鐵路數(shù)字化牽引變電所的備用電源系統(tǒng)及其自投方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路電源領(lǐng)域，具體涉及電氣化鐵路數(shù)字化牽引變電所的備用電源系統(tǒng)及其自投方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字化變電站是以變電站一二次設(shè)備為數(shù)字化對象，主要有兩部分構(gòu)成:一是智能化一次設(shè)備包括電子式互感器、智能化開關(guān)等；二是二次設(shè)備還需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化分層:過程層、間隔層、站控層等幾個部分，它們是以IEC61850通信規(guī)范為基礎(chǔ)，在變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備之間可以進(jìn)行信息共享和互操作，是光電技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)的融合，具有現(xiàn)代化變電站的特點(diǎn)?？梢哉f數(shù)字化變電站技術(shù)是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)中最先進(jìn)的電力自動化技術(shù)，引領(lǐng)著電力技術(shù)發(fā)展方向，同時隨著IEC61850通信協(xié)議的提出，由智能化終端、數(shù)字化保護(hù)測控設(shè)備、數(shù)字化計(jì)量儀表、光纖以太網(wǎng)及IEC61850規(guī)約組成的可以完成包括信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數(shù)字化的分層分布式變電站已經(jīng)被廣泛認(rèn)知，這種新型變電站站內(nèi)信息全部做到數(shù)字化、信息傳遞實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。隨著鐵路數(shù)字化牽引變電所的應(yīng)用，常規(guī)備用電源自投裝置不能滿足數(shù)字化牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)需求，采用基于網(wǎng)絡(luò)的G00SE機(jī)制的備用電源自投裝置勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供電氣化鐵路數(shù)字化牽引變電所的備用電源系統(tǒng)及其自投方法，本發(fā)明在數(shù)字化保護(hù)平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展備自投裝置在數(shù)字化變電所的應(yīng)用，通過基于網(wǎng)絡(luò)G00SE的通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基于IEC61850的電氣化鐵路數(shù)字化牽引變電所的備用電源自投方法。該自投方法的實(shí)現(xiàn)有利于牽引變電所的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、維護(hù)，降低了工程造價(jià)和簡化了工程實(shí)施，進(jìn)一步提高了牽引變電所的自動化水平，因此有著很好的應(yīng)用前景。
[0004]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
鐵路數(shù)字化牽引變電所的備用電源系統(tǒng)，包括供電網(wǎng)絡(luò)，供電網(wǎng)絡(luò)包括1#進(jìn)線和2#進(jìn)線，1#進(jìn)線包括依次串聯(lián)的隔離開關(guān)1QS、斷路器1QF、主變壓器1B，主變壓器1B的高壓側(cè)與斷路器1QF連接，主變壓器1B的低壓側(cè)通過斷路器3QF連接α相線路，主變壓器IB的低壓側(cè)通過斷路器5QF連接β相線路；2#進(jìn)線包括依次串聯(lián)的隔離開關(guān)2QS、斷路器2QF、主變壓器2Β，主變壓器2Β的高壓側(cè)與斷路器2QF連接，主變壓器2Β的低壓側(cè)通過斷路器4QF連接α相線路，主變壓器2Β的低壓側(cè)通過斷路器6QF連接β相線路，隔離開關(guān)1QS和斷路器1QF之間的連接點(diǎn)為點(diǎn)Α，隔離開關(guān)2QS和斷路器2QF之間的連接點(diǎn)為點(diǎn)Β，點(diǎn)Α通過跨線隔離開關(guān)3QS與點(diǎn)B連接；還包括自投控制系統(tǒng)，所述自投控制系統(tǒng)包括備自投裝置，備自投裝置通過G00SE網(wǎng)與主變高壓側(cè)智能組件、主變低壓側(cè)α相智能組件、主變低壓側(cè)β相智能組件連接；主變高壓側(cè)智能組件包括1#高壓側(cè)智能組件和2#高壓側(cè)智能組件，1#高壓側(cè)智能組件采集1#高壓側(cè)設(shè)備的電壓電流、并控制1#高壓側(cè)設(shè)備的開斷，1#高壓側(cè)設(shè)備包括隔離開關(guān)1QS和斷路器1QF、跨線隔離開關(guān)3QS，2#高壓側(cè)智能組件采集2#高壓側(cè)設(shè)備的電壓電流、并控制2#高壓側(cè)設(shè)備的開斷，2#高壓側(cè)設(shè)備包括隔離開關(guān)2QS和斷路器2QF、跨線隔離開關(guān)3QS，主變低壓側(cè)α相智能組件采集α相低壓側(cè)設(shè)備并控制α相低壓側(cè)設(shè)備的開斷，α相低壓側(cè)設(shè)備包括斷路器3QF和斷路器4QF，主變低壓側(cè)β相智能組件采集β相低壓側(cè)設(shè)備并控制β相低壓側(cè)設(shè)備的開斷，β相低壓側(cè)設(shè)備包括斷路器5QF和斷路器6QF ;備自投裝置通過GOOSE網(wǎng)與主變主保護(hù)裝置、主變后備保護(hù)裝置、主變本體保護(hù)裝置連接，主變主保護(hù)裝置作為主變壓器的主保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)差動速斷保護(hù)、比率差動保護(hù)；主變后備保護(hù)裝置作為主變壓器的后備保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)過流保護(hù)、低壓側(cè)過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、低壓側(cè)過電壓保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、失壓保護(hù)；主變本體保護(hù)裝置作為主變壓器的非電量保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)非電量保護(hù)；所述主變壓器包括主變壓器1B和主變壓器2B。
[0005]本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理為:變電所主變間隔一次設(shè)備的智能組件采集間隔內(nèi)的斷路器和隔離開關(guān)(開關(guān)、刀閘)等狀態(tài)量并以G00SE報(bào)文發(fā)送到變電所過程層網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字化的備自投裝置從過程層網(wǎng)絡(luò)采集一次設(shè)備信息及其它智能組件發(fā)送來的G00SE動作信息，實(shí)現(xiàn)對牽引變電所備用電源自動投切。這種牽引變電所數(shù)字化備自投的方法，通過G00SE通信網(wǎng)傳輸分合閘命令和采集信號代替了常規(guī)備自投裝置的硬接線通信方式，省去了所內(nèi)裝置至開關(guān)、保護(hù)裝置與備自投裝置之間的大量復(fù)雜控制電纜，備自投裝置只需一根光纖通過過程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與外部智能組件及其他智能IED的連接。另外G00SE通過通信過程中的不斷自檢，實(shí)現(xiàn)了裝置間二次回路的智能化監(jiān)測，提高了控制信號傳輸?shù)目煽啃浴00SE(Generic Object Oriented Substat1n Event)是面向通用對象的變電站通用事件的簡稱，它是IEC61850中的一種快速報(bào)文傳輸機(jī)制，用于傳輸變電站IED中間的重要的實(shí)時性信號。本發(fā)明采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的G00SE報(bào)文傳輸機(jī)制，變電所采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息互交，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)、信息共享；建立統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)學(xué)建模，提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)了裝置的互操作性。在數(shù)字化變電站的應(yīng)用突破了常規(guī)變電站通信的范疇，將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)深入到變電站自動化系統(tǒng)保護(hù)、測量、遠(yuǎn)動等多元信息應(yīng)用中。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)即《變電站網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議》，是專門針對變電站自動化系統(tǒng)通信體系的國際標(biāo)準(zhǔn)，它于2003年由國際電工委員會第57技術(shù)委員會(IECTC57)制定。它通過構(gòu)建信息模型，規(guī)范站內(nèi)的信息通信，使用面向?qū)ο蟮墓δ芊?wù)等技術(shù)手段，致力于實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備之間的互操作性。相比于傳統(tǒng)的通信協(xié)議，IEC61850主要采用了如下核心技術(shù):1.