地铁供电继电保护网络化技术研究

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：在不断改进和完善计算机技术和通信技术的基础上，社会生活的各个方面都将涉及网络技术的研究与应用，如交通行业、工业制造业等。如今，数据交换和共享已不依赖于地理因素的制约，过去独立和未连接的电力保护继电器装置的状态，将逐渐转变为单个互连系统。根据这一前提，通信技术和网络技术在各行各业都取得了突破性进展，同时为铁路运输供电系统的发展也做出了贡献。文章简述了继电保护和轨道交通的概念，然后展示了全面实现继电保护网络通信功能的可能性，最后讨论了地铁供电继电保护的网络化发展方向。
　　关键词：地铁供电;继电保护;网络化技术
　　中图分类号：U231.8        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）11-0152-02
　　Abstract： On the basis of constantly improving and perfecting computer technology and communication technology， all aspects of social life will involve the research and application of network technology， such as transportation industry， industrial manufacturing industry and so on. Today， data exchange and sharing are no longer dependent on geographical constraints， and the state of independent and unconnected power protection relays in the past will gradually transform into a single interconnection system. According to this premise， communication technology and network technology have made breakthrough progress in various industries， at the same time， they have also contributed to the development of railway transportation power supply system. This paper briefly introduces the concepts of relay protection and rail transit， then shows the possibility of realizing the communication function of relay protection network in an all-round way， and finally discusses the network development direction of subway power supply relay protection.
　　Keywords： subway power supply; relay protection; network technology
　　1 概述
　　我国改革开放已经历了40个年头，社会经济不断进步不断深化和改革，基础建设中的轨道交通建设也获得了巨大的成就。目前在我国，轨道交通运输中常用的继电保护装置处于独联的状态，高电压侧差动速断保护、过流保护和零序保护，这些传统的保护措施使得继电保护装置之间通信较难实现，尤其对于电力调度来讲，需要确保系统供电的电能质量、使负荷分配符合规定的标准并满足用电部门要求，使供电系统安全、优质、经济运行。在此形式判断的基础上，本文主要讨论了供电继电保护网络化的技术。
　　2 轨道交通和继电保护网络化
　　2.1 轨道交通简述
　　轨道交通是车辆在固定导轨上运行的交通系统。交通系统中最具代表意义的主要是铁路系统，即轨道运输系统，由传统列车和标准铁路所构成。轨道交通有其先天的优势，例如：装载量大、速度快、频次高的优点，然而轨道交通运输也有技术要求高，而且其建设和维护成本也很高等特点。城市内部轨道交通的供电方式主要分为轨道供电和接触供电两种模式，以及两种系统同时存在同时使用，即同一线路中同时存在两个供电系统。第三轨道电源，也称为供电轨，是指安装在城市轨道（地铁、轻轨等）旁边的单轨，单独用来供电的一条轨道，其横截面形状类似于“工”字，但体积小并且把直流电用作推力。
　　2.2 继电保护网络系统构成
　　2.2.1 继电保护网络系统架构
　　作为电力调度，要确保供电设备运行及供电方式调整的稳定性，选择何种继电保护方式变得非常重要，进行合理正确的继电保护整定计算以及接线图的拟定，可以提高地铁安全运行和供电的稳定性，而且可以降低供电系统事故发生频率。从现有网络架构的角度看，中继保护信息网络系统从上到下来看，整个网络保护系统可分为网省级、省市级和市级主干网络三级主站保护和变电站保护系统。第一，变电站系统中的微机保护装置，如线路保护，断路器保护和变压器保护，通过变电站保护网络连接到主站保护控制系统，并向被监控设备发送实时控制;第二，保护管理机器通过网络命令执行各种保护功能，将变电站信息实时传输到主站网络增强保护，并连接到其他变电站。变电站保护系统的结构可分为三个层次：主站系统（即变电站保护系统），变电站系统和保护装置。保护装置的功能是就地整定并执行保护动作。变电站系统位于调度辖区内各级的变电站内，主要功能是收集、控制和传输有关站点智能设备操作和配置的信息。根据变电站中每个保护装置的检测信息和变电站中断路器和隔离开关的状态，实现变电站整定，并将信息实时发送到主站。主站系统位于调度侧，主要负责其管辖范围内的变电站的持续维护。根据所有变电站的上传信息，判定系統的当前状态，实现集中保护设置，并与上层主站交换信息。几个变电站的中央控制中心对主站是开放的，并在其管辖范围内为变电站提供服务。 　　2.2.2 继电保护网络系统网络连接方式
