專利名稱：一種新型過程層裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種過程層裝置，屬于智能變電站過程層設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
智能變電站是變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向，也正是目前國內(nèi)電力系統(tǒng)大力推 廣的項(xiàng)目，一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化是智能變電站的核心技術(shù)之一。按照IEC 61850通信規(guī)范，智能變電站分為三層過程層、間隔層及站控層，變電站整體建立在通信 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上，通信網(wǎng)絡(luò)成為智能變電站的重中之重。智能變電站中一次回路的數(shù)據(jù)采樣和控制保護(hù)設(shè)備發(fā)出跳閘命令等均經(jīng)過程層 網(wǎng)絡(luò)傳輸。過程層網(wǎng)絡(luò)是間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備之間交互信息的命脈通道，其可靠性和 實(shí)時(shí)性直接決定了變電站系統(tǒng)的可用性。過程層網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備就是交換機(jī)，交換機(jī)上面 連接著間隔層的IED設(shè)備，包括繼電保護(hù)、測控裝置、電能計(jì)量裝置等，下面連接著過程層 的智能接口和合并器。過程層裝置的CPU與電子互感器接口、I/O插件及LED驅(qū)動(dòng)相連，實(shí) 現(xiàn)智能操作。目前工程實(shí)施時(shí)過程層網(wǎng)絡(luò)通常采用多臺(tái)交換機(jī)(Switch)鏈接而成，一般采 用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是“間隔交換機(jī)+主干網(wǎng)交換機(jī)”構(gòu)成星形拓?fù)浠颦h(huán)形拓?fù)涞倪^程層網(wǎng)絡(luò)，其 具體做法如圖1所示按間隔配置交換機(jī)，即每個(gè)間隔配置一臺(tái)交換機(jī)，再將間隔交換機(jī)通 過一臺(tái)或多臺(tái)主干網(wǎng)交換機(jī)連接，構(gòu)成主干網(wǎng)星形網(wǎng)絡(luò)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。交換機(jī)作為通信網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，其可靠性和故障率是智能變電站正常運(yùn)行的重 要指標(biāo)，交換機(jī)設(shè)備工作異常輕者造成整個(gè)間隔的停運(yùn)，嚴(yán)重的情況下如主干網(wǎng)交換機(jī)的 損壞甚至?xí)?dǎo)致全站二次系統(tǒng)功能的喪失。目前，符合工業(yè)要求、適應(yīng)變電站強(qiáng)電磁干擾運(yùn)行環(huán)境、滿足智能變電站高帶寬、 高實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳輸要求的工業(yè)交換機(jī)產(chǎn)品極少，市場上已有的交換機(jī)價(jià)格非常昂貴，一個(gè) 中等規(guī)模的智能變電站僅交換機(jī)的投資就占到整個(gè)二次控制系統(tǒng)投資的1/3。高昂的數(shù)據(jù) 交換成本影響了智能變電站技術(shù)的進(jìn)一步推廣和發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種新型過程層裝置，同時(shí)具有交換機(jī)的功能，以解決 現(xiàn)有過程層裝置和以太網(wǎng)交換機(jī)獨(dú)立使用帶來的成本高、可靠性低等問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的新型過程層裝置的第一種技術(shù)方案如下一 種新型過程層裝置，包括具有控制器模塊插件的機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)還設(shè)有與控制器模塊插件控 制相連的電子互感器接口、I/O插件和LED驅(qū)動(dòng)裝置，所述機(jī)箱內(nèi)還設(shè)有以太網(wǎng)交換插件， 所述以太網(wǎng)交換插件的輸出端與控制器模塊的輸入端雙向連接，以太網(wǎng)交換插件的輸入端 用于與主干網(wǎng)交換機(jī)、測控及保護(hù)裝置雙向連接。