本實(shí)用新型屬于軌道交通牽引供電領(lǐng)域，具體涉及軌道交通牽引供電系統(tǒng)基于GOOSE信號(hào)的線(xiàn)路保護(hù)測(cè)控裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)軌道交通的大規(guī)模建設(shè)，軌道交通牽引供電系統(tǒng)也蓬勃發(fā)展。在牽引供電系統(tǒng)中需配置大量的中壓網(wǎng)絡(luò)(35kV)牽引變電所、降壓所和跟隨所，各所需配置變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(PSCADA)以及電力變配電所自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備。所有這些設(shè)備均處于日益復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境中，容易發(fā)生誤跳、拒跳及裝置“死機(jī)”等現(xiàn)象，基于此，我們采用功能強(qiáng)大的32位雙核DSP作為硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了基于GOOSE信號(hào)的線(xiàn)路保護(hù)測(cè)控裝置。完善的產(chǎn)品工藝，高標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容性能，使裝置具有高度的可靠性、良好的擴(kuò)展性；GOOSE信號(hào)的有效應(yīng)用，裝置間的互聯(lián)互通，使得后級(jí)裝置能夠備用前級(jí)裝置、快速分離故障、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為達(dá)到上述技術(shù)目的，采取的技術(shù)方案是：基于GOOSE信號(hào)的線(xiàn)路保護(hù)測(cè)控裝置，測(cè)控裝置之間通過(guò)間隔層網(wǎng)絡(luò)或者過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)以GOOSE進(jìn)行信息傳遞，測(cè)控裝置采用32位雙核DSP作為裝置的微處理器，與微處理器連接的外圍模塊有開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊、電源模塊、通信接口模塊，其特征在于：輸入裝置提供7路電流和6路電壓輸入通道，7路電流分別為A、B、C三相保護(hù)電流、A、B、C三相測(cè)量電流以及零序保護(hù)電流，6路電壓分別為A、B、C三相母線(xiàn)電壓、母線(xiàn)零序電壓、線(xiàn)路AB相電壓以及線(xiàn)路BC相電壓；所述輸入裝置的數(shù)字化模擬量通過(guò)交流互感器再通過(guò)FPGA控制AD采集，由FPGA輸出給DSP處理器；所述開(kāi)關(guān)量輸入插件IA和開(kāi)關(guān)量輸出插件OA采用ARM微處理器實(shí)現(xiàn)，與DSP之間采用CAN總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

裝置面板由按鍵、LED指示燈和LCD組成，LED指示燈反映裝置的工作狀態(tài)，包括：運(yùn)行燈、通信燈、告警燈、跳閘、重合閘投入、重合閘動(dòng)作、線(xiàn)路測(cè)試閉鎖、熔絲故障指示燈。

所述的通信接口模塊支持雙以太網(wǎng)接口、電接口、光纖接口方式或IEC60870-5-103、IEC61850的通信規(guī)約。

所述雙核DSP處理器的核1從FPGA獲得電流電壓采樣值，經(jīng)過(guò)保護(hù)算法和邏輯判斷，完成保護(hù)和控制功能。主要包括：模擬量計(jì)算、保護(hù)算法和邏輯判斷、開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)監(jiān)視、開(kāi)關(guān)控制命令輸出、故障數(shù)據(jù)記錄、通信以及接口等功能。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：裝置之間通過(guò)間隔層網(wǎng)絡(luò)或過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)以GOOSE進(jìn)行信息傳遞，裝置具有多種運(yùn)行環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路和饋線(xiàn)線(xiàn)路的保護(hù)測(cè)控功能?；贕OOSE信息，裝置設(shè)置了選跳過(guò)電流保護(hù)、選跳零序過(guò)電流保護(hù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)閉鎖、斷路器失靈、斷路器失靈聯(lián)跳保護(hù)、通信聯(lián)跳、通信聯(lián)跳保護(hù)、速斷保護(hù)、零序速斷保護(hù)、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)電流保護(hù)、加速保護(hù)、失壓保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、低頻減載保護(hù)、母線(xiàn)聯(lián)鎖、非電量保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、重合閘等保護(hù)功能，提高了保護(hù)的可靠性與速動(dòng)性，能快速分離故障、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1是選跳過(guò)流保護(hù)原理圖。

