CN104934949B - 基于光纤通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤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、一个大双边联跳转换继电器(DSL1)和一个光电切换装置(GD)，通过光电切换装置建立了直流牵引保护测控装置之间的光纤通信回路，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，本发明具有抗干扰能力强、实时性好、成本低的优点。

Description

基于光纤通信的直流牵引供电系统双边联跳保护系统

技术领域

本发明涉及一种基于光纤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。而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，实现大双边联跳时，直接通过继电器触点来切换通信回路，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，使用该方式实现大双边联跳，其联跳回路设计较为复杂，不便于维护。

上述三种方法均采用了大量继电器传输信号，双边联跳保护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：提供一种基于光纤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：

一种基于光纤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至少三个牵引变电站，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二接触网区间供电；

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、一个大双边联跳转换继电器和一个光电切换装置；其中，光电切换装置设有第一开关量输入端、第二开关量输入端、第一通信端口、第二通信端口、第一光纤端口和第二光纤端口，其通信特性为：在第一开关量输入端接收到分位状态信号且第二开关量输入端接收到合位状态信号时，第一光纤端口与第一通信端口通信、第二光纤端口与第二通信端口通信，在第一开关量输入端接收到合位状态信号且第二开关量输入端接收到分位状态信号时，第一光纤端口与第二光纤端口通信，在第一开关量输入端和第二开关量输入端同时接收到合位状态信号或者同时接收到分位状态信号时，光电切换装置的各个端口停止通信；

任意一个所述牵引变电站的两个直流牵引保护测控装置、一个大双边联跳转换继电器和一个光电切换装置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，第一直流牵引保护测控装置的通信端口连接光电切换装置的第一通信端口，第一直流牵引保护测控装置的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，第二直流牵引保护测控装置的通信端口连接光电切换装置的第二通信端口，第二直流牵引保护测控装置的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，大双边联跳转换继电器的线圈与所述越区隔离开关的辅助触点串接在直流电源上、常开触点与光电切换装置的第一开关量输入端连接、常闭触点与光电切换装置的第二开关量输入端连接；

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光电切换装置的第一光纤端口与其前方位置牵引变电站的光电切换装置的第二光纤端口通过光纤连接，该中间位置牵引变电站的光电切换装置的第二光纤端口与其后方位置牵引变电站的光电切换装置的第一光纤端口通过光纤连接。

作为本发明的一种实施方式，所述第一直流牵引保护测控装置的通信端口为串口或者光纤端口，所述光电切换装置的第一通信端口与第一直流牵引保护测控装置的通信端口的端口类型相适配。

作为本发明的一种实施方式，所述第二直流牵引保护测控装置的通信端口为串口或者光纤端口，所述光电切换装置的第二通信端口与第二直流牵引保护测控装置的通信端口的端口类型相适配。

其中，所述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所述牵引变电站均设有两个直流牵引保护测控装置、一个大双边联跳转换继电器和一个光电切换装置，通过光电切换装置建立了直流牵引保护测控装置之间的光纤通信回路，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，本发明通过光电切换装置实现了正常运行状态与越区运行状态变化时各个直流牵引保护测控装置之间通信回路的软切换，与硬接线切换通信回路相比，本发明的抗干扰性和可靠性都大大提高；

第三，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；

第四，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为本发明基于光纤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；DSL1表示大双边联跳转换继电器；GD表示光电切换装置；IN1、IN2、D1、D2、FC_1和FC_2分别表示光电切换装置GD的第一开关量输入端、第二开关量输入端、第一通信端口、第二通信端口、第一光纤端口和第二光纤端口；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。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于光纤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和至少三个牵引变电站，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共同为第二接触网区间CL-2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、一个大双边联跳转换继电器DSL1和一个光电切换装置GD；其中，光电切换装置GD设有第一开关量输入端IN1、第二开关量输入端IN2、第一通信端口D1、第二通信端口D2、第一光纤端口FC_1和第二光纤端口FC_2，其通信特性为：在第一开关量输入端IN1接收到分位状态信号且第二开关量输入端IN2接收到合位状态信号时，第一光纤端口FC_1与第一通信端口D1通信、第二光纤端口FC_2与第二通信端口D2通信，在第一开关量输入端IN1接收到合位状态信号且第二开关量输入端IN2接收到分位状态信号时，第一光纤端口FC_1与第二光纤端口FC_2通信，在第一开关量输入端IN1和第二开关量输入端IN2同时接收到合位状态信号或者同时接收到分位状态信号时，光电切换装置GD的各个端口停止通信。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、一个大双边联跳转换继电器DSL1和一个光电切换装置GD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，第一直流牵引保护测控装置CK1的通信端口D3连接光电切换装置GD的第一通信端口D1，第一直流牵引保护测控装置CK1的联跳保护输出端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，第二直流牵引保护测控装置CK2的通信端口D4连接光电切换装置GD的第二通信端口D2，第二直流牵引保护测控装置CK2的联跳保护输出端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，其中，故障检测回路用于进行馈电线故障检测，其包括但不限于直流牵引保护测控装置自带的短路检测回路等和通过框架泄漏保护输入端连接的外置框架泄漏保护装置；大双边联跳转换继电器DSL1的线圈与越区隔离开关YQS的辅助触点RT1串接在直流电源上、常开触点与光电切换装置GD的第一开关量输入端IN1连接、常闭触点与光电切换装置GD的第二开关量输入端IN2连接。

