CN107947356A - 电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统 - Google Patents

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高仕斌
李强
罗杨
何顺江
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CHENGDU JIAODA YUNDA ELECTRICAL Co Ltd
Southwest Jiaotong University
China Railway Corp
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CHENGDU JIAODA YUNDA ELECTRICAL Co Ltd
Southwest Jiaotong University
China Railway Corp
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/0006Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network for single frequency AC networks

Abstract

本发明涉及一种电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统,包括站控层、间隔层和过程层,其特征在于:站控层的一体化监控主机上安装有智能变电站监控软件,间隔层的装置之间通过GOOSE实现互联互通,实现网络化保护和供电系统的重组;过程层为智能一次设备/一次设备配置智能组件;所述的智能一次设备为电子互感器、智能开关以及智能变压器;所述的智能组件包括JDA‑331U电压合并单元、JDA‑331M合并单元、JDA‑331C智能终端、JDA‑331合并智能单元、JDA‑332变压器本体智能单元。本发明的优点在于:1)传统一次设备通过智能组件实现智能化。2)支持智能一次设备。3)首次在牵引变电所实现分层闭锁逻辑,完备的站控层、间隔层逻辑闭锁,与机构电气闭锁相结合,满足复杂逻辑闭锁要求。

Description

电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统
技术领域
[0001] 本发明属于电气化铁路牵引供电领域,具体涉及电气化铁路数字化牵引变电所自 动化系统。
背景技术
[0002] 近年来,我国铁路建设与发展取得了巨大的成就,人们对铁路的发展也提出了更 高的要求。现有的电气化铁路数字化牵引变电所存在为问题是:(1)传统的一次设备的信号 输出和控制输入采用模拟信号,其运行效率低、安全性能差。(2)二次回路设计中常规的继 电器设备等的采用,导致变电站建设占用大量耕地,造成土地资源的浪费。(3)所有信息采 集、传输、处理、输出过程仍采用模拟信息,无法实现信息共享,变电所控制功能无法得到优 化,导致运行效率低下。综上,建设数字化变电站无论从技术上还是经济上都很有意义。
发明内容
[0003] 电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统的目的之一是实现自动化系统的“互 连、互换、互操作”,同时适应一次设备智能化发展的趋势,实现一次设备的智能化。
[0004] 电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统的目的之二是实现自动化系统的“一次 设备智能化,二次设备网络化”。
[0005] 本发明为了实现上述技术目的,采取的技术方案是:一种电气化铁路数字化牵引 变电所自动化系统,包括站控层、间隔层和过程层,其特征在于:站控层的一体化监控主机 上安装有智能变电站监控软件,该软件包括数据采集模块、运行监视模块、智能告警模块、 智能报表和曲线模块、一次设备在线监测模块、控制功能模块、智能程控模块、保护设备管 理模块、运行管理模块、系统建模和数据维护模块、图形功能模块、数据库管理模块、异常状 态发布模块、模拟仿真培训模块、故障录波及分析模块、故障信息综合分析模块; 所述的数据采集模块实现对电网数据的采集,以及对一次设备、二次设备、辅助设备运 行状态信息的采集和对变化数据的自动采集,也支持周期性采集,采集时间间隔可设置; 所述运行监视模块对数据采集的结果进行可视化展示,供运行人员对全站的运行情况 进行监视,并为运行人员快速、准确的完成操作和事故判断提供技术支持; 所述的智能告警模块在运行过程中,除正常监视外,对异常情况及需要告知用户的情 况要进行主动告警,并且根据告警信息的级别,通过图像、声音、颜色变化、图形变化等方式 给出告警信息; 所述的智能报表和曲线模块提供报表制作工具和常用报表模板,方便用户快速生成规 定的各种报表,提供历史和实时曲线查看功能; 所述的一次设备在线监测模块实现一次设备的在线监测; 所述的控制功能模块实现智能变电站被设备就地和远方的操作控制,包括遥控遥调, 压板投退、标示牌操作,闭锁和解锁等操作; 所述的智能程控模块按照程控卡片规定的操作任务,一次性按顺序自动完成多个控制 操作; 所述的保护设备管理模块完成保护测控等二次设备的台账信息管理、缺陷信息的管 理、定值管理功能,可与生产管理信息系统进行交互,为设备的缺陷管理和状态检修提供支 持; 