CN115051311B - 一种智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法，包括：在DDRTS中搭建相应的牵引供电系统一次模型，调整模型中各元件的参数设置；根据受检线路的测试要求，确定系统接口、单体装置就地保护、所内站域保护、供电臂重构自愈的各级测试内容；采用报文分析测试工具对系统各层级之间的接口配置和通道进行测试验证；采用标准测试流程对单体装置应具备的就地保护功能进行逐一验证；采用标准测试流程对智能牵引变电所亭中涉及的站域保护进行测试；采用标准测试流程对供电臂范围内的全部所亭进行线路故障后的系统重构自愈性能及保护逻辑的测试验证；本发明实现了从系统级层面对智能牵引供电广域保护测控系统进行测试验证。

Description

一种智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域，特别是涉及智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法。

背景技术

与传统牵引供电系统相比，智能牵引供电系统采用基于IEC61850通讯协议的数字量传输方式取代了传统电缆插拔连接的模拟量传输方式，优化了系统组织结构，提升了系统状态监测能力。然而，智能设备的引入大幅增加了接口数量，给工程建设增加风险，为运营维护带来困难，部分信号的错误传输甚至会影响系统的控制决策，危及智能牵引供电系统的安全。此外，智能牵引供电系统运行场景丰富，广域保护测控系统在不同工况和故障下的保护控制需要在投运之前进行逐一验证，以保证智能牵引供电系统的可靠性。

目前，智能牵引变电所亭（包括智能牵引变电所、智能AT所、智能分区所）广域保护测控系统的测试验证主要集中在单体设备，没有面向系统级的测试验证方法。对于跨间隔、层次化保护联动的测试验证也比较少，尚未提出面向系统级的多场景测试验证方法。因此，亟需一种能够对智能牵引供电广域保护测控系统的测试验证方法，实现设备接口的验证，并对系统保护控制的正确性、完整性和功能性进行测试验证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法，包括以下步骤：

A. 根据受检线路的供电方案、主接线图，在DDRTS中搭建相应的牵引供电系统一次模型，结合牵引网线材参数、机车参数等，调整模型中各元件的参数设置；根据受检线路的测试要求，确定系统接口、单体装置就地保护、所内站域保护、供电臂重构自愈的各级测试内容C _i ，其中，i = 1, 2, 3, 4；

B. 采用报文分析测试工具对系统各层级之间的接口配置和通道进行测试验证；

C. 采用标准测试流程对单体装置应具备的就地保护功能进行逐一验证；

D. 采用标准测试流程对智能牵引变电所亭中涉及的站域保护进行测试，验证各所亭内保护装置的保护功能；其中，智能牵引变电所亭包括智能牵引变电所、智能AT所、智能分区所；

E. 采用标准测试流程对供电臂范围内的全部所亭进行线路故障后的系统重构自愈性能及保护逻辑的测试验证。

进一步的，采用报文分析测试工具对系统各层级之间的接口配置和通道进行测试验证的方法为：

对受检智能牵引变电所亭SCD配置进行测试校验，对过程层、间隔层中合并单元、智能终端、保护装置、测控装置的报文进行测试验证。

进一步的，所述的对受检智能牵引变电所亭SCD配置进行测试校验，对过程层、间隔层中合并单元、智能终端、保护装置、测控装置的报文进行测试验证，具体步骤包括：

1）将合并单元的SV信号接入报文分析测试工具，记录合并单元采样值报文的帧序号，通过检测号码的连续性，判断其发送的采样值报文的丢包情况；

2）由报文分析测试工具发送一组GOOSE跳、合闸命令，并接收跳、合闸的返回信息，记录报文发送与硬接点输入的时间差，测试智能终端的动作时间；

3）分别断开、闭合智能终端上开关位置对应的接点，记录报文分析测试工具的相应GOOSE报文；验证智能终端通过GOOSE报文准确地传送开关位置的信息；

4）按SCD文件配置，模拟保护、测控装置所有GOOSE、SV的输入、输出，利用报文分析测试工具自动测试保护、测控装置内GOOSE、SV信息的正确性。

进一步的，所述标准测试流程，具体步骤为：

1）根据前期准备工作确定的当前层级测试内容C _i ，从搭建的牵引供电系统一次模型中选择所需的部分形成当前层级的动模试验库，完成测试所需接线，在DDRTS中逐一对测试项目X _j ∈C _i 的正常和故障状态分别进行仿真，实时计算正常工况和故障工况下的电流、电压波形，真实反映保护动作后电流、电压信号的动态特性；

