CN117590836A - 利用广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及广域保护测控系统功能测试装置及方法，装置包括仿真主机、牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置；仿真主机通过铁路通信网络与布置在牵引变电所、AT所、分区所的信号转换装置连接；牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置分别与牵引变电所、AT所、分区所的广域保护测控装置连接；方法包括获取数据传输延时时间；确定仿真主机中仿真模型断路器跳闸时间；测量故障恢复时间Tq，根据Tq与就地保护整定时间Tz之间的关系，判断该供电臂的广域保护测控功能是否满足要求；本发明提高了广域保护测控功能测试结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于多源化牵引供电测试技术领域，尤其涉及利用广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法。
背景技术
智能牵引供电系统基于所间信息传输网络和供电臂阻抗保护原理，实现了以供电臂为单元的广域保护测控功能。相比于传统牵引供电系统，广域保护测控系统可根据牵引网故障时的阻抗特性判断故障类型，并向该供电臂内的牵引变电所、自耦变压器所AT所及分区所发送联调命令，实现供电臂上行或下行选择性跳闸，快速切除故障，减小故障停电影响范围。
智能牵引供电系统广域保护测控功能需要牵引变电所、AT所及分区所内广域保护测控装置之间的配合完成，目前主要的工程验证是通过在牵引网上设置真实短路故障点的方式实现的。此种方法会在一次系统中产生短路冲击电流，会对主导流通路上的高压设备产生一定的危害。因此，亟需一种对智能牵引供电系统广域保护测控功能进行无损化的测试验证方法，避免现有功能验证过程中对系统一次设备的安全运行造成影响。
发明内容
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
广域保护测控系统功能测试装置，包括仿真主机、牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置；仿真主机通过铁路通信网络与布置在牵引变电所、AT所、分区所的信号转换装置连接；牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置分别与牵引变电所、AT所、分区所的广域保护测控装置连接；实现仿真主机、信号转换装置及广域保护测控装置之间的连接。
利用上述的广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法，包括如下步骤：
分别获取仿真主机至牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间；
根据获取的数据传输延时时间确定仿真主机中仿真模型断路器跳闸时间；
进行故障仿真时，仿真主机将故障数据通过信号转换装置分别传输至牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置，广域保护测控装置判断故障类型和位置，并启动保护动作，并向相邻所发送供电臂联跳命令，广域保护测控装置的跳闸命令通过信号转换装置传输至仿真主机内，并跳开仿真主机中仿真模型对应的断路器，完成故障切除；
测量故障数据开始传输至故障切除的时间，定义其为故障恢复时间Tq，根据Tq与就地保护整定时间Tz之间的关系，判断该供电臂的广域保护测控功能是否满足要求。
所述的根据Tq与就地保护整定时间Tz之间的关系，判断该供电臂的广域保护测控功能是否满足要求的方法为：
若Tq<Tz，则在就地保护出口之前，广域保护功能完成切除故障，广域保护测控功能满足要求；
若Tq>Tz，则在就地保护出口之前，广域保护功能未完成切除故障，广域保护测控功能不满足要求。
所述的根据获取的数据传输延时时间确定仿真主机中仿真模型断路器跳闸时间的方法为：
当牵引变电所的广域保护测控装置分别向分区所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-2×T牵引’，仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-（TAT’+T牵引’），仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-（T分区’+T牵引’）；
当AT所广域保护测控装置分别向牵引变电所广域保护测控装置和分区所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-（T牵引’+TAT’），仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-2×TAT’，仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-（T分区’+TAT’）；
当分区所广域保护测控装置分别向牵引变电所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-（T牵引’+T分区’），仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-（TAT’+T分区’），仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-2×T分区’；
其中，Td为实际断路器固有跳闸时长；T牵引’为仿真主机至牵引变电所信号转换装置之间的数据传输延时时间；TAT’为仿真主机至AT所信号转换装置之间的数据传输延时时间；T分区’为仿真主机至分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间。
所述的分别获取仿真主机至牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间的方法为：
设定仿真主机向牵引变电所的信号转换装置发送信号至仿真主机接收牵引变电所返回信息的时长为T牵引，根据T牵引计算得到仿真主机至牵引变电所信号转换装置之间的数据传输延时时间T牵引’，T牵引’=T牵引/2；
