基于统一断面数据采集的断路器智能组件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于统一断面数据采集的断路器智能组件，包括机箱，在机箱内设置有总线式背板，其特征在于：在总线式背板上插接有核心插件ＣＰＵＳ、电源插件、工频信号采集插件、操作回路插件、状态监测采集插件、合并单元插件，所述核心插件ＣＰＵＳ分别与电源插件、工频信号采集插件、操作回路插件、状态监测采集插件、合并单元插件相通信。本实用新型专利技术具备在６Ｕ、１／２机箱结构内实现多种功能应用的综合装置，统一断面数据采集，为变电站全景数据库提供数据集，为断路器的安全运行提供齐备的单装置解决方案，有效节省设备投资，保证断路器的安全运行及提高设备运行寿命，减少停电检修次数。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属电工
，更准确地说本技术涉及一种面向35KV及以下 电压等级的断路器的保护、测控、状态监测及断路器数字化输入输出的综合一体化装置。
技术介绍
随着国家电网公司对智能电网的重点投资和建设，及十二五规划对一次设备智能 化提出的“测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化”的要求，智 能变电站对断路器运行工况数据需要全面的收集和分析，达到断路器设备从停电检修过渡 到实时在线监测和故障检修。传统的面向断路器的微机保护测控一体化装置已广泛使用，但面向的对象主要是 电网的工频信号；传统的断路器的状态监测装置也逐步在推广使用，其功能受限于断路器 本体信息；目前工程应用基本上是两种类型的装置各自独立运行，信息不交互，且采集的信 号量时标不统一，为断路器的全景数据获取及分析、运行监控及事故分析带来不便。同时传 统装置考虑更多的是基本功能应用，对断路器控制器的网络通信、IEC61850信息建模、数字 化功能等方面考虑欠缺。文献一《智能式断路器控制器》(中国专利申请号200920227462. 1)披露了一种智 能式断路器控制器的硬件系统框架，采用了 ARM + DSP的系统构架，系统框设计基本上还是 传统的微机保护测控装置的设计思想，AD采样+开入开出信号+液晶+通讯管理，没有涉 及到数据的外同步采样统一断面数据，装置的设计也没有考虑到智能变电站对设备的数字 化输出和网络GOOSE跳闸解决方案。文献二《基于DSP的高压断路器综合在线监测装置》(易慧等《高压电气》2007. 2) 介绍了一种基于TMS320F206为主控器的信号采集装置，通过采集断路器的动触头的行程 位移、分合间线圈电流电压、振动信号、绝缘介质特性，来综合评估断路器的工作状态和计 算电寿命估计。这类装置功能较单一，只做断路器状态监测，在高电压等级变电站内的断路 器设备上可以使用，但低压领域尤其IOKV开关柜内由于柜内空间及经济成本因素不会得 到广泛使用。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种断路器智能组件，具备在6U、l/2 机箱结构内实现多种功能应用的综合装置，统一断面数据采集，为变电站全景数据库提供 数据集，为断路器的安全运行提供齐备的单装置解决方案。为解决上述技术问题，本技术提供一种基于统一断面数据采集的断路器智能 组件，包括机箱，在机箱内设置有总线式背板，其特征在于在总线式背板上插接有核心插 件CPUS、电源插件、工频信号采集插件、操作回路插件、状态监测采集插件、合并单元插件， 所述核心插件CPUS分别与电源插件、工频信号采集插件、操作回路插件、状态监测采集插 件、合并单元插件相通信。前述的基于统一断面数据采集的断路器智能组件，其特征在于所述核心插件CPUS包括通讯管理单元PPC、与通讯管理单元相通信的FPGA采集单元、与FPGA采集单元相 通信的DSP运算单元。前述的基于统一断面数据采集的断路器智能组件，其特征在于通讯管理单元 PPC包含2个百兆以太光口，3个百兆电口，所述两个电口为匪S通信以太网口，以IEC61850 通信协议与上位管理机通信；两个光口为GOOSE通信以太网口，负责G000SE实时报文处理， 实现装置联锁及跳合闸操作，完成智能终端功能，还包括一个内部以太电口用于和液晶CPU 通讯。前述的基于统一断面数据采集的断路器智能组件，其特征在于所述DSP分别与 电源插件中的开入开出模块及操作回路插件相相通信。