本實用新型屬于軌道交通牽引供電領域，具體涉及軌道交通牽引供電系統基于GOOSE信號的線路保護測控裝置。

背景技術：

隨著我國軌道交通的大規模建設，軌道交通牽引供電系統也蓬勃發展。在牽引供電系統中需配置大量的中壓網絡(35kV)牽引變電所、降壓所和跟隨所，各所需配置變電站自動化系統(PSCADA)以及電力變配電所自動化系統設備。所有這些設備均處于日益復雜的電磁干擾環境中，容易發生誤跳、拒跳及裝置“死機”等現象，基于此，我們采用功能強大的32位雙核DSP作為硬件平臺，設計了基于GOOSE信號的線路保護測控裝置。完善的產品工藝，高標準的電磁兼容性能，使裝置具有高度的可靠性、良好的擴展性；GOOSE信號的有效應用，裝置間的互聯互通，使得后級裝置能夠備用前級裝置、快速分離故障、實現系統重構。

技術實現要素：

本實用新型為達到上述技術目的，采取的技術方案是：基于GOOSE信號的線路保護測控裝置，測控裝置之間通過間隔層網絡或者過程層網絡以GOOSE進行信息傳遞，測控裝置采用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關量輸入輸出模塊、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三相保護電流、A、B、C三相測量電流以及零序保護電流，6路電壓分別為A、B、C三相母線電壓、母線零序電壓、線路AB相電壓以及線路BC相電壓；所述輸入裝置的數字化模擬量通過交流互感器再通過FPGA控制AD采集，由FPGA輸出給DSP處理器；所述開關量輸入插件IA和開關量輸出插件OA采用ARM微處理器實現，與DSP之間采用CAN總線進行數據交換。

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，包括：運行燈、通信燈、告警燈、跳閘、重合閘投入、重合閘動作、線路測試閉鎖、熔絲故障指示燈。

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

所述雙核DSP處理器的核1從FPGA獲得電流電壓采樣值，經過保護算法和邏輯判斷，完成保護和控制功能。主要包括：模擬量計算、保護算法和邏輯判斷、開關量輸入信號監視、開關控制命令輸出、故障數據記錄、通信以及接口等功能。

本實用新型的優點在于：裝置之間通過間隔層網絡或過程層網絡以GOOSE進行信息傳遞，裝置具有多種運行環境，可以實現環網線路和饋線線路的保護測控功能?；贕OOSE信息，裝置設置了選跳過電流保護、選跳零序過電流保護、數字化網絡閉鎖、斷路器失靈、斷路器失靈聯跳保護、通信聯跳、通信聯跳保護、速斷保護、零序速斷保護、復合電壓啟動的過流保護、零序過電流保護、加速保護、失壓保護、過負荷保護、低頻減載保護、母線聯鎖、非電量保護、過壓保護、重合閘等保護功能，提高了保護的可靠性與速動性，能快速分離故障、實現系統重構。

附圖說明

圖1是選跳過流保護原理圖。

圖2選跳零序過流保護原理圖。

圖3過流啟動GOOSE信號原理框圖。

圖4電流速斷保護。

圖5二段復合電壓啟動過電流保護。

圖6零序速斷和零序過電流保護原理框圖。

圖7加速保護原理框圖。

圖8斷路器失靈啟動GOOSE原理框圖。

圖9裝置硬件原理結構示意圖。

圖10裝置軟件主程序流程圖。

圖11裝置軟件中斷服務程序流程圖。

具體實施方式

基于GOOSE信號的線路保護測控裝置，包括微處理器模塊、開關量輸入輸出模塊、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三相保護電流、A、B、C三相測量電流以及零序保護電流，6路電壓分別為A、B、C三相母線電壓、母線零序電壓、線路AB相電壓以及線路BC相電壓。

所述選跳過電流保護為線路保護測控裝置的主保護，該保護分為站間選跳過電流保護和站內選跳過電流保護兩個元件。兩個元件都具有復合電壓啟動功能，復合電壓由低電壓及負序電壓組成，通過公式U_＝(U_ab+e^-j60U_bc)/3得到負序電壓。選跳過電流保護可分別通過控制字實現對過流保護、低電壓啟動與負序電壓啟動的投退。

當選跳過流保護滿足復合電壓啟動條件，并且A相電流大于整定值時，如果沒有收到任一訂閱裝置發出的A相啟動GOOSE信號，則認為是區內故障，保護啟動；如果收到任一訂閱裝置發出的A相啟動GOOSE信號，則認為是區外故障，閉鎖A相引起的站內選跳保護啟動，故障由其他裝置切除，保護原理如圖1所示。B、C相相同。

所述零序選跳過電流保護為線路保護測控裝置主保護，該保護分為站間零序選跳過流保護和站內選跳零序過電流保護兩個元件。當零序電流大于整定值時，如果沒有收到任一訂閱裝置發出的零序過流啟動GOOSE信號，則認為是區內故障，保護啟動；如果收到任一訂閱裝置發出的零序過流啟動GOOSE信號，則認為是區外故障，閉鎖站內選跳零序過流保護，故障由其他裝置切除。

所述數字化網絡閉鎖，當相電流大于過流啟動定值(過流啟動定值一般小于過流保護定值，大于最大負荷電流)，且斷路器未跳閘則不經延時立刻發出過流啟動GOOSE信號，啟動原理如圖3。

所述速斷保護為線路保護測控裝置主保護，通過“電流速斷”控制字實現對保護功能的投退。保護原理如圖4所示，當電流大于電流速斷電流定值，且延時達到時限定值時保護動作出口。

所述二段復合電壓啟動的過電流保護，復合電壓由低電壓及負序電壓組成，通過公式U＝(U_ab+e^-j60U_bc)/3得到負序電壓。二段復合電壓啟動的過電流保護可分別通過控制字實現對過流保護、低電壓啟動與負序電壓啟動的投退。原理框圖如圖5所示。

