CN207117310U - 一种智能牵引变电站架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能牵引变电站架构，包括站控层、间隔层和过程层；站控层包括网络分析系统、备自投、变电站监控、设备在线监测系统、录波系统以及区域保护设备；间隔层包括变电站内的保护测控装置、变电站两侧供电臂上所亭内的相关保护测控设备；过程层包括一次设备、光电式电流/电压互感器、合并单元和智能操作箱；间隔层通过IEC61850/MMS网络与站控层相连接，通过IEC61850/GOOSE网络和IEC61850/SV网络与过程层相连接。本实用新型将变电站两侧供电臂上的各子所亭的数据信息统一管理，集中决策，实现远后备保护以及层次化保护，具备高可靠性和稳定性。

Description

一种智能牵引变电站架构

技术领域

本实用新型涉及电气化铁路的牵引供电技术领域，具体涉及一种智能牵引变电站架构。

背景技术

随着高速铁路、客运专线的的大规模建设，牵引供电系统相关技术发展非常迅速。为保证牵引电力机车的高速稳定运行，对牵引供电系统的要求越来越高。但是与电力系统不同，牵引负荷呈现随机性、波动性等特点，对牵引供电技术提出了更高标准的要求。近年来，IEC61850标准和智能变电站技术、网络通信技术的发展为智能牵引变电站提供了新的发展机遇。通过IEC61850的相关技术，构建新型智能牵引变电站，优化牵引供电模式，有利于牵引供电系统提供安全、稳定、可靠的电力供应，保障电力机车运行。

智能牵引供电系统具有信息共享和集成的独特优势，对现有牵引供电系统的继电保护构建模式进行改善，可以更好的适应智能牵引供电系统的发展。现有继电保护仅以故障切除为目标，故障情况下仅要求保护本间隔一次设备，与上一级和下一级继电保护之间的配合也仅限于通过整定值和动作时限，缺乏有效的协调，难以从整个区域范围做到最优方式切除故障，使停电范围最小。

为从根本上克服当前牵引供电系统继电保护存在的问题，改善继电保护的性能，应利用多源信息构建新型智能牵引变电站，提高牵引供电系统的供电可靠性。智能牵引供电系统采用智能保护测控设备、电子式互感器、智能终端等，数据采集实现数字化，可在更大范围内实现数据采集和信息共享。继电保护设备可轻易获得邻近间隔的采样数据、动作告警信息，进行集中判断，改善现有继电保护中的缺点。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种智能牵引变电站架构, 将变电站两侧供电臂上的各子所亭的数据信息统一管理，集中决策，从而实现远后备保护以及层次化保护，实现分层闭锁以及实现牵引供电系统快速重构。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种智能牵引变电站架构，其特征在于：

包括站控层、间隔层和过程层；

站控层包括网络分析系统、备自投、变电站监控、设备在线监测系统、录波系统以及区域保护；

间隔层包括变电站内的保护测控装置、变电站两侧供电臂上的所亭的相关保护测控设备；

过程层包括一次设备、光电式电流/电压互感器、合并单元和智能操作箱；

间隔层设备通过IEC61850/MMS网络与站控层设备相连接，间隔层设备通过IEC61850/GOOSE网络和IEC61850/SV网络两种方式与过程层设备相连接。

间隔层中包含了变电站以及变电站两侧供电臂上所亭内的相关设备，包括线路保护测控装置、变压器保护测控装置、电容器保护测控装置、AT变压器保护测控装置。

过程层中，合并单元通过电缆与传统互感器连接，或通过光纤与光电式电流/电压互感器连接，并通过IEC61850/SV网络接入间隔层。智能操作箱通过IEC61850/SV网络接入间隔层，智能操作箱通过电缆连接电气开关设备。

间隔层中，供电臂上所亭内的保护测控设备通过交换机接入到站控层中。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型的智能牵引变电站架构，遵循国际IEC61850标准体系，以智能化一次设备和网络化二次设备为特征，强调一、二次设备的协调，既可采用全数字化的信息采集、信息传输和信息处理设备，提高对电网的智能监控和管理能力，也可采用既有电缆方式采集及控制，便于老旧变电所改造，具有更加灵活的结构、更好的支持自愈功能和设备自我管理功能。

