CN113162234B - 一种基于goose通信的直流联跳系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GOOSE通信的直流联跳系统及监控方法，该直流联跳系统设置有每个直流保护牵引站一一对应的GOOSE交换机，直流保护牵引站设置有与多个直流开关柜一一对应的多个直流保护装置。直流保护装置的通信端口通过光缆与对应的GOOSE交换机连接，相邻站之间的GOOSE交换机相互连接，形成线路级的GOOSE过程层网络。直流保护装置通过站间光缆和自身的过程层网络接口以及GOOSE交换机，将保护信号和断路器位置信号共享于过程层网络，直流联跳系统的保护装置可以通过过程层网络收集联跳需要的各种信息，进行联跳的逻辑判断和处理。

Description

一种基于GOOSE通信的直流联跳系统及监控方法

技术领域

本发明属于轨道交通工程供电系统技术领域，更具体地，涉及一种基于GOOSE通信的直流联跳系统及监控方法。

背景技术

城市轨道交通供电系统一般用于进行机车牵引供电、运营设施的其他设备供电和辅助性用电(如广告用电、商铺用电等)，其供电电源一般取自城市网络，通过城市一次电力系统和城市轨道交通供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给城市轨道交通各类用电设备。

城市轨道交通常规直流联跳系统是直流保护装置通过站间电缆和中间继电器以及自身硬件的输入输出接点，采集和输出相关设备的保护动作信号和断路器位置信号，并根据信号进行联跳的逻辑判断和处理。这种方法存在以下问题：

由于一个接点只能采集或输出一个信号，信号的采集和输出受自身输入输出接点数量的限制，一条接线也只能传输一个信号，站间电缆也需要根据信号传输的多少而铺设，在直流供电系统运行方式多样化时，二次回路会成倍增加。进一步地，站间电缆容易受到外界环境的影响而丢失或者误传信号，例如：电缆受外界接地电压的影响，可能会在电缆两端产生一个压差，造成信号的丢失或者误传。再者，由于正常运行时直流联跳的二次回路大部分处于断开状态，当出现连接电缆脱落、电缆接触不良、老鼠咬断电缆以及电缆老化导致铜线裸露短路等情况时，设备的采集回路不能发现这些异常，即这些回路不可实时监控，只有在直流联跳使用这些回路时，才会发现回路不正常，这就需要定期检修站间的电缆回路，也增加了运维的成本。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于GOOSE通信的直流联跳系统及监控方法，以解决现有直流联跳系统存在二次回路设计复杂、电缆投资大、回路抗干扰性能差且不可实时监视的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于GOOSE通信的直流联跳系统，该直流联跳系统设置有每个直流保护牵引站一一对应的GOOSE交换机，直流保护牵引站设置有与多个直流开关柜一一对应的多个直流保护装置，直流保护装置的通信端口通过光缆与对应的GOOSE交换机连接，相邻站之间的GOOSE交换机相互连接，其中，直流保护装置实现直流联跳的处理过程包括：

各个直流保护装置将自身的状态量信息上报至对应的GOOSE交换机，并依据预设的直流联跳指令向对应的GOOSE交换机发送报文接收请求消息，以触发GOOSE交换机依据预设的直流联跳指令返回汇总的状态量信息，直流保护装置依据汇总的状态量信息进行逻辑判断以生成对应的逻辑处理指令，并通过GOOSE交换机将逻辑处理指令发送给对应的直流保护装置。

作为本发明的进一步改进，直流保护装置的状态量信息类型包括遥信、保护动作继电器字和虚拟遥信中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，直流保护装置与GOOSE交换机之间的信息交互过程包括：

直流保护装置将站点信息编译成符合GOOSE规约的报文，上传至对应的GOOSE交换机；

GOOSE交换机将收到的报文转发至其他设备，其他设备通过预设的GOOSE收发规则，筛选出所需的GOOSE报文进行接收并解码。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于上述GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法，该方法包括：

