CN205811530U - 基于goose信号的线路保护测控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于轨道交通牵引供电领域，具体涉及轨道交通牵引供电系统基于GOOSE信号的线路保护测控装置。测控装置之间通过间隔层网络或者过程层网络以GOOSE进行信息传递，测控装置采用32位双核DSP作为装置的微处理器，与微处理器连接的外围模块有开关量输入输出模块、电源模块、通信接口模块，其特征在于：输入装置提供7路电流和6路电压输入通道，7路电流分别为A、B、C三相保护电流、A、B、C三相测量电流以及零序保护电流，6路电压分别为A、B、C三相母线电压、母线零序电压、线路AB相电压以及线路BC相电压。本实用新型的优点在于：装置之间以GOOSE进行信息传递，装置具有多种运行环境，可以实现环网线路和馈线线路的保护测控功能。

Description

基于GOOSE信号的线路保护测控装置

技术领域

本实用新型属于轨道交通牵引供电领域，具体涉及轨道交通牵引供电系统基于GOOSE信号的线路保护测控装置。

背景技术

随着我国轨道交通的大规模建设，轨道交通牵引供电系统也蓬勃发展。在牵引供电系统中需配置大量的中压网络(35kV)牵引变电所、降压所和跟随所，各所需配置变电站自动化系统(PSCADA)以及电力变配电所自动化系统设备。所有这些设备均处于日益复杂的电磁干扰环境中，容易发生误跳、拒跳及装置“死机”等现象，基于此，我们采用功能强大的32位双核DSP作为硬件平台，设计了基于GOOSE信号的线路保护测控装置。完善的产品工艺，高标准的电磁兼容性能，使装置具有高度的可靠性、良好的扩展性；GOOSE信号的有效应用，装置间的互联互通，使得后级装置能够备用前级装置、快速分离故障、实现系统重构。

发明内容

本实用新型为达到上述技术目的，采取的技术方案是：基于GOOSE信号的线路保护测控装置，测控装置之间通过间隔层网络或者过程层网络以GOOSE进行信息传递，测控装置采用32位双核DSP作为装置的微处理器，与微处理器连接的外围模块有开关量输入输出模块、电源模块、通信接口模块，其特征在于：输入装置提供7路电流和6路电压输入通道，7路电流分别为A、B、C三相保护电流、A、B、C三相测量电流以及零序保护电流，6路电压分别为A、B、C三相母线电压、母线零序电压、线路AB相电压以及线路BC相电压；所述输入装置的数字化模拟量通过交流互感器再通过FPGA控制AD采集，由FPGA输出给DSP处理器；所述开关量输入插件IA和开关量输出插件OA采用ARM微处理器实现，与DSP之间采用CAN总线进行数据交换。

装置面板由按键、LED指示灯和LCD组成，LED指示灯反映装置的工作状态，包括：运行灯、通信灯、告警灯、跳闸、重合闸投入、重合闸动作、线路测试闭锁、熔丝故障指示灯。

所述的通信接口模块支持双以太网接口、电接口、光纤接口方式或IEC60870-5-103、IEC61850的通信规约。

所述双核DSP处理器的核1从FPGA获得电流电压采样值，经过保护算法和逻辑判断，完成保护和控制功能。主要包括：模拟量计算、保护算法和逻辑判断、开关量输入信号监视、开关控制命令输出、故障数据记录、通信以及接口等功能。

本实用新型的优点在于：装置之间通过间隔层网络或过程层网络以GOOSE进行信息传递，装置具有多种运行环境，可以实现环网线路和馈线线路的保护测控功能。基于GOOSE信息，装置设置了选跳过电流保护、选跳零序过电流保护、数字化网络闭锁、断路器失灵、断路器失灵联跳保护、通信联跳、通信联跳保护、速断保护、零序速断保护、复合电压启动的过流保护、零序过电流保护、加速保护、失压保护、过负荷保护、低频减载保护、母线联锁、非电量保护、过压保护、重合闸等保护功能，提高了保护的可靠性与速动性，能快速分离故障、实现系统重构。

附图说明

图1是选跳过流保护原理图。

图2选跳零序过流保护原理图。

图3过流启动GOOSE信号原理框图。

图4电流速断保护。

图5二段复合电压启动过电流保护。

图6零序速断和零序过电流保护原理框图。

图7加速保护原理框图。

图8断路器失灵启动GOOSE原理框图。

图9装置硬件原理结构示意图。

图10装置软件主程序流程图。

图11装置软件中断服务程序流程图。

具体实施方式

基于GOOSE信号的线路保护测控装置，包括微处理器模块、开关量输入输出模块、电源模块、装置面板、通信接口模块，输入装置提供7路电流和6路电压输入通道，7路电流分别为A、B、C三相保护电流、A、B、C三相测量电流以及零序保护电流，6路电压分别为A、B、C三相母线电压、母线零序电压、线路AB相电压以及线路BC相电压。

