一種高安全性電氣保護測控方法及裝置與流程

2023-09-22 03:07:40

本發明屬於電力系統保護測控領域，尤其適用於對電氣保護測控裝置安全性要求高的場合。

背景技術：

電氣保護測控裝置主要實現電力系統中的線路、變壓器、電動機等一次設備的保護測控功能。電氣保護測控裝置現在已經廣泛應用於電廠、石油、化工、鋼鐵中的各種用電設施。電氣保護測控裝置的異常，會對用戶連續性生產造成混亂，尤其是在核電、化工等領域內，電氣保護測控裝置失效或誤動作甚至會危及人身、設備的安全，造成嚴重的後果。

現有電氣保護測控裝置結構只有一路輸入和一路輸出，雖然能夠實現電氣保護測控的最小系統配置，但是該結構本身沒有內部診斷和故障冗餘設計功能，任何一部分子系統的失效都會導致整個裝置的失效，因此，整個裝置是不安全的。

技術實現要素：

本發明的目的是：提供一種高安全性電氣保護測控方法及裝置，通過內部診斷和冗餘設計功能，提高電氣保護測控方法及裝置的安全性，防止電氣保護測控方法及裝置失效危及人身、設備的安全。

本發明技術方案內容為：一種高安全性電氣保護測控方法，設置第一、第二兩個處理器；第一處理器實現電氣設備保護及測控算法的運行,電流及電壓的模擬量輸入(AI)、開關量輸入(BI)及開關量輸出(BO)和模擬量輸出(AO)均接入第一處理器；第二處理器實現電氣設備的人機界面(HMI)、按鍵、事件、錄波以及通訊接口等輔助功能。第一處理器與第二處理器通過共享內存的方式進行數據交換。

上述方案中：所述的第一處理器為雙核處理器，雙核中運行相同的程序，相互實時校驗，保證第一處理器指令系統的正確性。

上述方案中：所述的第一處理器僅使用處理器內置RAM、FLASH存儲單元，內置RAM、FLASH具有錯誤檢查和糾正(ECC)功能，可以有效地糾正1位錯誤，檢測出2位錯誤。保證從第一處理器到內置FlASH和RAM總線上數據傳輸的正確性。

上述方案中：所述的第二處理器僅實現電氣設備的人機界面(HMI)、按鍵、事件、錄波以及通訊接口等輔助功能，第二處理器故障不會影響保護功能的運行及出口。

上述方案中：所述的第一處理器與第二處理器通過共享內存的方式進行數據交換，第一處理器可以隨時向第二處理器傳輸信息，第二處理器只有在特定情況下才能向第一處理器傳輸信息。

上述方案中：所述的接入第一處理器的電流及電壓的模擬量輸入、開關量輸入及第一、第二處理器共享內存均進行雙重化處理，提高各子系統的安全性。

本發明還提供一種高安全性電氣保護測控裝置，其特徵在於：該裝置由人機接口、CPU插件、電源插件以及交流頭插件組成，包含CPU模塊、交流模擬量輸入模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸出模塊、電源模塊以及人機接口模塊。電源模塊將直流或交流變換成裝置內部需要的電壓；CPU模塊與交流模擬量輸入模塊、開關量輸入模塊相連，通過獲得的電流電壓採集信號及遙信開入信號，進行邏輯計算並將計算結果輸送至開關量輸出模塊及模擬量輸出模塊；人機接口模塊與CPU模塊連接，提供人機信息接口，顯示相應定值、模擬量和事件等相關信息，並提供裝置狀態指示燈。

上述方案中：所述的CPU模塊包含第一、第二兩個處理器，對電氣設備保護及測量算法集中在第一處理器中完成，其餘實現電氣設備的人機界面(HMI)、按鍵、事件、錄波以及通訊接口等輔助功能在第二處理器中完成。第一處理器為雙核處理器，雙核中運行相同的程序，相互實時校驗。第一處理器僅使用處理器內置RAM、FLASH存儲單元，且內置RAM、FLASH具有錯誤檢查和糾正功能；第一處理器與第二處理器通過共享內存的方式進行數據交換，共享內存採用雙重化配置，第一處理器可以隨時向第二處理器傳輸信息，第二處理器對共享內存具有防寫功能，只有在特定情況下才能向第一處理器傳輸信息；另外，第二處理器可以選擇跟所述第一處理器相同的具有錯誤檢查和糾正功能的處理器，也可以採用其它處理器，第二處理器故障不會影響裝置保護測控功能的運行及出口。

