气体绝缘开关设备智能终端的制作方法
【专利摘要】本方案涉及一种气体绝缘开关设备的智能控制的气体绝缘开关设备智能终端，包括机箱，其特征在于，所述机箱各间隔内分别设置电源模块、CPU模块、人机交互输入模块、GPS/IRIG-B码对时模块、交流模拟量输入模块、直流模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、背板总线、键盘管理模块、液晶模块、状态指示模块、双光纤/100M以太网模块，各模块通过背板总线相互连接。本发明抗震能力强，电磁兼容性能优越，工作温度范围宽、实用性强，适合于高压及超高压变电站残酷环境下使用。
【专利说明】气体绝缘开关设备智能终端
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压开关设备智能化领域，涉及气体绝缘开关设备（GasInsulated Switchgear，简称GIS)的智能控制的气体绝缘开关设备智能终端。
【背景技术】
[0002] 在传统的GIS二次回路主要采用常规的电磁式继电器组成的逻辑控制电路，需 要上千根硬导线连接繁多的继电器，还需建造专门的控制室安放控制柜。近几年，随着电 子计算机技术与网络通信技术的快速发展，使智能化变电站建设得到了大力推广和普及。 传统的GIS二次回路控制方式已不能满足智能化变电站的要求，智能化变电站要求通过 IEC61850协议形成全站的无缝通信体系，GIS开关设备的状态采集、开关控制、开关逻辑互 锁等都需要采用基于以太网的GOOSE网络数字控制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的旨在克服现有技术上的缺陷和不足，提供一种用于组建智能化变电 站系统，监视GIS开关设备的各种状态以及同网络中其他的GIS开关设备的状态，实现对开 关设备的控制和操作的气体绝缘开关设备智能终端。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 气体绝缘开关设备智能终端，包括机箱，其特征在于，所述机箱各间隔内分别设置电源 模块、CPU模块、人机交互输入模块、GPS/IRIG-B码对时模块、交流模拟量输入模块、直流模 拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、背板总线、键盘管理模块、液晶模块、状 态指示模块、双光纤Λ00Μ以太网模块，各模块通过背板总线相互连接。
[0005] 所述背板总线包括电源线、数据总线、地址总线和控制总线，设置标准硬件接口。
[0006] 所述机箱外部设置人机交互面板，面板设置显示屏、报警灯、功能按键、模式选择 开关。
[0007] 所述显示屏为IXD显示屏。
[0008] 所述智能终端的电源模块、CPU模块、人机交互输入模块、GPS/IRIG-B码对时模块 和交流模拟量输入模块是必须安装的模块，所述智能终端的直流模拟量输入模块、开关量 输入模块、开关量输出模块、键盘管理模块、液晶模块、状态指示模块和双光纤/IOOM以太 网模块可根据需求安装任选其一或其任意组合。
[0009] 与现有技术相比，本发明采用模块化、背插式结构，采集间隔中各断路器、隔离 开关、接地刀闸的分合状态，进行数据处理和控制，实现一次设备的在线状态监测、就地/ 远方控制以及逻辑闭锁功能。本发明通过了IEC61850 -致性测试，可以和其他厂商的 IEC61850客户端产品进行互联，在检测GIS开关设备当前运行状态的同时，能对故障先兆 进行分析和处理，提高了GIS开关设备的安全运行指数和电力系统的自动化程度，同时也 延长了保养维修期，是组建智能化变电站的必备装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的硬件结构示意图。
[0011] 图2为本发明的软件结构示意图。
【具体实施方式】
[0012] 以下结合具体实施例对本发明做进一步描述： 结合附图，本方案所描述的气体绝缘开关设备智能终端，是针对110-550kV气体绝缘 开关设备开发的智能终端，采用6U、19英寸标准工业机箱，采用模块化、背插式结构，由电 源模块、CPU模块、交流（电压电流）模拟量输入模块、直流模拟量输入模块、开关量输入模 块、开关量输出模块、人机交互模块、GPS/IRIG-B码对时模块、双光纤/100M以太网模块等 构成，通过背板总线将各模块连接起来，支持多种安装方式。
