專利名稱：一種應(yīng)用于數(shù)字化變電站的開關(guān)智能接口單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種可用于解決數(shù)字化電站過程層開關(guān)
狀態(tài)量采集及控制過程的數(shù)字化接口單元。
背景技術(shù)：
數(shù)字化變電站的主要特征是"一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化"。考慮到目前斷路器技術(shù)水平以及舊站改造等問題，目前一般采用給傳統(tǒng)開關(guān)外掛智能終端的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)斷路器信號(hào)采集與控制過程的數(shù)字化。智能終端的布置模式目前主要是通過戶外柜下放到開關(guān)場(chǎng)就地安裝。這種方式存在如下缺點(diǎn) 1)智能單元與斷路器盡管縮短了空間距離，但聯(lián)系與配合方式維持不變。智能單元與斷路器匯控柜各自維持原有的電氣二次回路，二次回路仍很復(fù)雜、繁瑣，并沒有得到簡(jiǎn)化與優(yōu)化。運(yùn)行維護(hù)仍然比較復(fù)雜。 2)現(xiàn)場(chǎng)需要配置大量高防護(hù)等級(jí)戶外柜，增加了工程投資和場(chǎng)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(shè)備通信，需要具有良好
的互操作性。否則，應(yīng)用很受限制。 本發(fā)明主要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案的缺點(diǎn)提出，比較好地解決了上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的存在的上述缺點(diǎn)，解決數(shù)字化變電站過程層開關(guān)量信息采集與控制問題，本發(fā)明提供了一種開關(guān)智能接口單元，具體采用以下技術(shù)方案
—種開關(guān)智能接口單元，該智能接口單元直接安裝在斷路器內(nèi)，與斷路器組成一個(gè)有機(jī)整體，所述開關(guān)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、開出模塊采用高速的內(nèi)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(diǎn)連接，完成開關(guān)狀態(tài)量采集；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(duì)斷路器的控制；G00SE通信和PLC模塊完成了根據(jù)配置文件完成GOOSE通信初始化、G00SE接收、G00SE發(fā)送功能，實(shí)現(xiàn)軟件可編程邏輯PLC功能，對(duì)外采用100M光纖以太網(wǎng)和連接智能單元和間隔層裝置通信的過程層交換機(jī)連接；G00SE通信和PLC模塊根據(jù)內(nèi)部總線上獲取開入模塊上送的位置信息和從以太網(wǎng)來(lái)的G00SE控制命令，完成軟件PLC功能，PLC功能輸出的控制命令經(jīng)內(nèi)部總線發(fā)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(tài)信息通過GOOSE發(fā)送到以太網(wǎng)上和連接智能單元與間隔層裝置通信的過程層交換機(jī)連接。 使用本發(fā)明的開關(guān)智能接口單元與斷路器傳統(tǒng)操作回路相比，控制回路十分簡(jiǎn)單，原回路的邏輯均在軟件中實(shí)現(xiàn)，包括保持回路、閉鎖回路、防跳回路。以軟件方式替代大部分繼電器組成的二次回路，非常靈活方便，運(yùn)行不同的程序就可實(shí)現(xiàn)不同的邏輯。也可使二次回路的運(yùn)行、檢修工作得到簡(jiǎn)化。為了實(shí)現(xiàn)與不同廠家的間隔層繼電保護(hù)裝置或測(cè)控裝置配合，開關(guān)的智能接口單元還支持國(guó)際通用的開發(fā)性通信標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的開關(guān)智能接 口單元支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，以此獲得互操作性。為了保證實(shí)時(shí)性，使用GOOSE通信機(jī)制完 成與間隔層設(shè)備的通信過程。