所述选跳过电流保护为线路保护测控装置的主保护，该保护分为站间选跳过电流保护和站内选跳过电流保护两个元件。两个元件都具有复合电压启动功能，复合电压由低电压及负序电压组成，通过公式U_＝(U_ab+e^-j60U_bc)/3得到负序电压。选跳过电流保护可分别通过控制字实现对过流保护、低电压启动与负序电压启动的投退。

当选跳过流保护满足复合电压启动条件，并且A相电流大于整定值时，如果没有收到任一订阅装置发出的A相启动GOOSE信号，则认为是区内故障，保护启动；如果收到任一订阅装置发出的A相启动GOOSE信号，则认为是区外故障，闭锁A相引起的站内选跳保护启动，故障由其他装置切除，保护原理如图1所示。B、C相相同。

所述零序选跳过电流保护为线路保护测控装置主保护，该保护分为站间零序选跳过流保护和站内选跳零序过电流保护两个元件。当零序电流大于整定值时，如果没有收到任一订阅装置发出的零序过流启动GOOSE信号，则认为是区内故障，保护启动；如果收到任一订阅装置发出的零序过流启动GOOSE信号，则认为是区外故障，闭锁站内选跳零序过流保护，故障由其他装置切除。

所述数字化网络闭锁，当相电流大于过流启动定值(过流启动定值一般小于过流保护定值，大于最大负荷电流)，且断路器未跳闸则不经延时立刻发出过流启动GOOSE信号，启动原理如图3。

所述速断保护为线路保护测控装置主保护，通过“电流速断”控制字实现对保护功能的投退。保护原理如图4所示，当电流大于电流速断电流定值，且延时达到时限定值时保护动作出口。

所述二段复合电压启动的过电流保护，复合电压由低电压及负序电压组成，通过公式U＝(U_ab+e^-j60U_bc)/3得到负序电压。二段复合电压启动的过电流保护可分别通过控制字实现对过流保护、低电压启动与负序电压启动的投退。原理框图如图5所示。

所述零序电流速断及零序过电流保护，在接地系统、经小电阻接地系统或电缆出线较多的不接地系统中，接地零序电流相对较大，装置设有零序电流速断及零序过电流保护作为接地保护，每段保护经控制字独立投退。当零序电流大于零序电流速断定值或零序过电流定值，并达到其时限时保护动作出口。零序电流可以通过定值设定为装置零序CT直接引入，也可以通过三相保护电流自产。保护原理如图6所示：

所述加速保护，具有独立的过流加速定值、零序过流加速定值及时间定值，保护原理如图7所示，重合闸、手动或遥控合闸断路器3s内线路发生故障，加速保护动作。

所述失压保护，通过“失压”控制字实现对保护功能的投退。为防止系统故障时，电压降低引起失压保护误动，本保护设置有流闭锁功能，当线路电流大于有流闭锁定值，闭锁失压保护。失压保护动作的条件为：

1)断路器处于合位；

2)失压前10s内母线有压(母线最大线电压大于失压定值)；

3)线路无流；

4)母线最大线电压小于失压整定值。

满足上述条件，达到失压保护时限时失压保护动作，并自动闭锁重合闸。

所述过负荷保护，通过“过负荷”控制字实现对保护功能的投退。过负荷保护可以整定成定时限，也可以整定成反时限，反时限特性采用国际电工委员会规定的三个特性方程：

·一般反时限

$t=\frac{0.14}{{\left(\frac{I}{I_{set}}\right)}^{0.02}-1}\×T_{set}$

·甚反时限

$t=\frac{13.5}{\frac{I}{I_{set}}-1}\×T_{set}$

·极度反时限

$t=\frac{80}{{\left(\frac{I}{I_{set}}\right)}^2-1}\×T_{set}$

所述低频减载保护，通过“低频减载”控制字实现对保护功能的投退。为防止系统故障时，电压降低引起测频不准而导致低频减载误动，本保护设置低电压闭锁功能，当母线最小线电压小于低电压闭锁定值，闭锁低频减载。低频减载的动作条件为：

1)母线最小线电压大于低电压闭锁定值；

2)断路器处于合位；

3)Ua相电压的频率低于频率定值。

满足上述条件，达到低频减载时限时低频减载保护动作，并自动闭锁重合闸。低频减载保护的返回条件为：断路器为分或频率高于定值1Hz以上。

所述母线联锁功能，通过“母线联锁”控制字实现对保护功能的投退。该保护的电流定值及时间定值可独立整定，通过同一条母线上的其他出线保护测控装置发出的联锁信号区分是否有区外故障发生，并以此进行保护功能的闭锁和开放，从而实现母线保护功能。母线联锁保护动作的条件：