[0013] 本发明背板总线包括电源线和数据总线、地址总线、控制总线，提供一个标准的硬 件接口，以CPU模块为核心，对外围的模块进行数据交换和控制。
[0014] 本发明电源模块和CPU模块、人机交互模块、GPS/IRIG-B码对时模块、交流模拟 量输入模块是标准模块，其他模块都可以根据具体需求进行选配或调整。YC板：交流遥测 量输入，每块8路输入，其中：交流电压4路，交流电流4路；接地公共端8路；最多配置1 块；YX板：遥信量输入，每块15路输入，其中：有源接点输入15路，接地公共端3路；最多 配置8块；YK板：遥控量输出，每块8路输出，均为出口继电器干接点方式输出，控制电压 220V/380V，最多配置2块；Y⑶板：直流量输入，每块12路输入，可用于直流模拟量输入信 号的测量，接点公共端3路；最多配置2块。
[0015] 本发明CPU模块采用工业级CPU双核处理，工业级处理器适应环境温度范围广，适 合残酷环境下使用，稳定性能高。双核处理使采集，处理，传输分开，提高实时性，处理状态 更及时。多任务处理，使系统反应跟快，处理速度更高。
[0016] 本发明GPS/IRIG-B码对时模块，接收变电站中统一的时钟源提供的标准时间，为 事故分析提供同步的时间基准。
[0017] 本发明双光纤/100M以太网模块，双光纤接口大大提高了数据的传输率和事件的 反应性。
[0018] 本发明人机交互模块采用大屏幕LCD中文菜单，采用高速串行通信电路的形式与 (PU模块进行数据交换，完成状态显示、键盘管理等功能，即可以提高CPU模块的运行效率， 也可以提高整机的可靠性。总线接口电路利用专用集成电路实现CPU模块与各个功能模块 电路间的数据交换协议。
[0019] 本发明各功能模块功能介绍如下： CD主程序管理模块 主程序管理模块负责整个应用系统的进程管理，调度运行各个子功能模块。
[0020] @IEC6I85O模块 IEC61850标准提供了通用面向对象的变电站事件（GOOSE)快速报文机制，完成与中控 室及其他GIS设备间的通讯。
[0021 ] @交/直流模拟量处理模块 数据采集模块负责对于采集存储传感器采集到的开关量和模拟量信息。
[0022] @开关量输入/出模块 开关量输入/出模块接收来自人机接口或者远程中控室的控制命令，通过开关量输出 模块完成相应的操作指令。
[0023] 審人机交互模块 人机交互模块负责管理应用程序的整个界面菜单工作，接收工作人员的操作指令，提 供各项实时监测指标。
[0024] @信息记录模块 信息记录模块负责记录系统的SOE事件信息和工作人员的操作记录信息。
[0025] @系统配置模块 系统配置主要是对系统中的各项参数进行设置，包括CT、PT参数、通讯参数、系统初始 数据、系统时间等。
[0026] 馨权限及用户管理模块 权限及用户管理模块主要包括对于系统的用户权限管理、出厂密码、用户帮助信息和 操作说明等等。
[0027] @GPS/IRIG-B码对时模块 接收变电站中统一的时钟源提供的标准时间，为事故分析提供同步的时间基准。
[0028] ⑩通讯处理模块 设有以太网、光纤、RS485、CAN，多种通信方式。
[0029] 本发明采用分散式控制模式，即每一间隔都有独立的智能终端进行数据处理和控 制，其采集间隔中各断路器、隔离开关、接地刀闸的分合状态，实现了一次设备的实时在线 状态监测、提供人机交互接口和通信功能、就地/远方控制以及逻辑闭锁功能。提供符合 IEC61850标准的数字化通信接口，能够与中控室的自动化系统进行通讯，实现遥控、遥测、 遥信功能。
[0030] 本发明充分考虑现场的使用条件，采用模块化设计，进行了电磁兼容性能优化设 计，具有可扩充性强、维护方便、稳定可靠、抗干扰能力强、工作温度范围宽、实用性强等特 点，适合于高压及超高压变电站环境下使用。本发明的电磁兼容性能达到IV级标准(最严酷 等级)。
[0031] 本发明能够对间隔中各类开关量信号进行实时检测，包括断路器位置、隔离刀位 置、接地刀位置等，统计开关分合次数；根据判断分合闸回路的完好性，以及分析断路器操 作机构的储能状态，统计液压机构打压电机启动次数；监测气室压力报警和闭锁信号，并能 够根据预设的报警阈值对异常参量进行报警提示。
[0032] 本发明通过CT、PT采集线路上的三相电流，三相电压信号，并计算其有效值，显示 于智能终端的人机界面，记录断路器开断电流；提供通用的模拟量接口，可以自定义监测参 量的属性和报警阈值，用于SF6微水、泄漏电流、触头温度等模拟信号的监测，并能够根据 阈值进行报警。支持非易失性存储器，数据可以长期保存1年）和调用。
