本发明涉及电力系统就地化保护装置领域，尤其涉及一种集装箱积木式就地化母线保护装置。
背景技术：
根据国网公司的变电站建设规划和国调中心关于智能变电站二次保护控制设备专业管理要求，2016年及以后新建变电站将完全按照智能变电站模式进行，并且50%以上采用新一代智能变电站模式，其中220kv及以下保护控制装置需实现就地化、小型化无防护安装模式。
继电保护装置就地化是指将继电保护装置靠近一次设备安装，就地化保护的推广可以减少主控制室屏位布置，大幅减少电缆联结，并通过光纤通信与主控室进行联络、交换信息及接收命令，简化二次回路，提高装置操作可靠性。就地化安装以后，电磁干扰、温度、振动冲击等影响因为离干扰源更近，电磁干扰强，振动幅度大，且缺少良好的温控环境，其影响程度已大大超过常规继保小室防护下对保护装置运行的影响。一方面要提高就地化保护装置电磁干扰、温度、震动冲击等测试等级，另一方面要对装置的环境、资源等运行参数实时监测，才能及时发现异常。
就地化线路保护装置是单间隔保护设备，线路两端每段放置一台线路保护装置，但是母线保护、变压器保护等跨间隔保护设备涉及到较多支路模拟量接入，就地化保护装置的部署方式，各个支路或者各侧模拟量的接入方式都与线路保护有所不同。
根据变压器的特点，就地化变压器保护采用按侧布置就地化变压器保护子机的方式实现，各子机手拉手环接一起送给主机，主机放置在变压器本体上，由主机实现变压器保护功能，由子机装置执行主机装置的动作行为。
母线上连接众多出线支路，极端情况下，220kv母线上会连接24个支路，如果每个支路设置一个子机装置，然后设置一个主机装置，则母线保护装置系统则会显得非常庞大。因此如何减少装置的数量，降低空间占用、简化安装结构并增强接口的防护能力，降低成本是一个重要的问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种集装箱积木式就地化母线保护装置，以简化安装结构、增强接口防护能力为目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种集装箱积木式就地化母线保护装置，包括一个主机装置和若干子机装置，子机装置均通过集装箱的形式集装有用于连接多个支路的对应元件，所述的主机装置和子机装置通过搭积木方式连接，主机装置和子机装置的出入接口均采用航插；所述的主机装置负责部分支路的电流量、电压量和开关量的采集以及接入支路的跳闸出口，并完成支路电气量采集功能、差动电流计算功能、制动电流计算功能、模拟量计算功能、远方操作接口功能、保护功能逻辑、人机接口功能、过程层输入输出功能、站控层通信接口功能；子机装置是主机装置的扩展，负责其所接入的对应支路的电流量、电压量和开关量采集以及对应支路的跳闸开出功能。通过一个主机装置和多个子机装置实现就地化母线保护装置的功能，子机装置均通过集装箱的形式对多个支路的对应元件进行集装并且主机装置和子机装置通过搭积木方式连接，简化了安装结构，减少了占地空间，安装方便、快捷；主机装置和子机装置的出入接口均采用航插，有效地提升了防护能力。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
所述的主机装置和每个子机装置之间为并行电连接以同时联系各个子机装置，并且子机装置在积木式结构的底部，主机装置在积木结构的顶层。主机装置同时联系各个子机装置，不会出现子机装置之间的功能性干扰，在一个子机装置出现故障时，不会影响其他子机装置与主机装置的联系，通过把主机装置设于积木结构的顶层，便于进行维护。
主机装置与子机装置之间通过专用通讯链路连接以实现电气模拟量和开关量的并行传输，所述的专用传输链路为封装在航插内的光纤。通过专用通讯链路避免了干扰，使主机装置与子机装置之间通讯稳定可靠，通过光纤传输，不受电磁干扰，稳定性更好。
所述的主机装置和子机装置均设有5组航插，分别为强电航插、出口航插、通讯航插、第一模拟量航插和第二模拟量航插。实现航插的分组和专业化，统一接口标准，极大的降低了强弱电之间的干扰，使信号更稳定。
主机装置的强电航插包括提供装置工作电源和接入一定数量支路的开入，开入包括母联断路器位置、母联手合开入位置及支路母线刀闸位置；每个子机装置的强电航插均包括提供装置的工作电源和所连接支路的刀闸位置。能够方便的实现主机装置和子机装置的所有强电连接。
子机装置共3个，每个子机装置连接8个支路。通过3个子机装置并且每个子机装置连接8个子路，能够有效地适应母线连接24个支路的情况，适用性好。
