CN104924922B - 基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统,其对应每一个所述牵引变电站均设有两个直流牵引保护测控装置两个大双边联跳转换继电器和两个RS485转光纤转换器,通过RS485转光纤转换器建立了直流牵引保护测控装置之间的通信回路,无论接触网中的牵引变电站是处于正常运行状态还是处于越区运行状态,本发明均能确保任意接触网区间的两条馈电线的故障信息能够可靠的进行交换,提高了直流牵引供电系统双边联跳保护的可靠性,并且,本发明具有实时性好、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统。
背景技术
城市轨道交通直流牵引供电系统正常运行时,一般采用相邻两个变电所各一路直流电源为同一区间供电。在这种供电模式下,如果该区间发生故障时,系统需要通过双边联跳保护将相邻两个变电所对应的直流馈线断路器断开,这样才能彻底把该区间的故障隔离出来。
实现双边联跳保护的主要要点:
第一,实现联跳信号的区分:直流牵引供电系统的故障一般分为瞬时性故障和永久性故障两种,因此系统也需要通过区分联跳信号来确定是否应该启动直流牵引保护测控装置的带线路测试自动重合闸功能。对于瞬时性故障,如热过负荷保护、过流保护、速断保护、di/dt保护或△I保护等保护动作时,当故障切除后,系统可以启动直流牵引保护测控装置的带线路测试自动重合闸功能进行重合闸,如果重合闸成功,则可迅速恢复供电,缩短系统停电时间;对于永久性故障,如框架泄漏保护动作时,如果启动重合闸功能,将会把电源再次合闸到故障点上,给系统设备产生大电流冲击,影响系统设备的使用寿命,因此一般直流牵引供电系统对永久性故障不要求启动直流牵引保护测控装置的带线路测试自动重合闸功能。
第二,实现大双边联跳:当直流牵引供电系统进行越区双边供电时,需要通过越区隔离开关的辅助触点来实现双边联跳保护跳闸的直流馈线对应关系的正确切换。
目前,国内现有的直流牵引双边联跳保护的实现方法主要有以下三种:
第一,基于控制电缆的信号传输方式,该方式直接通过电缆传递两个站之间的继电器状态,使用该方式不能实时监测回路是否出现断线或接触不良现象。当联跳回路出现断线或接触不良时,可能出现误动或拒动的问题。
第二,基于屏蔽双绞线的信号传输方式,该方式先利用装置来采集继电器的状态,再通过双绞线传递信号到相邻站,使用该方式主要存在抗干扰能力差和通信距离有限的问题。
第三,基于光纤的信号传输方式,该方式先利用光电转换装置采集继电器的状态,再通过光纤将信号传递到相邻站,使用该方式回路设计较为复杂。
上述三种方法均存在以下缺点:第一,采用继电器来区分联跳信号,回路设计复杂;第二,采用了大量继电器,双边联跳整体动作时间有一定的延时。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统。
解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统,所述直流牵引供电系统包括接触网和三个或以上牵引变电站,各个牵引变电站沿接触网延伸方向布置,接触网按各个牵引变电站的布置方位划分为相应数量的接触网区间;每一个牵引变电站均设有第一馈电线和第二馈电线,并且每一条第一馈电线和第二馈电线均串接有馈线断路器和馈线隔离开关,对于各个牵引变电站中的任意一个中间位置牵引变电站,其与相邻的前方位置牵引变电站之间的接触网区间定义为第一接触网区间、与相邻的后方位置牵引变电站之间的接触网区间定义为第二接触网区间,第一接触网区间与第二接触网区间之间通过越区隔离开关连接,中间位置牵引变电站的第一馈电线和前方位置牵引变电站的第二馈电线为第一接触网区间供电,中间位置牵引变电站的第二馈电线和后方位置牵引变电站的第一馈电线共同为第一接触网区间供电;
其特征在于:
所述的越区隔离开关设有与其分合位状态同步的辅助触点;
所述的双边联跳保护系统对应每一个所述牵引变电站均设有两个直流牵引保护测控装置、两个大双边联跳转换继电器和两个RS485转光纤转换器,其中,第一大双边联跳转换继电器设有两个常闭触点,第二大双边联跳转换继电器设有一个常开触点;
