CN201313518Y

CN201313518Y - 电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统

Info

Publication number: CN201313518Y
Application number: CNU2008201830940U
Authority: CN
Inventors: 樊江涛; 费远鹏; 杨国华
Original assignee: BEIJING TOGEST AUTOMATION SYSTEM EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING TOGEST AUTOMATION SYSTEM EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2018-12-17

Abstract

本实用新型公开了一种电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统，整个系统除了变电站层、间隔层，还包括过程层，三个部分均满足IEC 61850标准，采用“就地数字化”和“集成保护”方案，实现变电站信息在实时、可靠基础上最大程度共享。“就地数字化”方案是指在一次设备间隔附近安装“就地数字化”设备，将一次设备接收到的信息就地数字化；“集成保护”方案是指所有间隔的过程层通过光交换机接入一个集成IED，即由一个集成IED完成所有间隔的保护测控功能。本系统具有最好的信息共享程度，设计简易、综合成本低，“集成保护”设计使系统的实时性、可靠性高。

Description

电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统

技术领域

本实用新型涉及一种自动化系统，特别涉及一种电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统。

背景技术

目前应用的电气化铁路牵引变电站自动化系统的拓扑图参见附图1，一般称这种系统为分层分布式，即分间隔层和变电站层。间隔层分为针对一个一次间隔配置一个智能保护测控单元(又称为IED)的，比如馈线保护测控装置、电容器保护测控装置等，另一种为跨一次间隔配置的智能保护测控单元的，比如备用电源自投装置、微机防误操作闭锁装置、综合测控装置等。

结合这个拓扑图可以看出信息分成横向的和纵向的，横向的信息指不同IED之间的信息及不同一次间隔之间交流的信息，纵向的指从一次间隔到变电站层甚至调度之间的信息交流。一般的牵引变电站综合自动化系统大概会包括如下种类的IED设备：主变压器保护装置、综合测控装置、馈线保护测控装置、电容器保护测控装置、备用电源自投装置、故障测距装置、通讯管理单元等。不同的IED在获得同一个模拟量、开关量及状态量的方法是经电缆从同一地方接入，不同IED控制同一个开关经电缆到同一操作回路。状态量指复合电压动作、电压互感器回路异常、电流互感器回路异常、操作回路异常等经组合判断的开关量，不同IED间传递信息靠的是继电器动作经电缆进入另一IED的遥信回路。可见数字信息交流方式是重动继电器的多个触点—有源电缆—开入量检测回路或继电器，模拟信息靠电缆连接，比如每个馈线保护都要从电压互感器经电缆引入电压信号。

从间隔层到变电站层的信息交互目前主要采用现场总线或以太网完成，其交流的信息内容为远动所要求的四遥数据量，即实现遥测、遥信、遥控、遥调及保护动作报文和基本的配置数据，所以交流数据少、实时性不高，可靠性要求也不是很高。来自同一个一次设备间隔的数据经不同的IED上传到变电站层可能不一致或相互矛盾，而且这个矛盾往往被忽视而不是解决掉，比如来自线路测量的电流、线路保护的电流、线路计量的电流及母差保护的电流不一致就是被忽视的，另外就是不同IED反映的一个断路器矛盾的开关状态也是被忽略或人工处理的。

综上所述，目前的这种两层式结构电缆连接复杂，可靠性差，横向不同的IED之间以及一次设备与不同的IED间信息传递是以电缆的方式传递的，没有信息的共享，一次设备之间的信息没有交互。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于IEC61850标准的电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统，它设计简单、可靠性高、能够很好地实现信息共享。

本实用新型采取的技术方案如下：

本实用新型的整个系统除了变电站层、间隔层，还包括过程层，三个部分均满足IEC61850标准，采用“就地数字化”和“集成保护”方案，实现变电站信息在实时、可靠基础上最大程度共享。

所述的“就地数字化”方案是指在一次设备间隔附近安装“就地数字化”设备，将一次设备接收到的信息就地数字化，具体包括两个方面：(1)在所述的过程层，面向对象对一次设备采集的数据进行数字化，比如按高压进线间隔、主变本体间隔、主变低压主进间隔、动力变间隔、并补间隔、馈线间隔进行对象划分，每个对象以“就地数字化设备”进行数字化，这样使不同间隔之间的电缆连接最少。(2)在每个所述的对象中，“就地数字化设备”对所有的电压互感器、电流互感器、开关量、控制量、其它模拟量信息按IEC 61850-9-2及GOOSE规约格式数字化，仅用一台装置完成了一个间隔的合并单元和智能终端的功能，“就地数字化设备”输出仅为一根光缆连到控制室。所述的“就地数字化设备”可以接传统的电磁互感器、模拟量输出的电子式互感器、数字量输出的电子式互感器。