上述方案中：所述的電源模塊將直流或交流輸入電源變換成裝置內部需要的電壓。

上述方案中：所述的交流輸入模塊將電壓互感器或電流互感器二次側電氣量轉換成小電壓信號，採用雙重化配置的模數轉換(AD)後輸入CPU模塊。

上述方案中：所述的開關量輸入模塊接入的開關量經雙重化配置的光耦隔離後輸入CPU模塊。

上述方案中：所述的開關量輸出模塊包含所有的跳閘出口和告警接點，CPU進行邏輯計算並將計算結果輸送至開關量輸出模塊。

上述方案中：所述的模擬量輸出模塊提供4-20mA電流輸出功能，CPU進行邏輯計算並將計算結果輸送至模擬量輸出模塊。

上述方案中：所述的人機接口模塊由液晶、鍵盤、信號指示燈組成，人機接口模塊與CPU模塊相連，方便用戶與裝置間進行人機接口。

採用本發明的技術方案，具有以下有益效果：

(1)核心保護控制獨立運行於第一處理器，不依賴於第二處理器，第二處理器的任何故障均不會影響第一處理器的運行。

(2)具有硬體選通開關，平時工作在斷開狀態，第二處理器不能向第一處理器發送信息，杜絕了第二處理器信息交互對第一處理器的影響。

(3)通過第一處理器內部雙核相互實時鎖步(Lockstep)校驗、第一處理器對內置RAM、FLASH具有錯誤檢查和糾正(ECC)等內部診斷技術以及交流模擬量輸入模塊雙重化配置、開關量輸入模塊雙重化配置、共享內存雙重化配置等冗餘設計功能，提高了電氣保護測控方法及裝置的安全性，能夠有效防止電氣保護測控方法及裝置對人身、設備安全的危害。

附圖說明

圖1是裝置硬體結構原理。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

下面基於上述發明開發的高安全性電氣保護測控裝置為例進行說明，裝置硬體結構原理如圖1所示。

1)裝置由CPU模塊、電源模塊、交流電流電壓輸入模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸出模塊以及人機接口模塊等組成。

2)開關量輸入模塊接入的開關量經雙重化配置的光耦隔離後輸入CPU模塊，交流輸入模塊將電壓互感器或電流互感器二次側電氣量轉換成小電壓信號，採用雙重化配置的模數轉換(AD)後輸入CPU模塊。CPU模塊比較雙重化配置的交流輸入和開關量輸入，當比較結果相同時，裝置正常運行，當比較結果不同時，裝置發出異常告警，提醒運行人員有計劃地採取措施解決裝置異常的問題。

3)CPU模塊包含第一、第二兩個處理器，對電氣設備保護及測量算法集中在第一處理器中完成，其餘實現電氣設備的人機界面(HMI)、按鍵、事件記錄、錄波、對時以及通訊等輔助功能在第二處理器中完成；第一處理器為雙核處理器，雙核中運行相同的程序，相互實時校驗保證處理器指令的安全性。第一處理器內置RAM、FLASH具有錯誤檢查和糾正功能；第二處理器故障不會影響保裝置保護測控功能的運行及出口。

4)第一處理器與第二處理器通過共享內存的方式進行數據交換，共享內存採用雙重化配置，第一處理器與人機第二處理器之間通過共享內存交互數據，交互機制如下：

a)正常運行時，第一處理器向第二處理器單向傳輸用於液晶顯示的模擬量、開關量狀態等。

b)通過硬體Lock，啟動允許/禁止第二處理器向共享內存寫數據(包括定值整定、手動錄波、報告清除、電度清除、初始化)。

c)第二處理器向第一處理器寫的所有數據(指令)均寫入共雙重化共享內存內部，第一處理器校驗兩個數據一致且正確才認可該數據。

5)CPU模塊進行邏輯計算，在裝置內部校驗正常情況下，將計算結果輸送至模擬量輸出模塊及開關量輸出模塊。

本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均屬於本發明保護的範圍。