基于光纤通信的双边联跳装置和双边联跳保护系统的制作方法

本发明涉及一种基于光纤通信的双边联跳装置和双边联跳保护系统。

背景技术：

城市轨道交通直流牵引供电系统正常运行时，一般采用相邻两个变电所各一路直流电源为同一区间供电。在这种供电模式下，如果该区间发生故障时，系统需要通过双边联跳保护将相邻两个变电所对应的直流馈线断路器断开，这样才能彻底把该区间的故障隔离出来。而当直流牵引供电系统进行越区双边供电时，需要通过越区隔离开关的辅助触点来实现双边联跳保护跳闸的直流馈线对应关系的正确切换。

目前城市轨道交通直流牵引供电系统用的直流开关柜采用多芯控制电缆传输电脉冲信号实现两个牵引所间的直流开关联跳功能。多芯电缆中传输联跳、保护、闭锁等电信号，虽然方案成熟，但也存在一些如下问题。1用二次电缆传输节点信号，不能实现长距离通信；2控制电缆长距离铺设易受干扰；3二次控制电缆是否正常工作缺乏监视手段。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于光纤通信的双边联跳装置和双边联跳保护系统。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于光纤通信的双边联跳装置，其特征在于：所述的双边联跳装置设有第一切换输入端、第二切换输入端、第一组数字量输入端、第一组数字量输出端、第一组光纤接口、第二组数字量输入端、第二组数字量输出端、第二组光纤接口，其中，所述第一组数字量输入端设有n个第一数字量输入端，第一组数字量输出端设有n个第一数字量输出端，所述第一组光纤接口包括第一发送端和第一接收端，所述第二组光纤接口包括第二发送端和第二接收端，第二组数字量输入端设有n个第二数字量输入端，第二组数字量输出端设有n个第二数字量输入端，其中，n为正整数；所述双边联跳装置具有以下通信特性：在所述第一切换输入端和第二切换输入端均断电时，由各个所述第一数字量输入端输入的故障检测结果电信号分别转换成光信号后通过所述第一发送端发出，由所述第一接收端输入的光信号中所包含的每一条故障检测结果信息均转换成一个故障检测结果电信号后通过一个所述第一数字量输出端输出，由各个所述第二数字量输入端输入的故障检测结果电信号分别转换成光信号后通过所述第二发送端发出，由所述第二接收端输入的光信号中所包含的每一条故障检测结果信息均转换成一个故障检测结果电信号后通过一个所述第二数字量输入端输出；在所述第一切换输入端通电时，所述第一发送端与第二接收端接通，所述第一接收端与第二发送端接通，所述第一组数字量输入端、第一组数字量输出端、第二组数字量输入端和第二组数字量输出端均失效。

作为本发明的优选实施方式：所述的双边联跳装置设有故障报警常闭节点输出端和用于故障检测模块；所述故障检测模块能够在检测到所述双边联跳装置的任意一个输入端发生故障或者任意一个输出端发生故障或者工作电源丢失或者任意一个光纤接口断线时，控制所述故障报警常闭节点输出端向外供电。

作为本发明的优选实施方式：所述的双边联跳装置由fpga建模实现。

一种基于光纤通信的双边联跳保护系统，应用于直流牵引供电系统，该直流牵引供电系统包括接触网和至少三个牵引变电站，各个所述牵引变电站沿接触网延伸方向布置，所述接触网按各个所述牵引变电站的布置方位划分为相应数量的接触网区间；每一个所述牵引变电站均设有第一馈电线和第二馈电线，并且每一条所述第一馈电线和每一条所述第二馈电线均串接有馈线断路器和馈线隔离开关，各个所述牵引变电站中的任意一个均能够作为中间位置牵引变电站，将与该中间位置牵引变电站相邻的两个牵引变电站分别称为前方位置牵引变电站和后方位置牵引变电站，将所述中间位置牵引变电站与前方位置牵引变电站之间的接触网区间定义为第一接触网区间、所述中间位置牵引变电站与后方位置牵引变电站之间的接触网区间定义为第二接触网区间，所述第一接触网区间与第二接触网区间之间通过越区隔离开关连接，所述中间位置牵引变电站的第一馈电线和所述前方位置牵引变电站的第二馈电线为所述第一接触网区间供电，所述中间位置牵引变电站的第二馈电线和所述后方位置牵引变电站的第一馈电线共同为所述第一接触网区间供电；其中，所述越区隔离开关设有与其分合位状态同步的辅助触点；

其特征在于：

所述的双边联跳保护系统对应每一个所述牵引变电站均设有上述双边联跳装置，并对应每一个所述牵引变电站均设有用于检测所述第一馈电线的故障情况的第一框架泄漏保护装置和用于检测所述第二馈电线的故障情况的第二框架泄漏保护装置；

