CN220087006U - 铁路数字化主变备自投系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了铁路数字化主变备自投系统，包括通过GOOSE网络通信连接是我合并采集单元、站域装置、主变保护装置、智能终端和数字化备自投装置，其中，数字化备自投装置通过GOOSE网络分别从站域装置、主变保护装置和智能终端接收GOOSE开出信号，并根据所述GOOSE开出信号触发备自投GOOSE信号；智能终端用于根据所述备自投GOOSE信号切换主变开关断路器的状态，通过GOOSE网络在各个装置之间传输GOOSE数字信号，节省了大量开入开出插件，并且直接采用合并采集单元就地化采集主变数据，通过GOOSE网络传输给其他装置，实现了全数字化处理。

Description

铁路数字化主变备自投系统

技术领域

本实用新型属于电气化铁路牵引供电领域，具体涉及铁路数字化主变备自投系统。

背景技术

牵引变电所作为铁路电力系统的一个重要环节，是电力网中线路的重要连接部分，其担负着电气化铁道的电能传输、汇集与分配电能的任务，因此保证其安全稳定的运行具有重要意义。备自投设备是电气化铁路系统中牵引变电所的必备组成，适用于直接供电方式、BT供电方式和AT供电方式。在一个牵引变电所内，通常含有两台主变压器，在实际运行时，只需要一台变压器处于工作状态，另外一台作为备用。当变电所发生进线失压或者主变压器故障时，备自投设备应能控制测控保护装置自动切除故障侧的相关断路器和隔离开关，投入备用侧的断路器和隔离开关，使变电所能尽快地正常运行，以最大化减少停电损失。

传统的备自投设备通常由CPU插件、电源插件、开入插件及开出插件构成，一般备自投设备中开入开出插件通过硬件开入开出的方式传输当前断路器及隔离开关量等信号，需要使用交流插件采集数据并通过开入开出插件连接传输数据，并且需要通过操作插件产生回路电流控制开关状态的切换，这样就需要大量的开入开出插件，效率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种铁路数字化主变备自投系统。通过GOOSE网络在各个装置之间传输GOOSE数字信号，节省了大量开入开出插件，并且直接采用合并采集单元就地化采集主变数据，通过GOOSE网络传输给其他装置，通过备自投装置发送GOOSE命令给智能终端进而切换主变开关断路器状态的方式，改变了一般备自投系统中需要采用操作插件对开关状态进行切换，各装置之间通过GOOSE信号传输，实现了全数字化处理。

本实用新型采用的技术方案如下：

铁路数字化主变备自投系统，包括：合并采集单元、站域装置、主变保护装置、智能终端和数字化备自投装置，其中，

合并采集单元通过GOOSE网络分别与站域装置、主变保护装置和智能终端进行GOOSE数字信号的传输，

数字化备自投装置通过GOOSE网络分别从站域装置、主变保护装置和智能终端接收GOOSE开出信号，并根据所述GOOSE开出信号触发备自投GOOSE信号；

智能终端用于根据所述备自投GOOSE信号切换主变开关断路器的状态。

具体地，数字化备自投装置包括：

接收GOOSE开出信号的GOOSE接入单元，触发进线备自投投入信号的第一触发单元，触发变压器备自投投入信号的第二触发单元；监测备自投装置自投复归信号的自投复归监测单元；

与第一触发单元、第二触发单元、自投复归监测单元电连接的自投允许逻辑电路；自投允许逻辑电路用于根据自投复归监测单元的自投复归信号、第一触发单元的进线备自投投入信号、第二触发单元的变压器备自投投入信号触发备自投允许信号；

与GOOSE接入单元、第一触发单元连接的进线失压自投逻辑电路，进线失压自投逻辑电路用于根据GOOSE接入单元的GOOSE开出信号、第一触发单元的进线备自投投入信号触发进线备自投启动信号；

与GOOSE接入单元、第二触发单元连接的故障自投逻辑电路，故障自投逻辑电路用于根据GOOSE接入单元的GOOSE开出信号、第二触发单元的变压器备自投投入信号触发故障自投启动信号；

