摘要：我国目前的牵引变电所主要采用综合自动化系统，自动完成变电所参数测量、数据采集、设备保护及监控等功能。但传统综自系统存在设备之间互操作性差、二次设备间的信息难以共享、施工周期长、施工费用高等缺点。IEC61850规约和高速以太网、在线监测技术的发展，为数字化智能变电所的建设提供了技术支撑，数字化智能变电所是未来牵引变电所发展方向，是铁路智能化的重要组成部分。文章主要针对智能牵引变电所五防系统设计方面进行分析，希望能给相关人士提供参考价值。
关键词：智能牵引变电所；IEC61850；防误闭锁；GOOSE；五防
1.智能牵引变电所结构设计
1.1过程层智能化设计
传统牵引变电所的一次设备与二次设备通过电缆连接。牵引变电所过程层的智能化可通过2种方式实现：一种是采用全智能一次设备；另一种是对传统一次设备进行改造，采用“一次设备本体+智能组件”的方式，使一次设备具有数字化接口，与保护测控装置之间采用光缆通信。一次设备智能组件主要包括牵引变压器智能组件、电流电压互感器合并单元以及断路器等电动开关设备智能单元等。过程层包括变压器、隔离开关、互感器、接地刀闸、本体组件、合并单元、智能终端、合并智能终端、电压MU（合并智能单元）等设备。高压侧采用电子式互感器，低压侧采用常规27.5kV电磁式互感器和智能组件完成数字化接口功能；本体组件用于牵引变压器的本体电气量采集和控制；合并智能单元用于27.5kV侧馈线电压、电流采集以及断路器、电动隔离开关的接入和控制；电压MU用于采集母线电压，并通过发送FT3到其他合并智能单元实现电压共享；合并单元用于接入牵引变压器高压侧电流和电压；智能单元主要用于牵引变压器高压侧断路器、电动隔离开关、电动接地刀闸等开关的控制。智能单元完成对断路器的控制，同时采集开关开入量。其中DSP负责GOOSE通信，智能开入插件采集断路器、刀闸等一次设备的开关信息，然后通过DSP发送给保护测控装置，保护测控装置通过GOOSE发送分合闸命令给智能开出插件驱动相应的出口继电器。
图一：过程层设备智能化连接
1.2间隔层设计
间隔层主要完成变电所的保护、测量、控制和自动化功能，按照间隔布置，主要由主变保护测控装置、馈线保护测控装置、并补保护装置、故障测控装置以及视频监控系统等组成。过程层网络连接智能一次设备和保护测控装置，传输采样值（SV）、GOOSE等信息。过程层电子式互感器或合并智能单元发送符合IEC61850-9-2的采样值，间隔层保护测控装置接收采样值（SV）用于保护和测量，保护采用“直采直跳”模式，通过GOOSE发送分合闸命令。间隔层网络采用光纤双环自愈网，支持过程层点对点方式和网络方式，支持光纤双环自愈网络和双星形网络。其中光纤环网具有自愈功能，平时主环工作，备环处于备份状态，当环上某处发生故障时，其相邻节点的主环、备环自动环回，使通信网络仍保持畅通，故障点恢复后，备环回到备份状态，极大地提高了光纤通信的可靠性。
2.智能牵引变电所五防系统设计分析
2.1站控层防误
牵引变电所内通过监控主机或独立五防主机完成站控层防误。在线式五防系统将防误闭锁模块嵌入后台监控系统，共用一套实时数据库，通过站控层网络实时采集全站间隔层IED设备上送的信息以及智能五防锁具采集的地线桩、网门闭锁信息，进行防误逻辑运算，并与数据库中储存的五防闭锁逻辑进行比对。站控层防误闭锁范围覆盖隔离开关、接地刀闸、网门和临时接地线等设备，实现站控层的全面防误闭锁。监控主机具备基本的权限管理功能，可以灵活地修改运行人员、检修人员等的操作权限；可以退出防误闭锁功能、编辑操作票、编辑防误闭锁规则等。操作票预演时可以进行防误闭锁规则校验，如不满足校验要求，系统终止操作并给出报警。站控层防误采用基于“主接线+知识库+推理机”的方法，完成防误闭锁逻辑的推理判断。
2.2间隔层防误
间隔层主要由间隔层测控装置实现本间隔的闭锁和相关间隔的联锁。间隔层装置储存本层的防误闭锁逻辑，通过实时采集设备状态信息、电压/电流模拟量信号，经高速以太网应用GOOSE协议接收其他间隔的信号及向其他间隔发送信号，进行设备的防误逻辑判断。当出现GOOSE断链、信号状态不确定等情况时，防误判断校验将无法通过。间隔层五防主要通过逻辑表达式编辑器编辑闭锁逻辑，并将闭锁逻辑生成XML文件，下载到相关间隔保护测控装置的CPU内。由工具软件配置好判断闭锁所需模拟量和状态量信息的SCD文件，并导入到CPU内，共同实现间隔层的防误闭锁功能[1]。
2.3实验验证
鉴于实际条件，利用模拟试验仪器搭建试验平台，采用模拟断路器模拟实际断路器、隔离开关、刀闸等设备，采用数字化继保仪给出来自电压互感器和电流互感器的电压和电流等模拟量。以隔离开关2111为例，针对其分合闭锁逻辑，通过闭锁逻辑表达式编辑器编辑其闭锁逻辑生成的闭锁XML文件，如图2所示，“1”表示分闸，“2”表示合闸。
图2，隔离开关2111闭锁XML文件：
当211断路器处于合位时，点击2111对其执行模拟分闸操作，系统依据内部存储的五防闭锁规则对该步操作进行判断，提示该操作不符合五防规则，拒绝执行该操作[2]。
结论：
简而言之，防误闭锁系统是变电所防止误操作的重要保证。传统牵引变电所主要依靠电气闭锁结合电压继电器等防止隔离开关和电动接地刀闸的误操作，存在信息共享困难和设备间互操作不便等问题。本文依据智能牵引变电所的组网结构设计，提出智能牵引变电所基于站控层、过程层、间隔层的防误闭锁构架[3]。
参考文献：
[1]闫志刚.基于监控五防一体化防误操作方案的研究与实现[D].华北电力大学，2017.
[2]李享.智能牵引变电所设计方案研究[D].西南交通大学，2017.
[3]张世琦.变电站微机防误闭锁逻辑标准化应用研究[D].华北电力大学，2016.
论文作者:杨利,刘扬,林影
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
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