专利名称：一种新型过程层装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种过程层装置，属于智能变电站过程层设备领域。
背景技术：
智能变电站是变电站自动化技术的发展方向，也正是目前国内电力系统大力推 广的项目，一次设备智能化和二次设备网络化是智能变电站的核心技术之一。按照IEC 61850通信规范，智能变电站分为三层过程层、间隔层及站控层，变电站整体建立在通信 网络的基础之上，通信网络成为智能变电站的重中之重。智能变电站中一次回路的数据采样和控制保护设备发出跳闸命令等均经过程层 网络传输。过程层网络是间隔层设备和过程层设备之间交互信息的命脉通道，其可靠性和 实时性直接决定了变电站系统的可用性。过程层网络的核心设备就是交换机，交换机上面 连接着间隔层的IED设备，包括继电保护、测控装置、电能计量装置等，下面连接着过程层 的智能接口和合并器。过程层装置的CPU与电子互感器接口、I/O插件及LED驱动相连，实 现智能操作。目前工程实施时过程层网络通常采用多台交换机(Switch)链接而成，一般采 用的网络架构是“间隔交换机+主干网交换机”构成星形拓扑或环形拓扑的过程层网络，其 具体做法如图1所示按间隔配置交换机，即每个间隔配置一台交换机，再将间隔交换机通 过一台或多台主干网交换机连接，构成主干网星形网络或环形网络。交换机作为通信网络的重要节点，其可靠性和故障率是智能变电站正常运行的重 要指标，交换机设备工作异常轻者造成整个间隔的停运，严重的情况下如主干网交换机的 损坏甚至会导致全站二次系统功能的丧失。目前，符合工业要求、适应变电站强电磁干扰运行环境、满足智能变电站高带宽、 高实时性数据传输要求的工业交换机产品极少，市场上已有的交换机价格非常昂贵，一个 中等规模的智能变电站仅交换机的投资就占到整个二次控制系统投资的1/3。高昂的数据 交换成本影响了智能变电站技术的进一步推广和发展。发明内容本实用新型的目的是提供一种新型过程层装置，同时具有交换机的功能，以解决 现有过程层装置和以太网交换机独立使用带来的成本高、可靠性低等问题。为实现上述目的，本实用新型提供的新型过程层装置的第一种技术方案如下一 种新型过程层装置，包括具有控制器模块插件的机箱，机箱内还设有与控制器模块插件控 制相连的电子互感器接口、I/O插件和LED驱动装置，所述机箱内还设有以太网交换插件， 所述以太网交换插件的输出端与控制器模块的输入端双向连接，以太网交换插件的输入端 用于与主干网交换机、测控及保护装置双向连接。所述控制器模块包括中央控制器及其内置接口，所述以太网交换插件包括至少两 个网口和具有交换机处理器及交换机芯片的交换机模块，控制器模块通过其内置接口与以 太网交换插件的一个网口双向连接，以太网交换插件的其余网口用于与主干网交换机、测控及保护装置双向连接。所述机箱为全封闭机箱，整体面板，板间采用扣接方式。本实用新型提供的新型过程层装置的第二种技术方案如下一种新型过程层装 置，包括具有控制器模块插件的机箱，机箱内还设有与控制器模块插件控制相连的电子互 感器接口、I/O插件和LED驱动装置，控制器模块插件上集成有中央控制器及其内置接口， 所述控制器模块插件的印制板上还扩展连接有交换机芯片，所述中央控制器与交换机芯片 双向连接，所述内置接口用于与主干网交换机、测控及保护装置双向连接。所述机箱为全封闭机箱，整体面板，板间采用扣接方式。本实用新型的过程层装置扩展了以太网交换设备，硬件上共用一个机箱，对电磁 干扰信号进行有效屏蔽，并有利于防尘、防水，同时由于过程层装置和交换设备的位置相对 固定，提高了可靠性，设备可靠性〉原两台设备的可靠性=过程层装置可靠性X交换机可 靠性，并且也降低设备硬件设计/加工的成本；另一方面使智能变电站过程层IED设备集成 度得到提高，使智能变电站的施工和维护变得更加简单、便捷，大大减少设备之间电缆和连 接器数量，降低施工工作量、技术难度，同时降低变电站建设成本；设备集成度提高的同时， 可靠的硬件设计方案带来了整个过程层网络可靠性的提高。本实用新型的过程层装置在硬 件元器件选择及结构设计上充分考虑户外安装的恶劣运行环境，一体化设计使硬件故障率 大大降低；同时，高集成度的设计使过程层网络上的设备台数减少，有利于网络可靠性的提 尚ο
图1是现有智能变电站中网络系统典型结构示意图；图2是本实用新型在整个智能变电站中的网络系统结构示意图；图3是本实用新型方式一的过程层装置系统结构示意图；图4是本实用新型方式二的过程层装置系统结构示意图。
具体实施方式
如图2所示为本实用新型在整个智能变电站中的网络系统结构示意图，由图可 知，本装置将原过程层设备与间隔交换机相结合，集成为一种具有交换机功能的新型过程层装直ο如图3所示为本实用新型第一种方式实施例的系统结构示意图，由图可知，原过 程层装置的机箱内的过程层设备以具有中央控制器CPU及其内置接口的控制器模块为核 心，输入端与I/O插件、互感器接口的输出端双向连接，其输出端还与LED驱动装置相连。在 此基础上，该机箱内还设置了以太网交换插件印制板，该印制板的核心为交换机模块由管 理处理器CPU和交换机芯片构成，还提供了至少两个100M以太网口(本实施例为六个)，其 中一个网口作为内置网口与原过程层装置的内置接口相连，作为数据交换；其余网口引出 装置，作为与间隔其他设备如保护装置、测控装置、计量设备的相连网口。