与自投允许逻辑电路、进线失压自投逻辑电路、故障自投逻辑电路连接的备自投启动逻辑电路，备自投启动逻辑电路根据自投允许逻辑电路的备自投允许信号、进线失压自投逻辑电路的进线备自投启动信号、故障自投逻辑电路的故障自投启动信号触发去往智能终端的备自投GOOSE信号。

具体地，备自投装置设置变压器备自投硬压板、进线备自投硬压板、变压器备自投软压板和进线备自投软压板，当变压器备自投硬压板投入且变压器备自投软压板投入时，变压器故障备自投功能投入。当进线备自投硬压板投入且进线备自投软压板投入时，进线失压备自投功能投入。

因此，第一触发电路包括：触发变压器硬压板投入信号的变压器备自投硬压板和触发变压器软压板投入信号的变压器备自投软压板，以及将变压器硬压板投入信号、变压器软压板投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件一。

第二触发电路包括：触发进线硬压板投入信号的进线备自投硬压板和触发进线软压板投入信号的进线备自投软压板，以及将进线硬压板投入信号、进线软压板投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件二。

实际上，在收到主变故障信号或变压器失压信号即可启动备自投，则自投允许逻辑电路包括：

将进线备自投投入信号、变压器备自投投入信号做或逻辑处理的或逻辑器件一，将或逻辑器件一的输出结果、自投复归信号作与逻辑处理的与逻辑器件三。

备自投装置备自投功能由主变间隔发送的GOOSE开出信号触发，信号共有16个，分别来自自主变保护装置的1号变压器第一失压信号、2号变压器第一失压信号、1号变压器第二失压信号、2号变压器第二失压信号、1号变压器第一故障信号、2号变压器第一故障信号、1号变压器第二故障信号、2号变压器第二故障信号；

来自智能终端的1号变本体非电量第一动作信号、1号变本体非电量第二动作信号、2号变本体非电量第一动作信号、2号变本体非电量第二动作信号；

来自站域装置的站域1号变压器失压信号、站域2号变压器失压信号、站域1号变压器故障信号和站域2号变压器故障信号。

基于上述GOOSE开出信号，进线失压自投逻辑电路包括：

将1号变压器第一失压信号、2号变压器第一失压信号、1号变压器第二失压信号、2号变压器第二失压信号、站域1号变压器失压信号、站域2号变压器失压信号做或逻辑处理的或逻辑器件二，将或逻辑器件二的输出结果、进线备自投投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件四。

基于上述GOOSE开出信号，故障自投逻辑电路包括：

将1号变压器第一故障信号、2号变压器第一故障信号、1号变压器第二故障信号、2号变压器第二故障信号、1号变本体非电量第一动作信号、1号变本体非电量第二动作信号、2号变本体非电量第一动作信号、2号变本体非电量第二动作信号、站域1号变压器故障信号和站域2号变压器故障信号做或逻辑处理的或逻辑器件三，将或逻辑器件三的输出结果、变压器备自投投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件五。

具体地，备自投启动逻辑电路包括：

将进线备自投启动信号、故障自投启动信号做或逻辑处理的或逻辑器件四，将或逻辑器件四的输出结果、备自投允许信号做与逻辑处理的与逻辑器件六。

本实用新型具有的有益效果：

本实用新型适用于交流电气化铁道直接供电方式、BT供电方式和AT供电方式下的智能牵引变电所内变压器高低压侧电气量的测量、轨回流与地回流测量、开关的控制和状态监测；同时集成了测控功能，通过GOOSE网络在各个装置之间传输GOOSE数字信号，节省了大量开入开出插件，并且直接采用合并采集单元就地化采集主变数据，通过GOOSE网络传输给其他装置，通过备自投装置发送GOOSE命令给智能终端进而切换主变开关断路器状态的方式，改变了一般备自投系统中需要采用操作插件对开关状态进行切换，各装置之间通过GOOSE信号传输，实现了全数字化处理。