主机装置的通讯航插包括不少于21根光纤及其对应的插接端口，其中包括一对过程层goose组网口、一根对时接口、两对站控层通讯接口、一对调试口、6组装置扩展通讯接口；子机装置配置一对调试口和一个扩展通讯接口。可以完善地实现各种通讯接口功能。
在二分之三接线方式下，主机装置的第一模拟量航插负责采集4串电流模拟量，在非二分之三接线方式下，主机装置的第一模拟量航插负责采集最多3段母线的电压和1个支路的电流模拟量，主机装置的第二模拟量航插负责采集4个支路的电流模拟量；子机装置的第一模拟量航插和第二模拟量航插共采集8个支路的电流模拟量。方便地实现电流模拟量的采集。
所述的主机装置与子机装置之间设有秒脉冲采样同步系统，包括设于主机装置上的秒脉冲同步信号发生器和设于子机装置上的秒脉冲同步信号接收器，子机装置在接收到秒脉冲同步信号发生器的秒脉冲同步信号后处理子机装置上所接入支路的模拟量采样。方便地实现采样同步。
主机装置上设有监视每个专用通讯链路和在专用通讯链路异常时提供闭锁保护的监视保护模块。能够有效地实现通讯链路的安全监视和异常闭锁保护。
主机装置和子机装置的出口航插包括8个支路的a\b\c分相跳闸出口，共有32根电缆构成。能够完全实现8个支路a\b\c分相跳闸出口。
主机装置和子机装置对外的输入输出全部采用铠装电缆或铠装光纤。铠装电缆或铠装光纤屏蔽效果好，防护更安全。
主机装置和子机装置的双向交换数据，交换数据内容按照共口并行方式传输，报文格式为基于61850传输协议的sv和goose数据，上行模拟量、开关量采集，下行跳闸出口命令。
有益效果：
1.通过一个主机装置和多个子机装置实现就地化母线保护装置的功能，子机装置均通过集装箱的形式对多个支路的对应元件进行集装并且主机装置和子机装置通过搭积木方式连接，简化了安装结构，减少了占地空间，安装方便、快捷，通过减少待维护设备的数量提高了运行维护的效率。
2.通过采用航插，铠装电缆或铠装光纤，有效地提升了防护能力。
3.集装箱积木式主机装置和子机装置通过合理优化部署到开关场中，将母线上的出线支路就近接入子机，避免了二次回路经过电缆沟向一点集中的问题。
4.主机装置和每个子机装置之间并行电连接并且把主机装置设于积木结构的顶层，便于主机装置同时联系各个子机装置，不会出现子机装置之间的功能性干扰，在一个子机装置出现故障时，不会影响其他子机装置与主机装置的联系，并且便于维护。
5.主机装置与子机装置之间通过专用通讯链路光纤连接，通讯稳定可靠，不受电磁干扰。
6.通过对航插按用途分组和专业化统一接口标准，极大的降低了强弱电之间的干扰，使信号更稳定；各种专用航插的分组可以完善的实现各种接口功能。
7.通过3个子机装置并且每个子机装置连接8个子路，能够有效地适应极端情况下母线连接24个支路的情况，适用性好。
8.采样同步系统能够方便地实现采样同步。
附图说明
图1是本发明主机装置与子机装置的连接示意图。
图2是本发明支路与母线连接示意图。
图3是本发明秒脉冲采样同步系统示意图。
图4是本发明航插接口定义图。
图中：1-主机装置；2-子机装置；3-秒脉冲同步信号发生器；4-秒脉冲同步信号接收器；5-强电航插；6-出口航插；7-通讯航插；8-第一模拟量航插；9-第二模拟量航插。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1-4所示，一种集装箱积木式就地化母线保护装置，包括一个主机装置1和3个子机装置2，子机装置2均通过集装箱的形式集装有用于连接8个支路的对应元件，主机装置1和子机装置2通过搭积木方式连接，主机装置1和子机装置2的出入接口均采用航插，开关场中，母线上的出线支路就近接入子机装置2；主机装置1负责三条母线电压的电压量输入和5个支路的电流量、电压量和开关量的采集以及接入支路的跳闸出口，并完成支路电气量采集功能、差动电流计算功能、制动电流计算功能、模拟量计算功能、远方操作接口功能、保护功能逻辑、人机接口功能、过程层输入输出功能、站控层通信接口功能，主机装置1是就地化母线保护的功能集中系统；子机装置2是主机装置1的扩展，子机装置2不能独立工作，它需要依附于主机，负责其所接入的对应支路的电流量、电压量和开关量采集以及对应支路的跳闸开出功能，每个子机接入8个支路。
为了方便维护，主机装置1和每个子机装置2之间为并行电连接以同时联系各个子机装置2，并且子机装置2在积木式结构的底部，主机装置1在积木结构的顶层。主机装置1同时联系各个子机装置2，不会出现子机装置2之间的功能性干扰，在一个子机装置2出现故障时，不会影响其他子机装置2与主机装置1的联系，维护方便，并且通过把主机装置1设于积木结构的顶层，更便于进行维护。