对于任意一个所述中间位置牵引变电站的双边联跳装置、第一框架泄漏保护装置和第二框架泄漏保护装置：所述双边联跳装置的第一切换输入端和第二切换输入端通过所述中间位置牵引变电站的辅助触点连接直流电源，使得第一切换输入端和第二切换输入端在所述辅助触点处于分位状态时均断电，所述第一切换输入端在所述辅助触点处于合位状态时通电；所述第一框架泄漏保护装置检测到的每一种故障检测结果均输出给所述双边联跳装置的一个所述第一数字量输入端，所述第二框架泄漏保护装置检测到的每一种故障检测结果均输出给所述双边联跳装置的一个所述第二数字量输入端，所述双边联跳装置的第一发送端和第一接收端分别连接所述前方位置牵引变电站的双边联跳装置的第二接收端和第二发送端，所述双边联跳装置的第二发送端和第二接收端分别连接所述后方位置牵引变电站的双边联跳装置的第一接收端和第一发送端，所述双边联跳装置的各个所述第一数字量输出端通过第一联跳动作节点连接所述中间位置牵引变电站的第一馈电线的馈线断路器分合闸控制端，使得该第一馈电线的馈线断路器在所述双边联跳装置的任意一个所述第一数字量输出端输出表示故障检测结果为具有故障的电信号时分闸，所述双边联跳装置的各个所述第二数字量输入端通过第二联跳动作节点连接所述中间位置牵引变电站的第二馈电线的馈线断路器分合闸控制端，使得该第二馈电线的馈线断路器在所述双边联跳装置的任意一个所述第二数字量输入端输出表示故障检测结果为具有故障的电信号时分闸。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明的双边联跳保护系统对应每一个牵引变电站设有双边联跳装置，其通过双边联跳装置建立了相邻两个牵引变电站的第二馈电线与第一馈电线之间的故障检测结果的光纤通信回路，以实现牵引变电站的大小双边联跳，使得无论接触网中的牵引变电站是处于正常运行状态还是处于越区运行状态，本发明均能确保任意接触网区间的两条馈电线的故障信息能够可靠的进行交换，提高了直流牵引供电系统双边联跳保护的可靠性；

第二，本发明通过双边联跳装置的两路光纤通信回路来进行联跳信息的传送，由于不需要其他输出接点动作来传递信息，消除了输出接点动作时间，从而缩短了双边联跳保护的整体动作时间，提高了实时性；

第三，本发明通过双边联跳装置实现了正常运行状态与越区运行状态变化时通信回路的软切换，与硬接线切换通信回路相比，本发明的抗干扰性和可靠性都大大提高，且能减少不必要的接线；

第四，本发明的接线简单，成本低；

第五，本发明通过fpga建模来实现双边联跳装置，能够进一步提高通信回路的抗干扰性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的双边联跳装置的电路原理框图；

图2为本发明的双边联跳保护系统的电路原理框图；

图中，v1～v6均表示直流电源；cr表示回流回路。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明公开的是一种基于光纤通信的双边联跳装置，其发明构思为：双边联跳装置gd设有第一切换输入端switch1、第二切换输入端switch2、第一组数字量输入端、第一组数字量输出端、第一组光纤接口opta、第二组数字量输入端、第二组数字量输出端、第二组光纤接口optb，其中，第一组数字量输入端设有n个第一数字量输入端a_in，第一组数字量输出端设有n个第一数字量输出端a_out，第一组光纤接口opta包括第一发送端txa和第一接收端rxa，第二组光纤接口optb包括第二发送端txb和第二接收端rxb，第二组数字量输入端设有n个第二数字量输入端b_in，第二组数字量输出端设有n个第二数字量输入端b_out，其中，n为正整数；双边联跳装置具有以下通信特性：在第一切换输入端switch1和第二切换输入端switch2均断电时，由各个第一数字量输入端a_in输入的故障检测结果电信号分别转换成光信号后通过第一发送端txa发出，由第一接收端rxa输入的光信号中所包含的每一条故障检测结果信息均转换成一个故障检测结果电信号后通过一个第一数字量输出端a_out输出，由各个第二数字量输入端b_in输入的故障检测结果电信号分别转换成光信号后通过第二发送端txb发出，由第二接收端rxb输入的光信号中所包含的每一条故障检测结果信息均转换成一个故障检测结果电信号后通过一个第二数字量输入端b_out输出；在第一切换输入端switch1通电时，第一发送端txa与第二接收端rxb接通，第一接收端rxa与第二发送端txb接通，第一组数字量输入端、第一组数字量输出端、第二组数字量输入端和第二组数字量输出端均失效。

