CN107370131B - 一种铁路配电系统的网络化保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GOOSE方式铁路配电系统的网络化保护系统及方法，包括铁路配电系统和铁路配电保护系统，所述铁路配电系统包括两条作为电源的进线和六条母线，所述六条母线中的两条母线进行母联且分别与两条进线连接，所述1号母线和2号母线上还分别与馈线、电容器和调压器连接，所述调压器还与剩下四条母线连接，所述剩下四条母线分别与贯通线连接，所述铁路配电保护系统与六条母线及其连接的馈线、电容器、调压器和贯通线匹配。采用上述结构的铁路配电系统满足继电保护的可靠性、选择性、速动性、灵敏性要求，实现整个铁路配电系统的完善保护。

Description

一种铁路配电系统的网络化保护系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电系统网络化保护系统，具体涉及一种铁路配电系统的网络化保护系统及方法。

背景技术

GOOSE是IEC61850中的一种快速报文传输机制，用于传输变电站内IED之间重要的实时性信号。GOOSE采用网络信号代替了常规变电站装置之间硬接线的通信方式，大大简化了变电站二次电缆接线。主要用于实现在多IED之间的信息传递，包括传输跳合闸信号，具有高传输成功概率。基于GOOSE网络传输代替传统的硬接线实现开关位置、闭锁信号和跳闸命令等实时信息的可靠传输。

目前国内铁路配电所供电方式下，过流保护作为馈线、贯通线短路故障的主保护，同时进线、母联及调压器的过流保护作为配电所母线短路的主保护，同时作为所内末端的馈线和贯通线的后备保护。过流保护动作时限逐级配合，防止馈线、自闭贯通线和电容器发生故障时进线、母联或调压器出现越级跳闸，造成停电面积扩大，影响铁路行车安全。此外，逐级配合导致靠近电源点处的过电流保护动作时限较长，不利于故障快速切除。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是防止馈线、自闭贯通线和电容器发生故障时进线、母联或调压器出现越级跳闸，造成停电面积扩大，影响铁路行车安全，逐级配合导致靠近电源点处的过电流保护动作时限较长，不利于故障快速切除，目的在于提供一种铁路配电系统的网络化保护系统及方法，解决满足继电保护的可靠性、选择性、速动性、灵敏性要求，实现整个铁路配电系统的完善保护的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于GOOSE方式铁路配电系统的网络化保护系统及方法，包括铁路配电系统和铁路配电保护系统，所述铁路配电系统包括两条作为电源的进线和六条母线，所述六条母线中的两条母线为1号母线和2号母线，1号母线和2号母线进行母联且分别与两条进线连接，所述1号母线和2号母线上还分别与馈线、电容器和调压器连接，所述调压器还与剩下四条母线连接，所述剩下四条母线为3至6号母线且均分别与贯通线连接，所述铁路配电保护系统与六条母线及其连接的馈线、电容器、调压器和贯通线匹配。采用上述结构的铁路配电系统满足继电保护的可靠性、选择性、速动性、灵敏性要求，实现整个铁路配电系统的完善保护。

所述铁路配电保护系统包括通过以太网和交换机连接的微机进线保护装置、微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置、微机调压器保护装置及微机自闭贯通线保护装置。

所述微机进线保护装置、微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置、微机调压器保护装置及微机自闭贯通线保护装置之间建立GOOSE网络，通过GOOSE网络完成通信。通过GOOSE通信网传输信号代替了常规保护装置的硬接线通信方式，省去了所内装置间的复杂电缆，保护装置只需一根光纤通过站控层网络实现保护装置间的互联互通。另外GOOSE通过通信过程中的不断自检，实现了装置间二次回路的智能化监测，提高了控制信号传输的可靠性。

所述微机进线保护装置为微机和微机连接的分别设置在两条进线上的断路器和电流互感器；所述微机母联保护装置为微机和微机连接的设置在1号母线和2号母线之间的断路器和电流互感器；所述微机馈线保护装置为微机和微机连接的设置在母线和馈线之间的断路器和电流互感器；所述微机电容器保护装置为微机和微机连接的设置在母线和电容器之间的断路器和电流互感器；所述微机调压器保护装置为微机和微机连接的设置在母线和调压器之间的断路器和电流互感器；所述微机自闭贯通线保护装置为微机和微机连接的设置在母线和贯通线之间的断路器和电流互感器，所述每条母线上连接的馈线或贯通线的数量大于1时，母线和馈线之间的断路器和母线和贯通线之间的断路器与馈线和贯通线数量一一匹配。采用上述结构，可以在线路出现故障时单独切断该线路的连接，避免对其他线路造成影响。

包括过流保护；过流保护：当线路发生故障时，与该线路匹配的微机保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现过流保护。

还包括母线联锁保护；母线联锁保护：当母线发生故障，微机母联保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机母联保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现母线联锁保护。

