Модуль управления и мониторинга ячейки комплектного распределительного устройства и цифровая подстанция с ячейкой комплектного распределительного устройства, снабженной таким модулем

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть применена при создании новых и модернизации существующих электрических подстанций в соответствии с концепцией цифровой подстанции. Технический результат полезной модели - повышение производительности цифровой обработки и надежности управления ячейкой КРУ при. ее сопряжении с другими интеллектуальными электронными устройствами цифровой подстанции по интерфейсу, унифицированному в соответствии со международным стандартом МЭК 61850. Модуль содержит первый контроллер (1), второй контроллер (2) и третий контроллер (3). Контроллер (1) снабжен аналоговыми входами (4) и дискретными входами (5) для подключения к соответствующим выходам датчиков состояния ячейки (6) КРУ. Контроллер (2) снабжен последовательным портом (7), к которому подключен сенсорный экран (8). Контроллер (3) снабжен дискретными входами (9) для подключения к датчикам состояния ячейки (6) и дискретными выходами (10), к которым подключен формирователь (11) релейных сигналов управления ячейкой (6). Контроллеры (1), (2) и (3) связаны между собой внутренней ЛВС (12). Контроллеры (2) и (3) снабжены дублированными портами Ethernet: контролер (2) - первым дублированным портом (13), а контроллер (3) - вторым дублированным портом (14). Подстанция содержит ячейки (6) КРУ, снабженные предлагаемыми модулями (17), цифровые датчики (18) тока и напряжения главных цепей КРУ, первую ЛВС Ethernet с дублированными шинами (15), и вторую ЛВС Ethernet с дублированными шинами (16), а также комплекс (19) АСУТП и комплекс (20) РЗА. Комплексы (19) и (20) снабжены модулями (21) сопряжения с дублированными шинами Ethernet. С помощью модулей (21) к шинам (15) подключены комплекс (19) и комплекс (20), а к шинам (16) - комплекс (20). К шинам (16) также подключены выходы датчиков (18). Модули (17) ячеек (6) подключены портами (13) и (14) к дублированным шинам (15) и (16) соответственно. 2 н.п.ф., 2 ил.

Область техники

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть применена при создании новых и модернизации существующих электрических подстанций в соответствии с концепцией цифровой подстанции.

Уровень техники

Известны технические решения по применению микропроцессоров и микроконтроллеров в устройствах управления, мониторинга и защиты комплектных распределительных устройств (КРУ), в том числе элегазовых КРУ (КРУЭ), устанавливаемых на современных высоковольтных подстанциях:

- Микропроцессорная система релейной защиты ячеек комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией и управления секционным выключателем. Патент РФ на полезную модель RU 56679, МПК G06F 15/16, приоритет от 20.04.06, опубл. 10.09.06.

-- Digital control apparatus for gas insulated switchgear. Патент Кореи KR 20040061776, МПК H02B 13/035, приоритет от 31.12.2002, опубл. 07.07.2004.

- Control and monitoring apparatus for gas insulated switchgear. Патент Кореи KR 20090085928, МПК G08B 21/00, H02B 13/025, приоритет от 02.05.2008, опубл. 08.10.2009.

- Control system for gas insulated switchgear. Патент Японии JP 7177623, МПК H02B 1/24, приоритет от 12.21.1993, опубл. 14.07.1995;. - Controller for gas insulated metal enclosed switchgear, Патент КНР на полезную модель CN 201018218 МПК Н02В 13/035, приоритет от 02.02.2007, опубл. 02.06.2008.

Последнее техническое решение принято в качестве прототипа.

Устройство-прототип содержит два связанных между собой контроллера, к первому из которых подключены сенсорный экран и модули сопряжения с датчиками и средствами управления КРУ, а второй контроллер снабжен средствами связи с внешними устройствами. Первый контроллер используется для управления и мониторинга КРУ, а второй -для коммуникации с внешними устройствами. Для связи элементов устройства прототип использует последовательный интерфейс RS232.

В последние годы с целью упрощения проводного монтажа, повышения надежности, обеспечения интероперабельности (способности к взаимодействию по открытому интерфейсу) и взаимозаменяемости аппаратуры управления от разных производителей осуществляется переход к цифровым подстанциям, т.е к полностью цифровому способу обмена информацией в пределах электрической подстанции и далее - с удаленными центрами управления. Принципы организации такого обмена оговорены набором международных стандартов МЭК 61850 «Системы и сети связи на подстанциях». Эти стандарты регламентируют две шины сетевого обмена по протоколу передачи данных Ethernet.