附图说明

图1为本实用新型数字化主变备自投系统的结构框图。

图2为变电站主接线系统主变开关断路器接线的示意图。

图3为本实用新型备自投装置功能连接示意图。

图4为本实用新型一种备自投允许逻辑电路。

图5为本实用新型一种备自投启动逻辑电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“一”、“二”等指示的数量，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的数量、以特定的数量构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

如图1所示：本实施例提供一种铁路数字化主变备自投系统，包括：合并采集单元、站域装置、主变保护装置、智能终端和数字化备自投装置，其中，

合并采集单元通过GOOSE网络分别与站域装置、主变保护装置和智能终端进行GOOSE数字信号的传输，

数字化备自投装置通过GOOSE网络分别从站域装置、主变保护装置和智能终端接收GOOSE开出信号，并根据所述GOOSE开出信号触发备自投GOOSE信号；

智能终端用于根据所述备自投GOOSE信号切换主变开关断路器的状态。

现有技术中一般通过主变保护装置的交流插件采集数据，并通过开入开出插件将数据传输给备自投装置中，备自投装置在经过逻辑判断后判断需要进行备自投切换时通过开入开出插件输出自投动作结果由操作插件接收并执行，整个过程数据的传输过程是通过硬件开入开出的方式，一方面数据传输过程需要经过多次转换，另外大量的开入开出插件造成了装置的冗余。本实用新型取消了交流插件和操作插件的使用，直接通过合并采集单元就地化采集主变数据，并通过GOOSE网络传输数字化数据，备自投装置通过GOOSE网络接收数字化数据，并生成GOOSE数据信号，通过智能终端切换主变开关状态，实现备自投功能。整个系统通过GOOSE连通，传输时传输的均为GOOSE数字化信号，提高了数据传输和处理的效率。

实施例2

本实施例提供数字化备自投装置，包括：

接收GOOSE开出信号的GOOSE接入单元，触发进线备自投投入信号的第一触发单元，触发变压器备自投投入信号的第二触发单元；监测备自投装置自投复归信号的自投复归监测单元；

与第一触发单元、第二触发单元、自投复归监测单元电连接的自投允许逻辑电路；自投允许逻辑电路用于根据自投复归监测单元的自投复归信号、第一触发单元的进线备自投投入信号、第二触发单元的变压器备自投投入信号触发备自投允许信号；

与GOOSE接入单元、第一触发单元连接的进线失压自投逻辑电路，进线失压自投逻辑电路用于根据GOOSE接入单元的GOOSE开出信号、第一触发单元的进线备自投投入信号触发进线备自投启动信号；

与GOOSE接入单元、第二触发单元连接的故障自投逻辑电路，故障自投逻辑电路用于根据GOOSE接入单元的GOOSE开出信号、第二触发单元的变压器备自投投入信号触发故障自投启动信号；

与自投允许逻辑电路、进线失压自投逻辑电路、故障自投逻辑电路连接的备自投启动逻辑电路，备自投启动逻辑电路根据自投允许逻辑电路的备自投允许信号、进线失压自投逻辑电路的进线备自投启动信号、故障自投逻辑电路的故障自投启动信号触发去往智能终端的备自投GOOSE信号。

具体地，如图4所示，备自投装置设置变压器备自投硬压板、进线备自投硬压板、变压器备自投软压板和进线备自投软压板，当变压器备自投硬压板投入且变压器备自投软压板投入时，变压器故障备自投功能投入。当进线备自投硬压板投入且进线备自投软压板投入时，进线失压备自投功能投入。

因此，第一触发电路包括：触发变压器硬压板投入信号的变压器备自投硬压板和触发变压器软压板投入信号的变压器备自投软压板，以及将变压器硬压板投入信号、变压器软压板投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件一。

第二触发电路包括：触发进线硬压板投入信号的进线备自投硬压板和触发进线软压板投入信号的进线备自投软压板，以及将进线硬压板投入信号、进线软压板投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件二。

