在有跳閘信號的時候閉鎖合閘回 路，完成防止跳躍的功能。在本智能接口單元中，以可編程邏輯器件PLC取代大量基礎繼電 器硬體方式完成斷路器電氣二次迴路功能，由於斷路器最終跳閘需要能量驅動，開關智能 接口單元的開出模塊仍然有跳閘、合閘用的大功率繼電器，這些大功率繼電器包括A相跳 閘繼電器、B相跳閘繼電器、C相跳閘繼電器、A相合閘繼電器、B相合閘繼電器、C相合閘繼 電器，傳統裝置在正負電源之間除了連接有斷路器跳閘、合閘線圈和跳閘、合閘用的大功率 繼電器外，還連接有保持繼電器、防跳繼電器和閉鎖繼電器等，所述的開關智能接口單元在 與斷路器連接時大大簡化，在正負電源之間只連接了跳閘、合閘用的大功率繼電器和斷路 器跳閘、合閘線圈，具體連接為A相跳閘繼電器和斷路器A相跳閘線圈接於正負電源之間； B相跳閘繼電器和斷路器B相跳閘線圈接於正負電源之間；C相跳閘繼電器和斷路器C相跳 閘線圈接於正負電源之間；A相合閘繼電器和斷路器A相合閘線圈接於正負電源之間；B相 合閘繼電器和斷路器B相合閘線圈接於正負電源之間；C相合閘繼電器和斷路器C相合閘 線圈接於正負電源之間。PLC邏輯實現斷路器的保持迴路功能、閉鎖迴路功能和防跳迴路功 能。如圖4所示，開關的控制邏輯全部通過PLC實現，僅保留了控制斷路器線圈的跳合閘功 率繼電器，通過雙觸點保證其可靠性。
1)保持迴路
繼電器型保持迴路原理如下 保持迴路包括跳閘保持和合閘保持，以跳閘保持迴路為例，動作觸點導通後對保 持繼電器線圈和斷路器線圈充電，保持繼電器和斷路器均動作。保持繼電器動作後保持觸 點導通，此時動作觸點收回後迴路仍然導通，起到保持動作的作用。當斷路器跳開後，斷路 器觸點會打開，其為大容量觸點，可以斷弧。簡化後的迴路如圖5所示，動作觸點動作後回 路導通，斷路器線圈充電後斷路器動作，斷路器觸點完成斷弧，當斷路器觸點返回的狀態表 明斷路器可靠斷開後，PLC軟體邏輯收回動作觸點。在使用軟體PLC完成保持功能後，需 要智能單元輸入斷路器輔助觸點開入參與邏輯判斷。在軟體完成保持功能後，也可以保留 原斷路器的斷弧接點，但實際中由哪個接點斷弧取決於操作箱接點和斷路器接點的動作速 度。軟體保持邏輯如圖6所示為RS觸發器邏輯，跳閘命令驅動跳閘出口繼電器，通過斷路 器跳閘位置收回跳閘繼電器出口 ；合閘命令驅動合閘出口繼電器，通過斷路器合閘位置收 回合閘繼電器出口。
2)閉鎖迴路 繼電器型閉鎖迴路原理如圖7所示，閉鎖觸點動作後閉鎖繼電器線圈充電，其從
動閉鎖觸點動作後斷開跳合閘迴路，即使此時有動作觸點閉合斷路器也不會動作，達到閉
鎖功能。簡化後的繼電器型閉鎖迴路原理如圖8所示，將閉鎖觸點直接接入裝置，軟體判斷
有閉鎖信號時不輸出動作觸點，在軟體上通過邏輯實現了原繼電器的功能。 閉鎖迴路主要包括壓力閉鎖，軟體PLC的閉鎖邏輯模擬實際繼電器邏輯，在輸出跳合閘命令的同時還參與其他狀態的輸出邏輯，如合後位置。合閘閉鎖邏輯、跳閘閉鎖邏輯 如圖9、圖IO所示，軟體在綜合判斷各種輸入狀態後參照傳統操作箱的邏輯原理判斷並輸 出信號。對於合閘閉鎖邏輯，軟體考慮了保護裝置的重合閘輸入和就地的手動合閘輸入，採 用了傳統操作箱的1YYJ、2YYJ、3YYJ、4YYJ作為閉鎖信號，同時模擬了傳統操作箱的繼電器 延時；對於跳閘閉鎖邏輯，軟體首先對各類跳閘輸入作了或邏輯匯總，在判斷完壓力降低閉 鎖合閘和壓力降低閉鎖操作信號後實現對跳閘出口的總閉鎖。合閘閉鎖邏輯和跳閘閉鎖邏 輯共同完成了合閘後狀態(HHJ)的置位和復位。
3)防跳迴路 繼電器型閉鎖迴路原理如圖7所示，當跳閘觸點動作後，防跳繼電器帶電，其動作 後從動防跳觸點斷開合閘迴路，從而保證此時合閘觸點即使導通也不會讓斷路器迴路帶 電，防止斷路器跳躍。 簡化後的繼電器型閉鎖迴路原理如圖8所示，將跳閘觸點直接接入裝置，軟體判