圖2選跳零序過(guò)流保護(hù)原理圖。

圖3過(guò)流啟動(dòng)GOOSE信號(hào)原理框圖。

圖4電流速斷保護(hù)。

圖5二段復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)。

圖6零序速斷和零序過(guò)電流保護(hù)原理框圖。

圖7加速保護(hù)原理框圖。

圖8斷路器失靈啟動(dòng)GOOSE原理框圖。

圖9裝置硬件原理結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10裝置軟件主程序流程圖。

圖11裝置軟件中斷服務(wù)程序流程圖。

具體實(shí)施方式

基于GOOSE信號(hào)的線(xiàn)路保護(hù)測(cè)控裝置，包括微處理器模塊、開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊、電源模塊、裝置面板、通信接口模塊，輸入裝置提供7路電流和6路電壓輸入通道，7路電流分別為A、B、C三相保護(hù)電流、A、B、C三相測(cè)量電流以及零序保護(hù)電流，6路電壓分別為A、B、C三相母線(xiàn)電壓、母線(xiàn)零序電壓、線(xiàn)路AB相電壓以及線(xiàn)路BC相電壓。

所述選跳過(guò)電流保護(hù)為線(xiàn)路保護(hù)測(cè)控裝置的主保護(hù)，該保護(hù)分為站間選跳過(guò)電流保護(hù)和站內(nèi)選跳過(guò)電流保護(hù)兩個(gè)元件。兩個(gè)元件都具有復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)功能，復(fù)合電壓由低電壓及負(fù)序電壓組成，通過(guò)公式U_＝(U_ab+e^-j60U_bc)/3得到負(fù)序電壓。選跳過(guò)電流保護(hù)可分別通過(guò)控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)流保護(hù)、低電壓?jiǎn)?dòng)與負(fù)序電壓?jiǎn)?dòng)的投退。

當(dāng)選跳過(guò)流保護(hù)滿(mǎn)足復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)條件，并且A相電流大于整定值時(shí)，如果沒(méi)有收到任一訂閱裝置發(fā)出的A相啟動(dòng)GOOSE信號(hào)，則認(rèn)為是區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)啟動(dòng)；如果收到任一訂閱裝置發(fā)出的A相啟動(dòng)GOOSE信號(hào)，則認(rèn)為是區(qū)外故障，閉鎖A相引起的站內(nèi)選跳保護(hù)啟動(dòng)，故障由其他裝置切除，保護(hù)原理如圖1所示。B、C相相同。

所述零序選跳過(guò)電流保護(hù)為線(xiàn)路保護(hù)測(cè)控裝置主保護(hù)，該保護(hù)分為站間零序選跳過(guò)流保護(hù)和站內(nèi)選跳零序過(guò)電流保護(hù)兩個(gè)元件。當(dāng)零序電流大于整定值時(shí)，如果沒(méi)有收到任一訂閱裝置發(fā)出的零序過(guò)流啟動(dòng)GOOSE信號(hào)，則認(rèn)為是區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)啟動(dòng)；如果收到任一訂閱裝置發(fā)出的零序過(guò)流啟動(dòng)GOOSE信號(hào)，則認(rèn)為是區(qū)外故障，閉鎖站內(nèi)選跳零序過(guò)流保護(hù)，故障由其他裝置切除。

所述數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)閉鎖，當(dāng)相電流大于過(guò)流啟動(dòng)定值(過(guò)流啟動(dòng)定值一般小于過(guò)流保護(hù)定值，大于最大負(fù)荷電流)，且斷路器未跳閘則不經(jīng)延時(shí)立刻發(fā)出過(guò)流啟動(dòng)GOOSE信號(hào)，啟動(dòng)原理如圖3。

所述速斷保護(hù)為線(xiàn)路保護(hù)測(cè)控裝置主保護(hù)，通過(guò)“電流速斷”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的投退。保護(hù)原理如圖4所示，當(dāng)電流大于電流速斷電流定值，且延時(shí)達(dá)到時(shí)限定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作出口。

所述二段復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，復(fù)合電壓由低電壓及負(fù)序電壓組成，通過(guò)公式U＝(U_ab+e^-j60U_bc)/3得到負(fù)序電壓。二段復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)可分別通過(guò)控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)流保護(hù)、低電壓?jiǎn)?dòng)與負(fù)序電壓?jiǎn)?dòng)的投退。原理框圖如圖5所示。

所述零序電流速斷及零序過(guò)電流保護(hù)，在接地系統(tǒng)、經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)或電纜出線(xiàn)較多的不接地系統(tǒng)中，接地零序電流相對(duì)較大，裝置設(shè)有零序電流速斷及零序過(guò)電流保護(hù)作為接地保護(hù)，每段保護(hù)經(jīng)控制字獨(dú)立投退。當(dāng)零序電流大于零序電流速斷定值或零序過(guò)電流定值，并達(dá)到其時(shí)限時(shí)保護(hù)動(dòng)作出口。零序電流可以通過(guò)定值設(shè)定為裝置零序CT直接引入，也可以通過(guò)三相保護(hù)電流自產(chǎn)。保護(hù)原理如圖6所示：