其中，第一直流牵引保护测控装置CK1的通信端口D3为串口或者光纤端口，光电切换装置GD的第一通信端口D1与第一直流牵引保护测控装置CK1的通信端口D3的端口类型相适配。第二直流牵引保护测控装置CK2的通信端口D4为串口或者光纤端口，光电切换装置GD的第二通信端口D2与第二直流牵引保护测控装置CK2的通信端口D4的端口类型相适配。

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的光电切换装置GD的第一光纤端口FC_1与其前方位置牵引变电站A的光电切换装置GD的第二光纤端口FC_2通过光纤连接，该中间位置牵引变电站B的光电切换装置GD的第二光纤端口FC_2与其后方位置牵引变电站C的光电切换装置GD的第一光纤端口FC_1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)，说明本发明基于光纤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站的大双边联跳转换继电器DSL1的线圈由于辅助触点RT1分位而无电、常开触点(图中5、9)处于分位状态、常闭触点(图中1、9)处于合位状态，A、B、C站的光电切换装置GD的第一开关量输入端IN1均处于分位状态、第二开关量输入端IN2均处于合位状态，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通过光电切换装置GD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站的大双边联跳转换继电器DSL1的线圈由于辅助触点RT1合位而得电、常开触点处于合位状态、常闭触点处于分位状态，A、C站的大双边联跳转换继电器DSL1的线圈无电、常开触点处于分位状态、常闭触点处于合位状态，B站的光电切换装置GD的第一开关量输入端IN1均处于合位状态、第二开关量输入端IN2均处于分位状态，A、C站的光电切换装置GD的第一开关量输入端IN1均处于分位状态、第二开关量输入端IN2均处于合位状态，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。

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 (4)

1.一种基于光纤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)和至少三个牵引变电站，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)共同为第二接触网区间(CL-2)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、一个大双边联跳转换继电器(DSL1)和一个光电切换装置(GD)；其中，光电切换装置(GD)设有第一开关量输入端(IN1)、第二开关量输入端(IN2)、第一通信端口(D1)、第二通信端口(D2)、第一光纤端口(FC_1)和第二光纤端口(FC_2)，其通信特性为：在第一开关量输入端(IN1)接收到分位状态信号且第二开关量输入端(IN2)接收到合位状态信号时，第一光纤端口(FC_1)与第一通信端口(D1)通信、第二光纤端口(FC_2)与第二通信端口(D2)通信，在第一开关量输入端(IN1)接收到合位状态信号且第二开关量输入端(IN2)接收到分位状态信号时，第一光纤端口(FC_1)与第二光纤端口(FC_2)通信，在第一开关量输入端(IN1)和第二开关量输入端(IN2)同时接收到合位状态信号或者同时接收到分位状态信号时，光电切换装置(GD)的各个端口停止通信；

任意一个所述牵引变电站的两个直流牵引保护测控装置、一个大双边联跳转换继电器(DSL1)和一个光电切换装置(GD)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)，第一直流牵引保护测控装置(CK1)的通信端口(D3)连接光电切换装置(GD)的第一通信端口(D1)，第一直流牵引保护测控装置(CK1)的联跳保护输出端(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)，第二直流牵引保护测控装置(CK2)的通信端口(D4)连接光电切换装置(GD)的第二通信端口(D2)，第二直流牵引保护测控装置(CK2)的联跳保护输出端(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，大双边联跳转换继电器(DSL1)的线圈与所述越区隔离开关(YQS)的辅助触点(RT1)串接在直流电源上、常开触点与光电切换装置(GD)的第一开关量输入端(IN1)连接、常闭触点与光电切换装置(GD)的第二开关量输入端(IN2)连接；

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)的光电切换装置(GD)的第一光纤端口(FC_1)与其前方位置牵引变电站(A)的光电切换装置(GD)的第二光纤端口(FC_2)通过光纤连接，该中间位置牵引变电站(B)的光电切换装置(GD)的第二光纤端口(FC_2)与其后方位置牵引变电站(C)的光电切换装置(GD)的第一光纤端口(FC_1)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：所述第一直流牵引保护测控装置(CK1)的通信端口(D3)为串口或者光纤端口，所述光电切换装置(GD)的第一通信端口(D1)与第一直流牵引保护测控装置(CK1)的通信端口(D3)的端口类型相适配。

3.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：所述第二直流牵引保护测控装置(CK2)的通信端口(D4)为串口或者光纤端口，所述光电切换装置(GD)的第二通信端口(D2)与第二直流牵引保护测控装置(CK2)的通信端口(D4)的端口类型相适配。

4.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。