面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)。IEC61850采用UML作為其標(biāo)準(zhǔn)的建模語言，UML語言定義良好、功能強(qiáng)大、易于表達(dá)、適應(yīng)能力強(qiáng)，它既能支持面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)建模，又能支持從需求分析開始進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)。2.軟件復(fù)用技術(shù)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中融入大量的復(fù)用技術(shù)，極大提高了 IEC61850的整體質(zhì)量，方便日后維護(hù)。3.變電站配置語言SCL。IEC61850采用SCL語言來描述變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信系統(tǒng)配置、智能電子設(shè)備配置和參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)不同的IH)配置工具、系統(tǒng)配置工具之間相互兼容。4.面向通用對象的變電站事件模型G00SE。IEC61850采用G00SE報(bào)文機(jī)制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的快速通信。G00SE報(bào)文采用了發(fā)布者/訂閱者通信結(jié)構(gòu)，適用于實(shí)時性要求高且信息量大的通信系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，G00SE用來傳輸開關(guān)開合閘信息。5.制造報(bào)文規(guī)范MMS。MMS是設(shè)備之間的數(shù)據(jù)與信息傳輸?shù)膰H標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文規(guī)范，使用了虛擬設(shè)備VMD以及映射的概念，在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中還定義了抽象通信服務(wù)接口 ACSI，特定通信服務(wù)映射SCSM這樣的概念。MMS具體的使用中，先對虛擬設(shè)備進(jìn)行操作，然后通過映射實(shí)現(xiàn)對實(shí)體設(shè)備的管理。MMS應(yīng)用于站控層與間隔層之間的通信。
[0006]相比傳統(tǒng)的變電所備用電源自投系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的變電所備用電源自投系統(tǒng)采用的自投控制系統(tǒng)包括2個備自投裝置，而這個2個備自投裝置均分別直接采集和控制1#進(jìn)路和2#進(jìn)路的開關(guān)、刀閘，同時2個備自投裝置需要互相交換信息，從而達(dá)到協(xié)同工作的目的這種方式的反應(yīng)速率慢，故障率高。而本發(fā)明是基于數(shù)字化牽引變電所，因此在IEC61850和G00SE的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字化控制，因此，只需要設(shè)置一個備自投裝置進(jìn)行邏輯運(yùn)算控制外部的智能組件即可，通過控制智能組件分別控制各個開關(guān)、刀閘，從而從一個信息源頭控制整個備用電源自投系統(tǒng)的電源切換，本發(fā)明具備反應(yīng)速度快，集成度高，故障率低等特點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的G00SE報(bào)文傳輸機(jī)制，在數(shù)字化變電站的應(yīng)用突破了常規(guī)變電站通信的范疇，將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)深入到變電站自動化系統(tǒng)保護(hù)、測量、遠(yuǎn)動等多元信息應(yīng)用中。在此背景下，采樣數(shù)據(jù)作為變電站信息的重要部分，其傳輸同步能夠以多種方式實(shí)現(xiàn)。其中，基于軟件的算法具有實(shí)現(xiàn)靈活、無硬件投資的優(yōu)點(diǎn)。EC61850的核心可以總結(jié)為:1、通過定義公共數(shù)據(jù)模型CDC、兼容邏輯節(jié)點(diǎn)CPLN和兼容數(shù)據(jù)類型CPDC進(jìn)行信息建模。2、通過定義抽象通信服務(wù)接口 ACSI描述通信服務(wù)。3、通過定義特定通信服務(wù)映射SCSM實(shí)現(xiàn)具體協(xié)議的映射應(yīng)用。IEC 61850與傳統(tǒng)的IEC 60870-5-103對比，最大的特點(diǎn)是它不僅是一個通信規(guī)約，而且還是一個面向變電站自動化系統(tǒng)對象的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字化變電站的突出特點(diǎn)體現(xiàn)在