圖1開關(guān)智能單元硬件構(gòu)成圖；圖2開關(guān)智能單元GOOSE通信示意圖；圖3斷路器現(xiàn)有操作回路示意圖；圖4接入本發(fā)明的開關(guān)智能接口單元后斷路器的操作回路示意5簡(jiǎn)化后的跳合閘回路保持邏輯示意圖；圖6軟件保持回路PLC邏輯圖；圖7繼電器型閉鎖回路原理圖；圖8簡(jiǎn)化后的繼電器型閉鎖回路原理9合閘閉鎖軟件PLC邏輯圖；圖10跳閘閉鎖軟件PLC邏輯圖；圖11防跳軟件PLC邏輯。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明公開了一種開關(guān)智能接口單元，如圖1所示，該開關(guān)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(guān)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、開出模塊采用高速的內(nèi)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(diǎn)連接，完成開關(guān)狀態(tài)量采集；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(duì)斷路器的控 制；G00SE和PLC模塊完成了根據(jù)配置文件完成GOOSE通信初始化、G00SE接收、G00SE發(fā)送 功能，實(shí)現(xiàn)軟件可編程邏輯PLC功能，對(duì)外采用IOOM光纖以太網(wǎng)和過程層交換機(jī)(連接智 能單元和間隔層裝置通信的數(shù)據(jù)交換設(shè)備)連接；G00SE和PLC模塊根據(jù)內(nèi)部總線上獲取 開入模塊上送的位置信息和從以太網(wǎng)來(lái)的GOOSE控制命令，完成軟件PLC功能，PLC功能輸 出的控制命令經(jīng)內(nèi)部總線發(fā)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(tài)信息通過GOOSE發(fā)送到以太網(wǎng)上。 電源模件為直流逆變電源，直流220V或110V電壓輸入。 開關(guān)智能單元以軟件的方式實(shí)現(xiàn)了 IEC61850模型文件的解析，完成了配置語(yǔ)言 的互操作。以軟件的方式實(shí)現(xiàn)了 IEC61850-8-l種的GOOSE通信服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了通信服務(wù)的互 操作性。圖2為開關(guān)智能單元G00SE通信示意圖。通過GOOSE以太網(wǎng)接收到的間隔層設(shè)備 發(fā)送的跳合閘GOOSE報(bào)文，經(jīng)過解析處理后送給PLC處理任務(wù)，PLC處理任務(wù)根據(jù)從開入模 塊接收的狀態(tài)信息通過內(nèi)部總線向開出模塊發(fā)送開出驅(qū)動(dòng)命令，開關(guān)智能單元通過GOOSE 模塊中的GOOSE發(fā)送任務(wù)通過GOOSE以太網(wǎng)向間隔層設(shè)備發(fā)送斷路器的狀態(tài)信息和和PCL 合成的狀態(tài)信息。
所述開關(guān)智能接口單元直接安裝在斷路器的機(jī)構(gòu)箱或匯控柜內(nèi)，與斷路器組成一 個(gè)有機(jī)整體。 傳統(tǒng)的斷路器操作回路如圖3所示，在回路中設(shè)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(hào)輸入來(lái) 源，完成接入跳閘正電源的功能，保持繼電器檢測(cè)跳合回路的電流，在斷路器輔助觸點(diǎn)斷開 之前保證跳合閘繼電器閉合，防跳繼電器檢測(cè)跳閘信號(hào)，在有跳閘信號(hào)的時(shí)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(chǔ)繼電 器硬件方式完成斷路器電氣二次回路功能，由于斷路器最終跳閘需要能量驅(qū)動(dòng)，開關(guān)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(tǒng)裝置在正負(fù)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(guān)智能接口單元在 與斷路器連接時(shí)大大簡(jiǎn)化，在正負(fù)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相跳閘線圈接于正負(fù)電源之間； B相跳閘繼電器和斷路器B相跳閘線圈接于正負(fù)電源之間；C相跳閘繼電器和斷路器C相跳 閘線圈接于正負(fù)電源之間；A相合閘繼電器和斷路器A相合閘線圈接于正負(fù)電源之間；B相 合閘繼電器和斷路器B相合閘線圈接于正負(fù)電源之間；C相合閘繼電器和斷路器C相合閘 線圈接于正負(fù)電源之間。PLC邏輯實(shí)現(xiàn)斷路器的保持回路功能、閉鎖回路功能和防跳回路功 能。如圖4所示，開關(guān)的控制邏輯全部通過PLC實(shí)現(xiàn)，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(diǎn)保證其可靠性。