任意一个所述牵引变电站的两个直流牵引保护测控装置、两个大双边联跳转换继电器和两个RS485转光纤转换器均具有如下线路构造:第一直流牵引保护测控装置的故障检测回路连接对应牵引变电站的第一馈电线、RS485接口通过第一大双边联跳转换继电器的第一常闭触点连接第一RS485转光纤转换器的RS485接口、联跳保护输出端通过第一联跳动作节点连接对应牵引变电站第一馈电线的馈线断路器的分合闸控制端,第二直流牵引保护测控装置的故障检测回路连接对应牵引变电站的第二馈电线、RS485接口通过第一大双边联跳转换继电器的第二常闭触点连接第二RS485转光纤转换器的RS485接口、联跳保护输出端通过第二联跳动作节点连接对应牵引变电站第二馈电线的馈线断路器的分合闸控制端;第一大双边联跳转换继电器和第二大双边联跳转换继电器的线圈并联并且该线圈并联支路与所述越区隔离开关的辅助触点串接在直流电源上,第二大双边联跳转换继电器的常开触点串接在第一RS485转光纤转换器的RS485接口与第二RS485转光纤转换器的RS485接口之间;
任意一个所述中间位置牵引变电站均具有如下线路构造:该中间位置牵引变电站的第一RS485转光纤转换器的光纤接口与其前方位置牵引变电站的第二RS485转光纤转换器的光纤接口通过光纤连接,该中间位置牵引变电站的第二RS485转光纤转换器的光纤接口与其后方位置牵引变电站的第一RS485转光纤转换器的光纤接口通过光纤连接。
其中,直流牵引保护测控装置的型号为DCR150。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
第一,本发明的双边联跳保护系统对应每一个牵引变电站均设有两个直流牵引保护测控装置、两个大双边联跳转换继电器和两个RS485转光纤转换器,通过RS485转光纤转换器建立了直流牵引保护测控装置之间的通信回路,无论接触网中的牵引变电站是处于正常运行状态还是处于越区运行状态,本发明均能确保任意接触网区间的两条馈电线的故障信息能够可靠的进行交换,提高了直流牵引供电系统双边联跳保护的可靠性;
第二,本发明直接利用两个牵引变电站的直流牵引保护测控装置进行信息交换,由于不需要部分输出接点动作来传递信息,消除了输出接点动作时间,从而相较于现有技术缩短了双边联跳保护的整体动作时间,提高了实时性;
第三,本发明与现有采用光电转换装置采集继电器的状态再通过光纤传递信号到相邻站的方案相比,其回路更加简单,节省了部分继电器和设备,降低了成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
图1为本发明基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统的系统框图;
图2为本发明中两个直流牵引保护测控装置之间的数据交换示意图;
图中,V1~V6均表示直流电源;CL表示接触网;CR表示回流回路;CL-1表示第一接触网区间;CL-2表示第二接触网区间;FC1表示第一馈电线;FC2表示第二馈电线;QF表示馈线断路器;QS表示馈线隔离开关;YQS表示越区隔离开关;CK1表示第一直流牵引保护测控装置;CK2表示第二直流牵引保护测控装置;OUT01和IN01表示第一直流牵引保护测控装置CK1的联跳保护输出端和框架泄漏保护输入端,OUT02和IN02表示第二直流牵引保护测控装置CK2的联跳保护输出端和框架泄漏保护输入端,K1和K2表示框架泄漏保护装置;DSL1和DSL2分别表示第一和第二大双边联跳转换继电器;DSL1-1和DSL1-2分别表示第一大双边联跳转换继电器的第一和第二常闭触点;DSL2-1表示第二大双边联跳转换继电器的敞开触点;FC表示光纤接口;RS485表示RS485接口。
具体实施方式
如图1所示,本发明基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统所应用的直流牵引供电系统,包括接触网CL和三个或以上牵引变电站,各个牵引变电站沿接触网CL延伸方向布置,接触网CL按各个牵引变电站的布置方位划分为相应数量的接触网区间;每一个牵引变电站均设有第一馈电线FC1和第二馈电线FC2,并且每一条第一馈电线FC1和第二馈电线FC2均串接有馈线断路器QF和馈线隔离开关QS,对于各个牵引变电站中的任意一个中间位置牵引变电站B,其与相邻的前方位置牵引变电站A之间的接触网区间定义为第一接触网区间CL-1、与相邻的后方位置牵引变电站C之间的接触网区间定义为第二接触网区间CL-2,第一接触网区间CL-1与第二接触网区间CL-2之间通过越区隔离开关YQS连接,中间位置牵引变电站B的第一馈电线FC1和前方位置牵引变电站A的第二馈电线FC2为第一接触网区间CL-1供电,中间位置牵引变电站B的第二馈电线FC2和后方位置牵引变电站C的第一馈电线FC1共同为第一接触网区间CL-1供电;其中,越区隔离开关YQS设有与其分合位状态同步的辅助触点RT1。