本实用新型的智能牵引变电站架构，将变电站供电范围内所有子所亭纳入统一的管理，可实现供电臂范围内的线路远后备保护，提高保护动作的速动性和选择性。该架构具备高可靠性和稳定性，多个站点智能设备之间互动感知，实现对高速铁路牵引供电的最优配置和利用。对于牵引供电系统，本架构可实现供电臂范围内的区域保护，增加了保护的冗余性。利用供电臂上多个所亭的全景数据信息对供电臂运行状态进行分析评估，分析故障切除对系统安全稳定运行的影响，并采取相应控制措施，实现继电保护与自动控制功能的协调优化。在连锁故障情况下，协调各保护装置动作。

另外，本架构方式将变电站供电范围内所有子所亭纳入统一的管理，还可利用全景数据优化智能牵引变电站故障后的快速重构，缩短停电时间，快速恢复供电。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及一种智能牵引变电站架构，以牵引变电站供电臂为单元，将牵引变电站两侧供电臂上的AT所、开闭所、分区所等所亭通过通信方式纳入到牵引变电站的管理，综合该变电站供电范围内的所有信息，进行集中决策。通过GOOSE与SV网络采集供电臂上的AT所、开闭所、分区所的相关信息，并向AT所、开闭所、分区所发送控制命令。

所述架构包括站控层、间隔层和过程层，间隔层通过IEC61850/MMS网络与站控层相连接，间隔层通过IEC61850/GOOSE网络和IEC61850/SV网络与过程层相连接。

站控层设备包括网络分析系统、备自投、变电站监控、设备在线监测系统、录波系统以及区域保护设备，通过对全站信息进行监视和控制完成站级功能。其中，录波系统及网络分析系统（智能录波主站分析系统，由一台或者多台计算机组成）能进行变电站以及两侧供电臂范围内其他所亭的录波单元的管理与故障分析，且所有数据均通过GPS进行同步。

间隔层设备包括变电站内保护测控装置、变电站两侧供电臂上的所亭内保护测控设备，通过过程层通信网络采集实时数据，实现保护、测量、计量、控制和监测功能。其中，变电站两侧供电臂上所亭内的相关设备包括线路保护装置、变压器保护装置、电容器保护装置、AT变压器保护测控装置等。供电臂上所亭内的设备通过交换机分别接入到站控层。间隔层设备可采用主后备一体或主后备分开方式实现。保护测控装置采用高性能POWER PC处理器，采用模块化设计的思想，分为数据采集模块、通信处理模块、时钟同步模块。硬件设计上，采用灵活的插件配置方式，根据工程应用可以实现光电式CT/PT的IEC61850-9-2网络报文的方式接入和传统CT/PT模拟信号的接入方式，并具备SV输出功能。装置提供最多8路100M光纤以太网。

过程层设备包括一次设备、光电式电流/电压互感器、合并单元和智能操作箱。合并单元可通过电缆与传统互感器连接，也可通过光纤与光电式电流/电压互感器连接，并通过IEC61850/SV网络接入间隔层。合并单元将从互感器采集的数据进行处理，并按照IEC61850-9-2标准将信息组帧通过点对点或网络方式和发送至间隔层设备。智能操作箱通过IEC61850/GOOSE网络接入间隔层，智能操作箱通过电缆连接电气开关设备。过程层面向一次设备，实现开关量、模拟量的采集和控制命令的发送。过程层网络可使用电缆方式，各保护测控装置或自动控制装置通过电缆方式采集模拟量，通过电缆方式实现对一次设备的控制。远程控制命令及网络跳闸命令可通过IEC61850/GOOSE网络，由该一次设备直连的间隔层设备转发。当采用电缆直连方式时，可省略光电式电流/电压互感器、合并单元和智能操作箱。

智能操作箱具备IEC61850/GOOSE网络通信接口，接受网络跳合闸命令，并将跳闸命令向断路器输出，以完成对一次设备的控制；实时在线监测重要电气设备的运行状态，并通过网络传输给上级系统。当过程层与间隔层之间采用电缆方式连接时，可不设置智能操作箱，站控命令以及GOOSE跳闸命令由与该一次设备直连的保护装置或测控装置进行转发，并完成相应的控制操作。