实际上，在收到主变故障信号或变压器失压信号即可启动备自投，则自投允许逻辑电路包括：

将进线备自投投入信号、变压器备自投投入信号做或逻辑处理的或逻辑器件一，将或逻辑器件一的输出结果、自投复归信号作与逻辑处理的与逻辑器件三。

备自投装置备自投功能由主变系统间隔发送的GOOSE开出信号触发，信号共有16个，分别是：1号变压器第一失压信号、2号变压器第一失压信号、1号变压器第二失压信号、2号变压器第二失压信号、站域1号变压器失压信号、站域2号变压器失压信号、1号变压器第一故障信号、2号变压器第一故障信号、1号变压器第二故障信号、2号变压器第二故障信号、1号变本体非电量第一动作信号、1号变本体非电量第二动作信号、2号变本体非电量第一动作信号、2号变本体非电量第二动作信号、站域1号变压器故障信号和站域2号变压器故障信号。

主变设备包括如图2所示的牵引变电所各主变开关断路器，在数字化备自投装置中集成了测控功能，且每个主变的主变保护装置包括两套主变保护装置，则各信号来源说明：

(1)“1号变压器第一失压信号”和“1号变压器第一故障信号”开入分别由1号主变保护装置“失压启动自投”和“主变故障启动自投”开出信号引入；

(2)“1号变压器第二失压信号”和“1号变压器第二故障信号”开入分别由1号主变第二套保护装置“失压启动自投”和“主变故障启动自投”开出信号引入；

(3)“2号变压器第一失压信号”和“2号变压器第一故障信号”开入分别由2号主变保护装置“失压启动自投”和“主变故障启动自投”开出信号引入；

(4)“2号变压器第二失压信号”和“2号变压器第二故障信号”开入分别由2号主变第二套保护装置“失压启动自投”和“主变故障启动自投”开出信号引入。

(5)“站域1号变压器失压”、“站域2号变压器失压”、“站域1号变压器故障”和“站域2号变压器故障”由站域装置开出信号引入；

(6)“1号变本体非电量第一动作信号”、“1号变本体非电量第二动作信号”、“2号变本体非电量第一动作信号”和“2号变本体非电量第二动作信号”由变压器本体智能终端开出信号引入，该信号为本体智能终端发出的非电量动作总信号。

基于上述GOOSE开出信号，如图5所示，进线失压自投逻辑电路包括：

将1号变压器第一失压信号、2号变压器第一失压信号、1号变压器第二失压信号、2号变压器第二失压信号、站域1号变压器失压信号、站域2号变压器失压信号做或逻辑处理的或逻辑器件二，将或逻辑器件二的输出结果、进线备自投投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件四。

基于上述GOOSE开出信号，故障自投逻辑电路包括：

将1号变压器第一故障信号、2号变压器第一故障信号、1号变压器第二故障信号、2号变压器第二故障信号、1号变本体非电量第一动作信号、1号变本体非电量第二动作信号、2号变本体非电量第一动作信号、2号变本体非电量第二动作信号、站域1号变压器故障信号和站域2号变压器故障信号做或逻辑处理的或逻辑器件三，将或逻辑器件三的输出结果、变压器备自投投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件五。

具体地，备自投启动逻辑电路包括：

将进线备自投启动信号、故障自投启动信号做或逻辑处理的或逻辑器件四，将或逻辑器件四的输出结果、备自投允许信号做与逻辑处理的与逻辑器件六。

为躲开变压器保护的跳闸过程，经备自投动作时间延时后装置开始自投分合闸各个开关。如图5所示，自投启动逻辑电路还包括：将与逻辑器件六的输出结果做延时处理并触发自投动作信号的延时触发器。图5中Tset为备自投动作时间定值。

为了直观的观察到备自投装置是否进行自投功能，装置面板分别设置“备自投就绪”、“备自投动作”信号灯以标识备自投状态。

“备自投就绪”绿灯亮表示装置备自投已就绪，在收到主变故障信号或变压器失压信号即可启动备自投，备自投启动后“备自投就绪”灯熄灭。备自投就绪灯驱动逻辑如图所示。

“备自投动作”信号灯点亮表示装置收到：

“1号变压器第一失压信号”或“2号变压器第一失压信号”或“1号变压器第二失压信号”或“2号变压器第二失压信号”、“站域1号变压器失压”或“站域2号变压器失压信号”，启动进线失压备自投；