本过程层装置里 拥有2个CPU芯片，中央控制器接收对时信号，以保证采样数据的精确性；对各电子互感器 输入数据进行采样处理，并按IEC 61850-9-1或IEC 61850-9-2标准转换成以太网数据，再 通过光纤输出到过程层网络或相关的智能电子设备；同时通过以太网口，收发GOOSE信息，完成开关量的逻辑功能；还具有驱动LED指示灯功能；另一个在以太网交换插件的管理处 理器CPU负责对交换机芯片的管理配置功能，支持IEEE 802. Ip优先级、支持802. IQ VLAN 设置、支持802. Ix端口安全、支持802. Id生成树等。I/O插件根据一次设备对象的不同， 有多种型号。针对断路器和开关主要完成对断路器和开关的分合控制、异常操作闭锁告警、 防跳闭锁、位置监视、相互逻辑操作闭锁等功能；针对变压器主要完成档位调节、中性点刀 闸操作、位置和状态量采集、变压器本体非电量保护功能。如图4所示为本实用新型第二种方式实施例的系统结构示意图，由图可知，本实 施例的过程层装置在中央控制器的CPU板上集成工业级交换机芯片，实现功能与实施例1 相同，区别在于本过程层装置里只有1个CPU芯片，即负责IEC61850规约解析组帧、数据合 并的逻辑功能，同时实现对交换机芯片的管理配置功能。过程层装置作为智能设备的智能组件之一，均要求随一次设备安装，由于设备运 行在变电站过程层的恶劣户外环境中，硬件设计必须采用全封闭机箱，整体面板，板间采用 扣接方式，牢固安全，元器件选型均采用工业标准低功耗，整个设备能够在温度一 40°C + 85°C，湿度5% 95%的环境中工作。设计时强弱电严格分开，装置的抗干扰能力、抗震动能 力强，绝缘等级高，对外的电磁辐射也满足相关标准。本实用新型的过程层装置扩展了以太网交换设备，硬件上共用一个机箱，即共用 一个电源和一个机壳，对电磁干扰信号进行有效屏蔽，并有利于防尘防水，同时由于过程层 装置和交换设备的位置相对固定，提高了可靠性，设备可靠性 > 原两台设备的可靠性=过 程层装置可靠性X交换机可靠性，并且也降低设备硬件设计/加工的成本。另外，本装置 使智能变电站过程层IED设备集成度得到提高，这样带来的最明显的效益是节约了安装空 间。对于过程层装置和间隔交换机均在户外控制柜中安装的方式，由于户外控制柜内的安 装空间本身非常有限，本实用新型的设备对安装空间的要求降低，便于工程实施；对于交换 机在主控室安装的方式，本实用新型的设备直接节约保护屏上的空间，降低屏的数量，节约 主控室的空间。同时，高集成度设备的应用使智能变电站的施工和维护变得更加简单、便 捷，大大减少设备之间电缆和连接器数量，降低施工工作量、技术难度，同时降低变电站建 设成本。设备集成度提高的同时，可靠的硬件设计方案带来了整个过程层网络可靠性的提 尚ο本实用新型的新型过程层装置在硬件元器件选择及结构设计上充分考虑户外安 装的恶劣运行环境，一体化设计使硬件故障率大大降低；高集成度的设计使过程层网络上 的设备台数减少，有利于网络可靠性的提高。
权利要求1.一种新型过程层装置，包括具有控制器模块插件的机箱，机箱内还设有与控制器模 块插件控制相连的电子互感器接口、I/O插件和LED驱动装置，其特征在于所述机箱内还 设有以太网交换插件，所述以太网交换插件的输出端与控制器模块的输入端双向连接，以 太网交换插件的输入端用于与主干网交换机、测控及保护装置双向连接。
2.根据权利要求1所述的新型过程层装置，其特征在于所述控制器模块包括中央控 制器及其内置接口，所述以太网交换插件包括至少两个网口和具有交换机处理器及交换机 芯片的交换机模块，控制器模块通过其内置接口与以太网交换插件的一个网口双向连接， 以太网交换插件的其余网口用于与主干网交换机、测控及保护装置双向连接。
3.根据权利要求2所述的新型过程层装置，其特征在于所述机箱为全封闭机箱，整体 面板，板间采用扣接方式。
4.一种新型过程层装置，包括具有控制器模块插件的机箱，机箱内还设有与控制器模 块插件控制相连的电子互感器接口、I/O插件和LED驱动装置，控制器模块插件上集成有中 央控制器及其内置接口，其特征在于所述控制器模块插件的印制板上还扩展连接有交换 机芯片，所述中央控制器与交换机芯片双向连接，所述内置接口用于与主干网交换机、测控 及保护装置双向连接。
5.根据权利要求4所述的新型过程层装置，其特征在于所述机箱为全封闭机箱，整体 面板，板间采用扣接方式。
专利摘要本实用新型涉及一种新型过程层装置，包括具有控制器模块插件的机箱，机箱内还设有与控制器模块插件控制相连的电子互感器接口、I/O插件和LED驱动装置，所述机箱内还设有以太网交换插件，所述以太网交换插件的输出端与控制器模块的输入端双向连接，以太网交换插件的输入端用于与主干网交换机、测控及保护装置双向连接。本实用新型的过程层扩展了以太网交换装置，硬件上共用一个机箱，对电磁干扰信号进行有效屏蔽，并有利于防尘防水，同时由于过程层和以太网交换装置的位置相对固定，提高了可靠性，也降低了设备硬件设计和加工成本。
文档编号H02B1/26GK201830018SQ20102021741
公开日2011年5月11日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者周水斌, 张克元, 李刚, 闫志辉 申请人:许昌许继软件技术有限公司, 许继电气股份有限公司, 许继集团有限公司