斷有閉鎖信號時不輸出合閘觸點，在軟體上通過邏輯實現了原繼電器的功能。 防跳迴路主要完成本套保護和另一套保護的跳躍閉鎖，需要輸入另一套保護跳閘
信號，與本套保護的跳閘信號或輸出後切斷合閘邏輯。防跳迴路軟體PLC邏輯如圖ll所示，
開關智能接口單元首先對所有跳閘信號進行了或邏輯匯總，在輸出合閘命令前對跳閘信號
進行判斷，沒有跳閘命令時才完成合閘出口功能，具備了雙重化配置條件下雙套單元的防
跳配合功能。 5、獲得互操作性 開關智能接口單元對外支持IEC61850國際標準，以此獲得與其他廠家設備的互 操作性。開關智能接口單元能夠解析符合IEC61850-6要求的模型文件，為了提高通信的實 時性，開關智能接口單元採用IEC61850-8-l中的GOOSE機制完成與間隔層設備的通信。開 關智能接口單元支持GOOSE發布(發送G00SE報文)和G00SE訂閱(通過配置接收GOOSE 報文)。本發明的開關智能接口單元實現了 IEC61850-8-l中的GOOSE通信服務，具備與其 它廠家設備的互操作性。對外通信功能可由開關智能接口單元的網絡通信模塊實現。
權利要求
一種開關智能接口單元，所述智能接口單元安裝在斷路器內部，其特徵在於所述開關智能接口單元包括GOOSE通信和PLC模塊、開入模塊、開出模塊和電源模塊，所述電源模塊用於為GOOSE通信和PLC模塊、開入模塊、開出模塊提供所需的直流電源；所述GOOSE通信和PLC模塊、開入模塊、開出模塊採用高速的內部總線連接，開入模塊通過就地電纜和斷路器跳合閘位置觸點連接，完成開關狀態量採集；開出模塊與斷路器跳閘線圈、合閘線圈分別通過就地電纜連接，通過操作斷路器跳、合閘線圈，完成對斷路器的控制；GOOSE通信和PLC模塊根據配置文件完成GOOSE通信初始化、GOOSE接收、GOOSE發送功能，實現軟體可編程邏輯PLC功能，對外採用100M光纖乙太網和連接智能單元與間隔層裝置通信的過程層交換機連接。
2. 根據權利要求1所述的開關智能接口單元，其特徵為，所述開關智能接口單元直接安裝在斷路器的機構箱或匯控櫃內，與斷路器形成一個有機整體，不必單獨配高防護等級的戶外櫃。
3. 根據權利要求1所述的開關智能接口單元，其特徵為，所述開關智能接口單元以可編程邏輯器件PLC取代大量基礎繼電器硬體方式完成斷路器電氣二次迴路功能，所述開關智能接口單元的開出模塊包括有跳閘、合閘用的三相大功率繼電器，即A相跳閘繼電器、B相跳閘繼電器、C相跳閘繼電器、A相合閘繼電器、B相合閘繼電器、C相合閘繼電器，所述三相跳閘繼電器分別與斷路器對應相的跳閘線圈串接於斷路器的正負操作電源之間，所述三相合閘繼電器分別與斷路器對應相的合閘線圈串接於斷路器的正負操作電源之間；PLC邏輯實現斷路器的保持迴路功能、閉鎖迴路功能和防跳迴路功能。
4. 根據權利要求1所述的開關智能接口單元，其特徵為，G00SE模塊通過解析IEC61850模文件和配置文件支持IEC618560的模型配置，實現了 IEC61850-8-l中的GOOSE通信服務，具備與其它廠家設備的互操作性。
全文摘要
本發明公開了一種開關智能接口單元，該技術包括以下內容直接安裝在斷路器內部，與斷路器組成一個有機整體，取消戶外安裝櫃；以軟體可編程邏輯PLC方式取代大量基礎繼電器硬體實現斷路器二次迴路，對斷路器二次迴路進行簡化與優化；支持IEC61850配置和GOOSE通信機制。本發明屬於電力系統控制領域，可用於解決數位化變電站過程層狀態量信息採集與開關控制問題。
文檔編號H02J13/00GK101702539SQ200910237559
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者任雁銘, 劉軍, 史文豪, 周芳, 張煒, 方天宇, 晉陽珺, 黃昕 申請人:浙江省電力公司;北京四方繼保自動化股份有限公司