一种城市轨道交通直流供电系统的保护方法与流程

本发明涉及直流供电系统的保护，尤其涉及城市轨道交通直流供电系统的保护。

背景技术：

直流牵引供电系统作为城市轨道交通体系的重要组成部分，通过直流牵引网向电动车辆提供电能。电动车辆通过滑动接触牵引网获得电能，牵引负荷电流是典型的间歇性大负荷，这决定了牵引供电网络的故障率远高于一般的输电线路。牵引供电网络短路故障不仅威胁性极大，而且单处故障将影响到整条运输线路的工作状态。相较于交流系统，直流电流没有自然的过零点，越早切除故障，故障电流便越小，则越有利于直流断路器的快速灭弧。因此，直流保护在速动性和可靠性上提出了更高的要求。

目前直流牵引供电系统开关柜按照用途可以分为：直流进线柜、直流馈线柜、负极柜和轨电位保护柜四种基本类型，其安装位置如图1所示。其中，直流进线柜、直流馈线柜、负极柜均装有微机保护装置。

现有的直流保护方案中，当接触网发生故障，近故障点的直流馈线保护装置迅速动作，并通过电缆向对侧牵引所的直流馈线保护装置发出联跳命令，实现双边联跳的功能。当开关柜的正极与柜体发生故障，负极柜内保护装置的框架泄漏保护动作，通过电缆向所内直流进线柜、直流馈线柜以及对侧牵引所的直流馈线柜保护装置发送联跳信号。

在实际运行中，电缆二次回路通道状态无法实时监测，电缆通道的异常无法被及时定位，会造成联跳信号无法传递的风险，只能通过定期的巡检来避免上述风险；牵引所站间传递联跳信号的二次电缆较长，电容耦合等干扰可能引起二次设备运行异常，二次电缆实际上构成了牵引所安全运行的重要隐患。虽然通过设置较长的开入确认时间可以规避上述风险，但是对于直流故障来说较长的联跳动作延时，不利于直流断路器的快速灭弧以及故障的切除和隔离。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种城市轨道交通直流供电系统的保护方法，通过GOOSE网络来传递直流保护装置之间的联跳信号。GOOSE光纤通道较强的抗干扰能力以及GOOSE快速重发机制，保证了保护装置之间联跳信号传输的快速性和可靠性，从而有利于直流断路器的快速灭弧以及故障点的切除和隔离；GOOSE的断链检测机制，实现了保护装置之间GOOSE传输通道的实时监测，不仅提升了直流供电系统的保护方案的可靠性，而且减少了屏间接线以及运行维护的时间和成本。为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种城市轨道交通直流供电系统的保护方法，包括如下步骤：

(1)每个牵引所内设置一台用于GOOSE信息交换的通信处理装置，所内的直流保护装置均接入此通信处理装置；

(2)将步骤(1)中的不同牵引所内的通信处理装置级联起来；

(3)当需要联跳的保护动作后，直流保护装置可通过步骤(1)(2)所组建的GOOSE网络将联跳信号传递到所内或者相邻所的保护装置，从而实现故障的快速切除和隔离。

上述步骤(1)(2)中，所述的将牵引所内的直流保护装置均通过光纤接入所内设置的通信处理装置，相邻牵引所内的通信处理装置通过光纤级联起来,可以实现整个直流供电系统内的直流保护装置的信息共享，不仅可以完成相邻牵引所的直流保护装置之间联跳信号的传递，还可以实现跨牵引所联跳信号的传递。