设定仿真主机向AT所的信号转换装置发送信号至仿真主机接收AT所返回信息的时长为TAT，根据TAT计算得到仿真主机至AT所信号转换装置之间的数据传输延时时间TAT’，TAT’=TAT/2；
设定仿真主机向分区所的信号转换装置发送信号至至仿真主机接收分区所返回信息的时长为T分区，根据T分区计算得到仿真主机至分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间T分区’，T分区’=T分区/2。
当测量仿真主机与牵引变电所、AT所、分区所中布置的信号转换装置之间的数据传输延时时间时，在仿真主机中搭建数据传输延时测试模型，令仿真主机分别向牵引变电所、AT所和分区所中的信号转换装置发送变位命令，变位命令经各信号转换装置处理后返回仿真主机，在数据传输延时测试模型中完成变位动作，根据发送变位命令至完成变位动作的时长计算得到仿真主机至对应信号转换装置之间的时长。
本发明的优点和积极效果是：
本发明实现了智能牵引供电系统广域保护测控功能无损化测试验证，避免现有功能验证过程中对系统一次设备的安全运行造成影响；且本发明通过调节仿真模型中断路器跳闸时长抵消仿真验证装置之间数据传输延时的影响，提高了广域保护测控功能测试结果的准确性。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图 1是本发明实施例提供的广域保护测控系统功能测试装置的示意图；
图 2是本发明实施例提供的获取数据传输延时时间的结构图；
图 3是本发明实施例提供的确定仿真主机中仿真模型断路器跳闸时间的过程图。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征( 或其等同物) 之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的广域保护测控系统功能测试装置，包括仿真主机、牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置；仿真主机通过铁路备用通信通道与布置在牵引变电所、AT所、分区所的信号转换装置连接；牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置分别与牵引变电所、AT所、分区所的广域保护测控装置连接，实现仿真主机、信号转换装置及广域保护测控装置之间的连接；并且，牵引变电所广域保护测控装置、AT所广域保护测控装置和分区所广域保护测控装置之间通过广域保护通信通道实现数据传输。
利用上述的广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法，包括如下步骤：
分别获取仿真主机至牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间；
根据获取的数据传输延时时间确定仿真主机中仿真模型断路器跳闸时间；
进行故障仿真时，仿真主机将故障数据通过信号转换装置分别传输至牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置，广域保护测控装置判断故障类型和位置，并启动保护动作，并向相邻所发送供电臂联跳命令，广域保护测控装置的跳闸命令通过信号转换装置传输至仿真主机内，并跳开仿真主机中仿真模型对应的断路器，完成故障切除；
测量故障数据开始传输至故障切除的时间，定义其为故障恢复时间Tq，根据Tq与就地保护整定时间Tz之间的关系，判断该供电臂的广域保护测控功能是否满足要求；需要说明的是，在测量故障数据开始传输至故障切除的时间时，是根据仿真系统中电流、电压波形图进行判断，并直接测量获得的数据，但故障恢复时间Tq包含了断路器跳闸时间，是跳闸时间、传输延时时间、保护装置数据处理时间等的加和，即在仿真主机的仿真模型中设定的断路器跳闸时间部分决定了故障恢复时间Tq的长短；
具体的，所述的根据Tq与就地保护整定时间Tz之间的关系，判断该供电臂的广域保护测控功能是否满足要求的方法为：
若Tq<Tz，则在就地保护出口之前，广域保护功能完成切除故障，广域保护测控功能满足要求；
若Tq>Tz，则在就地保护出口之前，广域保护功能未完成切除故障，广域保护测控功能不满足要求。
如图2所示，当测量仿真主机与牵引变电所、AT所、分区所中布置的信号转换装置之间的数据传输延时时间时，在仿真主机中搭建数据传输延时测试模型，令仿真主机分别向牵引变电所、AT所和分区所中的信号转换装置发送变位命令，变位命令经各信号转换装置处理后返回仿真主机，在数据传输延时测试模型中完成变位动作，根据发送变位命令至完成变位动作的时长计算得到仿真主机至对应信号转换装置之间的时长；具体的，所述的分别获取仿真主机至牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间的方法为：
设定仿真主机向牵引变电所的信号转换装置发送信号至仿真主机接收牵引变电所返回信息的时长为T牵引，根据T牵引计算得到仿真主机至牵引变电所信号转换装置之间的数据传输延时时间T牵引’，T牵引’=T牵引/2；
设定仿真主机向AT所的信号转换装置发送信号至仿真主机接收AT所返回信息的时长为TAT，根据TAT计算得到仿真主机至AT所信号转换装置之间的数据传输延时时间TAT’，TAT’=TAT/2；
设定仿真主机向分区所的信号转换装置发送信号至至仿真主机接收分区所返回信息的时长为T分区，根据T分区计算得到仿真主机至分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间T分区’，T分区’=T分区/2。
所述的根据获取的数据传输延时时间确定仿真主机中仿真模型断路器跳闸时间的方法为：
当牵引变电所的广域保护测控装置分别向分区所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-2×T牵引’，仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-（TAT’+T牵引’），仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-（T分区’+T牵引’）；
