专利名称：数字化牵引变电所的集中式保护测控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及牵引变电所，具体是数字化牵引变电所的集中式保护测控系统及其运 行方法。
背景技术：
牵引变电所作为牵引供电系统的一个重要节点，其担负着电气化铁道的电能传输 与分配的任务，因此保证其安全稳定的运行具有重要意义。目前，常规变电所中的二次设备 普遍采用面向间隔、功能独立的分层分布式结构，控制、监视、保护、故障录波、计量与量测 等都是由相互独立的装置完成。牵引变电所采用上述模式有二次接线复杂、投资成本大、信 息不能共享、运行与维护成本高、缺乏整体协调与功能优化的缺点。这些装置基于单点信 息，没有全局视角，时常会因为有效信息不足而做出错误的或局部最优而非全局最优的判 断，从而影响系统的安全稳定运行。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种能对变电所内的设备进行统 一协调和配合，并能保证牵引变电所安全稳定运行的数字化牵引变电所的集中式保护测控 系统，本发明还提供了该数字化牵引变电所的集中式保护测控系统的运行方法。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现数字化牵引变电所的集中式保护测 控系统，包括过程层设备、间隔层设备及站控层设备，所述过程层设备包括电子式互感器、 合并单元及智能断路器，所述电子式互感器与合并单元连接，所述间隔层设备包括两个互 为冗余的集中式保护测控装置，所述合并单元和智能断路器均与两个集中式保护测控装置 连接，所述站控层设备包括与两个集中式保护测控装置连接的工作站。本发明创造的集中 式保护测控装置内集成了变压器保护、馈线保护、电容器保护、并补保护、测控及其他保护 装置的功能，如此，本发明创造应用时相当于一台中央计算机集中全所的设备信息，形成灵 活、可靠、多样、互补的集中式保护系统。本发明创造中的合并单元是电子式互感器数字化 输出的接口设备，其主要功能是采集电子式互感器输出的数字信号，并按照规定格式发送。
本发明中第一种组网方式，所述两个集中式保护测控装置分别连接有两个交换 机，每个集中式保护测控装置连接的两个交换机分别连接合并单元和智能断路器，所述合 并单元和智能断路器均通过连接在交换机上与集中式保护测控装置连接。
本发明中第二种组网方式，所述两个集中式保护测控装置分别连接有一个交换 机，所述智能断路器通过连接在交换机上与集中式保护测控装置连接。
第一种组网方式和第二种组网方式的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统 均包括两个GPS对时装置，两个GPS对时装置中一个GPS对时装置与两个集中式保护测控 装置连接，另一个GPS对时装置与合并单元、智能断路器及电子式互感器连接。
本发明中第三种组网方式，所述两个集中式保护测控装置分别连接有一个交换 机，所述合并单元和智能断路器均通过连接在交换机上与集中式保护测控装置连接。
第三种组网方式的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统包括一个GPS对时 装置，两个集中式保护测控装置连接的交换机均与该GPS对时装置连接。
所述过程层设备包括多组由一个电子式互感器、一个合并单元及一个智能断路器 构成的数据采集控制单元组，每组数据采集控制单元组的合并单元均连接在一条SMV报文 传输总线上，两个集中式保护测控装置接通合并单元的线路连接在SMV报文传输总线上， 每组数据采集控制单元组的智能断路器均连接在一条GOOSE报文总线上，两个集中式保护 测控装置接通智能断路器的线路连接在GOOSE报文总线上。
所述站控层设备中的工作站采用双重化冗余配置，工作站均连接在一条站控层总 线上，两个集中式保护测控装置均通过连接在站控层总线上与工作站连接。
所述站控层设备还包括连接在站控层总线上的打印机和路由器。
数字化牵引变电所的集中式保护测控系统的运行方法，包括以下步骤步骤一、电 子式互感器采集设备信息，并将采集到的信息发送到合并单元，合并单元将接收到的信息 封装组织成SMV报文后发送到集中式保护测控装置，与此同时，智能断路器将开关状态信 息也传送到集中式保护测控装置中；步骤二、集中式保护测控装置结合开关状态信息和采样值信息做出逻辑判断，再将出 口指令组织成GOOSE报文，然后GOOSE报文发送到智能断路器；步骤三、智能断路器根据接收到的GOOSE报文完成相应的控制。