Одна шина, называемая шиной процесса, обеспечивает быстрый обмен сигналами, требующими высокопроизводительной обработки, стандартизирована протоколом МЭК 61850-9-2 и используется для передачи цифровых значений токов и напряжений, передачи GOOSE-сообщений релейной защиты.

Другая шина, называемая станционной шиной, обеспечивает более медленный обмен информацией, не требующей высокопроизводительной обработки, стандартизирована протоколом МЭК 61850-8-1 и используется для обмена данными и командами между комплексом релейной защиты и автоматики (РЗА), комплексом автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) верхнего уровня подстанции и различными интеллектуальными электронными устройствами, подключенными к шине процесса.

Недостаток прототипа - его неспособность обеспечить управление и мониторинг ячейки КРУ при ее использовании в качестве одного из интеллектуальных электронных устройств цифровой подстанции в соответствии с международным стандартом МЭК 61850.

Раскрытие существа полезной модели

Предметом по п.1 формулы полезной модели является модуль управления и мониторинга ячейки КРУ, содержащий первый контроллер, снабженный аналоговыми и дискретными входами, предназначенными для подключения к соответствующим выходам датчиков состояния ячейки КРУ, второй контроллер, снабженный последовательным портом, к которому подключен сенсорный экран, и третий контроллер, снабженный дискретными входами для подключения к датчикам состояния ячейки КРУ и дискретными выходами, к которым подключен формирователь релейных сигналов управления ячейкой КРУ, при этом первый, второй и третий контроллеры связаны между собой внутренней локальной вычислительной сетью (ЛВС), а второй и третий контроллеры снабжены первым и вторым дублированными портами Ethernet соответственно.

Предметом полезной модели также является цифровая электрическая подстанция, содержащая ячейки КРУ, снабженные модулями управления и мониторинга по п.1, цифровые датчики тока и напряжения главных цепей КРУ, первую и вторую ЛВС Ethernet с дублированными шинами и комплексы АСУТП и РЗА, снабженные модулями сопряжения с указанными шинами, к шинам первой ЛВС подключены комплекс АСУТП и комплекс РЗА, к шинам второй ЛВС - комплекс РЗА, модули управления и мониторинга ячеек КРУ и выходы указанных цифровых датчиков, при этом модуль управления и мониторинга, по меньшей мере, одной ячейки КРУ выполнен по п.1 и подключен первым и вторым дублированными портами Ethernet к дублированным шинам первой и второй ЛВС соответственно.

Технический результат полезной модели - повышение производительности цифровой обработки и надежности управления ячейкой КРУ при ее сопряжении с другими интеллектуальными электронными устройствами цифровой подстанции по интерфейсу, унифицированному в соответствии со международным стандартом МЭК 61850.

Осуществление полезной модели

Блок-схема заявляемого модуля представлена на фиг.1, а заявляемой подстанции - на фиг.2.

Модуль содержит первый контроллер 1, второй контроллер 2 и третий контроллер 3. Контроллер 1 снабжен аналоговыми входами 4 и дискретными входами 5 для подключения к соответствующим выходам датчиков состояния ячейки 6 КРУ. Контроллер 2 снабжен последовательным портом 7, к которому подключен сенсорный экран 8. Контроллер 3 снабжен дискретными входами 9 для подключения к датчикам состояния ячейки 6 и дискретными выходами 10, к которым подключен формирователь 11 релейных сигналов управления ячейкой. 6. Контроллеры 1, 2 и 3 связаны между собой внутренней ЛВС 12. Контроллеры 2 и 3 снабжены дублированными портами Ethernet: контролер 2 - первым дублированным портом 13, а контроллер 3 - вторым дублированным портом 14.

Порты 13 и 14 предназначены для подключения к дублированным коммуникационным шинам цифровой подстанции: к станционной шине 15 и к шине 16 процесса соответственно.

На фиг.2 представлена схема цифровой электрической подстанции, в которой используются ячейки 6 КРУ с заявляемым модулем 17.

Подстанция содержит ячейки 6 КРУ, снабженные предлагаемыми модулями 17, цифровые датчики 18 тока и напряжения главных цепей КРУ, первую ЛВС Ethernet с дублированными шинами 15, и вторую ЛВС Ethernet с дублированными шинами 16, а также комплекс 19 АСУТП и комплекс 20 РЗА. Комплексы 19 и 20 снабжены модулями 21 сопряжения с дублированными шинами Ethernet. С помощью модулей 21 к шинам 15 подключены комплекс 19 и комплекс 20, а к шинам 16 - комплекс 20. К шинам 16 также подключены выходы датчиков 18. Модули 17 ячеек 6 подключены портами 13 и 14 к дублированным шинам 15 и 16 соответственно.