前述的基于统一断面数据采集的断路器智能组件，其特征在于所述FPGA采集单 元接受工频信号采集插件的采样及数据，同时接受DSP运算单元采集的32路外部开入信 号，接收外部B码对时信号，并通过本地解码提取秒脉冲、同步采样脉冲，同时FPGA每半个 周波计算所有通道的基波向量，联同生数据(采样值)带时标一起存入4个周波存储深度的 缓冲区，通过本地16位数据总线方式把AD数据发布给通讯管理单元PPC和DSP运算单元。前述的基于统一断面数据采集的断路器智能组件，其特征在于所述机箱为标准 6UU/2机箱。前述的基于统一断面数据采集的断路器智能组件，其特征在于所述通讯管理单 元PPC和DSP运算单元之间的数据交互通道为双口 RAM形式。前述的基于统一断面数据采集的断路器智能组件，其特征在于所述合并单元 插件包括通讯CPU，合并单元插件的第二 FPGA同步接受由核心插件CPUS的FPGA采集 单元通过差分总线发来的采样数据，经过整理传送给通讯CPU，由通讯CPU决定按照IEC 61850-9-2标准向过程层网络发送或者以IEC 60044-8协议通过串行光纤口发送。前述的基于统一断面数据采集的断路器智能组件，其特征在于所述状态监测采 集插件包括6隔离采样回路(4 20mA)和9路光纤测温模块。本技术的达到的有益效果本技术具备在6U、l/2机箱结构内实现多种 功能应用的综合装置，统一断面数据采集，为变电站全景数据库提供数据集，为断路器的安 全运行提供齐备的单装置解决方案，有效节省设备投资，保证断路器的安全运行及提高设 备运行寿命，减少停电检修次数。附图说明图1为本技术的装置机箱结构正视图。图2为本技术的装置机箱结构剖面图。图3为断路器智能组件硬件原理框图。图4为断路器智能组件的状态监测功能框图。图5为断路器智能组件装置端子定义图。图6为本技术的功能图。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步说明。图1和图2示意了本装置的机箱尺寸及结构。断路器智能组件采用了标准6U、l/2机箱结构设计，装置结构特点是采用背板前 置，功能插件后插的装置方案，合理布置功能插件，包括总线式背板、电源插件(包含开入功 能模块)、核心插件CPUS (包含通讯管理单元PPC、FPGA采集单元、DSP运算单元)、工频信号 采集插件、操作回路插件、状态监测采集插件、合并单元插件、显示单元(固定在门板上)。断路器智能组件软硬件功能包含7大功能模块数据采集及主控模块选用带DSP内核的大容量RAM的FPGA (XC3SD1800A)，其功 能包括以4KHz的采样速度负责4片8通道的16位AD (MAX11046)的采样及数据接受工 作，同时负责接受DSP运算单元以2KHz采样速率采集的32路外部开入信号；同时接收外部 B码(光纤或485方式)，并通过本地解码提取秒脉冲，同步采样脉冲。另外FPGA每半个周波 (10MS)计算所有通道的基波向量，联同生数据(采样值)带时标一起存入4个周波存储深度 的缓冲区，通过本地16位数据总线方式把AD数据发布给通讯管理单元PPC和DSP运算单 元。以双口 RAM的形式提供PPC和DSP运算单元之间的数据交互通道；提供背板6对冗余 差分总线，以IOM的速率与其它智能板件通信。保护测控模块主要由DSP运算单元和工频信号采集插件、开入开出模块、操作回 路插件完成，完成一条线路的保护功能及测控功能。 通讯管理模块由通讯管理单元PPC完成，包含2个百兆以太光口，3个百兆电口； 其中两个电口为MMS通信以太网口，以IEC61850通信协议与上位管理机通信；两个光口为 GOOSE通信以太网口，负责G000SE实时报文处理，实现装置联锁及跳合闸操作，完成智能终 端功能。一个内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于统一断面数据采集的断路器智能组件，　包括机箱，在机箱内设置有总线式背板，其特征在于：在总线式背板上插接有核心插件ＣＰＵＳ、电源插件、工频信号采集插件、操作回路插件、状态监测采集插件、合并单元插件，所述核心插件ＣＰＵＳ分别与电源插件、工频信号采集插件、操作回路插件、状态监测采集插件、合并单元插件相通信。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小铭，李惠宇，郭晓东，谢黎，赵东坡，樊陈，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84[]