本发明创造中采用交换机组成的以太网通信网络是交换式以太网，其优点是没有 帧碰撞现象，与其连接的各节点独享带宽，各节点运行也需要CSMA/⑶协议(兼容性原因)， 但不会因检测到冲突而退避、重发。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明包括过程层设备、间隔层设 备及站控层设备，其中，过程层设备包括电子式互感器、合并单元及智能断路器，间隔层设 备包括两个集中式保护测控装置，站控层设备包括与两个集中式保护测控装置连接的工作 站，本发明整体结构简单，便于实现，本发明的集中式保护测控装置集成了牵引变电所全所 的保护功能，对全所设备的保护进行统一的协调与配合，方便实现定值切换并防止误操作， 同时由于保护装置的大幅度减少，减小了保护性能受温度和湿度等环境因素的影响，增强 了抗干扰性，提高了保护性能与可靠性；本发明创造中两个集中式保护测控装置互为冗余， 两个集中式保护测控装置实时通信，互相校验，互为备用，可独立投退，提高了保护系统的 可靠性和安全性，每一个集中式保护测控装置都能单独实现全所的保护功能，当其中一个 集中式保护测控装置出现故障造成保护动作延时或者拒动、误动时，另一个集中式保护测 控装置能够及时投入使用，确保牵引变电所的安全稳定运行。
图1为本发明实施例一的结构示意图；图2为本发明实施例二的结构示意图；图3为本发明实施例三的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一如图1所示，数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，包括过程层设备、间隔层设 备及站控层设备，其中，过程层设备包括多组由一个电子式互感器、一个合并单元及一个智 能断路器构成的数据采集控制单元组，过程层设备具有多组数据采集控制单元组，每组数 据采集控制单元组的电子式互感器与其内合并单元连接，间隔层设备包括两个互为冗余的 集中式保护测控装置，合并单元和智能断路器均与两个集中式保护测控装置连接，站控层 设备包括工作站、打印机及路由器，站控层设备中的工作站采用双重化冗余配置。本实施 例包括一条站控层总线和两条过程层总线，两条过程层总线分别作为SMV报文传输总线和 GOOSE报文传输总线，打印机、路由器、工作站及集中式保护测控装置均与站控层总线连接， 合并单元均与SMV报文传输总线连接，智能断路器均与GOOSE报文传输总线连接。两个集中 式保护测控装置分别连接有两个交换机，每个集中式保护测控装置连接的两个交换机中一 个交换机与SMV报文传输总线连接，另一个交换机与GOOSE报文传输总线连接，进而完成合 并单元和智能断路器与集中式保护测控装置的连接。本实施例还包括两个GPS对时装置， 一个GPS对时装置与两个集中式保护测控装置连接，另一个GPS对时装置与智能断路器和 合并单元连接。为了保证信息的传递，本实施例中所采用的连接均采用光纤连接。
本实施例中GOOSE单独组网，SMV报文由各合并单元经多条光纤传输到交换机，再 经一条总线光纤传送到集中式保护测控装置内，通信标准一律采用IEC61850-9-2。配置两 个集中式保护测控装置，每个集中式保护测控装置各配置两台交换机，一台用于接收并向 保护装置发送SMV报文，另一台用于接收集中式保护测控装置传来的GOOSE报文，以组播的 方式将出口指令发送给智能断路器，控制断路器刀闸的开闭，从而实现集中式保护功能。
本实施例运行时，电子式互感器采集相关设备信息，通过光纤将数据信息发送到 合并单元，各合并单元将接收到的信息封装组织成SMV报文后，经光纤发送到交换机，再 发送到集中式保护测控装置，与此同时，智能断路器将开关状态信息也传送到集中式保护 测控装置中，集中式保护测控装置结合开关状态信息，依次调用保护算法程序包对采样值 信息进行计算并给出逻辑判定结果，然后将出口指令(例如跳闸、告警、重合闸等)组织成 GOOSE报文，启动报文发送任务，通过光纤通信网络，将GOOSE报文发送到智能执行单元，智 能断路器根据接收到的GOOSE报文完成相应的控制，从而实现保护功能。
实施例二本实施例与实施例一的主要区别在于本实施例中每个集中式保护测控装置连接的交 换机的数量均为一个，两个集中式保护测控装置与SMV报文传输总线之间不通过交换机， 而是直接连接。本实施例中SMV报文数据应用点对点的直采方式，不通过交换机，合并单元 直接将SMV报文传送至光纤通信网络，这样可避免由于使用交换机而带来的抖动(时延不 确定性)。
实施例三本实施例与实施例一的主要区别在于本实施例中只有一个GPS对时装置，每个集中 式保护测控装置连接的交换机的数量均为一个，GPS对时装置不直接与集中式保护测控装 置、合并单元及智能断路器连接，而是连接在分别与两个集中式保护测控装置相连接的两 个交换机上。本实施例采用三网合一方案，三网即指SMV网、GOOSE网及IEEE 1588对时系统。这三种信息同时接入过程层交换机，保护测控装置以一个网口就可全部接入，简化了系 统结构。