本发明的双边联跳保护系统对应每一个牵引变电站均设有两个直流牵引保护测控装置、两个大双边联跳转换继电器和两个RS485转光纤转换器,其中,第一大双边联跳转换继电器DSL1设有两个常闭触点,第二大双边联跳转换继电器DSL2设有一个常开触点;其中,直流牵引保护测控装置的型号为DCR150。
任意一个牵引变电站的两个直流牵引保护测控装置、两个大双边联跳转换继电器和两个RS485转光纤转换器均具有如下线路构造:第一直流牵引保护测控装置CK1的故障检测回路连接对应牵引变电站的第一馈电线FC1、RS485接口通过第一大双边联跳转换继电器DSL1的第一常闭触点DSL1-1连接第一RS485转光纤转换器的RS485接口、联跳保护输出端OUT01通过第一联跳动作节点连接对应牵引变电站第一馈电线FC1的馈线断路器QF的分合闸控制端,第二直流牵引保护测控装置CK2的故障检测回路连接对应牵引变电站的第二馈电线FC2、RS485接口通过第一大双边联跳转换继电器DSL1的第二常闭触点DSL1-2连接第二RS485转光纤转换器的RS485接口、联跳保护输出端OUT02通过第二联跳动作节点连接对应牵引变电站第二馈电线FC2的馈线断路器QF的分合闸控制端;第一大双边联跳转换继电器DSL1和第二大双边联跳转换继电器DSL2的线圈并联并且该线圈并联支路与越区隔离开关YQS的辅助触点RT1串接在直流电源上,第二大双边联跳转换继电器DSL2的常开触点DSL2-1串接在第一RS485转光纤转换器的RS485接口与第二RS485转光纤转换器的RS485接口之间。
任意一个中间位置牵引变电站B均具有如下线路构造:该中间位置牵引变电站B的第一RS485转光纤转换器的光纤接口与其前方位置牵引变电站A的第二RS485转光纤转换器的光纤接口通过光纤连接,该中间位置牵引变电站B的第二RS485转光纤转换器的光纤接口与其后方位置牵引变电站C的第一RS485转光纤转换器的光纤接口通过光纤连接。
上述双边联跳保护系统的各个组成部件分别由直流电源V1~V6供电,其中,V1、V3、V5一般为直流DC220V或者DC110V,是控制回路和装置设备的电源;而V2、V4、V6为直流DC750V或者DC1500V,是给地铁运行的电源。
下面针对任意一个中间位置牵引变电站B以下简称B站及其前方位置牵引变电站A以下简称A站和后方位置牵引变电站C以下简称C站,说明本发明基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统的工作原理如下:
在A、B、C站正常运行时,B站的越区隔离开关YQS及其辅助触点RT1均处于分位状态,A站的第二馈电线FC2和B站的第一馈电线FC1对第一接触网区间CL-1进行双边供电,B站的第二馈电线FC2和C站的第一馈电线FC1对第二接触网区间CL-2进行双边供电。此时,A、B、C站的第一大双边联跳转换继电器DSL1和第二大双边联跳转换继电器DSL2的线圈均由于辅助触点RT1分位而无电,因而第一大双边联跳转换继电器DSL1的两个常闭触点DSL1-1、DSL1-2均处于合位状态,第二大双边联跳转换继电器DSL2的常开触点DSL2-1则处于分位状态,使得此时B站的第一直流牵引保护测控装置CK1与A站的第二直流牵引保护测控装置CK2处于实时通信状态,B站的第二直流牵引保护测控装置CK2与C站的第一直流牵引保护测控装置CK1处于实时通信状态,从而:A站的第二直流牵引保护测控装置CK2和B站的第一直流牵引保护测控装置CK1均能够通过直流牵引保护测控装置之间可直接互相通信的规约进行两个站的故障信息交换,以同时获得A站第二馈电线FC2和B站第一馈电线FC1的故障检测信息,B站的第二直流牵引保护测控装置CK2和C站的第一直流牵引保护测控装置CK1均能够通过直流牵引保护测控装置之间可直接互相通信的规约进行两个站的故障信息交换,以同时获得B站第二馈电线FC2和C站第一馈电线FC1的故障检测信息。
由此,在A、B、C站正常运行状态下,第一接触网区间CL-1和二接触网区间CL-2的双边联跳保护能够得以可靠实现,举例来说:当第一接触网区间CL-1发生故障事故时,如果A站的第二直流牵引保护测控装置CK2和B站的第一直流牵引保护测控装置CK1均能检测到故障信号,则A站的第二直流牵引保护测控装置CK2和B站的第一直流牵引保护测控装置CK1将分别动作;而当第一接触网区间CL-1的故障事故发生点靠近于A站,使得仅A站的第二直流牵引保护测控装置CK2检测到故障信号、但B站的第一直流牵引保护测控装置CK1未能检测到故障信号时例如A站第二馈电线FC2过流、而B站第一馈电线FC1电流正常,则A站的第二直流牵引保护测控装置CK2首先动作,B站的第一直流牵引保护测控装置CK1通过RS485转光纤转换器形成的通信通道获得A站的第二直流牵引保护测控装置CK2发出的故障信息后再行动作。其中,上述A站的第二直流牵引保护测控装置CK2动作是指其通过第二联跳动作节点断开第一接触网区间CL-1对应的第二馈电线FC2的馈线断路器QF,B站的第一直流牵引保护测控装置CK1动作是指其通过第一联跳动作节点断开第一接触网区间CL-1对应的第一馈电线FC1的馈线断路器QF。