为了使通讯稳定可靠，主机装置1与子机装置2之间通过专用通讯链路连接以实现电气模拟量和开关量的并行传输，专用传输链路为封装在航插内的光纤。通过专用通讯链路避免了干扰，使主机装置1与子机装置2之间通讯稳定可靠，通过光纤传输，不受电磁干扰，稳定性更好。
为了降低相互干扰，主机装置1和子机装置2均设有5组航插，分别为强电航插5、出口航插6、通讯航插7、第一模拟量航插8和第二模拟量航插9。实现航插的分组和专业化，统一接口标准，极大的降低了强弱电之间的干扰，使信号更稳定。
为了实现全面的强电连接，主机装置1的强电航插5包括提供装置220v电源和各直流的强电支路的开入，开入包括母联断路器位置、母联手合开入位置及8个支路母线刀闸位置；每个子机装置2的强电航插5均包括提供装置的220v电源和所连接支路的刀闸位置。能够方便的实现主机装置1和子机装置2的所有强电连接。
为了实现各种通讯接口功能，主机装置1的通讯航插7包括不少于21根光纤及其对应的插接端口，其中包括一对过程层goose组网口、一根对时接口、两对站控层通讯接口、一对调试口、6组装置扩展通讯接口；子机装置2配置一对调试口和一个扩展通讯接口。可以完善地实现各种通讯接口功能。
为了方便地实现电流模拟量采集，在二分之三接线方式下，主机装置1的第一模拟量航插8负责采集4串电流模拟量，在非二分之三接线方式下，主机装置1的第一模拟量航插8负责采集最多3段母线的电压和1个支路的电流模拟量，主机装置1的第二模拟量航插9负责采集4个支路的电流模拟量；子机装置2的第一模拟量航插8和第二模拟量航插9共采集8个支路的电流模拟量。方便地实现电流模拟量的采集，各个航插上接入的模拟量示意见下表：
为了实现采样同步，主机装置1与子机装置2之间设有采样同步系统，包括设于主机装置1上的秒脉冲同步信号发生器3和设于子机装置2上的秒脉冲同步信号接收器4，子机装置2在接收到秒脉冲同步信号发生器3的秒脉冲同步信号后处理子机装置2上所接入支路的模拟量采样。方便地实现采样同步。
为了有效地实现安全监视和异常保护，主机装置1上设有监视每个专用通讯链路和在专用通讯链路异常时提供闭锁保护的监视保护模块。主机装置1实时监视主机装置1和子机装置2之间的链路状态，防止链路中断时因模拟量缺失引起差动电流出现导致差动保护误动，能够有效地实现通讯链路的安全监视和异常闭锁保护。
为了完全实现8个支路a\b\c分相跳闸出口，主机装置1和子机装置2的出口航插6包括8个支路的a\b\c分相跳闸出口，共有32根电缆构成。能够完全实现8个支路a\b\c分相跳闸出口。
为了使防护屏蔽效果更好，主机装置1和子机装置2对外的输入输出全部采用铠装电缆或铠装光纤。铠装电缆或铠装光纤屏蔽效果好，防护更安全。
为了实现双向信息传输，主机装置1和子机装置2之间的数据交换方式为sv和goose双向共口并行传输，sv和goose传输协议为61850-9-2协议；主机装置1通过装置扩展通讯接口向子机装置2传输基于goose报文格式的跳闸命令，传输到子机装置2之后由子机装置2转换成继电器接点形式的跳闸出口命令，通过电缆形式传输到电缆传送到就地化操作箱；子机装置2向主机装置1传输基于sv格式的支路电流采样报文和基于goose格式的支路刀闸位置，sv采样报文为24点采样，传送到主机装置1之后直接用于差动保护的差流计算；子机装置2向主机装置1传送各接入支路的刀闸位置为goose报文，其与sv报文采用同一根光纤向主机装置1传送，主机装置1根据同步脉冲及接收到的采样序号处理sv和goose报文，在接收报文时主机装置1对sv报文处理的优先级高于goose报文。方便地实现双向信息传输。
本实例中，航插采用标准端口定义，与保护装置的连接方式为螺纹连接方式进行固定端口固定；强电航插5为24芯开入+电源接口，出口航插6为32芯开出接口，通讯航插7为21芯光纤接口，第一模拟量航插8和第二模拟量航插9均为24芯交流接口。
另外需要说明的是，子机装置2的数量是根据变电站工程设计时的母线上连接的支路个数决定，为满足66kv或者35kv母线工程中有可能出现的36个支路的工程需求或者更高的需求，子机装置2的个数有可能会达到或超过4个。
以上图1-4所示的一种集装箱积木式就地化母线保护装置是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。