当AT所广域保护测控装置分别向牵引变电所广域保护测控装置和分区所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-（T牵引’+TAT’），仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-2×TAT’，仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-（T分区’+TAT’）；
当分区所广域保护测控装置分别向牵引变电所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-（T牵引’+T分区’），仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-（TAT’+T分区’），仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-2×T分区’；
其中，Td为实际断路器固有跳闸时长；T牵引’为仿真主机至牵引变电所信号转换装置之间的数据传输延时时间；TAT’为仿真主机至AT所信号转换装置之间的数据传输延时时间；T分区’为仿真主机至分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间。
作为举例，当牵引变电所广域保护测控装置分别向分区所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真主机从发出故障数据至接收AT所跳闸信号过程中，由仿真装置本身产生的延时T的示意图如图3所示，其中T=TAT’+T牵引’。
仿真主机a发送故障数据至牵引变电所信号转换装置b，牵引变电所信号转换装置将接收到的故障数据发送至牵引变电所广域保护测控装置c；此时，故障计算结果由a经b到c产生了延时T牵引’；牵引变电所广域保护测控装置根据故障计算结果向AT所广域保护测控装置d发送供电臂联跳命令；AT所广域保护测控装置根据供电臂联跳命令向AT所信号转换装置e发送跳闸信号；AT所信号转换装置将接受的跳闸信号通过铁路备用通信通道发送至牵引变电所信号转换装置b；牵引变电所信号转换装置b将接收到的跳闸信号发送至仿真主机a，仿真主机根据跳闸信号断开仿真模型中的断路器，实现仿真中故障切除；此时，跳闸信号由d经e和b到a产生了延时TAT’；因此，仿真主机从发出故障数据至接收AT所跳闸信号过程中，由仿真装置本身产生的延时T=TAT’+T牵引’。
当AT所广域保护测控装置分别向牵引变电所广域保护测控装置和分区所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-（T牵引’+TAT’），仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-2×TAT’，仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-（T分区’+TAT’）；
当分区所广域保护测控装置分别向牵引变电所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-（T牵引’+T分区’），仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-（TAT’+T分区’），仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-2×T分区’；
需要说明的是，在进行故障仿真时，在仿真主机中搭建对应的牵引供电系统仿真模型，其模型包含了牵引变电所、AT所、分区所及牵引网仿真模型，根据实际需要在仿真模型中设置故障类型和故障位置，进行故障模拟。仿真故障数据通过信号转换装置分别传输至牵引变电所、AT所、分区所的广域保护测控装置，各广域保护测控装置根据故障数据均进行故障类型和故障位置判断，从而确定故障发生类型和位置，相应的广域保护测控装置启动保护动作，并向相邻所发送供电臂联跳命令，广域保护测控装置的跳闸命令通过信号转换装置传输至仿真主机内，并跳开仿真模型中对应的断路器，完成故障切除；
具体而言，牵引供电系统仿真模型包括牵引变压器、自耦变压器、断路器、电流互感器、电压互感器、牵引网、牵引负荷及故障模块等模型，仿真模型中还需要对数据输入输出通道进行配置，将仿真模型中各支路的电压电流信号与信号转换装置各通道进行关联，故障的触发可根据需要设置成手动触发或定时触发；当然，上述牵引供电系统仿真模型可以采用商业上的现有软件；通过构建牵引供电系统仿真模型，可以实现多种类型和任意位置下故障模拟，进而对广域保护测控功能进行系统全面的验证，提高系统可靠性。
实施例2
作为举例，在本实施例中，国内某条高速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供电系统广域保护测控功能进行验证，按本发明方法步骤以某一供电臂为例开展测试验证。
步骤一：在此供电臂的牵引变电所、AT所、分区所分别布置仿真验证装置，并将仿真主机布置在牵引变电所内；将仿真主机和牵引变电所、AT所、分区所内的信号转换装置通过光纤接入到铁路通信网络；将信号转换装置通过电缆与牵引变电所、AT所、分区所的广域保护测控装置连接。
步骤二：测量仿真主机与牵引变电所、AT所、分区所中布置的信号转换装置之间的数据传输延时分别为9ms、20ms、35ms；
步骤三：牵引变电所、AT所、分区所中断路器的固有跳闸时间为60ms，在牵引变电所广域保护测控装置分别向分区所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令的情况下，计算得仿真模型中牵引变电所、AT所、分区所断路器跳闸时间分别为42ms、31ms、16ms。
步骤四：在仿真主机中搭建牵引变电所、AT所、分区所及牵引网仿真模型，设置模型中各设备参数；在供电臂内设置金属性短路点，进行广域保护测控功能验证试验，故障的触发方式为仿真开始后0.5s时自动触发。
