专利名称：一种应用于数字化变电站的开关智能接口单元的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统控制领域，具体涉及一种可用于解决数字化电站过程层开关
状态量采集及控制过程的数字化接口单元。
背景技术：
数字化变电站的主要特征是"一次设备智能化，二次设备网络化"。考虑到目前断路器技术水平以及旧站改造等问题，目前一般采用给传统开关外挂智能终端的方式，来实现断路器信号采集与控制过程的数字化。智能终端的布置模式目前主要是通过户外柜下放到开关场就地安装。这种方式存在如下缺点 1)智能单元与断路器尽管縮短了空间距离，但联系与配合方式维持不变。智能单元与断路器汇控柜各自维持原有的电气二次回路，二次回路仍很复杂、繁琐，并没有得到简化与优化。运行维护仍然比较复杂。 2)现场需要配置大量高防护等级户外柜，增加了工程投资和场地。 3)互操作性不好，智能操作箱需要与不同厂家的间隔层设备通信，需要具有良好
的互操作性。否则，应用很受限制。 本发明主要针对现有技术方案的缺点提出，比较好地解决了上述问题。
发明内容
为克服现有技术中的存在的上述缺点，解决数字化变电站过程层开关量信息采集与控制问题，本发明提供了一种开关智能接口单元，具体采用以下技术方案
—种开关智能接口单元，该智能接口单元直接安装在断路器内，与断路器组成一个有机整体，所述开关智能接口单元包括G00SE通信和PLC模块、开入模块、开出模块和电源模块，所述G00SE通信和PLC模块、开入模块、开出模块采用高速的内部总线连接，开入模块通过就地电缆和断路器跳合闸位置等触点连接，完成开关状态量采集；开出模块与断路器跳闸线圈、合闸线圈之间通过就地电缆连接，通过操作断路器跳、合闸线圈，完成对断路器的控制；G00SE通信和PLC模块完成了根据配置文件完成GOOSE通信初始化、G00SE接收、G00SE发送功能，实现软件可编程逻辑PLC功能，对外采用100M光纤以太网和连接智能单元和间隔层装置通信的过程层交换机连接；G00SE通信和PLC模块根据内部总线上获取开入模块上送的位置信息和从以太网来的G00SE控制命令，完成软件PLC功能，PLC功能输出的控制命令经内部总线发送到开出模块，通过开出模块控制断路跳闸和合闸，PLC功能输出的状态信息通过GOOSE发送到以太网上和连接智能单元与间隔层装置通信的过程层交换机连接。 使用本发明的开关智能接口单元与断路器传统操作回路相比，控制回路十分简单，原回路的逻辑均在软件中实现，包括保持回路、闭锁回路、防跳回路。以软件方式替代大部分继电器组成的二次回路，非常灵活方便，运行不同的程序就可实现不同的逻辑。也可使二次回路的运行、检修工作得到简化。为了实现与不同厂家的间隔层继电保护装置或测控装置配合，开关的智能接口单元还支持国际通用的开发性通信标准。本发明的开关智能接 口单元支持IEC61850标准，以此获得互操作性。为了保证实时性，使用GOOSE通信机制完 成与间隔层设备的通信过程。
图1开关智能单元硬件构成图；图2开关智能单元GOOSE通信示意图；图3断路器现有操作回路示意图；图4接入本发明的开关智能接口单元后断路器的操作回路示意5简化后的跳合闸回路保持逻辑示意图；图6软件保持回路PLC逻辑图；图7继电器型闭锁回路原理图；图8简化后的继电器型闭锁回路原理9合闸闭锁软件PLC逻辑图；图10跳闸闭锁软件PLC逻辑图；图11防跳软件PLC逻辑。
具体实施例方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。 本发明公开了一种开关智能接口单元，如图1所示，该开关智能接口单元包括 GOOSE和PLC模块、开入模块、开出模块和电源模块。 所述开关智能接口单元包括GOOSE和PLC模块、开入模块、开出模块和电源模块， 所述GOOSE通信和PLC模块、开入模块、开出模块采用高速的内部总线连接，开入模块通过 就地电缆和断路器跳合闸位置等触点连接，完成开关状态量采集；开出模块与断路器跳闸 线圈、合闸线圈之间通过就地电缆连接，通过操作断路器跳、合闸线圈，完成对断路器的控 制；G00SE和PLC模块完成了根据配置文件完成GOOSE通信初始化、G00SE接收、G00SE发送 功能，实现软件可编程逻辑PLC功能，对外采用IOOM光纤以太网和过程层交换机(连接智 能单元和间隔层装置通信的数据交换设备)连接；G00SE和PLC模块根据内部总线上获取 开入模块上送的位置信息和从以太网来的GOOSE控制命令，完成软件PLC功能，PLC功能输 出的控制命令经内部总线发送到开出模块，通过开出模块控制断路跳闸和合闸，PLC功能输 出的状态信息通过GOOSE发送到以太网上。 