CN205070601U - 一种基于iec61850系统智能牵引变电所整体框架系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电气化铁路牵引变电系统专用电气技术方案，尤其是涉及一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架系统。包括智能牵引变电所系统拓扑及连接关系配置，“三层两网”整体框架，110/27.5kV或220/2×27.5kV？牵引变电所站控层、间隔层、过程层,智能牵引变电所站控层包括监控主机、远动服务器、对时系统、通讯管理机、以太网络交换机及打印机设备，完成人机接口及与各级主站系统通讯；间隔层包括保护、测控、计量、录波、所域控制二次子系统，本实用新型的优点在于：取消了过程层交换机，建立面向牵引变电所全景数据的过程层网络，实现原始模拟信息、状态信息和操作控制的标准化网络共享。

Description

一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架系统

技术领域

本实用新型涉及一种电气化铁路牵引变电系统专用电气技术方案，尤其是涉及一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架系统。

背景技术

目前我国牵引变电系统从可靠性、安全性、可维护性、可用性等方面考虑存在一些问题，要真正实现无人值班、实现供电设备的全面管理，达到设备的状态修及智能化辅助决策还有一定距离。其原因在于：一方面一次设备没有智能化，常规的110kV（或220kV）、27.5kV开关柜中的断路器配备有操作机构，机构内为信息辅助硬接点信息，采用电磁式互感器，输出交流电流模拟量和电压模拟量，信息传输较慢，一次各设备之间采用电缆连接存在分布电容、电磁干扰和压降问题，而电磁式互感器存在电磁谐振、饱和及动态测量范围局限问题等；另一方面牵引变电所采用微机保护综合自动化设备，控制保护信息通过就地开关柜端子接点，经电缆上传至控制室的保护测控屏上的开入插件，采样、I/O转化、处理在各厂家自建的平台上进行，不同的设备通过数据线通信，甚至同一面屏上装设有多个厂家的设备，由于数据源不一致，时钟误差大，

信息不能共享，存在多套系统平台，算法、模型不一致，信息输出标准不统一，通信接口繁多，自有协议无法实现互操作；当牵引供电系统发生故障时，由于故障现场信息缺乏，导致抢险时间长，不能适应高速铁路运营的要求。

智能化技术的发展，也有一些厂家在研究数字化牵引变电所，在牵引变电所改造或站控层及间隔层方面搭建通信网络平台，采用过层程交换机，并没有从系统的角度统筹规划研究，建立统一的平台,实施建模标准化、信息交互全网络化，实现各设备之间互操作和智能化，构建辅助功能和高级应用方面接入的智能化牵引变电所。

本系统在收取大量现场数据的基础上，公开了一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架技术，以适应常规铁路和高速铁路智能牵引变电系统的发展。

发明内容

本实用新型的目的是：针对GOOSE和采样值报文传输方式，对220kV/110kV/27.5kV采用不同的间隔配置，实现牵引变电所常规的保护、监控、控制自动化功能，利用GOOSE网络不增加专用设备实现准确故障测距功能；并集牵引供电臂一体化监控技术、所域功率平衡与电量平衡技术、基于IEC61850智能牵引供电系统实时在线仿真技术为一体，便捷实现保护和系统功能验证，完成牵引变电所的智能化。

本实用新型为达到上述目的，采取的技术方案是：一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架系统，包括智能牵引变电所系统拓扑及连接关系配置，“三层

两网”整体框架，110/27.5kV或220/2×27.5kV牵引变电所站控层、间隔层、过程层,智能牵引变电所站控层包括监控主机、远动服务器、对时系统、通讯管理机、以太网络交换机及打印机设备，完成人机接口及与各级主站系统通讯；间隔层包括保护、测控、计量、录波、所域控制二次子系统，其特征在于：

过程层的每台变压器在间隔层双重化配置变压器保护装置或一台变压器差动保护和一台变压器后备保护；每台变压器配置一套变压器本体保护，实现变压器非电量保护、油温采集、档位采集及控制；每条馈线配置一台保护装置与本间隔的智能组件通过光缆连接，实现“直采直跳”，完成本间隔的保护功能；

配置间隔层交换机组成GOOSE网，连接所内所有的馈线保护装置，实现与分区所的保护协同动作、故障测距及供电臂一体化监控；

全所配置一台跨间隔所域控制功能的所域保护控制装置，实现备自投、故障录波、功率平衡与电量平衡监测、网络异常监视、电能质量监测、简易母差与断路器失灵、操作联闭锁等功能，充分利用共享的全站过程层信息实现了智能化功能扩展；

所述的每台断路器在线监测设备或变压器油色谱分析设备直接接入站控层网络，实现设备的状态监测；

配置通讯管理机用于接入站内交直流系统、接触网隔隔离开关控制系统等非IEC61850接口设备或系统，建模按照IEC61850-8-1的MMS标准接入到站控层；所内其它非IEC61850通讯的辅助设备采用通讯管理机进行转换为接入间隔层网络。