“1号变压器第一故障信号”或“2号变压器第一故障信号”或“1号变压器第二故障信号”或“2号变压器第二故障信号”或“1号变本体非电量第一动作信号”或“1号变本体非电量第二动作信号”或“2号变本体非电量第一动作信号”或“2号变本体非电量第二动作信号”或“站域1号变压器故障”或“站域2号变压器故障信号”，启动主变故障备自投。

“备自投动作”信号灯掉电保持，备自投动作完成后复归，备自投动作灯熄灭。

如图2所示，主接线左侧部分称为1#系统，1#系统中包括1#进线和1#主变，主接线右侧部分称为2#系统，其中包括2#进线和2#主变。其中，“QF”表示断路器，“QS”表示隔离开关，现场实际开关编号可以在系统参数中设定。在图2中，各断路器和隔离开关的定义为：1#变压器高压侧断路器1QF；1#主变低压侧α相断路器3QF、1#主变低压侧β相断路器5QF、1#主变低压侧α相隔离开关3QS、1#主变低压侧β相隔离开关5QS、1#主变中性点隔离开关7QS、2#变压器高压侧断路器2QF；2#主变低压侧α相断路器4QF、2#主变低压侧β相断路器6QF、2#主变低压侧α相隔离开关4QS、2#主变低压侧β相隔离开关6QS、2#主变中性点隔离开关8QS、桥接隔开9QS，a相电容器断路器7QF；b相电容器断路器8QF；

每个主变投入运行时开关断路器的开合过程为：1#主变投入运行：合7QS→合1QF→合3QS→合3QF→合5QS→合5QF→分7QS；2#主变投入运行：合8QS→合2QF→合4QS→合4QF→合6QS→合6QF→分8QS。

GOOSE开出信号还能传输主变设备中各断路器和开关的开闭状态，这样备自投装置在接收到各断路器和开关的开闭状态就能确定出当前主变的运行方式以及备自投启动信号得到投切的逻辑，根据这个投切后的逻辑将各开关断路器的状态写入GOOSE出口软压板中，传输给主变设备执行。四种运行方式对应的判断条件如表1所示，开关名称对应图2。

表1

备自投流程由当前运行方式、触发信号、备自投方式整定值组合决定，结合现场实际要求，标准备自投装置程序共包含12种备自投流程，如表2所示：

表2

可以理解的是，当自投动作信号为需要进行自投动作时，只需在GOOSE出口软压板中写入上述切换流程对应的控制字，设置各个隔离开关以及断路器的开闭状态，将这些数据生成备自投GOOSE信号发送给智能终端，智能终端根据备自投GOOSE信号切换主变各开关断路器状态，实现变电站主接线系统运行方式的改变。

本实用新型中的上述器件可以是模拟量器件也可以是数字量器件，本领域技术人员可以根据实际需求自由选择，并非是指特定型号、类别的具体限定。根据本实用新型上述逻辑思路所实现的模拟电路或数字电路均为本实用新型所限定的原理范围。本实用新型的上述器件中所带的大写数字并非对其器件的实质性限定，仅是对其与其他相同类别的器件的区分示意，无实质性含义，本领域技术人员可以根据附图对照理解、并可自由调整。本实用新型中的上述各类整定信号可以根据实际工程进行自定义。

Claims (9)

1.铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，包括：合并采集单元、站域装置、主变保护装置、智能终端和数字化备自投装置，其中，

合并采集单元分别与站域装置、主变保护装置和智能终端通过GOOSE网络通信连接，

数字化备自投装置用于通过GOOSE网络分别从站域装置、主变保护装置和智能终端接收GOOSE开出信号，并根据所述GOOSE开出信号触发备自投GOOSE信号；

智能终端用于根据所述备自投GOOSE信号切换主变开关断路器的状态。

2.根据权利要求1所述的铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，所述数字化备自投装置包括：

接收所述GOOSE开出信号的GOOSE接入单元，触发进线备自投投入信号的第一触发单元，触发变压器备自投投入信号的第二触发单元；监测备自投装置自投复归信号的自投复归监测单元；