还包括低电压启动；低电压启动：当线路出现故障，微机母联保护装置通过位于本线路连接的母线上的电压互感器测到的电压低于额定电压水平时，微机保护装置基于该电压信号开放过电流保护。

还包括各个微机保护装置过电流保护延时整定方法，所述方法包括以下步骤：

A、微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置和微机调压器保护装置的过流保护时，开启微机进线保护装置延时，在延时时间内，微机进线保护装置的过流保护关断；

B、微机自闭贯通线保护装置的过流保护时，开启微机调压器保护装置延时，在延时时间内，微机调压器保护装置的过流保护关断。

还包括过流闭锁GOOSE信号发送方法，微机进线保护装置、微机母联保护装置和微机调压器保护装置作为与其连接的母线发生故障时的主保护，所述方法包括以下步骤：

C、当贯通线发生故障时，微机自闭贯通线保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给微机调压器保护装置，闭锁微机调压器保护装置的母线联锁保护；

D、当馈线、电容器和调压器发生故障时，与其匹配的微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给本侧微机进线保护装置，闭锁本侧微机进线保护装置的母线联锁保护，若本侧进线断路器处于分位，则其微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给微机母联保护装置，闭锁微机母联保护装置的母线联锁保护。

还包括断路器失灵GOOSE信号发送方法，所述方法包括以下步骤：

E、当贯通线发生故障时，微机自闭贯通线保护装置切除故障不成功，则发送断路器失灵GOOSE信号给微机调压器保护装置，由微机调压器保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障；

F、当馈线、电容器和调压器发生故障时，与其匹配的微机保护装置切除故障不成功，则发送断路器失灵GOOSE信号给本侧微机进线保护装置，由本侧进线保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障，若本侧进线断路器处于分位，则其微机保护装置发送断路器失灵GOOSE信号给微机母联保护装置，由微机母联保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种铁路配电系统的网络化保护系统及方法，克服了常规铁路配电所馈线、自闭贯通线和电容器发生故障时进线、母联或调压器可能出现的越级跳闸，造成停电面积扩大，影响铁路行车安全，母线附近发生故障时不能快速地切除故障，影响设备运行安全的不利情况；

2、本发明一种铁路配电系统的网络化保护系统及方法，克服常规二次保护装置之间电缆复杂，电缆异常不能自检，设计、施工、调试、维护麻烦等缺点；

3、本发明一种铁路配电系统的网络化保护系统及方法，实现网络实时智能监测，GOOSE通过通信过程中的不断监测GOOSE心跳报文，一旦发现通信异常立即报告，实现了装置间二次回路的智能化监测，提高了控制信号传输的可靠性，降低运维难度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明铁路配电系统示意图；

图2为本发明铁路配电保护系统示意图；

图3为过电流保护原理框图；

图4为铁路配电所GOOSE信号数据流向示意图；

图5为铁路配电所GOOSE信号数据流向示意图；

图6为铁路配电所GOOSE信号数据流向示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本发明一种铁路配电系统的网络化保护系统，包括铁路配电系统和铁路配电保护系统，所述铁路配电系统包括两条作为电源的进线和六条母线，所述六条母线中的两条母线为1号母线和2号母线，1号母线和2号母线进行母联且分别与两条进线连接，所述1号母线和2号母线上还分别与馈线、电容器和调压器连接，所述调压器还与剩下四条母线连接，所述剩下四条母线为3至6号母线且均分别与贯通线连接，所述铁路配电保护系统与六条母线及其连接的馈线、电容器、调压器和贯通线匹配。采用上述结构的铁路配电系统满足继电保护的可靠性、选择性、速动性、灵敏性要求，实现整个铁路配电系统的完善保护。

所述铁路配电保护系统包括通过以太网和交换机连接的微机进线保护装置、微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置、微机调压器保护装置及微机自闭贯通线保护装置。

所述微机进线保护装置、微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置、微机调压器保护装置及微机自闭贯通线保护装置之间建立GOOSE网络，通过GOOSE网络完成通信。通过GOOSE通信网传输信号代替了常规保护装置的硬接线通信方式，省去了所内装置间的复杂电缆，保护装置只需一根光纤通过站控层网络实现保护装置间的互联互通。另外GOOSE通过通信过程中的不断自检，实现了装置间二次回路的智能化监测，提高了控制信号传输的可靠性。

所述微机进线保护装置为微机和微机连接的分别设置在两条进线上的断路器和电流互感器；所述微机母联保护装置为微机和微机连接的设置在1号母线和2号母线之间的断路器和电流互感器；所述微机馈线保护装置为微机和微机连接的设置在母线和馈线之间的断路器和电流互感器；所述微机电容器保护装置为微机和微机连接的设置在母线和电容器之间的断路器和电流互感器；所述微机调压器保护装置为微机和微机连接的设置在母线和调压器之间的断路器和电流互感器；所述微机自闭贯通线保护装置为微机和微机连接的设置在母线和贯通线之间的断路器和电流互感器。