1)装置采集的电流大于电流定值；

2)无“母线联锁”开入信号。

满足上述条件，且达到其时限时保护动作出口，但不启动重合闸。母线联锁开入信号来源于安装在母线出线侧其它装置发出的母联闭锁开出信号。

所述非电量保护，分别通过控制字实现对保护功能的投退。非电量保护的动作条件为：

1)断路器处于合位；

2)有非电量开入信号。

满足上述条件，非电量保护动作。非电量保护具有“重瓦斯”、“温度II段”两种，非电量保护不设时限，其时限可通过开入信号的消抖延时整定。

所示过压保护，通过“过压”控制字实现对保护功能的投退。过压保护动作的条件为：

1)断路器处于合位；

2)母线最大线电压大于过压整定值。

满足上述条件，达到过压时限后保护动作。

所述重合闸功能，装置设有重合闸功能，通过装置面板按键及软压板实现功能的投退。重合闸充电条件为：

1)开关处于合位；

2)无弹簧未储能开入；

3)母线有压，任一电压大于有压定值；

4)无控制回路异常；

5)无重合闸闭锁开入。

满足以上条件，达到重合闸充电时间，完成重合闸充电，“充电状态”指示灯亮。只要有一个条件不满足，则立刻放电。

重合闸动作条件：

1)过流类保护动作；

2)故障电流小于重合闸大电流闭锁定值；

3)故障零序电流小于重合闸零序大电流闭锁定值；

4)故障前处于充电状态；

5)重合闸投入；

6)线路无流，即线路电流与零序电流均小于0.1倍额定电流；

7)满足重合闸检定条件，检定方式分不检定、检无压、检同期三类。

检无压条件：线路电压均小于无压定值。

检同期条件：

1)线路电压均小于无压定值，自动满足检同期条件；

2)线路电压UAB与母线电压Uab均大于有压值，两者之间的电压差与角度差均小于定值。

重合闸延时到后，且满足上述任意一个条件，重合闸出口。为避免重合至永久性故障线路，装置设置了大电流闭锁重合闸功能，当故障电流超过重合闸大电流闭锁定值或故障零序电流大于重合闸零序大电流闭锁定值，闭锁重合闸。

重合后如3s内无故障，则此次重合闸判为成功；否则，只要有任一保护元件启动，则加速分断路器，此次重合闸判为失败，并发出相关信息。

所述断路器失灵功能，通过“断路器失灵”控制字实现投退。功能原理如图8所示，当有保护元件动作后，线路中的相电流大于无流定值，经过延时后，发送断路器失灵GOOSE。

所述断路器失灵联跳保护，通过“断路器失灵联跳”控制字实现对保护功能的投退。装置通过GOOSE收到下级装置传送的“断路器失灵”信号，且达到其时限后，保护动作。

所述通信联跳功能，通过“通信联跳”控制字实现对功能投退，通信联跳分为站内通信联跳和站间通信两条两个元件，当装置发生选跳过流保护或选跳零序过流保护时，根据故障类型发送GOOSE联跳信号。

所示通信联跳保护，通过“通信联跳”控制字实现对功能投退，装置通过GOOSE收到连线装置传输的“通信联跳”信号，且达到其时限后，保护动作。装置软件由主程序与中断服务程序两部分组成，中断服务程序由分频器发出脉冲信号启动，每1ms运行一次。

Claims (3)

1.基于GOOSE信号的线路保护测控装置，测控装置之间通过间隔层网络或者过程层网络以GOOSE进行信息传递，测控装置采用32位双核DSP作为装置的微处理器，与微处理器连接的外围模块有开关量输入输出模块、电源模块、通信接口模块，其特征在于：输入装置提供7路电流和6路电压输入通道，7路电流分别为A、B、C三相保护电流、A、B、C三相测量电流以及零序保护电流，6路电压分别为A、B、C三相母线电压、母线零序电压、线路AB相电压以及线路BC相电压；所述输入装置的数字化模拟量通过交流互感器再通过FPGA控制AD采集，由FPGA输出给DSP处理器；所述开关量输入插件IA和开关量输出插件OA采用ARM微处理器实现，与DSP之间采用CAN总线进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的基于GOOSE信号的线路保护测控装置，其特征在于：还包括装置面板，装置面板由按键、LED指示灯和LCD组成，LED指示灯反映装置的工作状态，包括：运行灯、通信灯、告警灯、跳闸、重合闸投入、重合闸动作、线路测试闭锁、熔丝故障指示灯。

3.根据权利要求1所述的基于GOOSE信号的线路保护测控装置，其特征在于：所述的通信接口模块支持双以太网接口、电接口、光纤接口方式或IEC60870-5-103、IEC61850的通信规约。