所述零序電流速斷及零序過電流保護，在接地系統、經小電阻接地系統或電纜出線較多的不接地系統中，接地零序電流相對較大，裝置設有零序電流速斷及零序過電流保護作為接地保護，每段保護經控制字獨立投退。當零序電流大于零序電流速斷定值或零序過電流定值，并達到其時限時保護動作出口。零序電流可以通過定值設定為裝置零序CT直接引入，也可以通過三相保護電流自產。保護原理如圖6所示：

所述加速保護，具有獨立的過流加速定值、零序過流加速定值及時間定值，保護原理如圖7所示，重合閘、手動或遙控合閘斷路器3s內線路發生故障，加速保護動作。

所述失壓保護，通過“失壓”控制字實現對保護功能的投退。為防止系統故障時，電壓降低引起失壓保護誤動，本保護設置有流閉鎖功能，當線路電流大于有流閉鎖定值，閉鎖失壓保護。失壓保護動作的條件為：

1)斷路器處于合位；

2)失壓前10s內母線有壓(母線最大線電壓大于失壓定值)；

3)線路無流；

4)母線最大線電壓小于失壓整定值。

滿足上述條件，達到失壓保護時限時失壓保護動作，并自動閉鎖重合閘。

所述過負荷保護，通過“過負荷”控制字實現對保護功能的投退。過負荷保護可以整定成定時限，也可以整定成反時限，反時限特性采用國際電工委員會規定的三個特性方程：

·一般反時限

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

·甚反時限

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

·極度反時限

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

所述低頻減載保護，通過“低頻減載”控制字實現對保護功能的投退。為防止系統故障時，電壓降低引起測頻不準而導致低頻減載誤動，本保護設置低電壓閉鎖功能，當母線最小線電壓小于低電壓閉鎖定值，閉鎖低頻減載。低頻減載的動作條件為：

1)母線最小線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。

滿足上述條件，達到低頻減載時限時低頻減載保護動作，并自動閉鎖重合閘。低頻減載保護的返回條件為：斷路器為分或頻率高于定值1Hz以上。

所述母線聯鎖功能，通過“母線聯鎖”控制字實現對保護功能的投退。該保護的電流定值及時間定值可獨立整定，通過同一條母線上的其他出線保護測控裝置發出的聯鎖信號區分是否有區外故障發生，并以此進行保護功能的閉鎖和開放，從而實現母線保護功能。母線聯鎖保護動作的條件：

1)裝置采集的電流大于電流定值；

2)無“母線聯鎖”開入信號。

滿足上述條件，且達到其時限時保護動作出口，但不啟動重合閘。母線聯鎖開入信號來源于安裝在母線出線側其它裝置發出的母聯閉鎖開出信號。

所述非電量保護，分別通過控制字實現對保護功能的投退。非電量保護的動作條件為：

1)斷路器處于合位；

2)有非電量開入信號。

滿足上述條件，非電量保護動作。非電量保護具有“重瓦斯”、“溫度II段”兩種，非電量保護不設時限，其時限可通過開入信號的消抖延時整定。

所示過壓保護，通過“過壓”控制字實現對保護功能的投退。過壓保護動作的條件為：

1)斷路器處于合位；

2)母線最大線電壓大于過壓整定值。

滿足上述條件，達到過壓時限后保護動作。

所述重合閘功能，裝置設有重合閘功能，通過裝置面板按鍵及軟壓板實現功能的投退。重合閘充電條件為：

1)開關處于合位；

2)無彈簧未儲能開入；

3)母線有壓，任一電壓大于有壓定值；

4)無控制回路異常；

5)無重合閘閉鎖開入。

滿足以上條件，達到重合閘充電時間，完成重合閘充電，“充電狀態”指示燈亮。只要有一個條件不滿足，則立刻放電。

重合閘動作條件：

1)過流類保護動作；

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；

5)重合閘投入；

6)線路無流，即線路電流與零序電流均小于0.1倍額定電流；

7)滿足重合閘檢定條件，檢定方式分不檢定、檢無壓、檢同期三類。

檢無壓條件：線路電壓均小于無壓定值。

檢同期條件：

1)線路電壓均小于無壓定值，自動滿足檢同期條件；

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

重合閘延時到后，且滿足上述任意一個條件，重合閘出口。為避免重合至永久性故障線路，裝置設置了大電流閉鎖重合閘功能，當故障電流超過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內無故障，則此次重合閘判為成功；否則，只要有任一保護元件啟動，則加速分斷路器，此次重合閘判為失敗，并發出相關信息。

所述斷路器失靈功能，通過“斷路器失靈”控制字實現投退。功能原理如圖8所示，當有保護元件動作后，線路中的相電流大于無流定值，經過延時后，發送斷路器失靈GOOSE。

所述斷路器失靈聯跳保護，通過“斷路器失靈聯跳”控制字實現對保護功能的投退。裝置通過GOOSE收到下級裝置傳送的“斷路器失靈”信號，且達到其時限后，保護動作。

所述通信聯跳功能，通過“通信聯跳”控制字實現對功能投退，通信聯跳分為站內通信聯跳和站間通信兩條兩個元件，當裝置發生選跳過流保護或選跳零序過流保護時，根據故障類型發送GOOSE聯跳信號。

所示通信聯跳保護，通過“通信聯跳”控制字實現對功能投退，裝置通過GOOSE收到連線裝置傳輸的“通信聯跳”信號，且達到其時限后，保護動作。裝置軟件由主程序與中斷服務程序兩部分組成，中斷服務程序由分頻器發出脈沖信號啟動，每1ms運行一次。