所述的运行管理模块完成人员权限管理,交接班记录管理,运行日志管理等功能; 所述的系统建模和数据维护模块完成系统配置和数据库配置、维护操作; 所述的图形功能模块图形功能包括图形展示和图形编辑; 所述的数据库管理模块完成实时库、历史库、配置库的管理功能; 所述的异常状态发布模块将变电站告警信息、异常状态、辅助决策等重要信息有选择 的发送值班人员以外的专业维修人员和相关人员,使其第一时间获得事故基本信息,从而 提升人员对及事故异常的处理速度; 所述的模拟仿真培训模块完成站内模拟仿真运行,提供操作员培训功能,完成调度模 拟调试功能,协助远动调试; 所述的故障录波及分析模块召唤装置保存的故障录波数据,并展示波形数据,完成波 形数据分析,便于故障分析; 所述的故障信息综合分析模块结合故障录波、SOE记录等相关事件信息进行综合分析, 为运行提供辅助决策信息; 间隔层的装置之间通过GOOSE实现互联互通,实现网络化保护和供电系统的重组; 过程层为智能一次设备/ 一次设备配置智能组件;所述的智能一次设备为电子互感器、 智能开关以及智能变压器;所述的智能组件包括JDA-331U电压合并单元、JDA-331M合并单 元、JDA-331C智能终端、JDA-331合并智能单元、JDA-332变压器本体智能单元。
[0006] 所述间隔层包括主变保护测控装置、间隔测控保护装置、接触网开关测控装置,之 间通过光纤自愈式环网进行信息交互。
[0007] 本发明的优点在于:1)传统一次设备通过智能组件实现智能化。2)支持智能一次 设备。3)首次在牵引变电所实现分层闭锁逻辑,完备的站控层、间隔层逻辑闭锁,与机构电 气闭锁相结合,满足复杂逻辑闭锁要求,可靠实现牵引供电开关不误操作。4)具有以供电臂 为单元的网络化保护功能。5)通过基于GOOSE的变电所网络化保护和供电系统重组方案提 高保护的选择性和速动性。6)基于组态配置和最优运行方式匹配的备用电源自投功能,自 投逻辑和流程可由用户灵活组态实现。7)基于供电模式匹配的全并联AT供电牵引网故障测 距系统,自动识别牵引网运行模式,匹配最优测距原理,保障故障测距准确可靠。8)用户可 定义的短信告警功能,缩短用户故障反应时间。9)全所网络报文记录分析系统用于故障分 析。
附图说明
[0008] 图1是本发明的系统构成图。
具体实施方式
[0009] 电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统,包括站控层、间隔层和过程层三层设 备组成,简单地说就是“三层两网”,如图1所示。系统由智能变电站监控软件、智能全所网络 报文记录及分析系统、时钟同步单元、远动通信单元、间隔层系列保护测控装置、过程层系 列智能组件等组成,智能一次设备可以采用电子互感器、智能开关、智能变压器,也可以采 用传统一次设备通过配置智能组件的方式实现一次设备的智能化。
[0010] 智能变电站监控软件包括工程师站子系统、保护监控子系统、图纸维护子系统、数 据维护子系统和报表系统管理子系统。系统可安装在监控主机上,对无人值班的变电所则 可安装在便携式笔记本电脑上。实现运行监视、操作控制、配置维护、辅助应用、综合信息分 析等功能,具体内容如表1所示。
[0011] 表1监控系统模块功能描述
Figure CN107947356AD00061
Figure CN107947356AD00071
智能全所网络报文记录及分析系统,由网络记录单元、网络报文检测及功能单元、一台 或多台网络扩展单元组成,实现对网络通讯状态进行在线监视,并对网络通讯故障及隐患 进行告警,及时发现故障点并排查故障;同时能够对网络通讯信息进行无损失全记录,以便 于重现通讯过程及故障;具有故障录波分析功能,当系统故障时,对系统的一次电压电流波 形以及二次设备的动作行为以COMTRADE格式进行记录,便于事后离线分析。
[0012 ]时钟同步单元由主时钟单元、从时钟(扩展)单元组成,为系统提供的高精度、高可 靠性的时间同步,可以接收卫星(北斗、GPS)、IEEE 1588(PTP)精准网络时间协议、IRIG-B (DC)直流B码等时间基准信号,并采用FPGA完成时间驯服算法,由天基(卫星)和地基(ΡΤΡ、 IRIG-B)提取高精度的时间脉冲对本地守时脉冲进行驯服,从而实现铷原子钟或恒温晶振 的高精度守时功能。
[0013] 间隔层系列保护测控装置基于“一次设备智能化、二次设备网络化”要求,采用保 护、测控一体化设计,实现全所的保护、测量、控制、测距、备自投、装置闭锁、变压器测温、计 量、非IEC61850设备接入、远动通信等功能,完成对所内变压器、电容器、馈线等一次设备的 保护与监控。间隔层装置之间通过GOOSE实现互联互通,实现网络化保护和供电系统重组, 提高保护的选择性和速动性。间隔层装置之间通过GOOSE实现完备的站控层、间隔层逻辑闭 锁,与机构电气闭锁相结合,满足复杂逻辑闭锁要求,可靠避免牵引供电开关误操作 过程层系列智能组件由JDA-331U电压合并单元、JDA-331M合并单元、JDA-331C智能终 端、JDA-331合并智能单元、JDA-332变压器本体智能单元等组成,是智能一次设备的有机组 成部分,也可以作为传统一次设备数字化、智能化的接口。既能实现传统一次设备的数字化 接口,又可以和一次设备厂家合作实现智能一次设备。
[0014] 系统特点: 系统主要技术指标如表2所示
Figure CN107947356AD00081
Figure CN107947356AD00091
Figure CN107947356AD00101