2）将所得的仿真数据通过高速光纤通讯卡，经过数模转换装置处理成模拟小信号，然后将该模拟小信号通过功率放大器转化为二次电流信号和二次电压信号，接入智能牵引供电广域保护测控系统中过程层的互感器合并单元；

3）通过与仿真结果统一的信号传输，仿真数据输入智能牵引供电广域保护测控系统；利用广域测控保护三层两网结构，数据通过光纤传送给间隔层的保护装置；保护装置进行逻辑运算处理，发出跳闸信号，通过光纤传送至智能终端，智能终端连接DDRTS的模拟断路器，驱动断路器跳闸，同时智能终端采集模拟断路器的位置信息返回给广域保护测控系统；

4）将测试项目X _j 在故障状态下预期的断路器状态与广域保护测控系统给出的断路器跳变信息进行对比，若两者一致，则该测试项目的结果P(X _j )记为1，否则记为0；当前层级的测试结果P(C _i )可由公式P(C _i )=∏P(X _j | X _j ∈C _i )确定，仅在当前层级的测试结果为1时，会继续进行下一层级的测试。

本发明的有益效果是，

（1）实现了从系统级层面对智能牵引供电广域保护测控系统进行测试验证，包括对保护配置正确性的校核、保护逻辑合理性的检验等；

（2）优化了设备接口的验证过程，采用自主编写的报文分析测试工具对广域保护测控系统中各级接口涉及的SCD配置、GOOSE、SV输入输出进行快速流程化测试验证；

（3）故障设置灵活，可对牵引供电系统设置不同工况下的多种故障类型，为验证广域保护测控系统对偶发性故障响应的准确性提供了验证手段，从而达到进一步提升智能牵引供电系统可靠性的目的。

附图说明

图1为本发明实施例1中的智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法流程图；

图2为本发明实施例1中的接口配置和通道测试验证方法图；

图3为本发明实施例1中的标准测试流程示意图；

图4为本发明实施例2中的AT供电方式下的智能牵引供电系统动模示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

如图1所示，本发明一种智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法，涵盖了对系统接口、单体装置就地保护、所内站域保护、供电臂重构自愈的“口-单-所-臂”四级测试验证方法，具体包括以下步骤：

A. 测试验证前期准备工作，包括：

1）根据受检线路的供电方案、主接线图，在DDRTS中搭建相应的牵引供电系统一次模型，结合牵引网线材参数、机车参数等，调整模型中各元件的参数设置；

2）根据受检线路的测试要求，确定系统接口、单体装置就地保护、所内站域保护、供电臂重构自愈的各级测试内容C _i (i = 1, 2, 3, 4) 。

牵引供电系统一次模型包括牵引变压器、断路器、牵引网、牵引负荷、开关投切控制系统等模型。牵引变压器模型根据需要仿真的线路参数设置模型中绕组额定容量、额定电压、空载损耗等参数。断路器模型采用单相断路器多处设置的方式，通过设置闭合、断开电阻来控制断路器的合、断；对断路器进行闭环试验设置，用于接收来自保护装置的继电器控制。同时建立开关投切控制系统模型，用于对牵引供电系统断路器控制系统进行仿真模拟，可实现不同时间下断路器的合、断控制。根据需要仿真的线路牵引网实际运营参数，利用Carson理论计算简化后的线路自阻抗和线路互阻抗。将计算后的参数输入搭建的牵引网模型中。为了更精确的模拟牵引网故障时继电保护装置动作情况，根据不同机车参数搭建各种类型动车组的精准模型。

B. 采用报文分析测试工具对系统各层级之间的接口配置和通道进行测试验证，包括：

对受检智能牵引变电所亭SCD配置进行测试校验，对过程层、间隔层中合并单元、智能终端、保护装置、测控装置的报文进行测试验证。如图2所示，具体步骤为：1）将合并单元的SV信号接入报文分析测试工具，记录合并单元采样值报文的帧序号，通过检测号码的连续性，判断其发送的采样值报文的丢包情况；2）由报文分析测试工具发送一组GOOSE跳、合闸命令，并接收跳、合闸的返回信息，记录报文发送与硬接点输入的时间差，测试智能终端的动作时间；3）分别断开、闭合智能终端上开关位置对应的接点，记录报文分析测试工具的相应GOOSE报文；验证智能终端通过GOOSE报文准确地传送开关位置的信息；4）按SCD文件配置，模拟保护、测控装置所有GOOSE、SV的输入、输出，利用报文分析测试工具自动测试保护、测控装置内GOOSE、SV信息的正确性。