Модуль управления и мониторинга ячейки КРУ работает в составе цифровой подстанции следующим образом.

Контроллер 3 осуществляет непосредственное управление коммутационными аппаратами ячейки КРУ через формирователь 11 релейных сигналов. Необходимую для выполнения алгоритмов управления информацию о токах и напряжениях главных цепей КРУ от цифровых датчиков тока и напряжения и команды аварийного отключения от комплекса РЗА, контроллер 3 получает по шине 16 процесса в соответствии со стандартом МЭК 61850-9-2. Информацию о состоянии коммутационных аппаратов контроллер 3 получает непосредственно из ячейки 6 КРУ по своим дискретным входам 9 и от контроллера 1 по внутренней локальной сети 12. Команды оперативного управления от комплекса АСУТП подстанции, команды взаимных блокировок с другими ячейками, принимаемые контроллером 2 по шине 15 подстанции в соответствии со стандартом МЭК 61850-8-1, также передаются в контроллер 3 по внутренней сети 12.

Контроллер 1 собирает информацию от всех датчиков состояния ячейки КРУ (в том числе от датчиков давления в КРУЭ), реализует ее временное хранение до передачи на верхний уровень и выполняет алгоритмы диагностики состояния КРУ. Получаемую информацию и результаты диагностики контроллер 1 передает по внутренней сети 12 контроллеру 2, который транслирует ее на верхний уровень АСУТП подстанции по шине 15.

Локальное управление ячейкой 6 КРУ и контроль самого модуля управления и мониторинга осуществляются с сенсорного экрана 8, подключенного к порту 7 контроллера 2, с использованием внутренней сети 12 для обмена информацией с контроллерами 1 и 3.

Структура предлагаемого устройства обеспечивает требуемую для цифровой подстанции производительность обработки и надежность управления благодаря оптимальному распределению функций между контроллерами 1, 2 и 3 и обмену цифровыми данными с внешними устройствами по дублированным коммуникационным шинам 15 и 16.

Цифровая подстанция с ячейкой КРУ, снабженной модулем 17, работает следующим образом.

Датчики 18 передают по шине 16 модулям 17 и комплексу 20 РЗА значения токов и значения напряжений главных цепей КРУ. Эти данные используются для выполнения алгоритмов управления и релейной защиты.

Команды оперативного управления от комплекса 19 АСУТП, команды взаимных блокировок с другими ячейками от комплекса 20 РЗА принимаются модулем 17 по шине 15 подстанции. Эта же шина используется для обмена данными и командами между комплексом 20 РЗА, комплексом 19 АСУТП верхнего уровня подстанции и другими (не показанными на фиг.2) интеллектуальными электронными устройствами, подключенными к шине 16 процесса.

Использование ячеек 6 КРУ, снабженных модулями 17, в составе цифровой подстанции повышает ее надежность управления и удобство эксплуатации.

1. Модуль управления и мониторинга ячейки КРУ, содержащий первый контроллер, снабженный аналоговыми и дискретными входами, предназначенными для подключения к датчикам состояния ячейки КРУ, второй контроллер, снабженный последовательным портом, к которому подключен сенсорный экран, и третий контроллер, снабженный дискретными входами для подключения к датчикам состояния ячейки КРУ и дискретными выходами, к которым подключен формирователь релейных сигналов управления ячейкой КРУ, при этом первый, второй и третий контроллеры связаны между собой внутренней ЛВС, а второй и третий контроллеры снабжены первым и вторым дублированными портами Ethernet соответственно.

2. Цифровая электрическая подстанция, содержащая ячейки КРУ, снабженные модулями управления и мониторинга по п.1, цифровые датчики тока и напряжения главных цепей КРУ, первую и вторую ЛВС Ethernet с дублированными шинами и комплексы АСУТП и РЗА, снабженные модулями сопряжения с указанными шинами, к шинам первой ЛВС подключены комплекс АСУТП и комплекс РЗА, к шинам второй ЛВС - комплекс РЗА, модули управления и мониторинга ячеек КРУ и выходы указанных цифровых датчиков, при этом модуль управления и мониторинга, по меньшей мере, одной ячейки КРУ выполнен по п.1 и подключен первым и вторым дублированными портами Ethernet к дублированным шинам первой и второй ЛВС соответственно.