Claims (4)

1. 一种电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统,包括站控层、间隔层和过程层,其特 征在于:站控层的一体化监控主机上安装有智能变电站监控软件,该软件包括数据采集模 块、运行监视模块、智能告警模块、智能报表和曲线模块、一次设备在线监测模块、控制功能 模块、智能程控模块、保护设备管理模块、运行管理模块、系统建模和数据维护模块、图形功 能模块、数据库管理模块、异常状态发布模块、模拟仿真培训模块、故障录波及分析模块、故 障信息综合分析模块; 所述的数据采集模块实现对电网数据的采集,以及对一次设备、二次设备、辅助设备运 行状态信息的采集和对变化数据的自动采集,也支持周期性采集,采集时间间隔可设置; 所述运行监视模块对数据采集的结果进行可视化展示,供运行人员对全站的运行情况 进行监视,并为运行人员快速、准确的完成操作和事故判断提供技术支持; 所述的智能告警模块在运行过程中,除正常监视外,对异常情况及需要告知用户的情 况要进行主动告警,并且根据告警信息的级别,通过图像、声音、颜色变化、图形变化等方式 给出告警信息; 所述的智能报表和曲线模块提供报表制作工具和常用报表模板,方便用户快速生成规 定的各种报表,提供历史和实时曲线查看功能; 所述的一次设备在线监测模块实现一次设备的在线监测; 所述的控制功能模块实现智能变电站被设备就地和远方的操作控制,包括遥控遥调, 压板投退、标示牌操作,闭锁和解锁等操作; 所述的智能程控模块按照程控卡片规定的操作任务,一次性按顺序自动完成多个控制 操作; 所述的保护设备管理模块完成保护测控等二次设备的台账信息管理、缺陷信息的管 理、定值管理功能,可与生产管理信息系统进行交互,为设备的缺陷管理和状态检修提供支 持; 所述的运行管理模块完成人员权限管理,交接班记录管理,运行日志管理等功能; 所述的系统建模和数据维护模块完成系统配置和数据库配置、维护操作; 所述的图形功能模块图形功能包括图形展示和图形编辑; 所述的数据库管理模块完成实时库、历史库、配置库的管理功能; 所述的异常状态发布模块将变电站告警信息、异常状态、辅助决策等重要信息有选择 的发送值班人员以外的专业维修人员和相关人员,使其第一时间获得事故基本信息,从而 提升人员对及事故异常的处理速度; 所述的模拟仿真培训模块完成站内模拟仿真运行,提供操作员培训功能,完成调度模 拟调试功能,协助远动调试; 所述的故障录波及分析模块召唤装置保存的故障录波数据,并展示波形数据,完成波 形数据分析,便于故障分析; 所述的故障信息综合分析模块结合故障录波、SOE记录等相关事件信息进行综合分析, 为运行提供辅助决策信息; 间隔层的装置之间通过GOOSE实现互联互通,实现网络化保护和供电系统的重组; 过程层为智能一次设备/ 一次设备配置智能组件。
2. 根据权利要求1所述的一种电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统,其特征在于: 所述间隔层包括主变保护测控装置、间隔测控保护装置、接触网开关测控装置,之间通过光 纤自愈式环网进行信息交互。
3. 根据权利要求1或2所述的一种电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统,其特征在 于:所述的智能组件包括JDA-331U电压合并单元、JDA-331M合并单元、JDA-331C智能终端、 JDA-331合并智能单元、JDA-332变压器本体智能单元。
4. 根据权利要求1或2所述的一种电气化铁路数字化牵引变电所自动化系统,其特征在 于:所述的智能一次设备为电子互感器、智能开关以及智能变压器。
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