步骤五：在广域保护测控功能的测试验证中，牵引变电所、AT所、分区所内的广域保护功能均触发启动，测量仿真模型中故障发生至故障完全切除的时间分别为86ms，小于就地保护整定时间100ms，因此广域保护测控功能满足要求。若测试中故障发生至故障完全切除的时间大于100ms，则该供电臂的广域保护测控功能不满足要求。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.利用广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法，其特征在于，所述的广域保护测控系统功能测试装置包括仿真主机、牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置；仿真主机通过铁路通信网络与布置在牵引变电所、AT所、分区所的信号转换装置连接；牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置分别与牵引变电所、AT所、分区所的广域保护测控装置连接；
所述测试的方法包括如下步骤：
分别获取仿真主机至牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间；
根据获取的数据传输延时时间确定仿真主机中仿真模型断路器跳闸时间；
进行故障仿真时，仿真主机将故障数据通过信号转换装置分别传输至牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置，广域保护测控装置判断故障类型和位置，并启动保护动作，并向相邻所发送供电臂联跳命令，广域保护测控装置的跳闸命令通过信号转换装置传输至仿真主机内，并跳开仿真主机中仿真模型对应的断路器，完成故障切除；
测量故障数据开始传输至故障切除的时间，定义其为故障恢复时间Tq，根据Tq与就地保护整定时间Tz之间的关系，判断该供电臂的广域保护测控功能是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的利用广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法，其特征在于，所述的根据Tq与就地保护整定时间Tz之间的关系，判断该供电臂的广域保护测控功能是否满足要求的方法为：
若Tq<Tz，则在就地保护出口之前，广域保护功能完成切除故障，广域保护测控功能满足要求；
若Tq>Tz，则在就地保护出口之前，广域保护功能未完成切除故障，广域保护测控功能不满足要求。
3.根据权利要求1所述的利用广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法，其特征在于，所述的根据获取的数据传输延时时间确定仿真主机中仿真模型断路器跳闸时间的方法为：
当牵引变电所的广域保护测控装置分别向分区所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-2×T牵引’，仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-（TAT’+T牵引’），仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-（T分区’+T牵引’）；
当AT所广域保护测控装置分别向牵引变电所广域保护测控装置和分区所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-（T牵引’+TAT’），仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-2×TAT’，仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-（T分区’+TAT’）；
当分区所广域保护测控装置分别向牵引变电所广域保护测控装置和AT所广域保护测控装置发送联跳命令时，仿真模型中牵引变电所断路器跳闸时长为Tq牵引，Tq牵引=Td-（T牵引’+T分区’），仿真模型中AT所断路器跳闸时长为TqAT，TqAT=Td-（TAT’+T分区’），仿真模型中分区所断路器跳闸时长为Tq分区，Tq分区=Td-2×T分区’；
其中，Td为实际断路器固有跳闸时长；T牵引’为仿真主机至牵引变电所信号转换装置之间的数据传输延时时间；TAT’为仿真主机至AT所信号转换装置之间的数据传输延时时间；T分区’为仿真主机至分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间。
4.根据权利要求1所述的利用广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法，其特征在于，所述的分别获取仿真主机至牵引变电所信号转换装置、AT所信号转换装置和分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间的方法为：
设定仿真主机向牵引变电所的信号转换装置发送信号至仿真主机接收牵引变电所返回信息的时长为T牵引，根据T牵引计算得到仿真主机至牵引变电所信号转换装置之间的数据传输延时时间T牵引’，T牵引’=T牵引/2；
设定仿真主机向AT所的信号转换装置发送信号至仿真主机接收AT所返回信息的时长为TAT，根据TAT计算得到仿真主机至AT所信号转换装置之间的数据传输延时时间TAT’，TAT’=TAT/2；
设定仿真主机向分区所的信号转换装置发送信号至至仿真主机接收分区所返回信息的时长为T分区，根据T分区计算得到仿真主机至分区所信号转换装置之间的数据传输延时时间T分区’，T分区’=T分区/2。
5.根据权利要求1所述的利用广域保护测控系统功能测试装置进行功能测试的方法，其特征在于，当测量仿真主机与牵引变电所、AT所、分区所中布置的信号转换装置之间的数据传输延时时间时，在仿真主机中搭建数据传输延时测试模型，令仿真主机分别向牵引变电所、AT所和分区所中的信号转换装置发送变位命令，变位命令经各信号转换装置处理后返回仿真主机，在数据传输延时测试模型中完成变位动作，根据发送变位命令至完成变位动作的时长计算得到仿真主机至对应信号转换装置之间的时长。
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| CN117590836B (zh) | 2024-03-29 |
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