1)保持回路
繼電器型保持回路原理如下 保持回路包括跳閘保持和合閘保持，以跳閘保持回路為例，動(dòng)作觸點(diǎn)導(dǎo)通后對(duì)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(dòng)作。保持繼電器動(dòng)作后保持觸 點(diǎn)導(dǎo)通，此時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)收回后回路仍然導(dǎo)通，起到保持動(dòng)作的作用。當(dāng)斷路器跳開后，斷路 器觸點(diǎn)會(huì)打開，其為大容量觸點(diǎn)，可以斷弧。簡(jiǎn)化后的回路如圖5所示，動(dòng)作觸點(diǎn)動(dòng)作后回 路導(dǎo)通，斷路器線圈充電后斷路器動(dòng)作，斷路器觸點(diǎn)完成斷弧，當(dāng)斷路器觸點(diǎn)返回的狀態(tài)表 明斷路器可靠斷開后，PLC軟件邏輯收回動(dòng)作觸點(diǎn)。在使用軟件PLC完成保持功能后，需 要智能單元輸入斷路器輔助觸點(diǎn)開入?yún)⑴c邏輯判斷。在軟件完成保持功能后，也可以保留 原斷路器的斷弧接點(diǎn)，但實(shí)際中由哪個(gè)接點(diǎn)斷弧取決于操作箱接點(diǎn)和斷路器接點(diǎn)的動(dòng)作速 度。軟件保持邏輯如圖6所示為RS觸發(fā)器邏輯，跳閘命令驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)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)閉鎖回路 繼電器型閉鎖回路原理如圖7所示，閉鎖觸點(diǎn)動(dòng)作后閉鎖繼電器線圈充電，其從
動(dòng)閉鎖觸點(diǎn)動(dòng)作后斷開跳合閘回路，即使此時(shí)有動(dòng)作觸點(diǎn)閉合斷路器也不會(huì)動(dòng)作，達(dá)到閉
鎖功能。簡(jiǎn)化后的繼電器型閉鎖回路原理如圖8所示，將閉鎖觸點(diǎn)直接接入裝置，軟件判斷
有閉鎖信號(hào)時(shí)不輸出動(dòng)作觸點(diǎn)，在軟件上通過邏輯實(shí)現(xiàn)了原繼電器的功能。 閉鎖回路主要包括壓力閉鎖，軟件PLC的閉鎖邏輯模擬實(shí)際繼電器邏輯，在輸出跳合閘命令的同時(shí)還參與其他狀態(tài)的輸出邏輯，如合后位置。合閘閉鎖邏輯、跳閘閉鎖邏輯 如圖9、圖IO所示，軟件在綜合判斷各種輸入狀態(tài)后參照傳統(tǒng)操作箱的邏輯原理判斷并輸 出信號(hào)。對(duì)于合閘閉鎖邏輯，軟件考慮了保護(hù)裝置的重合閘輸入和就地的手動(dòng)合閘輸入，采 用了傳統(tǒng)操作箱的1YYJ、2YYJ、3YYJ、4YYJ作為閉鎖信號(hào)，同時(shí)模擬了傳統(tǒng)操作箱的繼電器 延時(shí)；對(duì)于跳閘閉鎖邏輯，軟件首先對(duì)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(hào)后實(shí)現(xiàn)對(duì)跳閘出口的總閉鎖。合閘閉鎖邏輯和跳閘閉鎖邏 輯共同完成了合閘后狀態(tài)(HHJ)的置位和復(fù)位。
3)防跳回路 繼電器型閉鎖回路原理如圖7所示，當(dāng)跳閘觸點(diǎn)動(dòng)作后，防跳繼電器帶電，其動(dòng)作 后從動(dòng)防跳觸點(diǎn)斷開合閘回路，從而保證此時(shí)合閘觸點(diǎn)即使導(dǎo)通也不會(huì)讓斷路器回路帶 電，防止斷路器跳躍。 簡(jiǎn)化后的繼電器型閉鎖回路原理如圖8所示，將跳閘觸點(diǎn)直接接入裝置，軟件判
斷有閉鎖信號(hào)時(shí)不輸出合閘觸點(diǎn)，在軟件上通過邏輯實(shí)現(xiàn)了原繼電器的功能。 防跳回路主要完成本套保護(hù)和另一套保護(hù)的跳躍閉鎖，需要輸入另一套保護(hù)跳閘
信號(hào)，與本套保護(hù)的跳閘信號(hào)或輸出后切斷合閘邏輯。防跳回路軟件PLC邏輯如圖ll所示，
開關(guān)智能接口單元首先對(duì)所有跳閘信號(hào)進(jìn)行了或邏輯匯總，在輸出合閘命令前對(duì)跳閘信號(hào)