所述的220kV变电所，变压器高压侧开关、低压侧A相开关和低压侧B相开关的智能组件完全双重化配置，每台智能组件接入独立的电流互感器线圈、电压互感器线圈和跳闸线圈，每台智能组件通过光缆接入双重化的变压器保护和所域保护装置，两套变压器保护系统是完全独立。

所述的110kV变电所，变压器高压侧开关、低压侧A相开关和低压侧B相开关各配置两台智能组件，分别和变压器差动保护、变压器后备保护相连，变压器差动保护对应智能组件接入电流互感器差动线圈电流，变压器后备保护对应智能组件接入电流互感器保护线圈电流、零序电流、测量电流、母线电压和零序电压；变压器差动智能组件配置断路器操作回路并与断路器连接，后备智能组件采用空节点方式并入到操作回路。

牵引网上下行或其它线路间隔各配置一台智能组件，实现间隔的模拟量采集、开关量采集和开关分合控制，通过光缆连接到相应的保护装置。

间隔层设备按照IEC61850标准建模，以MMS机制与站控层设备直接通信，网络采

用单星形以太网方式。

主变低压侧每相配置一台电压互感器智能组件，接入本相两台电压互感器的模拟量，进行切换后通过电压扩展装置，采用光缆通道输送给本相所有智能组件，电压信号采用IEC60044-7/8的FT3格式。

本实用新型的优点在于：取消了过程层交换机，建立面向牵引变电所全景数据的过程层网络，实现原始模拟信息、状态信息和操作控制的标准化网络共享；按所域主机的功能和控制选择方案，根据运行管理方式确定数据流方向，集牵引供电臂一体化监控技术、所域功率平衡与电量平衡技术、基于IEC61850智能牵引供电系统实时在线仿真技术为一体，实现牵引变电所的智能化。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

智能牵引变电所站控层由监控主机、远动服务器、通讯管理机、对时系统及网络打

印机等设备组成，完成人机接口及与各级主站系统通讯；间隔层由保护、测控、计量、录波、所域控制等二次子系统组成，在站控层及网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能；过程层由常规互感器或电子式互感器、智能组件等构成，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、信息转换及控制命令的执行等，过程层数据采用全站同步采集的方式实现了统一时间断

面的全景数据为运行系统分析判断提供了充分的数据基础；间隔层设备和过程层的设备全部采用光纤通讯，取消电缆连接。

（一）站控层

站控层采用单星形以太网方式，传输速率不低于100Mbps，主要用于传输MMS、GOOSE和SNTP报文，网络配置了监控主机、对时系统、双套远动服务器、站控层交换、专用管理机等，实现牵引变电所、AT所、分区所一体化监控的相应功能，完成与调度系统通讯、站内交直流系统、网隔开控制系统等非IEC61850接入，站内的设备状态监测、安防、环境监测等信息的传送；与外部接口采用纵向加密技术实现信息安全防护。

（二）间隔层

间隔层设备按照IEC61850标准建模，以MMS机制与站控层设备直接通信，网络采用单星形以太网方式；间隔层可实现每台变压器双重化配置变压器保护装置或一台变压器差动保护和一台变压器后备保护，差动、后备保护一体化实现，每套变压器保护与变压器各侧断路器独立的过程层智能组件通过光缆实现“直采直跳”；每台变压器配置一套变压器本体保护，实现变压器非电量保护、油温采集、档位采集及控制；每条馈线配置一台保护装置与本间隔的智能组件通过光缆连接，实现“直采直跳”，完成本间隔的保护功能；利用GOOSE网络不增加专用设备实现准确故障测距功能；配置间隔层交换机，组成GOOSE网，连接所内所有的馈线保护装置，实现与分区所的保护协同动作、故障测距及供电臂一体化监控；全所配置一台所域保护控制装置，与所内所有的智能组件通过光缆连接，实现“直采直跳”，完成备自投功能、故障录波、网络异常监视、全所间隔测控与计量、功率平衡与电量平衡监测、电能质量监测、简易母差及断路器失灵等功能；每台变压器可配置油色谱分析设备直接接入到站控层网络，实现变压器状态监测。

（三）过程层

过程层设备利用光纤以太网和间隔层设备连接，采用多网口设计，保护设备采用“直采直跳”，自动化功能设备集成在所域保护控制主机中完成与智能组件也采用“直采直跳”方式，其它功能可以通过过程层网络获得原始信息；过程层主要传输IEC61850-9-2的采样值SV报文和GOOSE报文，采样值SV报文实现各侧模拟量的采集，GOOSE实现状态量的采集和分合闸控制输出；

对于220kV变电所，变压器高压侧开关、低压侧A相开关和低压侧B相开关的智能组件完全双重化配置，每台智能组件接入独立的电流互感器（线圈）、电压互感器线圈和跳闸线圈，每台智能组件通过光缆接入双重化的变压器保护和所域保护装置，两套变压器保护系统完全独立，互不影响；

