一种光纤环网通道自适应旁路的就地化安装电力二次设备的制作方法

本发明涉及一种光纤环网通道自适应旁路的就地化安装电力二次设备，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术：

随着计算机技术、电子技术在电力行业应用的进步，以及IEC61850等电力行业规范实施的日益深入，变电站电力二次设备逐渐从控制室内集中组屏式安装向户外一次设备就地化安装的方向发展。就地化安装方式使得变电站建设成本降低，但也使电力二次设备的运行环境更加恶劣。

电力二次设备的就地化安装使得变电站通信网络从室内迁移到室外。通信网络在变电站自动化系统中用于传输变电站一次、二次设备状态、以及一次设备的控制信息，对于变电站安全可靠运行发挥重要作用。目前电压等级在110kV以下变电站的通信网络由于建设成本等因素影响均采用单网运行模式，电压等级在220kV以上的变电站的通信网络多采用星型冗余双网运行模式。两种网络运行模式均具有工程改造、扩建施工及运行检修方便的优点，单个电气二次设备由于电力施工造成的退出或投入对在运行设备不产生影响，因此应用广泛。但两种网络运行方式在通信可靠性方面存在缺陷。单网模式本身即存在通信网络瘫痪的可能性。星型冗余双网模式下通道网络瘫痪的可能性大大降低，但是双网固有网络切换过程中网络通信短时中断的问题，对于有些电力二次设备在特定工况下是无法接受的。

光纤环网通信也是一种冗余双网的通信方式。每个通信节点具备两个以太网通信端口，每个端口与其它节点相联，形成环形网络结构。这种通信方式既能够适应恶劣的运行环境，又解决了传统单网或冗余双网的问题，完全满足就地化安装的电力二次设备的互联需求，具有较好的应用前景。例如在就地化母差、变压器保护的应用中，保护设备分散在不同的物理位置，各设备之间通过网络通信交互数据，完成保护功能，对通信网络的可靠性要求极高，只有采用光纤环网通信方式才能满足要求。但是该网络通信方式在变电站电力二次设备改造、扩建或检修时会面临通信网络单点失效运行的风险，当环网中某一节点由于改造、扩建或检修断开后，环形网络变成了线型网络，失去了冗余运行的优势，对于变电站运行有较大的安全隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种光纤环网通道自适应旁路的就地化安装电力二次设备，根据设备的运行要求或者运行状态，使设备投入或退出光纤环网通信网络时，保证通信网络的冗余运行，为变电站通信网络的可靠运行提供技术保障。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光纤环网通道自适应旁路的就地化安装电力二次设备，对电力二次设备配置一个光纤环网通道旁路模块，所述光纤环网通道旁路模块提供4路光纤通道，其中2路光纤通道在电力二次设备内部通过端口C和端口D分别连接至光通信模块一和光通信模块二，两个光通信模块均与环网协议控制器相连，另外2路光纤通道分别对应电力二次设备外部端口A和端口B，用作环网通信端口；在光纤环网通道旁路模块内部设置一个组合式开关以控制端口之间的连通或断开，同时该光纤环网通道旁路模块支持在掉电情况下自动连通端口A和端口B；

所述光通信模块用于光、电信号转换及网络通信数据编、解码；所述环网协议控制器用于处理环网通信协议；

所述光纤环网通道旁路模块通过软件控制或者手动投、退光纤通道旁路模块电源，或者设备失去电源方式，完成电力二次设备投入或退出光纤环网通信系统；当光纤环网通道旁路模块正常供电工作时，光纤环网通道旁路模块内部的组合式开关将端口A光路通过端口C连接至光通信模块一，端口B光路通过端口D连接至光通信模块二，网络数据经过环网协议控制器处理后进行环网转发，此时，电力二次设备成为光纤环网通信系统的一个网络节点，参与环网通信；当光纤环网通道旁路模块的电源消失后，光纤环网通道旁路模块内部的组合式开关将端口A和端口B之间的光回路自动相互连通，此时，网络数据不经过环网协议控制器处理而通过端口A和端口B之间直接转发，光纤环网通道旁路模块自动将电力二次设备退出光纤环网通信系统，同时使外部光纤环路通道自动闭合；所述光纤环网通信系统是指若干电力二次设备之间通过光纤首尾相连构成光纤环网通信系统。

前述的组合式开关为机械开关或者由电子电路实现的电子式开关。

前述的环网协议控制器为微处理器、芯片、FPGA中的一种或几种。

前述的在光纤环网通信系统中，单个电力二次设备通过软件控制光纤环网通道旁路模块的电源供电使得端口A和端口B主动连通工作，或者通过关闭电力二次设备电源的方式，完成本电力二次设备退出光纤环网通信系统；当电力二次设备自身恢复环网通信能力或者电力二次设备电源重新上电时，通过软件开通光纤环网通道旁路模块的电源同时通过环网协议控制器进行环网通信，实现本电力二次设备投入光纤环网通信系统。