在A、B、C站越区运行时,B站的第一馈电线FC1和第二馈电线FC2退出运行,B站的越区隔离开关YQS及其辅助触点RT1均处于合位状态,A站的第二馈电线FC2和C站的第一馈电线FC1对第一接触网区间CL-1和第二接触网区间CL-2连成的组合区间进行大双边供电。此时,B站的第一大双边联跳转换继电器DSL1和第二大双边联跳转换继电器DSL2的线圈均由于辅助触点RT1合位而得电,因而B站的第一大双边联跳转换继电器DSL1的两个常闭触点DSL1-1、DSL1-2均处于分位状态、第二大双边联跳转换继电器DSL2的常开触点DSL2-1则处于合位状态,而A、C站的两个大双边联跳转换继电器DSL1、DSL2的触点状态不变,使得此时B站的第一直流牵引保护测控装置CK1与A站的第二直流牵引保护测控装置CK2的通信回路断开,B站的第二直流牵引保护测控装置CK2与C站的第一直流牵引保护测控装置CK1的通信回路断开,而A站的第二直流牵引保护测控装置CK2与C站的第一直流牵引保护测控装置CK1则处于实时通信状态,从而:A站的第二直流牵引保护测控装置CK2和C站的第一直流牵引保护测控装置CK1均能够通过直流牵引保护测控装置之间可直接互相通信的规约进行两个站的故障信息交换,以同时获得A站第二馈电线FC2和C站第一馈电线FC1的故障检测信息。
由此,在A、B、C站越区运行状态下,第一接触网区间CL-1和二接触网区间CL-2的双边联跳保护同样能够得以可靠实现,其实现过程与上述正常运行状态下的实现过程类似,在此不再赘述。
其中,上述两个型号为DCR150的直流牵引保护测控装置之间采用半双工点对点的通信方式,利用RS485转光纤转换器将信号转换成光信号,通过光纤通道跟相邻站通信。系统正常运行时,相邻两个站的直流牵引保护测控装置之间不间断地交换16位数据(接收8位,发送8位)。装置之间交换的16位数据可通过直流牵引保护测控装置的逻辑方程编辑功能实现双边联跳保护的各种方案,从而实现两个站之间快速、安全、可靠的双边联跳保护的相关数据信息交换。当通信回路出现通信异常时,直流牵引保护测控装置会发出报警信息,提醒值班工作人员进行检修,以防故障发生时不能正确动作。
参见图2,8个发送数据位TMB1X-TMB8X(X为通道A或B)和8个接收数据位RMB1X-RMB8X(X为直流牵引保护测控装置的通道A或B)。装置之间交换的16位数据可通过直流牵引保护测控装置的逻辑方程编辑功能实现双边联跳保护的各种方案,从而实现两个站之间快速、安全、可靠的双边联跳保护的相关数据信息交换。当通信回路出现通信异常时,直流牵引保护测控装置会发出报警信息,提醒值班工作人员进行检修,以防故障发生时不能正确动作。
对于区分是否启动直流牵引保护测控装置的线路测试自动重合闸功能,只要通过逻辑方程的编辑,将信号分成不同的数据位传送到相邻站即可。相关部分逻辑方程如下所示:
//通道A发送位1=相关保护动作信号(需要启动线路测试)
TMB1A=49T+76P1+1dI+1didt
//通道A发送位2=框架泄漏保护信号(不需要启动线路测试)
TMB2A=IN01
//联跳保护动作出口=相邻站保护动作信号+相邻站框架泄漏保护动作信号
OUT01=RMB1A+RMB2A
//启动线路测试=本站保护动作信号+相邻站保护动作信号
LTREX=TMB1A+RMB1A
其中,TMB1A为通道A发送位1,49T为过热保护,76P1为过流I段保护,1dI为I段△I保护,1didt为I段di/dt保护,TMB2A为通道A发送位2,IN01为装置开入01,OUT01为装置开出01,RMB1A为通道A接收位1,RMB2A为通道A接收位2,LTREX为启动线路测试继电器字,+表示逻辑或。
本发明不局限于上述具体实施方式,根据上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更,均落在本发明的保护范围之中。
Claims (2)