与第一触发单元、第二触发单元、自投复归监测单元电连接的自投允许逻辑电路；自投允许逻辑电路用于根据自投复归监测单元的自投复归信号、第一触发单元的进线备自投投入信号、第二触发单元的变压器备自投投入信号触发备自投允许信号；

与GOOSE接入单元、第一触发单元连接的进线失压自投逻辑电路，进线失压自投逻辑电路用于根据GOOSE接入单元的GOOSE开出信号、第一触发单元的进线备自投投入信号触发进线备自投启动信号；

与GOOSE接入单元、第二触发单元连接的故障自投逻辑电路，故障自投逻辑电路用于根据GOOSE接入单元的GOOSE开出信号、第二触发单元的变压器备自投投入信号触发故障自投启动信号；

与自投允许逻辑电路、进线失压自投逻辑电路、故障自投逻辑电路连接的备自投启动逻辑电路，备自投启动逻辑电路根据自投允许逻辑电路的备自投允许信号、进线失压自投逻辑电路的进线备自投启动信号、故障自投逻辑电路的故障自投启动信号触发去往智能终端的备自投GOOSE信号。

3.根据权利要求2所述的铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，第一触发电路包括：触发变压器硬压板投入信号的变压器备自投硬压板和触发变压器软压板投入信号的变压器备自投软压板，以及将变压器硬压板投入信号、变压器软压板投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件一。

4.根据权利要求2所述的铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，第二触发电路包括：触发进线硬压板投入信号的进线备自投硬压板和触发进线软压板投入信号的进线备自投软压板，以及将进线硬压板投入信号、进线软压板投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件二。

5.根据权利要求2所述的铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，自投允许逻辑电路包括：

将进线备自投投入信号、变压器备自投投入信号做或逻辑处理的或逻辑器件一，将或逻辑器件一的输出结果、自投复归信号作与逻辑处理的与逻辑器件三。

6.根据权利要求5所述的铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，GOOSE开出信号包括来自主变保护装置的1号变压器第一失压信号、2号变压器第一失压信号、1号变压器第二失压信号、2号变压器第二失压信号、1号变压器第一故障信号、2号变压器第一故障信号、1号变压器第二故障信号、2号变压器第二故障信号；

来自智能终端的1号变本体非电量第一动作信号、1号变本体非电量第二动作信号、2号变本体非电量第一动作信号、2号变本体非电量第二动作信号；

来自站域装置的站域1号变压器失压信号、站域2号变压器失压信号、站域1号变压器故障信号和站域2号变压器故障信号。

7.根据权利要求6所述的铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，进线失压自投逻辑电路包括：

将1号变压器第一失压信号、2号变压器第一失压信号、1号变压器第二失压信号、2号变压器第二失压信号、站域1号变压器失压信号、站域2号变压器失压信号做或逻辑处理的或逻辑器件二，将或逻辑器件二的输出结果、进线备自投投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件四。

8.根据权利要求6所述的铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，故障自投逻辑电路包括：

将1号变压器第一故障信号、2号变压器第一故障信号、1号变压器第二故障信号、2号变压器第二故障信号、1号变本体非电量第一动作信号、1号变本体非电量第二动作信号、2号变本体非电量第一动作信号、2号变本体非电量第二动作信号、站域1号变压器故障信号和站域2号变压器故障信号做或逻辑处理的或逻辑器件三，将或逻辑器件三的输出结果、变压器备自投投入信号做与逻辑处理的与逻辑器件五。

9.根据权利要求2所述的铁路数字化主变备自投系统，其特征在于，备自投启动逻辑电路包括：

将进线备自投启动信号、故障自投启动信号做或逻辑处理的或逻辑器件四，将或逻辑器件四的输出结果、备自投允许信号做与逻辑处理的与逻辑器件六。