所述每条母线上连接的馈线或贯通线的数量大于1时，母线和馈线之间的断路器和母线和贯通线之间的断路器与馈线和贯通线数量一一匹配。采用上述结构，可以在线路出现故障时单独切断该线路的连接，避免对其他线路造成影响。

由于采用了上述结构，从而能实现过电流保护，其工作过程为：当线路发生故障，微机保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现过流保护。同时，微机进线保护装置的过流保护延时要躲过微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置及微机调压器保护装置的过流保护延时，微机调压器保护装置的过流保护延时要躲过微机自闭贯通线保护装置的过流延时，防止微机保护装置越级跳闸。本发明不仅能实现上述功能，还能实现母线联锁保护和断路器失灵保护，其工作过程如下：

母线联锁保护：当母线发生故障，微机保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现母线联锁保护。微机进线保护装置、微机母联保护装置和微机调压器保护装置的母联保护作为其供电母线发生故障时主保护，当自闭贯通线发生故障时，其微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给调压器保护装置，闭锁调压器保护装置的母线联锁保护；当馈线、电容器和调压器发生故障时，其微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给本侧微机进线保护装置，包括闭锁本侧微机进线保护装置的母线联锁保护，若本侧进线断路器处于分位，则其微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给微机母联保护装置，闭锁微机母联保护装置的母线联锁保护；

断路器失灵保护：当线路发生故障，微机保护装置切除断路器不成功，则发送断路器失灵GOOSE信号给上一级微机保护装置，由上一级微机保护装置启动断路器失灵保护切除故障，从而实现断路器失灵保护，当自闭贯通线发生故障时，其微机保护装置切除故障不成功则发送断路器失灵GOOSE信号给调压器保护装置，由调压器保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障；当馈线、电容器和调压器发生故障时，其微机保护装置切除故障不成功是发送断路器失灵GOOSE信号给本侧微机进线保护装置，由本侧进线保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障，若本侧进线断路器处于分位，则其微机保护装置发送断路器失灵GOOSE信号给微机母联保护装置，由微机母联保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障。

实施例2

如图3至6所示，本发明涉及一种铁路配电系统的网络化保护方法，包括过电流保护，其工作过程为：当线路发生故障，微机保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现过流保护。过电流保护原理框图分别如图3所示，图3中，Ia、Ib、Ic分别为线路的A、B、C三相保护电流；Tdz为过流保护的动作时限。

作为本发明的进一步优化，在上述结构的基础上，本发明还增加了低电压启动，其工作过程为：当线路出现故障，微机母联保护装置通过位于本线路连接的母线上的电压互感器测到的电压低于额定电压水平时，微机母联保护装置基于该电压信号开放过电流保护。

作为本发明的更进一步优化本发明还包括各个微机保护装置过电流保护延时整定方法，其中，微机进线保护装置的过流保护延时要躲过微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置及微机调压器保护装置的过流保护延时，微机调压器保护装置的过流保护延时要躲过微机自闭贯通线保护装置的过流延时，防止微机保护装置越级跳闸。

本发明不仅能实现上述功能，还能实现母线联锁保护和断路器失灵保护，其工作过程如下：

母线联锁保护：当母线发生故障，微机母联保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机母联保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现母线联锁保护。其中，微机进线保护装置、微机母联保护装置和微机调压器保护装置的母联保护作为其供电母线发生故障时主保护，当贯通线发生故障时，微机自闭贯通线保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给调压器保护装置，闭锁调压器保护装置的母线联锁保护；当馈线、电容器和调压器发生故障时，与其匹配的微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给本侧微机进线保护装置，包括、闭锁本侧微机进线保护装置的母线联锁保护，若本侧进线断路器处于分位，则其微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给微机母联保护装置，闭锁微机母联保护装置的母线联锁保护，GOOSE信号数据流向如图4、5、6所示。

断路器失灵保护：当线路发生故障，微机保护装置切除断路器不成功，则发送断路器失灵GOOSE信号给上一级微机保护装置，由上一级微机保护装置启动断路器失灵保护切除故障，从而实现断路器失灵保护。当贯通线发生故障时，微机自闭贯通线保护装置切除故障不成功则发送断路器失灵GOOSE信号给调压器保护装置，由调压器保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障；当馈线、电容器和调压器发生故障时，与其匹配的微机保护装置切除故障不成功是发送断路器失灵GOOSE信号给本侧微机进线保护装置，由本侧进线保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障，若本侧进线断路器处于分位，则其微机保护装置发送断路器失灵GOOSE信号给微机母联保护装置，由微机母联保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障，GOOSE信号数据流向如图4、5、6所示。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铁路配电系统的网络化保护系统，包括铁路配电系统和铁路配电保护系统，其特征在于，所述铁路配电系统包括两条作为电源的进线和六条母线，所述六条母线中的两条母线为1号母线和2号母线，1号母线和2号母线进行母联且分别与两条进线连接，所述1号母线和2号母线上还分别与馈线、电容器和调压器连接，所述调压器还与剩下四条母线连接，所述剩下四条母线为3至6号母线且均分别与贯通线连接，所述铁路配电保护系统与六条母线及其连接的馈线、电容器、调压器和贯通线匹配；