电源模件为直流逆变电源，直流220V或110V电压输入。 开关智能单元以软件的方式实现了 IEC61850模型文件的解析，完成了配置语言 的互操作。以软件的方式实现了 IEC61850-8-l种的GOOSE通信服务，实现了通信服务的互 操作性。图2为开关智能单元G00SE通信示意图。通过GOOSE以太网接收到的间隔层设备 发送的跳合闸GOOSE报文，经过解析处理后送给PLC处理任务，PLC处理任务根据从开入模 块接收的状态信息通过内部总线向开出模块发送开出驱动命令，开关智能单元通过GOOSE 模块中的GOOSE发送任务通过GOOSE以太网向间隔层设备发送断路器的状态信息和和PCL 合成的状态信息。
所述开关智能接口单元直接安装在断路器的机构箱或汇控柜内，与断路器组成一 个有机整体。 传统的断路器操作回路如图3所示，在回路中设置了跳合闸继电器、保持继电器、 防跳继电器等，由继电器的组合完成断路器的控制功能。跳合闸继电器为跳闸信号输入来 源，完成接入跳闸正电源的功能，保持继电器检测跳合回路的电流，在断路器辅助触点断开 之前保证跳合闸继电器闭合，防跳继电器检测跳闸信号，在有跳闸信号的时候闭锁合闸回 路，完成防止跳跃的功能。在本智能接口单元中，以可编程逻辑器件PLC取代大量基础继电 器硬件方式完成断路器电气二次回路功能，由于断路器最终跳闸需要能量驱动，开关智能 接口单元的开出模块仍然有跳闸、合闸用的大功率继电器，这些大功率继电器包括A相跳 闸继电器、B相跳闸继电器、C相跳闸继电器、A相合闸继电器、B相合闸继电器、C相合闸继 电器，传统装置在正负电源之间除了连接有断路器跳闸、合闸线圈和跳闸、合闸用的大功率 继电器外，还连接有保持继电器、防跳继电器和闭锁继电器等，所述的开关智能接口单元在 与断路器连接时大大简化，在正负电源之间只连接了跳闸、合闸用的大功率继电器和断路 器跳闸、合闸线圈，具体连接为A相跳闸继电器和断路器A相跳闸线圈接于正负电源之间； B相跳闸继电器和断路器B相跳闸线圈接于正负电源之间；C相跳闸继电器和断路器C相跳 闸线圈接于正负电源之间；A相合闸继电器和断路器A相合闸线圈接于正负电源之间；B相 合闸继电器和断路器B相合闸线圈接于正负电源之间；C相合闸继电器和断路器C相合闸 线圈接于正负电源之间。PLC逻辑实现断路器的保持回路功能、闭锁回路功能和防跳回路功 能。如图4所示，开关的控制逻辑全部通过PLC实现，仅保留了控制断路器线圈的跳合闸功 率继电器，通过双触点保证其可靠性。
1)保持回路
继电器型保持回路原理如下 保持回路包括跳闸保持和合闸保持，以跳闸保持回路为例，动作触点导通后对保 持继电器线圈和断路器线圈充电，保持继电器和断路器均动作。保持继电器动作后保持触 点导通，此时动作触点收回后回路仍然导通，起到保持动作的作用。当断路器跳开后，断路 器触点会打开，其为大容量触点，可以断弧。简化后的回路如图5所示，动作触点动作后回 路导通，断路器线圈充电后断路器动作，断路器触点完成断弧，当断路器触点返回的状态表 明断路器可靠断开后，PLC软件逻辑收回动作触点。在使用软件PLC完成保持功能后，需 要智能单元输入断路器辅助触点开入参与逻辑判断。在软件完成保持功能后，也可以保留 原断路器的断弧接点，但实际中由哪个接点断弧取决于操作箱接点和断路器接点的动作速 度。软件保持逻辑如图6所示为RS触发器逻辑，跳闸命令驱动跳闸出口继电器，通过断路 器跳闸位置收回跳闸继电器出口 ；合闸命令驱动合闸出口继电器，通过断路器合闸位置收 回合闸继电器出口。
2)闭锁回路 继电器型闭锁回路原理如图7所示，闭锁触点动作后闭锁继电器线圈充电，其从
动闭锁触点动作后断开跳合闸回路，即使此时有动作触点闭合断路器也不会动作，达到闭
锁功能。简化后的继电器型闭锁回路原理如图8所示，将闭锁触点直接接入装置，软件判断
有闭锁信号时不输出动作触点，在软件上通过逻辑实现了原继电器的功能。 闭锁回路主要包括压力闭锁，软件PLC的闭锁逻辑模拟实际继电器逻辑，在输出跳合闸命令的同时还参与其他状态的输出逻辑，如合后位置。合闸闭锁逻辑、跳闸闭锁逻辑 如图9、图IO所示，软件在综合判断各种输入状态后参照传统操作箱的逻辑原理判断并输 出信号。对于合闸闭锁逻辑，软件考虑了保护装置的重合闸输入和就地的手动合闸输入，采 用了传统操作箱的1YYJ、2YYJ、3YYJ、4YYJ作为闭锁信号，同时模拟了传统操作箱的继电器 延时；对于跳闸闭锁逻辑，软件首先对各类跳闸输入作了或逻辑汇总，在判断完压力降低闭 锁合闸和压力降低闭锁操作信号后实现对跳闸出口的总闭锁。合闸闭锁逻辑和跳闸闭锁逻 辑共同完成了合闸后状态(HHJ)的置位和复位。
