一种智能牵引变电站层次化保护方法及系统与流程

本方案属于电气化铁路牵引供电技术领域，本方案提出了一种智能牵引变电站层次化保护方法及系统。

背景技术：

随着电气化铁路智能牵引变电站技术发展，推动了牵引供电继电保护技术创新，但也暴露出一些问题。牵引变电站一次设备一般采用常规的电磁式互感器，传统智能牵引变电站采用三层两网的架构，三层包括过程层、间隔层、站控层；两网包括过程层网络和站控层网络。间隔层的保护装置需要通过过程层的合并单元采集交流sv数据，通过过程层的智能终端采集开关信号并实现断路器跳闸。合并单元和智能终端的应用增加了系统的复杂程度，中间数据传输和转化环节过多，导致常规智能变电站比普通变电站保护动作速度普遍慢4-7ms；不同保护装置共用合并单元，合并单元单一元件故障会造成多套保护的不正确动作，降低了保护的可靠性；保护对运维人员的素质和数量要求也要高。

技术实现要素：

本发明提出了一种智能牵引变电站层次化保护方法，减少中间环节、降低耗时，保护贴近一次设备安装，可以解决长电缆传输信号带来的干扰问题。站域级保护由站域保护装置和网络分析装置等设备构成，站域保护装置提供了断路器失灵、简易母线保护、站域备自投、馈线及主变低压侧出线等设备的冗余保护功能，提高了保护的可靠性和速动性。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案来实现：

一种智能牵引变电站层次化保护方法，站控层配置保护智能管理单元，控制智能牵引变电站层次化保护，智能牵引变电站层次化保护包括就地级保护、站域级保护和广域级保护。

就地级保护基于就地化保护装置实现就地级保护，就地化保护装置采用电缆采样和电缆跳闸模式，通过sv/goose接口接入过程层网络；保护的就地化模式减少了合并单元与智能终端的中间环节，提高了保护的可靠性和速动性。

站域级保护通过站域保护装置和网络记录分析装置实现站域级保护；站域保护装置采用网络采样和网络跳闸模式；站域级保护包括断路器失灵保护、简易母线保护、站域备自投和单重化保护配置设备的冗余保护；

广域级保护基于就地级保护和站域级保护共同完成，通过故障测距装置和馈线保护装置配合，实现at牵引供电馈线选择性跳闸。

就地化保护装置包括主变高压侧保护装置、主变低压侧保护装置、主变测控装置、馈线保护装置、电容器保护装置、所用变压器保护装置、at变压器保护装置、备自投装置和故障测距装置。

就地化保护装置设置在一次设备间隔内，主变高压侧保护设置在主变户外柜内，备自投装置和故障测距装置在主控室集中组屏；对既有变电所智能化改造工程，开关柜没有安装空间的就地化保护装置集中组屏。所有就地化保护装置均提供双光口接入过程层网络，过程层网络采用sv和goose共网模式，双网冗余架构，保证数据传输可靠性。

站域级保护具体包括以下步骤：

断路器失灵保护：当馈线、电容器和所用变压器保护跳闸失灵后，通过goose信号跳运行主变低压侧断路器，并将失灵断路器的隔离开关分闸，隔离故障；

简易母线保护：当主变低压侧保护的过流保护启动后，判断同一母线上的所有出线是否有过流启动信号，如果出线有过流启动信号则判断是出线故障，闭锁简易母线保护；如果出线没有过流启动信号则判断是母线故障，输出简易母线动作信号，跳开主变低压侧断路器；

站域备自投：接收到主变高压侧保护的进线失压或主变内部故障的goose信息，结合全所的开关位置信号，输出备自投动作逻辑备自投动作逻辑；当接收到运行进线失压信号后启动进线失压自投，当接收到主变故障信号后启动主变故障自投，自投启动后给出goose信号顺序分合闸相应开关。