直流保护装置获取直流牵引供电系统发生短路故障，判断是否执行直流保护动作并切除故障，

若是，启动双边联跳功能，通过GOOSE网络获取当前联跳的信息，判断联跳方式并发送联跳命令给关联的其他直流保护装置；

若否，等待故障切除，并通过GOOSE网络收集故障信息。

作为本发明的进一步改进，该方法还包括：

与本站的隔离开关柜对应的直流保护装置接收到变电站退出信号后，发送GOOSE信号以断开本站内所有馈线断路器；

与本站的隔离开关柜对应的直流保护装置接收到馈线断路器断开的信号后，发送GOOSE命令以断开本站内所有馈线隔离开关；

与本站的隔离开关柜对应的直流保护装置通过GOOSE交换机接收到馈线隔离开关成功断开的信号后，发送GOOSE命令以依次断开邻所馈线断路器和馈线隔离开关，通过GOOSE交换机接收到断开成功命令后，依次发GOOSE命令闭合本所越区隔离开关、闭合邻所馈线隔离开关和闭合邻所馈线断路器。

作为本发明的进一步改进，该方法还包括：

存在两个牵引站之间的牵引网对地短路时，与其对应的直流保护装置执行瞬时过流保护动作，通过站间GOOSE网络向对侧的直流保护装置发送保护联跳信号，对侧的直流保护装置收到信号后，加速保护动作使断路器断开。

作为本发明的进一步改进，该方法还包括：

与直流变电所对应的直流保护装置通过GOOSE网络通过收集相邻直流变电所的状态信息，判断相邻直流变电所是否处于越区状态，若是，则通过GOOSE网络直接联跳至下一变电所。

作为本发明的进一步改进，该方法还包括：

与直流变电所对应的直流保护装置检测到馈线断路器位置信号异常，发送断路器失灵GOOSE信号至本所全部进线柜保护装置，以触发本所其他馈线柜保护装置及邻所同一供电分区的馈线柜保护装置进行失灵保护联跳。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统及监控方法，其直流保护装置通过站间光缆和自身的过程层网络接口以及GOOSE交换机，将保护信号和断路器位置信号共享于过程层网络，直流联跳系统的保护装置可以通过过程层网络收集联跳需要的各种信息，进行联跳的逻辑判断和处理，最终通过GOOSE网络发送联跳的命令。由于直流保护装置之间的信息交互全靠GOOSE网络实现，由于不存在硬接线，其信息的传输数量不受限制，直流保护装置通过自身配置参数即可发送和获取信息，简化了二次设计，例如，站间光缆可以与中压交流保护中线路差动共用一根光缆的不同芯，取消了电缆的铺设，节省了投资，经济环保。由于站间光缆不受电磁环境的影响，整个直流联跳系统的光纤回路不受电磁环境的影响，同时还可以实时监控整个光纤回路，当联跳系统不能从过程层网络获取相关设备信息时，系统会发出告警信号，例如：当发生光缆断开、通信接口接触不可靠，获取信息的参数出错等情况时装置都会发出告警信息，提示用户检修故障。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的牵引网对地短路处理的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下面结合实施例和附图对本发明提供的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统及监控方法统的工作原理进行详细说明。

本发明所涉及的技术术语解释如下：

GOOSE网络：面向通用对象的变电站事件，其为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。

图1是本发明实施例提供的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的结构示意图。如图1所示，该系统设置有每个直流保护牵引站一一对应的GOOSE交换机，直流保护牵引站设置有与多个直流开关柜一一对应的多个直流保护装置，直流保护装置的通信端口通过光缆与对应的GOOSE交换机连接，相邻站之间的GOOSE交换机相互连接，优选的，相邻站之间的GOOSE交换机采用双通道或单通道的方式相互连接，当GOOSE交换机采用双通道连接方式时，可将GOOSE交换机设置为双重化配置，形成线路级的GOOSE过程层网络。

其中，直流保护装置实现直流联跳的处理过程包括：各个直流保护装置将自身的状态量信息上报至对应的GOOSE交换机，并依据预设的直流联跳指令向对应的GOOSE交换机发送报文接收请求消息，以触发GOOSE交换机依据预设的直流联跳指令返回汇总的状态量信息，直流保护装置依据汇总的状态量信息进行逻辑判断以生成对应的逻辑处理指令，并通过GOOSE交换机将逻辑处理指令发送给对应的直流保护装置。例如，预设的直流联跳指令指获取与自身具有直流联跳关系的若干直流保护装置的状态量信息。优选的，直流保护装置的状态量信息类型包括遥信、保护动作继电器字和虚拟遥信中的一种或多种。