所述铁路配电保护系统包括通过以太网和交换机连接的微机进线保护装置、微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置、微机调压器保护装置及微机自闭贯通线保护装置；

所述微机进线保护装置、微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置、微机调压器保护装置及微机自闭贯通线保护装置之间建立GOOSE网络，通过GOOSE网络完成通信；

所述微机进线保护装置为微机和微机连接的分别设置在两条进线上的断路器和电流互感器；所述微机母联保护装置为微机和微机连接的设置在1号母线和2号母线之间的断路器和电流互感器；所述微机馈线保护装置为微机和微机连接的设置在母线和馈线之间的断路器和电流互感器；所述微机电容器保护装置为微机和微机连接的设置在母线和电容器之间的断路器和电流互感器；所述微机调压器保护装置为微机和微机连接的设置在母线和调压器之间的断路器和电流互感器；所述微机自闭贯通线保护装置为微机和微机连接的设置在母线和贯通线之间的断路器和电流互感器，且所述每条母线上连接的馈线或贯通线的数量大于1时，母线和馈线之间的断路器和母线和贯通线之间的断路器与馈线和贯通线数量一一匹配；

该网络化保护系统的保护方法包括母线联锁保护方法：当母线发生故障，微机母联保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机母联保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现母线联锁保护。

2.一种权利要求1所述的铁路配电系统的网络化保护系统的保护方法，其特征在于，包括过流保护；过流保护：当线路发生故障时，与该线路匹配的微机保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现过流保护。

3.根据权利要求2所述的一种铁路配电系统的网络化保护系统的保护方法，其特征在于，还包括母线联锁保护；母线联锁保护：当母线发生故障，微机母联保护装置通过其电流互感器测到的电流大于额定负荷电流时，微机母联保护装置基于该电流信号跳开本线路断路器，从而实现母线联锁保护。

4.根据权利要求2所述的一种铁路配电系统的网络化保护系统的保护方法，其特征在于，还包括低电压启动；低电压启动：当线路出现故障，微机母联保护装置通过位于本线路连接的母线上的电压互感器测到的电压低于额定电压水平时，微机保护装置基于该电压信号开放过电流保护。

5.根据权利要求2所述的一种铁路配电系统的网络化保护系统的保护方法，其特征在于，还包括各个微机保护装置过电流保护延时整定方法，所述方法包括以下步骤：

A、微机母联保护装置、微机馈线保护装置、微机电容器保护装置和微机调压器保护装置的过流保护时，开启微机进线保护装置延时，在延时时间内，微机进线保护装置的过流保护关断；

B、微机自闭贯通线保护装置的过流保护时，开启微机调压器保护装置延时，在延时时间内，微机调压器保护装置的过流保护关断。

6.根据权利要求2所述的一种铁路配电系统的网络化保护系统的保护方法，其特征在于，还包括过流闭锁GOOSE信号发送方法，微机进线保护装置、微机母联保护装置和微机调压器保护装置作为与其连接的母线发生故障时的主保护，所述方法包括以下步骤：

C、当贯通线发生故障时，微机自闭贯通线保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给微机调压器保护装置，闭锁微机调压器保护装置的母线联锁保护；

D、当馈线、电容器和调压器发生故障时，与其匹配的微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给本侧微机进线保护装置，闭锁本侧微机进线保护装置的母线联锁保护，若本侧进线断路器处于分位，则其微机保护装置发送过流闭锁GOOSE信号给微机母联保护装置，闭锁微机母联保护装置的母线联锁保护。

7.根据权利要求2所述的一种铁路配电系统的网络化保护系统的保护方法，其特征在于，还包括断路器失灵GOOSE信号发送方法，所述方法包括以下步骤：

E、当贯通线发生故障时，微机自闭贯通线保护装置切除故障不成功，则发送断路器失灵GOOSE信号给微机调压器保护装置，由微机调压器保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障；

F、当馈线、电容器和调压器发生故障时，与其匹配的微机保护装置切除故障不成功，则发送断路器失灵GOOSE信号给本侧微机进线保护装置，由本侧进线保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障，若本侧进线断路器处于分位，则其微机保护装置发送断路器失灵GOOSE信号给微机母联保护装置，由微机母联保护装置的断路器失灵保护跳开本侧断路器切除故障。

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