進(jìn)行判斷，沒有跳閘命令時(shí)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(guān)智能接口單元對(duì)外支持IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以此獲得與其他廠家設(shè)備的互 操作性。開關(guān)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(shí) 時(shí)性，開關(guān)智能接口單元采用IEC61850-8-l中的GOOSE機(jī)制完成與間隔層設(shè)備的通信。開 關(guān)智能接口單元支持GOOSE發(fā)布(發(fā)送G00SE報(bào)文)和G00SE訂閱(通過配置接收GOOSE 報(bào)文)。本發(fā)明的開關(guān)智能接口單元實(shí)現(xiàn)了 IEC61850-8-l中的GOOSE通信服務(wù)，具備與其 它廠家設(shè)備的互操作性。對(duì)外通信功能可由開關(guān)智能接口單元的網(wǎng)絡(luò)通信模塊實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種開關(guān)智能接口單元，所述智能接口單元安裝在斷路器內(nèi)部，其特征在于所述開關(guān)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，所述電源模塊用于為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、開出模塊采用高速的內(nèi)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(diǎn)連接，完成開關(guān)狀態(tài)量采集；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(duì)斷路器的控制；GOOSE通信和PLC模塊根據(jù)配置文件完成GOOSE通信初始化、GOOSE接收、GOOSE發(fā)送功能，實(shí)現(xiàn)軟件可編程邏輯PLC功能，對(duì)外采用100M光纖以太網(wǎng)和連接智能單元與間隔層裝置通信的過程層交換機(jī)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)智能接口單元，其特征為，所述開關(guān)智能接口單元直接安裝在斷路器的機(jī)構(gòu)箱或匯控柜內(nèi)，與斷路器形成一個(gè)有機(jī)整體，不必單獨(dú)配高防護(hù)等級(jí)的戶外柜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)智能接口單元，其特征為，所述開關(guān)智能接口單元以可編程邏輯器件PLC取代大量基礎(chǔ)繼電器硬件方式完成斷路器電氣二次回路功能，所述開關(guān)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(duì)應(yīng)相的跳閘線圈串接于斷路器的正負(fù)操作電源之間，所述三相合閘繼電器分別與斷路器對(duì)應(yīng)相的合閘線圈串接于斷路器的正負(fù)操作電源之間；PLC邏輯實(shí)現(xiàn)斷路器的保持回路功能、閉鎖回路功能和防跳回路功能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)智能接口單元，其特征為，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(shí)現(xiàn)了 IEC61850-8-l中的GOOSE通信服務(wù)，具備與其它廠家設(shè)備的互操作性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)智能接口單元，該技術(shù)包括以下內(nèi)容直接安裝在斷路器內(nèi)部，與斷路器組成一個(gè)有機(jī)整體，取消戶外安裝柜；以軟件可編程邏輯PLC方式取代大量基礎(chǔ)繼電器硬件實(shí)現(xiàn)斷路器二次回路，對(duì)斷路器二次回路進(jìn)行簡(jiǎn)化與優(yōu)化；支持IEC61850配置和GOOSE通信機(jī)制。本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，可用于解決數(shù)字化變電站過程層狀態(tài)量信息采集與開關(guān)控制問題。
文檔編號(hào)H02J13/00GK101702539SQ200910237559
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者任雁銘, 劉軍, 史文豪, 周芳, 張煒, 方天宇, 晉陽(yáng)珺, 黃昕 申請(qǐng)人:浙江省電力公司;北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司