对于110kV变电所，变压器高压侧开关、低压侧A相开关和低压侧B相开关各配置两台智能组件，分别和变压器差动保护、变压器后备保护相连，变压器差动保护对应智能组件接入电流互感器差动线圈电流，变压器后备保护对应智能组件接入电流互感器保护线圈电流、零序电流、测量电流、母线电压和零序电压；变压器差动智能组件配置断路器操作回路并与断路器连接，后备智能组件采用空节点方式并入到操作回路。

牵引网上下行或其它线路间隔间隔各配置一台智能组件，实现间隔的模拟量采集、开关量采集和开关分合控制，通过光缆连接到相应的保护装置。

变高压侧不配置电压互感器智能组件，电压信号直接接入到主变高压侧智能组件；主变低压侧每相配置一台电压互感器智能组件，接入本相两台电压互感器的模拟量，进行切换后通过电压扩展装置，采用光缆通道输送给本相所有智能组件，电压信号采用IEC60044-7/8的FT3格式；

智能组件直接安装在主设备附近，电动刀闸的状态量和控制输出接入本间隔或就近的智能组件；

（四）配置功能

本实用新型用于完成牵引变电所、AT所、分区所的常规保护、自动控制、监控、远动功能，利用面向牵引变电所全景数据的过程层网络，实现原始模拟信息、状态信息和操作控制的标准化网络共享；完成电能质量分析的基本功能；完成计量和能效分析功能；实现全站的故障录波；实现牵引变电站、分区所的信息互联提高保护动作的选择性，简化定值整定；利用共享的原始数据实现智能所域保护、所域优化控制、功率平衡与电量平衡监测、简易母差、设备及系统的实时监测等高级功能；具有在线故障仿真功能，便捷实现保护和系统功能验证；全面监视变电所、AT所、分区所的运行情况，在授权情况下可实现远方操作及远程维护；可扩展的断路器状态监测，通过配置断路器状态监测辅助设备，监视断路器操作回路、储能回路电压电流，实现断路器操作回路、储能回路、分合闸时间监测、触头温度监测等功能；可根据项目需要实现一次设备的状态监测和环境条件的集成监控；可实现与视频及安防系统联动。

Claims (4)

1.一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架系统，包括智能牵引变电所系统拓扑及连接关系配置，“三层两网”整体框架，110/27.5kV或220/2×27.5kV牵引变电所站控层、间隔层、过程层,智能牵引变电所站控层包括监控主机、远动服务器、通讯管理机、对时装置及网络打印机设备，完成人机接口及与各级主站系统通讯；间隔层包括保护、测控、计量、录波、所域控制二次子系统，其特征在于：

过程层的每台变压器在间隔层双重化配置变压器保护装置或一台变压器差动保护和一台变压器后备保护；每台变压器配置一套变压器本体保护，实现变压器非电量保护、油温采集、档位采集及控制；每条馈线配置一台保护装置与本间隔的智能组件通过光缆连接，实现“直采直跳”，完成本间隔的保护功能；

配置间隔层交换机，组成GOOSE网，连接所内所有的馈线保护装置，实现与分区所的保护协同动作、故障测距及供电臂一体化监控；

全所配置一台跨间隔所域控制功能的所域保护控制装置，实现备自投、故障录波、功率平衡与电量平衡监测、网络异常监视、电能质量监测、简易母差与断路器失灵、操作联闭锁等功能，充分利用共享的全站过程层信息实现了智能化功能扩展；

所述的每台断路器在线监测设备或变压器油色谱分析设备直接接入站控层网络，实现设备的状态监测；

配置通讯管理机用于接入站内交直流系统、接触网隔隔离开关控制系统等非IEC61850接口设备或系统，建模按照IEC61850-8-1的MMS标准接入到站控层；所内其它非IEC61850通讯的辅助设备采用通讯管理机进行转换为接入间隔层网络。

2.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架系统，其特征在于：所述的220kV变电所，变压器高压侧开关、低压侧A相开关和低压侧B相开关的智能组件完全双重化配置，每台智能组件接入独立的电流互感器线圈、电压互感器线圈和跳闸线圈，每台智能组件通过光缆接入双重化的变压器保护和所域保护装置，两套变压器保护系统是完全独立。

3.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架系统，其特征在于：所述的220kV变电所，变压器高压侧开关、低压侧A相开关和低压侧B相开关各配置两台智能组件，分别和变压器差动保护、变压器后备保护相连，变压器差动保护对应智能组件接入电流互感器差动线圈电流，变压器后备保护对应智能组件接入电流互感器保护线圈电流、零序电流、测量电流、母线电压和零序电压，变压器差动智能组件配置断路器操作回路并与断路器连接，后备智能组件采用空节点方式并入到操作回路。

4.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850系统智能牵引变电所整体框架系统，其特征在于：牵引网上下行或其它线路间隔各配置一台智能组件，实现间隔的模拟量采集、开关量采集和开关分合控制，通过光缆连接到相应的保护装置。