所述的“就地数字化设备”CPU采用Freescale公司高性能ColdFire32位工业级处理器，主频166MHz，外扩32M DDR、16M Flash和2M NVRAM，双以太网，16位A/D转换器实现同步采样。所述的就地数字化设备采用嵌入式安装方式，包括3个功能插件：模拟量采集及转换插件、基本I/O及电源插件、扩展输出及操作回路插件；另外有主板及背板。

所述的“集成保护”方案是指所有间隔的过程层通过光交换机接入一个集成IED，即由一个集成IED完成所有间隔的保护测控功能，在“集成保护”内部保护测控软件各自独立运行。

作为本实用新型的一个优化方案，在信息传输可靠、实时的前提下采用独立的双“集成保护”的冗余保护方案完成变电站的自动化功能，即在系统中接入和所述的集成IED功能相同的另一个集成IED。“集成保护”正常为两套设备同时运行，有一套判为保护动作即动作；当一套检修或故障不影响另一套正常运行。

作为本实用新型的另一种优选方案，当间隔大于16个时，可以将所有间隔的过程层通过光交换机接入一个集成IED，完成所有间隔的保护测控功能；将主变和高压主进的过程层通过光交换机接入另一个集成IED，完成变压器的保护测控等功能。远动的规约转换由另一台集成IED完成。

作为本实用新型的再一种优选方案，当间隔大于16个时，考虑冗余，可以将所有间隔的过程层通过光交换机接入两个功能相同的集成IED，完成所有间隔的保护测控功能；将主变和高压主进的过程层通过光交换机接入另两个功能相同的集成IED，完成变压器的保护测控等功能。远动的规约转换由另一台集成IED完成。

所述的“集成保护”IED以PowerQUICC II MPC8280处理器为核心，256Mbytes的SDRAM、2X32Mbytes FLASH、3个10/100M BaseTX(RJ45)以太网接口、8Kbyetes E2PROM及串口等，可运行在200MHz、266MHz、300MHz、333MHz、450MHz主频下。

极强的抗干扰性能。

本实用新型的有益效果如下：

1、“就地数字化设备”端子直接从插件后引出，实现了强弱电的有效隔离，提高了抗干扰能力；

2、“集成保护”IED被安装在控制室内，“就地数字化设备”以光缆引入控制室，而电缆不再引入控制室，这样控制室内就有很好的电磁兼容环境，再加上“集成保护”IED具有优异的抗干扰性能，确保“集成保护”大脑的安全工作；

3、具有最好的信息共享程度；

4、设计简易、综合成本低；

5、“集成保护”设计使系统的实时性、可靠性高。

附图说明

图1为现有的电气化铁路牵引变电站自动化系统的拓扑图；

图2为间隔小于16个时系统拓扑图；

图3为间隔大于16个时系统拓扑图；

图4为“就地数字化设备”硬件构成图；

EPT：电子式电压互感器 ECT：电子式电流互感器

I/O：开关量输入和控制输出 CT：常规的电流互感器

OCT：光纤式电流互感器 PT：常规的电压互感器

OPT：光纤式电压互感器

具体实施方式

参见附图2，所有间隔的过程层接入光交换机1，光交换机1通过光纤和间隔层的集成IED1相联，考虑冗余，过程层中接入光交换机2，和间隔层中相应的集成IED2相联，两套设备功能相同，完成所有单元的保护测控等功能。集成IED1和集成IED2通过光交换机3接入变电站层。

参见附图3，当间隔大于16个时，可以将所有间隔的过程层接入光交换机1，光交换机1通过光纤和间隔层的集成IED1相联，完成所有单元的保护测控等功能；将主变和高压主进的过程层接入光交换机4，光交换机4通过光纤接入集成IED3，完成变压器的保护测控等功能。考虑冗余，和光交换机1、集成IED1平行接入光交换机2及集成IED2，和光交换机4、集成IED3平行接入光交换机5、集成IED4，两套设备功能相同。集成IED1、IED2、IED3、IED4通过光交换机3接入变电器层，并通过集成IED5连接至调度室，完成远动的规约转换。

