陳佳

摘 要：隨著我國高速鐵路行業(yè)的不斷發(fā)展，智能牽引變電所作為高速鐵路動力提供者，彌補了牽引變電所保護裝置單一控制的缺點。本文基于智能牽引變電所的工作原理，分析了智能牽引變電所的特點，針對現(xiàn)有變電所保護裝置的不足，提出了完善智能牽引變電所集中保護的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：牽引變電所；集中保護；設(shè)計方案

中圖分類號： ：U224 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）04-173-2

0 引言

隨著鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界鐵路運營里程最長的國家。牽引變電的主要任務(wù)是為高速鐵路提供動力，隨著通訊技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，智能牽引變電開始投入到我國的高速鐵路中。為確保牽引供電系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備正常運行，就需使用變電所等二次設(shè)備協(xié)調(diào)配合。然而，目前使用的牽引變電所保護裝置均是采用一對一的方式配置，這種保護存在一定的缺陷，如何設(shè)計安全性更高的智能化牽引變電所，是我們需要進一步解決的問題。

1 智能牽引變電所集中保護原理

智能化牽引變電所集中保護是采用光纖以太網(wǎng)技術(shù)、執(zhí)行IEC61850標準，基于數(shù)值通信的一種新型變電所計算機保護，將變電所內(nèi)的所有設(shè)備信息綜合到一臺中心計算機上，形成靈活、可靠、相互協(xié)調(diào)的一種自動化保護系統(tǒng)。較傳統(tǒng)的變電所保護裝置，就有反應(yīng)速度快，可靠性高等優(yōu)點。通過對電氣元件的電流、電壓進行判斷該元件是否出現(xiàn)故障，并能根據(jù)設(shè)定的程序進行檢修、維護，完成自動化的控制過程。

2 智能牽引變電所特點

智能牽引變電所之所以被稱為智能化，主要是因為它改變了傳統(tǒng)的牽引化變電所系統(tǒng)一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的獨立性，將二者有機的結(jié)合起來。

2.1 智能化的一次設(shè)備

在智能型牽引變電所技術(shù)中，幾乎所有的一次設(shè)備（包括電壓傳感器、電流傳感器、變壓器、避雷設(shè)備以及合并單元等高壓設(shè)備）之間都是相互聯(lián)系的，組成一個完整的系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，各個設(shè)備承擔(dān)著不同的功能，通過信號采集、傳輸和處理，形成了智能性的斷路器、變壓器等，采用數(shù)值信息轉(zhuǎn)化設(shè)備，將高電壓、電流的數(shù)值信號轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)信號，并通過光纖進行數(shù)據(jù)傳遞。整個過程緊密聯(lián)系在一起，完全不需要人為參與，實現(xiàn)設(shè)備運行及信息傳遞的智能化。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

智能牽引變電所是通過網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的，并遵循標準為IEC61850通信協(xié)議，該標準系統(tǒng)性和完整性好，并具有開發(fā)性，確保了智能變電所各設(shè)備之間信息傳遞的可靠性，實現(xiàn)了設(shè)備冗余到信息冗余的轉(zhuǎn)化。IEC61850標準不再是一個簡單的通訊協(xié)議，而是一個統(tǒng)一的數(shù)字化平臺，并建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和通訊模式，完成了一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的信號傳遞，實現(xiàn)設(shè)備的互相控制和操作。

2.3 智能化的運行管理系統(tǒng)

智能變電所最主要的功能就是監(jiān)視電氣及設(shè)備的運行狀況，例如：發(fā)生電氣故障時，可以進行故障診斷分析，并及時修復(fù)；發(fā)生火災(zāi)、地震等突發(fā)情況時，可以迅速啟動相應(yīng)措施。智能化牽引變電所所具備的全方位數(shù)據(jù)分析能力，實現(xiàn)了設(shè)備運行的自動化，任何突發(fā)狀況的發(fā)生，都可以按照人為設(shè)定的程序自行處理。智能化變電所強大的數(shù)據(jù)處理能力確保了運行管理系統(tǒng)的智能化，保障了電氣設(shè)備的可靠運行。

3 智能化牽引變電所集中保護設(shè)計方案

3.1 集中保護整體設(shè)計

傳統(tǒng)的牽引變電所一般是采用單個系統(tǒng)保護的方式，這樣很難實現(xiàn)對復(fù)雜故障進行快速有效的解決。智能牽引變電所集中保護整體設(shè)計采取方案如下：一是建立保護模塊。集中保護通過接受全部合并單元發(fā)送的信息，進而對整個變電所的運行情況、出現(xiàn)故障進行分析，可以確保多個保護之間相互配合，并將集中保護分為饋線間隔和主變間隔。當(dāng)饋線保護發(fā)生故障時，可以通過饋線間隔和主變間隔組成的保護配合后備保護進行控制，從而避免對動作時限設(shè)定。二是建立后備保護模塊，通過對變電所的開關(guān)量信息和保護模塊電氣量的判斷，對失靈斷路器實施保護。