冗余保护：对馈线、电容器、所用变压器、主变低压侧设备进行冗余保护，提高单重化保护的功能冗余与性能提升，提高了全站的供电可靠性。对主变高压侧保护，因采用双重化保护配置，站域保护的保护冗余不考虑主变高压侧保护。冗余保护对馈线配置过电流、电流速断、距离保护和电流增量保护，冗余保护与对应的就地化保护对应配置。当就地级保护出现异常时站域级保护作为后备保护动作。

广域保护由就地化保护装置和站域保护装置共同实施完成，同一供电臂的变电所、at所和分区所的所有层次化保护通过过程层网络和广域网络构建成一个广域保护系统；当接触网故障后由故障测距装置根据故障交流量判别上行或下行故障方向，输出故障方向的goose信号，闭锁变电所非故障方向的馈线保护tms，同时联跳at所和分区所故障方向的联络馈线断路器，实现供电臂故障时有选择性地切除故障功能。

保护智能管理单元实现变电站内保护装置的界面集中展示、配置管理、备份管理、自动切换保护定值区、保护设备在线监视与诊断，实现站域保护装置冗余保护定值的免整定、自检验。站域保护装置冗余保护定值按冗余保护对象设置，当冗余保护对象的定值修改后智能管理单元可以直接拷贝相关定值到站域保护，最大限度地减少人工操作，提高装置使用的可靠性与灵活性。保护智能管理单元根据广域保护采集的开关位置分析当前的牵引供电运行状况。

一种智能牵引变电站层次化保护系统，包括保护智能管理单元、就地级保护单元、站域级保护单元和广域级保护单元；

保护智能管理单元设置在站控层，用于控制智能牵引变电站层次化保护；

就地级保护单元基于就地化保护装置实现就地级保护，就地化保护装置采用电缆采样和电缆跳闸模式，通过sv/goose接口接入过程层网络；

站域级保护单元通过站域保护装置和网络记录分析装置实现站域级保护；站域级保护单元采用网络采样和网络跳闸模式；站域级保护单元包括断路器失灵保护模块、简易母线保护模块、站域备自投模块和单重化保护配置设备的冗余保护模块；

广域级保护单元基于就地级保护单元和站域级保护单元共同完成，通过故障测距装置和馈线保护装置配合，实现at牵引供电馈线选择性跳闸。

站域级保护单元进行站域级保护具体包括以下步骤：

断路器失灵保护：当馈线、电容器和所用变压器保护跳闸失灵后，通过goose信号跳运行主变低压侧断路器，并将失灵断路器的隔离开关分闸，隔离故障；

简易母线保护：当主变低压侧保护的过流保护启动后，判断同一母线上的所有出线是否有过流启动信号，如果出线有过流启动信号则判断是出线故障，闭锁简易母线保护；如果出线没有过流启动信号则判断是母线故障，输出简易母线动作信号，跳开主变低压侧断路器；

站域备自投：接收到主变高压侧保护的进线失压或主变内部故障的goose信息，结合全所的开关位置信号，输出备自投动作逻辑；当接收到运行进线失压信号后启动进线失压自投，当接收到主变故障信号后启动主变故障自投，自投启动后给出goose信号顺序分合闸相应开关；

冗余保护：对馈线、电容器、所用变压器、主变低压侧设备进行冗余保护；冗余保护对馈线配置过电流保护、电流速断保护、距离保护和电流增量保护，冗余保护与就地化保护对应配置；当就地级保护出现异常时站域级保护作为后备保护动作。

广域级保护单元由就地化保护装置和站域保护装置共同实施完成，同一供电臂的变电所、at所和分区所的所有层次化保护通过过程层网络和广域网络构建成一个广域保护系统；当接触网故障后由故障测距装置根据故障交流量判别上行或下行故障方向，输出故障方向的goose信号，闭锁变电所非故障方向的馈线保护tms，同时联跳at所和分区所故障方向的联络馈线断路器，实现供电臂故障时有选择性地切除故障功能。