1.一种基于数字通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统,所述直流牵引供电系统包括接触网(CL)和三个或以上牵引变电站,各个牵引变电站沿接触网(CL)延伸方向布置,接触网(CL)按各个牵引变电站的布置方位划分为相应数量的接触网区间;每一个牵引变电站均设有第一馈电线(FC1)和第二馈电线(FC2),并且每一条第一馈电线(FC1)和第二馈电线(FC2)均串接有馈线断路器(QF)和馈线隔离开关(QS),对于各个牵引变电站中的任意一个中间位置牵引变电站(B),其与相邻的前方位置牵引变电站(A)之间的接触网区间定义为第一接触网区间(CL-1)、与相邻的后方位置牵引变电站(C)之间的接触网区间定义为第二接触网区间(CL-2),第一接触网区间(CL-1)与第二接触网区间(CL-2)之间通过越区隔离开关(YQS)连接,中间位置牵引变电站(B)的第一馈电线(FC1)和前方位置牵引变电站(A)的第二馈电线(FC2)为第一接触网区间(CL-1)供电,中间位置牵引变电站(B)的第二馈电线(FC2)和后方位置牵引变电站(C)的第一馈电线(FC1)共同为第一接触网区间(CL-1)供电;
其特征在于:
所述的越区隔离开关(YQS)设有与其分合位状态同步的辅助触点(RT1);
所述的双边联跳保护系统对应每一个所述牵引变电站均设有两个直流牵引保护测控装置、两个大双边联跳转换继电器和两个RS485转光纤转换器,其中,第一大双边联跳转换继电器(DSL1)设有两个常闭触点,第二大双边联跳转换继电器(DSL2)设有一个常开触点;
任意一个所述牵引变电站的两个直流牵引保护测控装置、两个大双边联跳转换继电器和两个RS485转光纤转换器均具有如下线路构造:第一直流牵引保护测控装置(CK1)的故障检测回路连接对应牵引变电站的第一馈电线(FC1)、RS485接口通过第一大双边联跳转换继电器(DSL1)的第一常闭触点(DSL1-1)连接第一RS485转光纤转换器的RS485接口、联跳保护输出端(OUT01)通过第一联跳动作节点连接对应牵引变电站第一馈电线(FC1)的馈线断路器(QF)的分合闸控制端,第二直流牵引保护测控装置(CK2)的故障检测回路连接对应牵引变电站的第二馈电线(FC2)、RS485接口通过第一大双边联跳转换继电器(DSL1)的第二常闭触点(DSL1-2)连接第二RS485转光纤转换器的RS485接口、联跳保护输出端(OUT02)通过第二联跳动作节点连接对应牵引变电站第二馈电线(FC2)的馈线断路器(QF)的分合闸控制端;第一大双边联跳转换继电器(DSL1)和第二大双边联跳转换继电器(DSL2)的线圈并联并且该线圈并联支路与所述越区隔离开关(YQS)的辅助触点(RT1)串接在直流电源上,第二大双边联跳转换继电器(DSL2)的常开触点(DSL2-1)串接在第一RS485转光纤转换器的RS485接口与第二RS485转光纤转换器的RS485接口之间;
任意一个所述中间位置牵引变电站(B)均具有如下线路构造:该中间位置牵引变电站(B)的第一RS485转光纤转换器的光纤接口与其前方位置牵引变电站(A)的第二RS485转光纤转换器的光纤接口通过光纤连接,该中间位置牵引变电站(B)的第二RS485转光纤转换器的光纤接口与其后方位置牵引变电站(C)的第一RS485转光纤转换器的光纤接口通过光纤连接。
2.根据权利要求1所述的直流牵引供电系统双边联跳保护系统,其特征在于:所述直流牵引保护测控装置的型号为DCR150。
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FR3066960A1 (fr) * | 2017-05-31 | 2018-12-07 | Alstom Transport Technologies | Procede et dispositif de transmission d'informations au sein d'un systeme d'electrification ferroviaire a courant continu |
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Publication number | Publication date |
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CN104924922A (zh) | 2015-09-23 |
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