C. 采用标准测试流程对单体装置应具备的就地保护功能进行逐一验证。单体装置应具备的保护功能通常包括：过电流保护、过负荷保护、差动保护、电流速断保护等对变压器和馈线设置的保护功能。

D. 采用标准测试流程对智能牵引变电所亭（包括智能牵引变电所、智能AT所、智能分区所）中涉及的继电保护进行测试，验证各所亭内保护装置的站域保护功能。所亭内保护装置的站域保护功能，除单体装置保护功能的冗余配置外，还包括断路器失灵保护和母线保护。

E. 采用标准测试流程对供电臂范围内的全部所亭进行线路故障后的系统重构自愈性能及保护逻辑的测试验证。供电臂范围内的保护功能，包括：距离保护和线路故障后的系统重构自愈性能及保护逻辑。

步骤C、D、E中的标准测试流程，如图3所示，具体步骤为：

1）根据前期准备工作确定的当前层级测试内容C _i (i = 2, 3, 4) ，从搭建的牵引供电系统一次模型中选择所需的部分形成当前层级的动模试验库，完成测试所需接线，在DDRTS中逐一对测试项目X _j ∈C _i 的正常和故障状态分别进行仿真，实时计算正常工况和故障工况下的电流、电压波形，真实反映保护动作后电流、电压信号的动态特性；

其中，通常需进行的仿真包括：金属性短路、经过渡电阻短路、带故障合闸、发展性故障、电流互感器饱和、电压互感器断线、断路器失灵、牵引变压器匝间短路、自耦变压器匝间短路等仿真。

2）将所得的仿真数据通过高速光纤通讯卡，经过数模转换装置处理成模拟小信号，然后将该模拟小信号通过功率放大器转化为二次电流信号和二次电压信号，接入智能牵引供电广域保护测控系统中过程层的互感器合并单元；

3）通过与仿真结果统一的信号传输，仿真数据输入智能牵引供电广域保护测控系统；利用广域测控保护三层两网结构，数据通过光纤传送给间隔层的保护装置；保护装置进行逻辑运算处理，发出跳闸信号，通过光纤传送至智能终端，智能终端连接DDRTS的模拟断路器，驱动断路器跳闸，同时智能终端采集模拟断路器的位置信息返回给广域保护测控系统；

4）将测试项目X _j 在故障状态下预期的断路器状态与广域保护测控系统给出的断路器跳变信息进行对比，若两者一致，则该测试项目的结果P(X _j )记为1，否则记为0。当前层级的测试结果P(C _i )可由公式P(C _i )=∏P(X _j | X _j ∈C _i )确定。仅在当前层级的测试结果为1时，会继续进行下一层级的测试。

实施例2：

国内某条铁路应用智能牵引供电系统，采用AT供电方式，在项目建成后、开通运营前需要对智能牵引变电所亭进行验证，按本发明中的方法步骤开展测试验证，以智能牵引变电所电流速断保护为测试项目具体说明。

A. 在DDRTS中搭建采用2×27.5kV含正馈线的AT接线型式的牵引供电系统一次模型，牵引变压器采用线路变压器组接线型式；并设置模型中各元件的参数；根据受检线路的测试要求，确定各级测试内容C _i 。其中，C ₃包含了智能牵引变电所电流速断保护X _a 这一测试项目。

B. 对受检智能牵引变电所亭SCD配置进行测试校验，验证结果全部正确。对过程层、间隔层中合并单元、智能终端、保护装置、测控装置的报文进行测试验证，验证结果完全一致。可进行步骤C。

C. 选择各单体装置涉及的元件和接线构成C ₂级动模试验库，对测试项目逐一测试，保护功能测试结果均与预期一致，P(C ₂) = 1，可进行步骤D。

D. 选择牵引变电所范围内的部分和必要的其他原件构成C ₃级动模试验库。对电流速断保护进行测试，具体过程为：

在牵引变电所的出口处设置故障短路点①（如图4所示），开展金属性短路仿真，得到故障点短路电流有效值I=9950A；

仿真数据通过高速光纤通讯卡，经过数模转换装置处理成模拟小信号，然后将该模拟小信号通过功率放大器转化为二次电流信号和二次电压信号，接入受检智能牵引变电所的广域保护测控系统过程层的互感器合并单元；