本发明有益效果包括：

本发明公开一种智能牵引变电站层次化保护方法及系统，对智能牵引变电站的层次化保护做了全面的设计，提高了保护的可靠性和速动性，本发明具有较好的应用前景。

本方法保护采用层次化保护控制，以就地化保护为基础，站域和广域保护共同组建为新一代保护控制系统。就地化保护装置集成了合并单元及智能终端功能，简化了系统设计，过程层网络采用sv及goose共网模式；站域保护装置包括断路器失灵、简易母线、站域备自投、单重化保护的冗余保护等功能；广域保护实现at牵引供电馈线快速选择性跳闸功能；站控层配置智能保护管理单元，负责优化配置、管理保护装置的各种信息。本发明提高了保护的可靠性和速动性，有较好的应用前景。

附图说明

图1智能牵引变电站层次化保护系统构架图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，一种智能牵引变电站层次化保护方法，站控层配置保护智能管理单元，控制智能牵引变电站层次化保护，智能牵引变电站层次化保护包括就地级保护、站域级保护和广域级保护；

就地级保护基于就地化保护装置实现就地级保护，就地化保护装置采用电缆采样和电缆跳闸模式，通过sv/goose接口接入过程层网络；就地级保护的保护就地化模式减少了合并单元与智能终端的中间环节，提高了保护的可靠性和速动性。

站域级保护通过站域保护装置和网络记录分析装置实现站域级保护；站域级保护采用网络采样和网络跳闸模式；站域保护装置包括断路器失灵、站域备自投、单重化保护配置设备的冗余保护，提高了保护的可靠性；站域保护装置还包括简易母线保护，提高了保护的速动性。

广域级保护基于就地级保护和站域级保护共同完成，通过故障测距装置和馈线保护配合，实现at牵引供电馈线选择性跳闸。

站控层配置保护智能管理单元，实现就地化保护装置和站域保护装置的界面集中展示、配置管理、优化定值管理、备份管理、自动切换保护定值区和保护设备在线监视与诊断。

就地化保护装置包括主变高压侧保护装置、主变低压侧保护装置、主变测控装置、馈线保护装置、电容器保护装置、所用变压器保护装置、at变压器保护装置、备自投装置和故障测距装置。

就地化保护装置设置在一次设备间隔内，主变高压侧保护设置在主变户外柜内，备自投装置和故障测距装置在主控室集中组屏；对既有变电所智能化改造工程，开关柜没有安装空间的就地化保护装置集中组屏。所有就地化保护装置均提供双光口接入过程层网络，过程层网络采用sv和goose共网模式，双网冗余架构，保证数据传输可靠性。

站域级保护具体包括以下步骤：

断路器失灵保护：当馈线、电容器和所用变压器保护跳闸失灵后，通过goose信号跳运行主变低压侧断路器，并将失灵断路器的隔离开关分闸，隔离故障；

简易母线保护：当主变低压侧保护的过流保护启动后，判断同一母线上的所有出线是否有过流启动信号，如果出线有过流启动信号则判断是出线故障，闭锁简易母线保护；如果出线没有过流启动信号则判断是母线故障，输出简易母线动作信号，跳开主变低压侧断路器；

站域备自投：接收到主变高压侧保护的进线失压或主变内部故障的goose信息，结合全所的开关位置信号，输出备自投动作逻辑；当接收到运行进线失压信号后启动进线失压自投，当接收到主变故障信号后启动主变故障自投，自投启动后给出goose信号顺序分合闸相应开关；

冗余保护：对馈线、电容器、所用变压器、主变低压侧设备进行冗余保护，提高单重化保护的功能冗余与性能提升，提高了全站的供电可靠性。对主变高压侧保护，因采用双重化保护配置，站域保护的保护冗余不考虑主变高压侧保护。冗余保护对馈线配置过电流保护、电流速断保护、距离保护和电流增量保护，冗余保护与对应的就地化保护一一对应配置。当就地级保护出现异常时站域级保护作为后备保护动作。