作为一个示例，直流保护装置与GOOSE交换机之间的信息交互过程包括：

直流保护装置将本站点信息编译成符合GOOSE规约的报文，上传至对应的GOOSE交换机；

GOOSE交换机将收到的报文转发至整个网络中的全部设备，各个设备通过之前设置的GOOSE收发规则，选择自己所需的GOOSE报文接收并解码，从而得到自己所需要的报文信息。

通过GOOSE网络，直流保护设备还可以通过GOOSE交换机获取相关状态量信息，相关状态量信息包括邻站保护动作信息、邻站联跳信号、邻站隔离开关位置状态和邻站断路器位置状态中的一种或多种，在直流保护设备中启动双边联跳的功能后，直流保护装置借助于GOOSE网络完成双边联跳功能，如在隔离开关柜收到变电所故障退出运行信号后，通过GOOSE网络向邻所发送和接收一系列的断路器和隔离开关分合指令实现自动越区。

上述系统中直流保护装置之间的信息交互全靠GOOSE网络实现，由于不存在硬接线，其信息的传输数量不受限制，直流保护装置通过自身配置参数即可发送和获取信息，简化了二次设计，例如，站间光缆可以与中压交流保护中线路差动共用一根光缆的不同芯，取消了电缆的铺设，节省了投资，经济环保。由于站间光缆不受电磁环境的影响，整个直流联跳系统的光纤回路不受电磁环境的影响，同时还可以实时监控整个光纤回路，当联跳系统不能从过程层网络获取相关设备信息时，系统会发出告警信号，例如：当发生光缆断开、通信接口接触不可靠，获取信息的参数出错等情况时装置都会发出告警信息，提示用户检修故障。

图2是本发明实施例提供的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法的流程示意图。如图2所示，一种上述直流联跳系统的监控方法，该方法包括：

直流保护装置获取直流牵引供电系统发生短路故障，判断是否执行直流保护动作并切除故障，

若是，启动双边联跳功能，通过GOOSE网络获取当前联跳的信息，判断联跳方式并发送联跳命令给关联的其他直流保护装置；

若否，等待故障切除，并通过GOOSE网络收集故障信息。

例如，与本站的隔离开关柜对应的直流保护装置接收到变电站退出信号后，发送GOOSE信号以断开本站内所有馈线断路器；与本站的隔离开关柜对应的直流保护装置接收到馈线断路器断开的信号后，发GOOSE命令以断开本站内所有馈线隔离开关，GOOSE交换机接收到馈线隔离开关成功断开的信号后，发GOOSE命令以依次断开邻所馈线断路器和馈线隔离开关，GOOSE交换机接收到断开成功命令后，依次发GOOSE命令闭合本所越区隔离开关、闭合邻所馈线隔离开关和闭合邻所馈线断路器，从而实现整个直流联跳系统的自动越区。

图3是本发明实施例提供的牵引网对地短路处理的示意图。作为另一个优选的示例，存在牵引站1与牵引站2之间的牵引网对地发生短路时，邻近的直流保护装置D1、D2处瞬时过流保护均有可能动作，当其中一台保护装置进行瞬时过流保护动作时，会通过站间GOOSE网络向对侧的直流保护装置发送保护联跳信号，对侧的直流保护装置收到信号后，加速保护动作，使断路器断开，从而使得使短路故障线路隔绝于供电网络以外。

作为另一个优选的示例，与直流变电所对应的直流保护装置通过GOOSE网络通过收集相邻直流变电所的状态信息，判断相邻直流变电所是否处于越区状态，若是，则通过GOOSE网络直接联跳至下一变电所。例如，与直流变电所馈线柜对应的直流保护装置收到邻所联跳信息后，会读取本所越区隔离开关位置信息，以此判断本所是否处于越区状态，若本所处于越区状态，则直流变电所馈线柜对应的直流保护装置将通过GOOSE网络向下一变电所对应馈线柜发送联跳信号。