仿真数据输入受检智能牵引变电所广域保护测控系统，利用广域测控保护三层两网结构，通过光纤传送给间隔层的保护装置；保护装置根据设定的整定值（电流速断保护动作电流一次值I_d=5511A）对采集到的电流信号进行逻辑运算处理，因I > I_d，发出跳闸信号；跳闸信号通过光纤传送至智能终端，智能终端连接DDRTS的模拟断路器，驱动图4中DL1的断路器跳闸，同时智能终端采集模拟断路器的位置信息返回给广域测控保护系统；

广域保护测控系统给出的断路器跳变信息与仿真结果的预期相同，因此P(X _a ) =1，可进行下一个测试项目，直到当前层级的测试项目全部完成。若其中存在测试项目结果异常，则终止测试流程，不会进入步骤E，智能牵引供电广域保护测控系统不合格。

值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

A. 根据受检线路的供电方案、主接线图，在DDRTS中搭建相应的牵引供电系统一次模型，结合牵引网线材参数、机车参数，调整模型中各元件的参数设置；根据受检线路的测试要求，确定系统接口、单体装置就地保护、所内站域保护、供电臂重构自愈的各级测试内容C _i ，其中，i = 1, 2, 3, 4；

B. 采用报文分析测试工具对系统各层级之间的接口配置和通道进行测试验证；

C. 采用标准测试流程对单体装置应具备的就地保护功能进行逐一验证；

D. 采用标准测试流程对智能牵引变电所亭中涉及的站域保护进行测试，验证各所亭内保护装置的保护功能；其中，智能牵引变电所亭包括智能牵引变电所、智能AT所、智能分区所；

E. 采用标准测试流程对供电臂范围内的全部所亭进行线路故障后的系统重构自愈性能及保护逻辑的测试验证；

其中，采用报文分析测试工具对系统各层级之间的接口配置和通道进行测试验证的方法为：

对受检智能牵引变电所亭SCD配置进行测试校验，对过程层、间隔层中合并单元、智能终端、保护装置、测控装置的报文进行测试验证；

所述的对受检智能牵引变电所亭SCD配置进行测试校验，对过程层、间隔层中合并单元、智能终端、保护装置、测控装置的报文进行测试验证，具体步骤包括：

1）将合并单元的SV信号接入报文分析测试工具，记录合并单元采样值报文的帧序号，通过检测号码的连续性，判断其发送的采样值报文的丢包情况；

2）由报文分析测试工具发送一组GOOSE跳、合闸命令，并接收跳、合闸的返回信息，记录报文发送与硬接点输入的时间差，测试智能终端的动作时间；

3）分别断开、闭合智能终端上开关位置对应的接点，记录报文分析测试工具的相应GOOSE报文；验证智能终端通过GOOSE报文准确地传送开关位置的信息；

4）按SCD文件配置，模拟保护、测控装置所有GOOSE、SV的输入、输出，利用报文分析测试工具自动测试保护、测控装置内GOOSE、SV信息的正确性。

2.根据权利要求1所述的一种智能牵引供电广域保护测控系统测试验证方法，其特征在于，所述标准测试流程，具体步骤为：

1）根据前期准备工作确定的当前层级测试内容C _i ，从搭建的牵引供电系统一次模型中选择所需的部分形成当前层级的动模试验库，完成测试所需接线，在DDRTS中逐一对测试项目X _j ∈C _i 的正常和故障状态分别进行仿真，实时计算正常工况和故障工况下的电流、电压波形，真实反映保护动作后电流、电压信号的动态特性；

2）将所得的仿真数据通过高速光纤通讯卡，经过数模转换装置处理成模拟小信号，然后将该模拟小信号通过功率放大器转化为二次电流信号和二次电压信号，接入智能牵引供电广域保护测控系统中过程层的互感器合并单元；

3）通过与仿真结果统一的信号传输，仿真数据输入智能牵引供电广域保护测控系统；利用广域测控保护三层两网结构，数据通过光纤传送给间隔层的保护装置；保护装置进行逻辑运算处理，发出跳闸信号，通过光纤传送至智能终端，智能终端连接DDRTS的模拟断路器，驱动断路器跳闸，同时智能终端采集模拟断路器的位置信息返回给广域保护测控系统；

4）将测试项目X _j 在故障状态下预期的断路器状态与广域保护测控系统给出的断路器跳变信息进行对比，若两者一致，则该测试项目的结果P(X _j )记为1，否则记为0；当前层级的测试结果P(C _i )可由公式P(C _i )=∏P(X _j | X _j ∈C _i )确定，仅在当前层级的测试结果为1时，会继续进行下一层级的测试。

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