上述步骤(3)中，所述的需要联跳的保护包括上升率保护、框架泄漏保护。

进一步地，当上升率保护动作后，直流保护装置通过GOOSE网络向对侧直流馈线柜保护发出联跳命令，实现双边联跳的保护功能。

进一步地，当某个牵引所退出运行后，相邻两侧牵引所的保护装置检测到GOOSE断链后，建立跨所的GOOSE联络通道用于传递跨所的联跳信号，实现跨所的双边联跳功能。

类似地，上述步骤(3)中，当框架泄漏保护动作后，直流保护装置通过GOOSE网络向本所内直流馈线柜保护、直流进线柜保护以及相邻所的直流馈线柜保护发出联跳命令，实现故障的快速切除和隔离。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：本方案通过通信处理装置在站内构建GOOSE网络，将牵引所内的所有直流保护装置通过光纤均接入此GOOSE网络，通过光纤将相邻所的通信处理装置进行级联，从而使得整个直流供电系统的保护装置接入统一的GOOSE网络之中。这样，本保护方案可以适用多种不同的运行工况，实现邻所甚至跨所的保护装置联跳信号的传递。直流保护装置之间的联跳信号通过GOOSE网络来传递，不仅大大减少了屏间接线，而且光纤的强干扰能力以及GOOSE的快速重发机制，保证了联跳信号快速、可靠的传递。GOOSE所具有的断链检测机制，可以对GOOSE通道实时监测，一旦发生通道中断，会立刻给出相应的报警信息，不仅提升了直流保护系统的整体的可靠性，而且减少了运营人员对保护系统的维护时间和成本。

附图说明

图1是城市轨道交通直流供电系统示意图；

图中，a-整流变压器，b-整流器，c-负极柜隔离开关，d-直流进线柜断路器，e-直流馈线柜断路器，f-轨电压限位装置；

图2是本发明保护方案的GOOSE组网示意图；

具体实施方式

以下将结合附图2，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种城市轨道交通直流供电系统的保护方法，包括如下步骤：

(1)每个牵引所内设置一台用于GOOSE信息交换的通信处理装置，所内的直流保护装置均接入此通信处理装置；

(2)将步骤(1)中的不同牵引所内的通信处理装置级联起来；

(3)保护动作后直流保护装置可通过步骤(1)(2)所组建的GOOSE网络将联跳信号传递到所内或者相邻所的保护装置，从而实现故障的快速切除和隔离。

以下详细介绍本发明所采用的GOOSE的快速重发机制，当GOOSE所传递的开关量信息发生变位后，装置会立刻发出第一帧GOOSE变位报文，随后在很短的时间内，装置会补发第二帧、第三帧报文……这样可以使得即使某帧报文丢失，变位信息也能传递到相应的保护装置，保证了GOOSE传输的可靠性；由于GOOSE采用的是快速报文传输服务，使得GOOSE报文传输的延时控制在4ms以内，因此保证了报文传输的快速性；光纤较强的抗干扰能力，可以有效的防止外界环境的干扰，实现GOOSE信号有效性的快速确认。通过GOOSE网络传递直流保护装置之间的联跳信号，使得直流断路器可以更快地被联跳，更好地完成直流断路器的快速灭弧和故障点的隔离。

本发明所采用的GOOSE断链检测机制，GOOSE报文中含有“报文存活时间”参数。如果接收端在“报文存活时间”内未收到报文，则接收端会判断报文丢失；在“报文存活时间”的2倍时间，则判断为通信中断。通过GOOSE断链检测机制可以对GOOSE通道进行实时自检，实现了异常通道的快速定位，不仅提高了直流保护系统的可靠性，而且减少了屏间接线以及运行维护的时间和成本。

以接触网发生短路故障为例，故障发生后，近故障点的直流馈线柜内直流保护装置的上升率保护动作，并通过GOOSE网络向相邻牵引所的直流馈线保护装置发送联跳信号，实现双边联跳保护，完成故障的快速切除和隔离。

以开关柜的正极与柜体发生故障为例，故障发生后，负极柜内直流保护装置的框架泄漏保护动作，通过GOOSE网络向所内直流进线柜、直流馈线柜以及相邻所的直流馈线柜保护装置发送联跳信号，实现故障快速切除和隔离。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，本保护方案中GOOSE信号的传递通道可以通过直流保护装置GOOSE端口的直连来构建；保护装置与通信处理装置的连接或者通信处理装置之间的级联的通道可以是光纤或者其他介质；通信处理装置是指一切可以用于GOOSE信息交换的装置，如GOOSE交换机；通信处理装置的数量可按照现场需要进行配置；保护装置之间不仅可以用GOOSE网络传递联跳信号还可以传递其他开关量信号。凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。