[0033] 本发明接收人机交互界面的用户输入或通信接口传输的由远程自动化系统发出 的控制命令，依据开关设备的当前状态，执行相应分合闸操作；具备防跳、非全相保护、逻辑 闭锁等功能，并记录动作时的状态信息和时间。
[0034] 本发明具有友好的人机交互界面，操作界面简洁，面板安装有显示屏、报警灯、功 能按键、模式选择开关；显示屏采用高分辨率高可靠性的大屏幕彩色LCD显示，通过选择按 键能显示各种状态量、系统图等信息；简洁的任务操作，通过模式选择开关可以进行远/近 控、旁路联锁等工作模式的选择；操作权限的设置提高了本发明的安全运行系数。
[0035] 本发明具备RS485、CAN总线、100M以太网（支持IEC61850通讯协议)、双光纤(支持 IEC61850通讯协议）等通信接口及多种传输方式；支持DL/T 860 (IEC 61850)通信协议， 实现与中控室自动化系统的通信。
[0036] 本发明采用实时多任务操作系统作为开发平台和运行平台，实时操作系统起动后 接管整个系统的资源，并且负责所有的任务和中断的调度与管理。用户界面采用大屏幕中 文图形液晶，软件界面使用图形化方式，采用面向对象技术编写，人机界面友好。
[0037] 本发明设有GPS/IRIG-B码对时功能。在变电站中，各类自动化及继电保护装置的 时间同步是进行事故分析的基准。本发明与计算机监控系统、故障录波器和微机保护装置 等设备通过GPS/IRIG-B码对时功能接收统一的时钟源提供的标准时间。国内变电站主要 以GPS时间信号作为主时钟的外部时间基准。IRIG-B码对时实现主控机/客户机的时钟同 止 /J/〇
[0038] 本发明具备IEC61850功能，能实现IEC61850-7-2的通信服务要求；本发明能够实 现GOOSE跳合闸功能及GOOSE互锁功能，能通过GOOSE控制块发送本发明的各种状态信息。
[0039] 本发明替代了传统的GIS控制柜，取代了常规的电磁式继电器组成的繁琐的硬线 接线逻辑控制电路，对气体绝缘开关设备进行在线监视和控制，在检测GIS开关设备当前 运行状态的同时，能对故障先兆进行分析和处理，提高了GIS开关设备的安全运行指数和 电力系统的自动化程度，同时也延长了保养维修期。
[0040] 本发明抗震能力强，电磁兼容性能优越，工作温度范围宽、实用性强，适合于高压 及超高压变电站残酷环境下使用。
【权利要求】
1. 气体绝缘开关设备智能终端，包括机箱，其特征在于，所述机箱各间隔内分别设置电 源模块、CPU模块、人机交互输入模块、GPS/IRIG-B码对时模块、交流模拟量输入模块、直流 模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、背板总线、键盘管理模块、液晶模块、 状态指示模块、双光纤/100M以太网模块，各模块通过背板总线相互连接。
2. 根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备智能终端，其特征在于，所述背板总线包 括电源线、数据总线、地址总线和控制总线，设置标准硬件接口。
3. 根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备智能终端，其特征在于，所述机箱外部设 置人机交互面板，面板设置显示屏、报警灯、功能按键、模式选择开关。
4. 根据权利要求3所述的气体绝缘开关设备智能终端，其特征在于，所述显示屏为LCD 显示屏。
5. 根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备智能终端，其特征在于，所述智能终端的 电源模块、CPU模块、人机交互输入模块、GPS/IRIG-B码对时模块和交流模拟量输入模块 是必须安装的模块，所述智能终端的直流模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模 块、键盘管理模块、液晶模块、状态指示模块和双光纤/100M以太网模块可根据需求安装任 选其一或其任意组合。
【文档编号】H02B15/00GK104426242SQ201310400722
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】袁博 申请人:西安司坤电子科技有限公司