如上所述，则能很好的实现本发明。
权利要求
1.数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于，包括过程层设备、间隔层设备及站控层设备，所述过程层设备包括电子式互感器、合并单元及智能断路器，所述电子式互感器与合并单元连接，所述间隔层设备包括两个互为冗余的集中式保护测控装置，所述合并单元和智能断路器均与两个集中式保护测控装置连接，所述站控层设备包括与两个集中式保护测控装置连接的工作站。
2.根据权利要求1所述的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于，所述两个集中式保护测控装置分别连接有两个交换机，每个集中式保护测控装置连接的两个交换机分别连接合并单元和智能断路器，所述合并单元和智能断路器均通过连接在交换机上与集中式保护测控装置连接。
3.根据权利要求1所述的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于，所述两个集中式保护测控装置分别连接有一个交换机，所述智能断路器通过连接在交换机上与集中式保护测控装置连接。
4.根据权利要求2或3所述的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于， 还包括两个GPS对时装置，两个GPS对时装置中一个GPS对时装置与两个集中式保护测控装置连接，另一个GPS对时装置与合并单元、智能断路器及电子式互感器连接。
5.根据权利要求1所述的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于，所述两个集中式保护测控装置分别连接有一个交换机，所述合并单元和智能断路器均通过连接在交换机上与集中式保护测控装置连接。
6.根据权利要求5所述的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于，还包括一个GPS对时装置，两个集中式保护测控装置连接的交换机均与该GPS对时装置连接。
7.根据权利要求1所述的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于，所述过程层设备包括多组由一个电子式互感器、一个合并单元及一个智能断路器构成的数据采集控制单元组，每组数据采集控制单元组的合并单元均连接在一条SMV报文传输总线上，两个集中式保护测控装置接通合并单元的线路连接在SMV报文传输总线上，每组数据采集控制单元组的智能断路器均连接在一条GOOSE报文总线上，两个集中式保护测控装置接通智能断路器的线路连接在GOOSE报文总线上。
8.根据权利要求1所述的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于，所述站控层设备中的工作站采用双重化冗余配置，工作站均连接在一条站控层总线上，两个集中式保护测控装置均通过连接在站控层总线上与工作站连接。
9.根据权利要求8所述的数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，其特征在于，所述站控层设备还包括连接在站控层总线上的打印机和路由器。
10.数字化牵引变电所的集中式保护测控系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一、电子式互感器采集设备信息，并将采集到的信息发送到合并单元，合并单元将接收到的信息封装组织成SMV报文后发送到集中式保护测控装置，与此同时，智能断路器将开关状态信息也传送到集中式保护测控装置中；步骤二、集中式保护测控装置结合开关状态信息和采样值信息做出逻辑判断，再将出口指令组织成GOOSE报文，然后GOOSE报文发送到智能断路器；步骤三、智能断路器根据接收到的GOOSE报文完成相应的控制。
全文摘要
本发明公开了数字化牵引变电所的集中式保护测控系统，包括过程层设备、间隔层设备及站控层设备，其中，过程层设备包括电子式互感器、合并单元及智能断路器，电子式互感器与合并单元连接，间隔层设备包括两个互为冗余的集中式保护测控装置，合并单元和智能断路器均与两个集中式保护测控装置连接，站控层设备包括与两个集中式保护测控装置连接的工作站。本发明还公开了该系统的运行方法，本发明应用时能对变电所内的设备进行统一协调和配合，并能保证牵引变电所安全稳定运行。
文档编号H02J13/00GK103001327SQ20121046282
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者王牣, 陈德明, 韩正庆, 陈小川 申请人:西南交通大学, 成都交大许继电气有限责任公司