前述的当需要在光纤环网通信系统中扩建电力二次设备时，断开两个相邻的电力二次设备的光纤连接，把新增加的电力二次设备分别与两个相邻的电力二次设备通过光纤连接。

前述的光纤环网通道旁路模块可独立于电力二次设备外，或者与电力二次设备一体化集成。

本发明所达到的有益效果：

1）便于就地化安装的电力二次设备的检修工作，检修设备的投、退不影响变电站其它环网设备的正常运行。

2）便于就地化安装的电力二次设备的扩建工作，扩建过程中能够保证原就地化安装的光纤环网系统的正常运行。

3）降低设备检修、扩建给就地化安装的光纤环网电力二次设备带来的运行风险，保障了变电站运行可靠性。

附图说明

图1是本发明的支持光纤环网通道自适应旁路的就地化安装电力二次设备原理图；

图2是光纤环网通道旁路模块供电工作时电力二次设备内部光路图；

图3是光纤环网通道旁路模块电源消失时电力二次设备内部光路图；

图4为就地化分布式母差保护环网系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的支持光纤环网通道自适应旁路的就地化安装电力二次设备在电力二次设备内部集成一个光纤环网通道旁路模块，又称光开关，该光纤环网通道旁路模块提供4路光纤通道，其中2路光纤通道在电力二次设备内部通过端口C和端口D分别连接至光通信模块一和光通信模块二，两个光通信模块均与环网协议控制器相连。光通信模块用于光、电信号转换及网络通信数据编、解码，为电力二次设备固有；环网协议控制器用于处理环网通信协议，仅存在于支持环网通信的电力二次设备中。另外2路光纤通道分别对应电力二次设备外部端口A和端口B，用作环网通信端口。

光纤环网通道旁路模块基于机械或微电子或光学原理实现。具体为在光纤环网通道旁路模块内部设置一个组合式开关以控制端口之间的连通或断开，此开关为机械开关或者由电子电路实现的电子式开关，同时该光纤环网通道旁路模块支持在掉电情况下自动连通端口A和端口B。环网协议控制器的实现方式可以是微处理器、专用芯片、FPGA（现场可编程门阵列）中的一种或几种。

光纤环网通道旁路模块的电源可以通过手动控制或软件自动控制是否投入，来决定模块是否工作。

电力二次设备能够根据运行要求，通过软件控制或者手动投、退光纤通道旁路模块电源，或者装置失去电源等方式，完成本节点投入或退出光纤环网通信系统的功能，同时不影响其它电力二次设备环网通信的正常运行。

本发明通过光纤环网通道旁路模块的通道切换功能实现电力二次设备的自适应投入或退出光纤环网通信系统。环网单节点设备可以通过软件控制光纤环网通道旁路模块的电源供电使得端口A和端口B主动连通工作，或者通过关闭节点设备电源（等于关闭光纤环网通道旁路模块的电源）的方式，完成本节点退出光纤环网通信系统的功能。当环网单节点设备自身恢复环网通信能力或者设备电源重新上电时，通过软件开通光纤环网通道旁路模块的电源同时通过环网协议控制器进行环网通信，完成本节点投入光纤环网通信系统的功能。在此过程中不影响环网内其它电力二次设备环网通信的正常运行。

当光纤环网通道旁路模块正常供电工作时，模块内部的组合式开关将端口A光路通过端口C连接至光通信模块一，端口B光路通过端口D连接至光通信模块二，网络数据经过环网协议控制器处理后进行环网转发，如图2所示。此时，该电力二次设备成为环网通信系统的一个网络节点，正常参与环网通信。

当光纤环网通道旁路模块的电源消失后，模块内部的组合式开关将端口A和端口B之间的光回路自动相互连通，此时，网络数据不经过环网协议控制器处理而通过端口A和端口B之间直接转发，如图3所示。光纤环网通道旁路模块自动将本节点（电力二次设备）退出环网通信系统，同时使外部光纤环路通道自动闭合，不影响环网通信数据的正常收发。

基于本发明就地化安装电力二次设备的就地化分布式母差（变压器）保护设备环网系统如图4所示。

若干电力二次设备之间均通过光纤首尾相连构成环网，每台电力二次设备均配置光纤环网通道旁路模块。当其中的某一台电力二次设备异常（装置失电、环网协议控制器闭锁等）时，光纤环网通道旁路模块自动将端口A和端口B的光纤回路连通，如图3所示，不影响环路中其他电力二次设备间的环网通讯。

当其中的某一台电力二次设备需要检修或故障退出时，通过设备内部的软件，将光纤环网通道旁路模块的电源关闭，就可以自行从光纤环网中旁路本节点，此时，端口A和端口B之间的光回路自动连通，如图3所示，使外部光纤环路通道自动闭合，不影响环网正常的双向通信。

通过以上方式达到光纤环网通道自适应旁路的效果。

当需要在环网中扩建设备时，断开两个相邻节点（电力二次设备）的光纤连接，把新增加的节点分别与两个相邻节点连接，如图4中虚线部分所示，保证环网链路正常。在此过程中原系统光纤环网通道及各个节点的运行不受影响。当扩建设备具备投运条件时，投入光纤环网通道旁路模块的电源，将其接入环网系统。

在电力二次设备内部集成光纤环网通道旁路模块的方式省去了外部光纤环网接线盘人工导线，也避免了在就地化电力二次装置外部额外增加一台用于光纤通道旁路切换装置。具体实施中也不排除由于工程现场具体条件的原因，存在将光纤环网通道旁路模块作为独立外置装置来实现光纤通道自适应旁路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。