在上述发明构思的基础上，本发明采用以下优选的结构：

作为本发明的优选实施方式：双边联跳装置gd设有故障报警常闭节点输出端alarm和用于故障检测模块；故障检测模块能够在检测到双边联跳装置的任意一个输入端发生故障或者任意一个输出端发生故障或者工作电源丢失或者任意一个光纤接口断线时，控制故障报警常闭节点输出端alarm向外供电。从而，通过设置由故障报警常闭节点输出端alarm驱动的故障指示灯，即可通过故障指示灯来提示双边联跳装置本身的故障状态。

作为本发明的优选实施方式：双边联跳装置gd由fpga建模实现。例如：图1所示的双边联跳装置设有：四个第一数字量输入端a_in1、a_in2、a_in3、a_in4，四个第一数字量输出端a_out1、a_out2、a_out3、a_out4，四个第二数字量输入端b_in1、b_in2、b_in3、b_in4，四个第二数字量输入端b_out1、b_out2、b_out3、b_out4；其中，txa_data和txb_data均表示用于将由相应的数字量输入端输入的故障检测结果电信号分别转换成光信号的功能模块，rxa_data和rxb_data均表示用于将由相应的接收端输入的光信号中所包含的每一条故障检测结果信息均转换成一个故障检测结果电信号后输出给相应数字量输出端的功能模块，switch_detect和en表示用于检测第一切换输入端switch1和第二切换输入端switch2的通断电状态并控制双边联跳装置的通信方式的功能模块。

本发明还公开了一种基于光纤通信的双边联跳保护系统，其应用于直流牵引供电系统，该直流牵引供电系统包括接触网cl和至少三个牵引变电站，各个牵引变电站沿接触网cl延伸方向布置，接触网cl按各个牵引变电站的布置方位划分为相应数量的接触网区间；每一个牵引变电站均设有第一馈电线fc1和第二馈电线fc2，并且每一条第一馈电线fc1和每一条第二馈电线fc2均串接有馈线断路器qf和馈线隔离开关qs，各个牵引变电站中的任意一个均能够作为中间位置牵引变电站b，将与该中间位置牵引变电站b相邻的两个牵引变电站分别称为前方位置牵引变电站a和后方位置牵引变电站c，将中间位置牵引变电站b与前方位置牵引变电站a之间的接触网区间定义为第一接触网区间cl-1、中间位置牵引变电站b与后方位置牵引变电站c之间的接触网区间定义为第二接触网区间cl-2，第一接触网区间cl-1与第二接触网区间cl-2之间通过越区隔离开关yqs连接，中间位置牵引变电站b的第一馈电线fc1和前方位置牵引变电站a的第二馈电线fc2为第一接触网区间cl-1供电，中间位置牵引变电站b的第二馈电线fc2和后方位置牵引变电站c的第一馈电线fc1共同为第一接触网区间cl-1供电；其中，越区隔离开关yqs设有与其分合位状态同步的辅助触点rt1。

本发明的双边联跳保护系统对应每一个牵引变电站均设有一个上述双边联跳装置gd，并对应每一个牵引变电站均设有用于检测第一馈电线fc1的故障情况的第一框架泄漏保护装置k1和用于检测第二馈电线fc2的故障情况的第二框架泄漏保护装置k2。

对于任意一个中间位置牵引变电站b的双边联跳装置gd、第一框架泄漏保护装置k1和第二框架泄漏保护装置k2：双边联跳装置gd的第一切换输入端switch1和第二切换输入端switch2通过中间位置牵引变电站b的辅助触点rt1连接直流电源，使得第一切换输入端switch1和第二切换输入端switch2在辅助触点rt1处于分位状态时均断电，第一切换输入端switch1在辅助触点rt1处于合位状态时通电；第一框架泄漏保护装置k1检测到的每一种故障检测结果均输出给双边联跳装置gd的一个第一数字量输入端a_in，第二框架泄漏保护装置k2检测到的每一种故障检测结果均输出给双边联跳装置gd的一个第二数字量输入端b_in，双边联跳装置gd的第一发送端txa和第一接收端rxa分别连接前方位置牵引变电站a的双边联跳装置gd的第二接收端rxb和第二发送端txb，双边联跳装置gd的第二发送端txb和第二接收端rxb分别连接后方位置牵引变电站c的双边联跳装置gd的第一接收端rxa和第一发送端txa，双边联跳装置gd的各个第一数字量输出端a_out通过第一联跳动作节点j1连接中间位置牵引变电站b的第一馈电线fc1的馈线断路器qf分合闸控制端，使得该第一馈电线fc1的馈线断路器qf在双边联跳装置gd的任意一个第一数字量输出端a_out输出表示故障检测结果为具有故障的电信号时分闸，双边联跳装置gd的各个第二数字量输入端b_out通过第二联跳动作节点j2连接中间位置牵引变电站b的第二馈电线fc2的馈线断路器qf分合闸控制端，使得该第二馈电线fc2的馈线断路器qf在双边联跳装置gd的任意一个第二数字量输入端b_out输出表示故障检测结果为具有故障的电信号时分闸。