所述加速保護(hù)，具有獨(dú)立的過(guò)流加速定值、零序過(guò)流加速定值及時(shí)間定值，保護(hù)原理如圖7所示，重合閘、手動(dòng)或遙控合閘斷路器3s內(nèi)線(xiàn)路發(fā)生故障，加速保護(hù)動(dòng)作。

所述失壓保護(hù)，通過(guò)“失壓”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的投退。為防止系統(tǒng)故障時(shí)，電壓降低引起失壓保護(hù)誤動(dòng)，本保護(hù)設(shè)置有流閉鎖功能，當(dāng)線(xiàn)路電流大于有流閉鎖定值，閉鎖失壓保護(hù)。失壓保護(hù)動(dòng)作的條件為：

1)斷路器處于合位；

2)失壓前10s內(nèi)母線(xiàn)有壓(母線(xiàn)最大線(xiàn)電壓大于失壓定值)；

3)線(xiàn)路無(wú)流；

4)母線(xiàn)最大線(xiàn)電壓小于失壓整定值。

滿(mǎn)足上述條件，達(dá)到失壓保護(hù)時(shí)限時(shí)失壓保護(hù)動(dòng)作，并自動(dòng)閉鎖重合閘。

所述過(guò)負(fù)荷保護(hù)，通過(guò)“過(guò)負(fù)荷”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的投退。過(guò)負(fù)荷保護(hù)可以整定成定時(shí)限，也可以整定成反時(shí)限，反時(shí)限特性采用國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的三個(gè)特性方程：

·一般反時(shí)限

$t=\frac{0.14}{{\left(\frac{I}{I_{set}}\right)}^{0.02}-1}\×T_{set}$

·甚反時(shí)限

$t=\frac{13.5}{\frac{I}{I_{set}}-1}\×T_{set}$

·極度反時(shí)限

$t=\frac{80}{{\left(\frac{I}{I_{set}}\right)}^2-1}\×T_{set}$

所述低頻減載保護(hù)，通過(guò)“低頻減載”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的投退。為防止系統(tǒng)故障時(shí)，電壓降低引起測(cè)頻不準(zhǔn)而導(dǎo)致低頻減載誤動(dòng)，本保護(hù)設(shè)置低電壓閉鎖功能，當(dāng)母線(xiàn)最小線(xiàn)電壓小于低電壓閉鎖定值，閉鎖低頻減載。低頻減載的動(dòng)作條件為：

1)母線(xiàn)最小線(xiàn)電壓大于低電壓閉鎖定值；

2)斷路器處于合位；

3)Ua相電壓的頻率低于頻率定值。

滿(mǎn)足上述條件，達(dá)到低頻減載時(shí)限時(shí)低頻減載保護(hù)動(dòng)作，并自動(dòng)閉鎖重合閘。低頻減載保護(hù)的返回條件為：斷路器為分或頻率高于定值1Hz以上。

所述母線(xiàn)聯(lián)鎖功能，通過(guò)“母線(xiàn)聯(lián)鎖”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的投退。該保護(hù)的電流定值及時(shí)間定值可獨(dú)立整定，通過(guò)同一條母線(xiàn)上的其他出線(xiàn)保護(hù)測(cè)控裝置發(fā)出的聯(lián)鎖信號(hào)區(qū)分是否有區(qū)外故障發(fā)生，并以此進(jìn)行保護(hù)功能的閉鎖和開(kāi)放，從而實(shí)現(xiàn)母線(xiàn)保護(hù)功能。母線(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作的條件：

1)裝置采集的電流大于電流定值；

2)無(wú)“母線(xiàn)聯(lián)鎖”開(kāi)入信號(hào)。

滿(mǎn)足上述條件，且達(dá)到其時(shí)限時(shí)保護(hù)動(dòng)作出口，但不啟動(dòng)重合閘。母線(xiàn)聯(lián)鎖開(kāi)入信號(hào)來(lái)源于安裝在母線(xiàn)出線(xiàn)側(cè)其它裝置發(fā)出的母聯(lián)閉鎖開(kāi)出信號(hào)。

所述非電量保護(hù)，分別通過(guò)控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的投退。非電量保護(hù)的動(dòng)作條件為：