所述控制器模塊包括中央控制器及其內(nèi)置接口，所述以太網(wǎng)交換插件包括至少兩 個(gè)網(wǎng)口和具有交換機(jī)處理器及交換機(jī)芯片的交換機(jī)模塊，控制器模塊通過其內(nèi)置接口與以 太網(wǎng)交換插件的一個(gè)網(wǎng)口雙向連接，以太網(wǎng)交換插件的其余網(wǎng)口用于與主干網(wǎng)交換機(jī)、測控及保護(hù)裝置雙向連接。所述機(jī)箱為全封閉機(jī)箱，整體面板，板間采用扣接方式。本實(shí)用新型提供的新型過程層裝置的第二種技術(shù)方案如下一種新型過程層裝 置，包括具有控制器模塊插件的機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)還設(shè)有與控制器模塊插件控制相連的電子互 感器接口、I/O插件和LED驅(qū)動(dòng)裝置，控制器模塊插件上集成有中央控制器及其內(nèi)置接口， 所述控制器模塊插件的印制板上還擴(kuò)展連接有交換機(jī)芯片，所述中央控制器與交換機(jī)芯片 雙向連接，所述內(nèi)置接口用于與主干網(wǎng)交換機(jī)、測控及保護(hù)裝置雙向連接。所述機(jī)箱為全封閉機(jī)箱，整體面板，板間采用扣接方式。本實(shí)用新型的過程層裝置擴(kuò)展了以太網(wǎng)交換設(shè)備，硬件上共用一個(gè)機(jī)箱，對電磁 干擾信號(hào)進(jìn)行有效屏蔽，并有利于防塵、防水，同時(shí)由于過程層裝置和交換設(shè)備的位置相對 固定，提高了可靠性，設(shè)備可靠性〉原兩臺(tái)設(shè)備的可靠性=過程層裝置可靠性X交換機(jī)可 靠性，并且也降低設(shè)備硬件設(shè)計(jì)/加工的成本；另一方面使智能變電站過程層IED設(shè)備集成 度得到提高，使智能變電站的施工和維護(hù)變得更加簡單、便捷，大大減少設(shè)備之間電纜和連 接器數(shù)量，降低施工工作量、技術(shù)難度，同時(shí)降低變電站建設(shè)成本；設(shè)備集成度提高的同時(shí)， 可靠的硬件設(shè)計(jì)方案帶來了整個(gè)過程層網(wǎng)絡(luò)可靠性的提高。本實(shí)用新型的過程層裝置在硬 件元器件選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮戶外安裝的惡劣運(yùn)行環(huán)境，一體化設(shè)計(jì)使硬件故障率 大大降低；同時(shí)，高集成度的設(shè)計(jì)使過程層網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備臺(tái)數(shù)減少，有利于網(wǎng)絡(luò)可靠性的提 尚ο
圖1是現(xiàn)有智能變電站中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型在整個(gè)智能變電站中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型方式一的過程層裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型方式二的過程層裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示為本實(shí)用新型在整個(gè)智能變電站中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可 知，本裝置將原過程層設(shè)備與間隔交換機(jī)相結(jié)合，集成為一種具有交換機(jī)功能的新型過程層裝直ο如圖3所示為本實(shí)用新型第一種方式實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，原過 程層裝置的機(jī)箱內(nèi)的過程層設(shè)備以具有中央控制器CPU及其內(nèi)置接口的控制器模塊為核 心，輸入端與I/O插件、互感器接口的輸出端雙向連接，其輸出端還與LED驅(qū)動(dòng)裝置相連。