下面针对任意一个中间位置牵引变电站b(以下简称b站)及其前位置牵引变电站a(以下简称a站)和后方位置牵引变电站c(以下简称c站)，说明本发明的双边联跳保护系统的工作原理：

在a、b、c站正常运行时，b站的越区隔离开关yqs及其辅助触点rt1均处于分位状态，a站的第二馈电线fc2和b站的第一馈电线fc1对第一接触网区间cl-1进行双边供电，b站的第二馈电线fc2和c站的第一馈电线fc1对第二接触网区间cl-2进行双边供电。此时，第一切换输入端switch1和第二切换输入端switch2由于辅助触点rt1分位而均断电，第一切换输入端switch1和第二切换输入端switch2的状态都为0，使得此时b站的第一组光纤接口opta和a站的第二组光纤接口optb处于实时通信状态，b站的第二组光纤接口optb和c站的第一组光纤接口opta处于实时通信状态，使得此时b站的第一数字量输入端a_in的电信号开出到a站的第二数字量输入端b_out，a站的第二数字量输入端b_in的电信号开出到b站的第一数字量输出端a_out，b站的第二数字量输入端b_in的电信号开出到c站的第一数字量输出端a_out，c站的第一数字量输入端a_in的电信号开出到b站的第二数字量输入端b_out。从而：a站第二馈电线fc2的故障信号可以通过光纤传送到b站并开出到b站第一馈电线fc1上，b站第一馈电线fc1上的故障信号也可以通过光纤传送到a站并开出到a站的第二馈电线fc2上，b站第二馈电线fc2的故障信号可以通过光纤传送到c站并开出到c站第一馈电线fc1上，c站第一馈电线fc1上的故障信号也可以通过光纤传送到b站并开出到b站的第二馈电线fc2上，起到双边联跳保护作用。

由此，在a、b、c站正常运行状态下，第一接触网区间cl-1和第二接触网区间cl-2的双边联跳保护能够可靠实现，举例来说：当第一接触网区间cl-1靠近a站的某一位置发生故障并将馈电线fc2馈线断路器qf断开时，使得仅有a站的第二框架泄漏保护装置k2接收到故障信号，而b站的第一框架泄漏保护装置k1接收不到故障信号时，则a站的双边联跳装置通过第二组光纤接口optb的第二发送端txb将故障信号传送给b站的双边联跳装置的第一组光纤接口opta的第一接收端rxa后通过第一数字量输出端a_out将故障信号开出到第一馈电线fc1的馈线断路器qf，使得继电器qf动作并断开。

在a、b、c站越区运行时，b站的第一馈电线fc1和第二馈电线fc2退出运行，b站的越区隔离开关yqs及其辅助触点rt1均处于合位状态，a站的第二馈电线fc2和c站的第一馈电线fc1对接触网区间cl-1和接触网区间cl-2连成的组合区间进行大双边供电。此时，b站的双边联跳装置的第一切换输入端switch1和第二切换输入端switch2由于辅助触点rt1合位而得电，此时第一切换输入端switch1和第二切换输入端switch2的状态都为1，使得b站的双边联跳装置的第一组光纤接口opta和第二组光纤接口optb形成内部通讯，即a站的双边联跳装置的第二组光纤接口optb的第二发送端txb和第二接收端rxb分别接通c站的双边联跳装置的第一组光纤接口opta的第一接收端rxa和第一发送端txa，使得此时a站的第二数字量输入端b_in的电信号开出到c站的第一数字量输出端a_out，c站的第一数字量输入端a_in的电信号开出到a站的第二数字量输入端b_out。从而：a站第二馈电线fc2的故障信号可以通过光纤直接传送到c站并开出到c站第一馈电线fc1上，而c站第一馈电线fc1上的故障信号也可以通过光纤直接传送到a站并开出到a站的第二馈电线fc2上，起到大双边联跳保护作用。

由此，在a、b、c站越区运行状态下，第一接触网区间cl-1和第二接触网区间cl-2的双边联跳保护同样能够得以可靠实现，其实际过程与上述正常状态下的实现过程类似，在此不再赘述。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。