参见附图4，“就地数字化设备”包括三个插件：模拟量采集及转换插件、基本I/O及电源插件、扩展输出及操作回路插件，另外还包括主板和背板。

(1)“就地数字化设备”的核心是主板，CPU采用Freescale公司高性能ColdFire

V2内核的32位微处理器MCF5275，可在166MHz的时钟频率下提供高达159MIPS的处理能力(Dhrystone 2.1)，且低功耗。MCF5275较先前的器件增添了一些模块：包括第二个10/100M以太网通讯控制模块和硬件加密模块，一个增强型乘加运算单元(eMAC)，再加上64KB片内静态存储器和用户可定义的16kB片内高速缓存(Cache)，这些可以使系统性能大幅度提高而成本全面降低。主板外扩32M DDR用于程序运行和临时数据存储，16M FLASH用于存储应用程序、配置文件等信息。2Mbytes的NVRAM；高精度的实时时钟；10/100M自适应的双以太网支持RJ45或FX100光纤接口。

(2)模拟量采集及转换插件

模拟量采集及转换插件包括电流、电压输入端子、电流互感器、电压互感器、模拟信号调理单元、A/D转换单元、QSPI接口。模拟量采集及转换插件完成模拟量的采集并经A/D转换成数字量输出供CPU计算用，用于将模拟量信号隔离变换为小电压信号，经调整后输入到A/D，A/D转换精度为16位。

当采用ECT、EUT实现采样值传输时，更换为智能模拟量采集插件，

C、基本I/O及电源插件

基本I/O及电源插件包括电源变换监控复位单元、RS232接口，BDM单元，还可以包括RS485接口。本插件用来提供由外部直流220V(110V)或交流220V输入，3路直流电压输出的开关电源；4路DC24V的无源开关量输入、10路DC220V外置的有源开关量输入。其中24V开关量输入用于屏(柜)内近距离信号或其它弱电压的信号采集；DC220V有源开关量输入用于较远距离信号采集，具有更好抗干扰能力。支持5路开关量输出，既可用于驱动操作回路又可用于信号输出。

D、扩展输出及操作回路插件

本插件扩展了7路经各种安全闭锁的开关量输出及一个断路器的操作回路，具体说包括光电隔离开入电路、开入端子、光电隔离开出电路、继电器、开出端子。所有开关量输出按超过5A(DC220V)的接通容量设计，使其适应多种应用。

E、背板

实现各插件之间电信号的相互连接。

Claims

1、一种电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统，包括变电站层、间隔层，其特征在于：本系统基于IEC61850设计，还包括过程层；在一次设备间隔附近安装“就地数字化”设备，将一次设备接收到的信息就地数字化；所有间隔的过程层接入一个光交换机1，光交换机1通过光纤和所述的间隔层中的集成IED1相联，集成IED1通过光交换机3接入变电站层。

2、权利要求1所述的电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统，其特征在于：所述的电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统中还包括供主变和高压主进的过程层接入的光交换机4，光交换机4通过光纤接入集成IED3；所述的IED1、IED3通过光交换机3接入变电器层，并通过集成IED5连接至调度室。

3、权利要求1或2所述的电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统，其特征在于：所述的过程层中还接入光交换机2，和间隔层中的集成IED2相联，其功能分别和所述的光交换机1和集成IED1相同，集成IED1和集成IED2通过光交换机3接入变电站层。

4、权利要求2所述的电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统，其特征在于：所述的电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统中还包括供主变和高压主进的过程层接入的光交换机5，光交换机5通过光纤接入集成IED4；其功能分别和所述的光交换机4和集成IED3相同，所述的IED1、IED3、IED4通过光交换机3接入变电器层，并通过集成IED5连接至调度室。

5、权利要求1、2、4任一项所述的电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统，其特征在于：所述的“就地数字化设备”包括3个功能插件：模拟量采集及转换插件、基本I/O及电源插件、扩展输出及操作回路插件；另外有主板及背板；所述的模拟量采集及转换插件包括电流、电压输入端子、电流互感器、电压互感器、模拟信号调理单元、A/D转换单元、QSPI接口；所述的基本I/O及电源插件包括电源变换监控复位单元、RS232接口，BDM单元，还可以包括RS485接口；所述的扩展输出及操作回路插件包括光电隔离开入电路、开入端子、光电隔离开出电路、继电器、开出端子；所述的主板CPU采用高性能

V2内核的32位微处理器MCF5275，包括两个10/100M以太网通讯控制模块和硬件加密模块，一个增强型乘加运算单元，64kB片内静态存储器，用户可定义的16kB片内高速缓存，主板外扩32MDDR、16m FLASH、2Mbytes的NVRAM、高精度的实时时钟、10/100M自适应的双以太网支持RJ45或FX100光纤接口。

6、权利要求1、2、4任一项所述的电气化铁路数字化牵引变电站综合自动化系统，其特征在于：所述的集成IED以MPC8280处理器为核心，256Mbytes的SDRAM、2 X 32Mbytes FLASH、3个10/100M BaseTX或者RJ45以太网接口、8Kbyetes E2PROM及串口等，可运行在200～450MHz主频下。