广域保护由就地化保护装置和站域保护装置共同实施完成，同一供电臂的变电所、at所和分区所的所有层次化保护通过过程层网络和广域网络构建成一个广域保护系统；当接触网故障后由故障测距装置根据故障交流量判别上行或下行故障方向，输出故障方向的goose信号，闭锁变电所非故障方向的馈线保护tms(本实施例200ms，闭锁时间可设置)，同时联跳at所和分区所故障方向的联络馈线断路器，实现供电臂故障时快速且有选择性地切除故障功能。故障测距通信通道共用广域保护通信通道，节约工程投资。

保护智能管理单元，实现变电站内保护装置的界面集中展示、配置管理、备份管理、自动切换保护定值区、保护设备在线监视与诊断，也可实现站域保护装置冗余保护定值的免整定、自检验。站域保护装置冗余保护定值按冗余保护对象设置，当冗余保护对象的定值修改后智能管理单元可以直接拷贝相关定值到站域保护，最大限度地减少人工操作，提高装置使用的可靠性与灵活性。保护智能管理单元根据广域保护采集的开关位置分析当前的牵引供电运行状况，比如是否是越区供电、是否是馈线1带2模式，根据设计好的规则自动切换保护的运行定值区。

一种智能牵引变电站层次化保护系统，包括保护智能管理单元、就地级保护单元、站域级保护单元和广域级保护单元；

保护智能管理单元设置在站控层，用于控制智能牵引变电站层次化保护；

就地级保护单元基于就地化保护装置实现就地级保护，就地化保护装置采用电缆采样和电缆跳闸模式，通过sv/goose接口接入过程层网络；

站域级保护单元通过站域保护装置和网络记录分析装置实现站域级保护；站域级保护单元采用网络采样和网络跳闸模式；站域级保护单元包括断路器失灵保护模块、简易母线保护模块、站域备自投模块和单重化保护配置设备的冗余保护模块；

广域级保护单元基于就地级保护单元和站域级保护单元共同完成，通过故障测距装置和馈线保护装置配合，实现at牵引供电馈线选择性跳闸。

站域级保护单元进行站域级保护具体包括以下步骤：

断路器失灵保护：当馈线、电容器和所用变压器保护跳闸失灵后，通过goose信号跳运行主变低压侧断路器，并将失灵断路器的隔离开关分闸，隔离故障；

简易母线保护：当主变低压侧保护的过流保护启动后，判断同一母线上的所有出线是否有过流启动信号，如果出线有过流启动信号则判断是出线故障，闭锁简易母线保护；如果出线没有过流启动信号则判断是母线故障，输出简易母线动作信号，跳开主变低压侧断路器；

站域备自投：接收到主变高压侧保护的进线失压或主变内部故障的goose信息，结合全所的开关位置信号，输出备自投动作逻辑；当接收到运行进线失压信号后启动进线失压自投，当接收到主变故障信号后启动主变故障自投，自投启动后给出goose信号顺序分合闸相应开关；

冗余保护：对馈线、电容器、所用变压器、主变低压侧设备进行冗余保护；冗余保护对馈线配置过电流保护、电流速断保护、距离保护和电流增量保护，冗余保护与就地化保护一一对应配置；当就地级保护出现异常时站域级保护作为后备保护动作。

广域级保护单元由就地化保护装置和站域保护装置共同实施完成，同一供电臂的变电所、at所和分区所的所有层次化保护通过过程层网络和广域网络构建成一个广域保护系统；当接触网故障后由故障测距装置根据故障交流量判别上行或下行故障方向，输出故障方向的goose信号，闭锁变电所非故障方向的馈线保护tms，同时联跳at所和分区所故障方向的联络馈线断路器，实现供电臂故障时快速且有选择性地切除故障功能。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、cd-rom、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明方法。

以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。