作为另一个优选的示例，与直流变电所对应的直流保护装置检测到馈线断路器位置信号异常，会发送断路器失灵GOOSE信号到本所全部进线柜保护装置，以触发本所其他馈线柜保护装置及邻所同一供电分区的馈线柜保护装置进行失灵保护联跳。

以上网络中的设备在运行过程中如有通信异常，即GOOSE断链、GOOSE数据错误等，直流保护设备都会产生告警信息给后台监控系统，达到回路可监视。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法，其特征在于，所述基于GOOSE通信的直流联跳系统设置有每个直流保护牵引站一一对应的GOOSE交换机，直流保护牵引站设置有与多个直流开关柜一一对应的多个直流保护装置，直流保护装置的通信端口通过光缆与对应的GOOSE交换机连接，相邻站之间的GOOSE交换机相互连接，其中，直流保护装置实现直流联跳的处理过程包括：

各个直流保护装置将自身的状态量信息上报至对应的GOOSE交换机，并依据预设的直流联跳指令向对应的GOOSE交换机发送报文接收请求消息，以触发GOOSE交换机依据预设的直流联跳指令返回汇总的状态量信息，直流保护装置依据汇总的状态量信息进行逻辑判断以生成对应的逻辑处理指令，并通过GOOSE交换机将逻辑处理指令发送给对应的直流保护装置；

其中，所述预设的直流联跳指令指用于获取与自身具有直流联跳关系的若干直流保护装置的状态量信息；

所述方法包括：

直流保护装置获取直流牵引供电系统发生短路故障，判断是否执行直流保护动作并切除故障，

若是，启动双边联跳功能，通过GOOSE网络获取当前联跳的信息，判断联跳方式并发送联跳命令给关联的其他直流保护装置；

若否，等待故障切除，并通过GOOSE网络收集故障信息；

其中，该方法还包括：

与本站的隔离开关柜对应的直流保护装置接收到变电站退出信号后，发送GOOSE信号以断开本站内所有馈线断路器；

与本站的隔离开关柜对应的直流保护装置接收到馈线断路器断开的信号后，发送GOOSE命令以断开本站内所有馈线隔离开关；

与本站的隔离开关柜对应的直流保护装置通过GOOSE交换机接收到馈线隔离开关成功断开的信号后，发送GOOSE命令以依次断开邻所馈线断路器和馈线隔离开关，通过GOOSE交换机接收到断开成功命令后，依次发GOOSE命令闭合本所越区隔离开关、闭合邻所馈线隔离开关和闭合邻所馈线断路器。

2.如权利要求1所述的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法，其特征在于，直流保护装置的状态量信息类型包括遥信、保护动作继电器字和虚拟遥信中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法，其特征在于，直流保护装置与GOOSE交换机之间的信息交互过程包括：

直流保护装置将站点信息编译成符合GOOSE规约的报文，上传至对应的GOOSE交换机；

GOOSE交换机将收到的报文转发至其他设备，其他设备通过预设的GOOSE收发规则，筛选出所需的GOOSE报文进行接收并解码。

4.如权利要求1所述的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法，其中，该方法还包括：

存在两个牵引站之间的牵引网对地短路时，与其对应的直流保护装置执行瞬时过流保护动作，通过站间GOOSE网络向对侧的直流保护装置发送保护联跳信号，对侧的直流保护装置收到信号后，加速保护动作使断路器断开。

5.如权利要求1所述的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法，其中，该方法还包括：

与直流变电所对应的直流保护装置通过GOOSE网络通过收集相邻直流变电所的状态信息，判断相邻直流变电所是否处于越区状态，若是，则通过GOOSE网络直接联跳至下一变电所。

6.如权利要求1所述的一种基于GOOSE通信的直流联跳系统的监控方法，其中，该方法还包括：

与直流变电所对应的直流保护装置检测到馈线断路器位置信号异常，发送断路器失灵GOOSE信号至本所全部进线柜保护装置，以触发本所其他馈线柜保护装置及邻所同一供电分区的馈线柜保护装置进行失灵保护联跳。

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