在 此基礎(chǔ)上，該機(jī)箱內(nèi)還設(shè)置了以太網(wǎng)交換插件印制板，該印制板的核心為交換機(jī)模塊由管 理處理器CPU和交換機(jī)芯片構(gòu)成，還提供了至少兩個(gè)100M以太網(wǎng)口(本實(shí)施例為六個(gè))，其 中一個(gè)網(wǎng)口作為內(nèi)置網(wǎng)口與原過程層裝置的內(nèi)置接口相連，作為數(shù)據(jù)交換；其余網(wǎng)口引出 裝置，作為與間隔其他設(shè)備如保護(hù)裝置、測控裝置、計(jì)量設(shè)備的相連網(wǎng)口。本過程層裝置里 擁有2個(gè)CPU芯片，中央控制器接收對時(shí)信號(hào)，以保證采樣數(shù)據(jù)的精確性；對各電子互感器 輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣處理，并按IEC 61850-9-1或IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，再 通過光纖輸出到過程層網(wǎng)絡(luò)或相關(guān)的智能電子設(shè)備；同時(shí)通過以太網(wǎng)口，收發(fā)GOOSE信息，完成開關(guān)量的邏輯功能；還具有驅(qū)動(dòng)LED指示燈功能；另一個(gè)在以太網(wǎng)交換插件的管理處 理器CPU負(fù)責(zé)對交換機(jī)芯片的管理配置功能，支持IEEE 802. Ip優(yōu)先級(jí)、支持802. IQ VLAN 設(shè)置、支持802. Ix端口安全、支持802. Id生成樹等。I/O插件根據(jù)一次設(shè)備對象的不同， 有多種型號(hào)。針對斷路器和開關(guān)主要完成對斷路器和開關(guān)的分合控制、異常操作閉鎖告警、 防跳閉鎖、位置監(jiān)視、相互邏輯操作閉鎖等功能；針對變壓器主要完成檔位調(diào)節(jié)、中性點(diǎn)刀 閘操作、位置和狀態(tài)量采集、變壓器本體非電量保護(hù)功能。如圖4所示為本實(shí)用新型第二種方式實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，本實(shí) 施例的過程層裝置在中央控制器的CPU板上集成工業(yè)級(jí)交換機(jī)芯片，實(shí)現(xiàn)功能與實(shí)施例1 相同，區(qū)別在于本過程層裝置里只有1個(gè)CPU芯片，即負(fù)責(zé)IEC61850規(guī)約解析組幀、數(shù)據(jù)合 并的邏輯功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對交換機(jī)芯片的管理配置功能。過程層裝置作為智能設(shè)備的智能組件之一，均要求隨一次設(shè)備安裝，由于設(shè)備運(yùn) 行在變電站過程層的惡劣戶外環(huán)境中，硬件設(shè)計(jì)必須采用全封閉機(jī)箱，整體面板，板間采用 扣接方式，牢固安全，元器件選型均采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低功耗，整個(gè)設(shè)備能夠在溫度一 40°C + 85°C，濕度5% 95%的環(huán)境中工作。設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)弱電嚴(yán)格分開，裝置的抗干擾能力、抗震動(dòng)能 力強(qiáng)，絕緣等級(jí)高，對外的電磁輻射也滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)用新型的過程層裝置擴(kuò)展了以太網(wǎng)交換設(shè)備，硬件上共用一個(gè)機(jī)箱，即共用 一個(gè)電源和一個(gè)機(jī)殼，對電磁干擾信號(hào)進(jìn)行有效屏蔽，并有利于防塵防水，同時(shí)由于過程層 裝置和交換設(shè)備的位置相對固定，提高了可靠性，設(shè)備可靠性 > 原兩臺(tái)設(shè)備的可靠性=過 程層裝置可靠性X交換機(jī)可靠性，并且也降低設(shè)備硬件設(shè)計(jì)/加工的成本。另外，本裝置 使智能變電站過程層IED設(shè)備集成度得到提高，這樣帶來的最明顯的效益是節(jié)約了安裝空 間。對于過程層裝置和間隔交換機(jī)均在戶外控制柜中安裝的方式，由于戶外控制柜內(nèi)的安 裝空間本身非常有限，本實(shí)用新型的設(shè)備對安裝空間的要求降低，便于工程實(shí)施；對于交換 機(jī)在主控室安裝的方式，本實(shí)用新型的設(shè)備直接節(jié)約保護(hù)屏上的空間，降低屏的數(shù)量，節(jié)約 主控室的空間。