1)斷路器處于合位；

2)有非電量開(kāi)入信號(hào)。

滿(mǎn)足上述條件，非電量保護(hù)動(dòng)作。非電量保護(hù)具有“重瓦斯”、“溫度II段”兩種，非電量保護(hù)不設(shè)時(shí)限，其時(shí)限可通過(guò)開(kāi)入信號(hào)的消抖延時(shí)整定。

所示過(guò)壓保護(hù)，通過(guò)“過(guò)壓”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的投退。過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作的條件為：

1)斷路器處于合位；

2)母線(xiàn)最大線(xiàn)電壓大于過(guò)壓整定值。

滿(mǎn)足上述條件，達(dá)到過(guò)壓時(shí)限后保護(hù)動(dòng)作。

所述重合閘功能，裝置設(shè)有重合閘功能，通過(guò)裝置面板按鍵及軟壓板實(shí)現(xiàn)功能的投退。重合閘充電條件為：

1)開(kāi)關(guān)處于合位；

2)無(wú)彈簧未儲(chǔ)能開(kāi)入；

3)母線(xiàn)有壓，任一電壓大于有壓定值；

4)無(wú)控制回路異常；

5)無(wú)重合閘閉鎖開(kāi)入。

滿(mǎn)足以上條件，達(dá)到重合閘充電時(shí)間，完成重合閘充電，“充電狀態(tài)”指示燈亮。只要有一個(gè)條件不滿(mǎn)足，則立刻放電。

重合閘動(dòng)作條件：

1)過(guò)流類(lèi)保護(hù)動(dòng)作；

2)故障電流小于重合閘大電流閉鎖定值；

3)故障零序電流小于重合閘零序大電流閉鎖定值；

4)故障前處于充電狀態(tài)；

5)重合閘投入；

6)線(xiàn)路無(wú)流，即線(xiàn)路電流與零序電流均小于0.1倍額定電流；

7)滿(mǎn)足重合閘檢定條件，檢定方式分不檢定、檢無(wú)壓、檢同期三類(lèi)。

檢無(wú)壓條件：線(xiàn)路電壓均小于無(wú)壓定值。

檢同期條件：

1)線(xiàn)路電壓均小于無(wú)壓定值，自動(dòng)滿(mǎn)足檢同期條件；

2)線(xiàn)路電壓UAB與母線(xiàn)電壓Uab均大于有壓值，兩者之間的電壓差與角度差均小于定值。

重合閘延時(shí)到后，且滿(mǎn)足上述任意一個(gè)條件，重合閘出口。為避免重合至永久性故障線(xiàn)路，裝置設(shè)置了大電流閉鎖重合閘功能，當(dāng)故障電流超過(guò)重合閘大電流閉鎖定值或故障零序電流大于重合閘零序大電流閉鎖定值，閉鎖重合閘。

重合后如3s內(nèi)無(wú)故障，則此次重合閘判為成功；否則，只要有任一保護(hù)元件啟動(dòng)，則加速分?jǐn)嗦菲?，此次重合閘判為失敗，并發(fā)出相關(guān)信息。

所述斷路器失靈功能，通過(guò)“斷路器失靈”控制字實(shí)現(xiàn)投退。功能原理如圖8所示，當(dāng)有保護(hù)元件動(dòng)作后，線(xiàn)路中的相電流大于無(wú)流定值，經(jīng)過(guò)延時(shí)后，發(fā)送斷路器失靈GOOSE。

所述斷路器失靈聯(lián)跳保護(hù)，通過(guò)“斷路器失靈聯(lián)跳”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的投退。裝置通過(guò)GOOSE收到下級(jí)裝置傳送的“斷路器失靈”信號(hào)，且達(dá)到其時(shí)限后，保護(hù)動(dòng)作。

所述通信聯(lián)跳功能，通過(guò)“通信聯(lián)跳”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)功能投退，通信聯(lián)跳分為站內(nèi)通信聯(lián)跳和站間通信兩條兩個(gè)元件，當(dāng)裝置發(fā)生選跳過(guò)流保護(hù)或選跳零序過(guò)流保護(hù)時(shí)，根據(jù)故障類(lèi)型發(fā)送GOOSE聯(lián)跳信號(hào)。

所示通信聯(lián)跳保護(hù)，通過(guò)“通信聯(lián)跳”控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)功能投退，裝置通過(guò)GOOSE收到連線(xiàn)裝置傳輸?shù)摹巴ㄐ怕?lián)跳”信號(hào)，且達(dá)到其時(shí)限后，保護(hù)動(dòng)作。裝置軟件由主程序與中斷服務(wù)程序兩部分組成，中斷服務(wù)程序由分頻器發(fā)出脈沖信號(hào)啟動(dòng)，每1ms運(yùn)行一次。