3.2 集中保護通信設(shè)計

在變電所網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計中，經(jīng)常使用的網(wǎng)絡(luò)拓撲類型分為總線型結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)以及星形結(jié)構(gòu)，其中星形拓撲架構(gòu)是選用一臺交換機為中心節(jié)點，與其它交換機連成星形結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳輸速度快、穩(wěn)定性好、可靠性高的特點。智能牽引變電所常用的集中保護通信設(shè)計方案有兩種：

一是冗余雙星形組網(wǎng)方案，采用雙星形鏈接方式，使交換機之間的鏈接也是采用星形方式進行鏈接。在設(shè)計時，變電所配置兩臺集中保護，第一臺處于運行狀態(tài)，用于變電所的保護，將另一臺設(shè)置為監(jiān)視模式，作為備用。這樣可以確保在第一臺出現(xiàn)故障時，另一臺可以及時的投入運行，承擔(dān)變電所的保護任務(wù)。這兩臺集中保護之間相互聯(lián)系、實時通信，確保集中保護的可靠性。

二是冗余雙星形組網(wǎng)方案，該方案是基于GOOSE、SMV、IEEE1588三網(wǎng)合一的模式下設(shè)計的。此種組網(wǎng)方式集中保護具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、清晰的特點，并且可以最大程度的實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，節(jié)省部分光纜投資。

3.3 集中保護硬件設(shè)計

智能化牽引變電所集中保護不僅需要接受采樣值、開關(guān)量，以及保護功能之間的相互協(xié)調(diào)，這基于性能較好的硬件設(shè)備。

3.3.1 CPU處理器

智能牽引變電所集中保護涉及多種保護功能，需要具有較高運算能力的處理器。一般來說，集中保護裝置所配置的處理器在一秒內(nèi)需要完成50.08Mbit的數(shù)據(jù)量，再加上集中保護中一些其它的需要處理的數(shù)據(jù)量。擬定集中保護采用“ALL IN ON”處理器模塊，配置一個頻率為1.4GHz的Inter 處理器，片內(nèi)集成64KB一級緩存，2MB的二級緩存，能夠滿足集中保護裝置數(shù)據(jù)的處理。

3.3.2 合并單元配置

合并單元是指對一次互感器傳輸?shù)碾姎饬窟M行合并處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給集中保護設(shè)備，用于解決互感器與二次保護設(shè)備的接口問題。以110KV的智能牽引變電所為例，合并單元配置如圖1所示，合并單元MU1配置在主變高壓側(cè)，合并單元MU2配置在主變低壓側(cè)，四條饋線分別配置合并單元MU3、MU4、MU7、MU8，用于測量電壓電流；兩個并補配置合并單元MU5、MU6；并配置兩臺變壓器合并單元備用。

3.3.3 智能單元

智能單元作為一次側(cè)的接口設(shè)備，使用電纜與一次設(shè)備進行連接，使用光纖連接保護、測控設(shè)備，將二次設(shè)備的信息通過GOOSE報文的形式傳輸給保護設(shè)備，并接受保護命令。為滿足需求，可以采用PSIU600智能終端，支持雙100M太網(wǎng)口。

3.3.4 電壓（電流）互感器

互感器的作用是采集一次設(shè)備的電氣量，擬選用CYECVT1—10N性電壓、電流互感器，采樣系統(tǒng)選用雙A/D系統(tǒng)，可滿足智能化牽引變電集中保護需求。

3.4 集中保護功能軟件設(shè)計

智能牽引變電所保護軟件可分為三個模塊，采樣模塊、保護模塊和通信模塊。任何一個模塊軟件設(shè)計是否完善都會影響變電所的集中保護，此外，各模塊軟件之間相互影響，如何設(shè)計保護軟件是確保智能牽引變電所集中保護的一個重要方面。以數(shù)據(jù)采集模塊為例，可以通過程序設(shè)計對無用的數(shù)據(jù)包進行過濾，只獲取有用數(shù)據(jù)，并存入到相應(yīng)的緩沖區(qū)內(nèi)，為確保數(shù)據(jù)傳遞過程的安全性，可設(shè)置雙緩沖區(qū)進行有用數(shù)據(jù)的存放。

4 結(jié)論

智能牽引變電所集中保護是一種新型計算機技術(shù)，彌補了牽引變電所保護程序一對一的獨立式保護，而是采用一臺中央計算機實現(xiàn)對整個變電所的保護。本文先是對智能變電所的特點進行了分析，通過智能化的運行管理系統(tǒng)，有效的將智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備聯(lián)系起來，實現(xiàn)智能化。并進一步分析了智能化牽引變電站所集中保護設(shè)計方案，包括集中保護整體設(shè)計、集中保護通訊設(shè)計、集中保護硬件設(shè)計以及集中保護功能軟件設(shè)計。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們的不斷研究，智能牽引變電所的集中保護設(shè)計將會逐漸趨于完善。

參 考 文 獻

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[2] 李鵬.基于數(shù)字化變電站的繼電保護集成研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2011.

[3] 陳力，孫嘉，牛強等.智能變電站集成一體化方案的應(yīng)用研究[J].電氣技術(shù)，2010，8（20）：89-92.