　　光纤通道通常用于受中继保护的传输通道，包括专用光纤和多路光纤。短距离传输信道通常使用具有更高可靠性的专用光纤，并且长距离传输信道通常使用多路复用光纤。电力通信网络广泛使用具有同步数字系列（SDH）的光纤自愈环网络，通常是指使用分插复用器（Add-Drop Multiplexer）形成环网以恢复其自身性能的保护方法。复用段的双纤双向交换环和复用段的四纤双向交换环更适合用于继电保护。例如，某地供电局网络通信的情况主要是实现主网与622Mbps骨干光纤网络的连接;变电站220千伏，110千伏（中央控制中心）和主站、变电站通过区域光纤通信网络接受2Mbps数据链路连接，形成基于光纤+ SDH+IP（互联网协议）的时间表数据网络。关于中继保护失败的信息系统信息通过网络接口2M/10M传输和发送。大多数制造商现在可以使用带宽为2M的接口生产用于继电保护的设备，而新的变电站和发电站通常使用2M带宽接口，并具有2M接口的继电保护设备。带宽为100Mbps的高速以太网可用于上游主站之间的通信，国际标准网络通信协议用于为系统提供高速网络连接。特别地，变电站的内部网络可以用于形成用于站内通信的骨干网络，以便实现不同设备之间的信息交换。
　　3 地铁继电保护全面实现网络化通信功能的可行性
　　3.1 IEC61850 通信技术标准
　　IEC61850标准是电网自动化领域唯一的全球通用标准，通过标准实现智能变电站工程标准化。在成功开发IEC61850通信技术的基础上，实现了电力系统的标准模型的创建，创建了单一标准的信息模型和变电站自动化系统信息交换模型。标准化主要体现在以下几个方面：（1）确保智能电子设备IED（Intelligent Electronic Device）的兼容性，使用对象模型、抽象通信服务接口和自组织设备规范，能够使变电站自动化功能来适应于标准化语法和语义，同时仍然确保功能独立于实际的网络协议，确保智能设备无障碍地运行;（2）实现了为变电站交换信息的目标，实现了一次设备和二次设备的统一模型，并应用全球统一的标准资源，以确保变电站和电台之间的通信;（3）使系统维护、配置和技术实现更加便捷，基于可扩展标记语言（XML，Extensible Markup Language）的变电站配置语言可以应用于设备功能、系统配置和网络连接，以执行描述、存档和切换功能。
　　3.2 基于IEC61850的GOOSE网络技术
　　面向通用对象的变电站事件GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）是IEC 61850标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的机制。随着GOOSE网络技术的发展和完善，实现了继电保护的数字保护。通常用于过程层和隔离层之间的水平通信过程，确保多个智能电子设备之间的信息传输，包括传输断路器跳、合闸信号（命令）。基于GOOSE网络的信息转移，它取代了过去的传统的接线方式，在开关位置、阻塞信号等之间提供稳定的实时信息传输。根据生产厂家实地测试和技术测试，可以减少变电站UED设备之间的数据交换速度，使其达到50毫秒以内，就可以满足继电保护的时间限制的要求。GOOSE消息主要用于以广播形式进行的报告或广播，并且关于公共子站中的事件信息被同步地发送到多个物理设备。使用此机制可确保系统中快速稳定的数据传输。优先级技术，由于GOOSE消息的优先级相对较高，因此在交换机中引入了多级队列。在这种情况下，设备节点的数量相对较大，如果多个设备必须接收GOOSE消息，则可能导致广播在网段内大量复制，传播数据帧，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪的情况。使用虚拟局域网VLAN（Virtual Local Area Network）技术有效地解决了这个问题。实际上，上述设备被划分为本地网络，并且從每个消息布置标识符。连接网络之后，通信系统中完成信息交换功能的设备将评估其所属的VLAN，并使用快速生成技术引入数据结构，从而快速搭建“送出-收到”最短路径，同时也有自我修复的能力。
　　3.3 EC61850 变电站信息分层结构
　　电力系统自动化在逻辑结构上可分为“过程层”、“间隔层”、“站控层”这三个层次，与EC61850相关的信息的层次结构主要体现在以下几个方面：（1）“过程层”和“间隔层”之间的信息交换;（2）“间隔层”内部之间的信息交换、数据交换，“间隔层”和相应变电站之间的数据连接;（3）变电站各种通信设备之间的信息交换。目前，国内外的继电保护装置之间的通信技术已经得到了广泛的使用，但通常它们位于具有相同电压电平的保护装置之间， 整体供电继电保护通信技术仍处于起步阶段，许多问题仍有待解决。具体特点如下：（1）地铁中功率继电保护装置的通信技术标准不尽相同;（2）地铁电源中继电保护装置之间的连接仍有很大的局限性，无法有效实现所有保护装置之间的无缝连接;（3）地铁供电继电器电源单元之间交换数据的能力仍然不足，需要继续改进这一功能;（4）在地铁行进地区，35kV交流侧继电器保护与1500V（750V）流量侧继电器保护之间仍然存在两者界限分明的情况，尚且没有网络连接两者之间。针对地铁供电继电保护网络化的发展方向，需要拓展GOOSE网络技术的继电保护功能，基于IEC61850标准，使其能够达到以下水平：（1）可以采用动态交换数据，以代替保护装置数据;（2）有助于实现输入线路和纯粹由电源母线分配出去的配电线路的保护功能;（3）可以有助于直流电流的输入线路和直流侧馈线保护网络化功能的实现。
　　4 结束语
　　总的来说，由于科学技术的不断发展和完善，网络技术在继电保护中的应用越来越受到重视。在这种情况下，保证了地铁电源继电保护装置的功能，有助于提高地铁电力调度对供电设备管理的稳定性和可靠性。
　　参考文献：
　　[1]陈小立.地铁供电系统的可靠性与安全性分析[J].自动化应用，2018（06）：145-146+148.
　　[2]陈惠用.地铁供电继电保护网络化技术探讨[J].通讯世界，2018
　　（01）：220-221.
　　[3]闫石.地铁供电系统继电保护整定配合研究[J].科技创新与应用，2013（19）：159.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14870475.htm