通过远程GOOSE网络和SV网络将供电臂上子所纳入到变电站的管理范围，可实现层次化的继电保护，即就地级、站域级、区域级。可改善后备保护的选择性、速动性和可靠性，提高了保护动作的协调性。站域保护和区域保护增加了保护配置的冗余性，对全并联供电方式下准确判断故障位置和故障类型的作用尤为突出。可将就地级保护靠近一次设备布置，简化二次接线，便于维护、检修和巡视，有利于模块化设计和安装并节省电缆投资。在单个所内可利用信息共享优势（如通过相邻数据共享避免PT断线对保护的影响），可以提升保护可靠性和速动性，还能开发多判据决策的保护策略。在变电站供电范围内的区域保护可利用供电臂上多个所亭的全景数据信息对供电臂运行状态进行分析评估，分析故障切除对系统安全稳定运行的影响，并采取相应控制措施，实现继电保护与自动控制功能的协调优化。在连锁故障情况下，协调各保护装置动作。

变电所在线监测系统通过IEC61850通信网络获取设备状态自诊断的数据，根据参数设置和自学习的模式可实现对一次设备的自动监测功能，给出设备的运行状态、可靠性水平、典型故障风险水平、寿命曲线等信息。同时通过网络接收其他子所的相关信息，可更有效的获取接触网等设备的状态信息为牵引变电站的智能调度和设备的运行管理等提供优化和决策依据。

录波及网络分析子系统由一台或者多台计算机组成，完成对全站供电范围内所有录波单元的管理及故障分析；与GPS或北斗对时系统同步，根据接收的时钟信号转换为内部对钟报文，对全站采集设备进行时钟同步，实现全站供电范围内的数据同步，为故障分析、故障测距、故障诊断提供参考依据。

本实用新型将变电站两侧供电臂上的各子所亭设备纳入到本变电站的管理范围，采集供电臂范围内所有信息，进行集中决策，实现层次化保护，实现分层闭锁以及实现牵引供电系统重构，有利于缩短停电时间，保障牵引供电系统经济稳定运行，从而实现智能化高速牵引供电功能的智能牵引变电站，具备高可靠性和稳定性。

供电臂上各子所通过远程GOOSE网络、远程SV网络与变电站内的GOOSE网络、SV网络连接。变电站内站控层设备可通过网络实现对供电范围内所有设备的操控。

智能牵引变电站中还包括集成化的IED装置，包括但不限于变压器主后备保护装置（或一体化装置）、馈线保护装置、综合测控装置、故障测距装置等。其中馈线保护装置、故障测距装置均可接收所在供电臂上的子所亭的SV、GOOSE等信息，并利用这些信息实现供电臂范围内区域保护判断以及优化的故障测距功能。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种智能牵引变电站架构，其特征在于：

包括站控层、间隔层和过程层；

站控层包括网络分析系统、备自投、变电站监控、设备在线监测系统、录波系统以及区域保护；

间隔层包括变电站内的保护测控装置、变电站两侧供电臂上的所亭的相关保护测控设备；

过程层包括一次设备、光电式电流/电压互感器、合并单元和智能操作箱；

间隔层设备通过IEC61850/MMS网络与站控层设备相连接，间隔层设备通过IEC61850/GOOSE网络和IEC61850/SV网络两种方式与过程层设备相连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能牵引变电站架构，其特征在于：

间隔层中包含了变电站以及变电站两侧供电臂上所亭内的相关设备，包括线路保护测控装置、变压器保护测控装置、电容器保护测控装置、AT变压器保护测控装置。

3.根据权利要求1所述的一种智能牵引变电站架构，其特征在于：

过程层中，合并单元通过电缆与传统互感器连接，或通过光纤与光电式电流/电压互感器连接，并通过IEC61850/SV网络接入间隔层；

智能操作箱通过IEC61850/SV网络接入间隔层，智能操作箱通过电缆连接电气开关设备。

4.根据权利要求1所述的一种智能牵引变电站架构，其特征在于：

间隔层中，供电臂上所亭内的保护测控设备通过交换机接入到站控层中。