3)防跳回路 继电器型闭锁回路原理如图7所示，当跳闸触点动作后，防跳继电器带电，其动作 后从动防跳触点断开合闸回路，从而保证此时合闸触点即使导通也不会让断路器回路带 电，防止断路器跳跃。 简化后的继电器型闭锁回路原理如图8所示，将跳闸触点直接接入装置，软件判
断有闭锁信号时不输出合闸触点，在软件上通过逻辑实现了原继电器的功能。 防跳回路主要完成本套保护和另一套保护的跳跃闭锁，需要输入另一套保护跳闸
信号，与本套保护的跳闸信号或输出后切断合闸逻辑。防跳回路软件PLC逻辑如图ll所示，
开关智能接口单元首先对所有跳闸信号进行了或逻辑汇总，在输出合闸命令前对跳闸信号
进行判断，没有跳闸命令时才完成合闸出口功能，具备了双重化配置条件下双套单元的防
跳配合功能。 5、获得互操作性 开关智能接口单元对外支持IEC61850国际标准，以此获得与其他厂家设备的互 操作性。开关智能接口单元能够解析符合IEC61850-6要求的模型文件，为了提高通信的实 时性，开关智能接口单元采用IEC61850-8-l中的GOOSE机制完成与间隔层设备的通信。开 关智能接口单元支持GOOSE发布(发送G00SE报文)和G00SE订阅(通过配置接收GOOSE 报文)。本发明的开关智能接口单元实现了 IEC61850-8-l中的GOOSE通信服务，具备与其 它厂家设备的互操作性。对外通信功能可由开关智能接口单元的网络通信模块实现。
权利要求
一种开关智能接口单元，所述智能接口单元安装在断路器内部，其特征在于所述开关智能接口单元包括GOOSE通信和PLC模块、开入模块、开出模块和电源模块，所述电源模块用于为GOOSE通信和PLC模块、开入模块、开出模块提供所需的直流电源；所述GOOSE通信和PLC模块、开入模块、开出模块采用高速的内部总线连接，开入模块通过就地电缆和断路器跳合闸位置触点连接，完成开关状态量采集；开出模块与断路器跳闸线圈、合闸线圈分别通过就地电缆连接，通过操作断路器跳、合闸线圈，完成对断路器的控制；GOOSE通信和PLC模块根据配置文件完成GOOSE通信初始化、GOOSE接收、GOOSE发送功能，实现软件可编程逻辑PLC功能，对外采用100M光纤以太网和连接智能单元与间隔层装置通信的过程层交换机连接。
2. 根据权利要求1所述的开关智能接口单元，其特征为，所述开关智能接口单元直接安装在断路器的机构箱或汇控柜内，与断路器形成一个有机整体，不必单独配高防护等级的户外柜。
3. 根据权利要求1所述的开关智能接口单元，其特征为，所述开关智能接口单元以可编程逻辑器件PLC取代大量基础继电器硬件方式完成断路器电气二次回路功能，所述开关智能接口单元的开出模块包括有跳闸、合闸用的三相大功率继电器，即A相跳闸继电器、B相跳闸继电器、C相跳闸继电器、A相合闸继电器、B相合闸继电器、C相合闸继电器，所述三相跳闸继电器分别与断路器对应相的跳闸线圈串接于断路器的正负操作电源之间，所述三相合闸继电器分别与断路器对应相的合闸线圈串接于断路器的正负操作电源之间；PLC逻辑实现断路器的保持回路功能、闭锁回路功能和防跳回路功能。
4. 根据权利要求1所述的开关智能接口单元，其特征为，G00SE模块通过解析IEC61850模文件和配置文件支持IEC618560的模型配置，实现了 IEC61850-8-l中的GOOSE通信服务，具备与其它厂家设备的互操作性。
全文摘要
本发明公开了一种开关智能接口单元，该技术包括以下内容直接安装在断路器内部，与断路器组成一个有机整体，取消户外安装柜；以软件可编程逻辑PLC方式取代大量基础继电器硬件实现断路器二次回路，对断路器二次回路进行简化与优化；支持IEC61850配置和GOOSE通信机制。本发明属于电力系统控制领域，可用于解决数字化变电站过程层状态量信息采集与开关控制问题。
文档编号H02J13/00GK101702539SQ200910237559
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者任雁铭, 刘军, 史文豪, 周芳, 张炜, 方天宇, 晋阳珺, 黄昕 申请人:浙江省电力公司;北京四方继保自动化股份有限公司