同時(shí)，高集成度設(shè)備的應(yīng)用使智能變電站的施工和維護(hù)變得更加簡單、便 捷，大大減少設(shè)備之間電纜和連接器數(shù)量，降低施工工作量、技術(shù)難度，同時(shí)降低變電站建 設(shè)成本。設(shè)備集成度提高的同時(shí)，可靠的硬件設(shè)計(jì)方案帶來了整個(gè)過程層網(wǎng)絡(luò)可靠性的提 尚ο本實(shí)用新型的新型過程層裝置在硬件元器件選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮戶外安 裝的惡劣運(yùn)行環(huán)境，一體化設(shè)計(jì)使硬件故障率大大降低；高集成度的設(shè)計(jì)使過程層網(wǎng)絡(luò)上 的設(shè)備臺(tái)數(shù)減少，有利于網(wǎng)絡(luò)可靠性的提高。
權(quán)利要求1.一種新型過程層裝置，包括具有控制器模塊插件的機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)還設(shè)有與控制器模 塊插件控制相連的電子互感器接口、I/O插件和LED驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述機(jī)箱內(nèi)還 設(shè)有以太網(wǎng)交換插件，所述以太網(wǎng)交換插件的輸出端與控制器模塊的輸入端雙向連接，以 太網(wǎng)交換插件的輸入端用于與主干網(wǎng)交換機(jī)、測控及保護(hù)裝置雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型過程層裝置，其特征在于所述控制器模塊包括中央控 制器及其內(nèi)置接口，所述以太網(wǎng)交換插件包括至少兩個(gè)網(wǎng)口和具有交換機(jī)處理器及交換機(jī) 芯片的交換機(jī)模塊，控制器模塊通過其內(nèi)置接口與以太網(wǎng)交換插件的一個(gè)網(wǎng)口雙向連接， 以太網(wǎng)交換插件的其余網(wǎng)口用于與主干網(wǎng)交換機(jī)、測控及保護(hù)裝置雙向連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型過程層裝置，其特征在于所述機(jī)箱為全封閉機(jī)箱，整體 面板，板間采用扣接方式。
4.一種新型過程層裝置，包括具有控制器模塊插件的機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)還設(shè)有與控制器模 塊插件控制相連的電子互感器接口、I/O插件和LED驅(qū)動(dòng)裝置，控制器模塊插件上集成有中 央控制器及其內(nèi)置接口，其特征在于所述控制器模塊插件的印制板上還擴(kuò)展連接有交換 機(jī)芯片，所述中央控制器與交換機(jī)芯片雙向連接，所述內(nèi)置接口用于與主干網(wǎng)交換機(jī)、測控 及保護(hù)裝置雙向連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型過程層裝置，其特征在于所述機(jī)箱為全封閉機(jī)箱，整體 面板，板間采用扣接方式。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型過程層裝置，包括具有控制器模塊插件的機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)還設(shè)有與控制器模塊插件控制相連的電子互感器接口、I/O插件和LED驅(qū)動(dòng)裝置，所述機(jī)箱內(nèi)還設(shè)有以太網(wǎng)交換插件，所述以太網(wǎng)交換插件的輸出端與控制器模塊的輸入端雙向連接，以太網(wǎng)交換插件的輸入端用于與主干網(wǎng)交換機(jī)、測控及保護(hù)裝置雙向連接。本實(shí)用新型的過程層擴(kuò)展了以太網(wǎng)交換裝置，硬件上共用一個(gè)機(jī)箱，對電磁干擾信號(hào)進(jìn)行有效屏蔽，并有利于防塵防水，同時(shí)由于過程層和以太網(wǎng)交換裝置的位置相對固定，提高了可靠性，也降低了設(shè)備硬件設(shè)計(jì)和加工成本。
文檔編號(hào)H02B1/26GK201830018SQ20102021741
公開日2011年5月11日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者周水斌, 張克元, 李剛, 閆志輝 申請人:許昌許繼軟件技術(shù)有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許繼集團(tuán)有限公司