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摘要：针对城轨35kV系统传统保护不能同时满足选择性与速动性的问题，本文对基于GOOSE通信的线路保护在城轨供电系统的应用进行了研究，GOOSE通信以快速的以太网组播报文传输为基础，提高了不同保护装置间信息交互的时效性，基于GOOSE通信的线路保护能准确快速的判别故障区域，可靠动作切除故障，较传统保护有效提高了保护装置动作的速动性与选择性，有利于地铁供电系统的安全稳定运行。
关键词：GOOSE通信；线路保护；城轨供电系统
1前言
城市轨道交通对供电可靠性具有极高的要求，其中压牵引供电系统多采用环网的供电方式。由于城轨供电系统线路较短，短路电流无法准确界定，传统过流保护只能通过严格的级差配合实现继电保护的选择性，但外部电源对保护速动性要求较高，当环串变电所数量较多时，级差配合难以实现，导致传统保护不能同时满足选择性与速动性的要求。GOOSE通信代替了传统的智能电子设备IED之间的硬接线的通信方式，为逻辑节点间的通信提供了快速且高效可靠的方法，基于GOOSE通信的线路保护能实现各线路保护装置间信息的快速交互，实现不同线路保护装置间的配合，能有效提高城轨供电系统线路保护的选择性与速动性。
2基于GOOSE通信的线路保护方案
基于GOOSE通信的线路保护以网络通信为基础，以GOOSE报文为传输介质，通过将变电站内、站间各线路保护装置组建成一个网络通信平台，以实现各保护装置间信息的快速交互，从而实现各级保护装置间的快速配合。基于GOOSE通信的线路保护网络通信平台如图1所示，本站保护装置之间通过本站二级交换机进行信息交互，不同站保护装置通过各站级联二层交换机进行信息交互。
图1 基于GOOSE通信的线路保护网络通信平台
3基于GOOSE通信的线路保护动作特性分析
城轨35kV供电系统保护装置配置现状基本分为两种情况，第一种是变电所进出线配置一套以光纤差动为主保护、过流保护及失灵保护为后备保护的集成保护测控装置，馈线配置一套具有过流、过负荷、失灵等保护功能的保护测控装置；第二种是变电所进出线配置一套独立的光纤差动保护，一套具有过流、过负荷、失灵等保护功能的保护测控装置，馈线配置一套具有过流、过负荷、失灵等保护功能的保护测控装置。本文以第二种保护配置情况为例：进出线配置一套独立的光纤差动保护，一套具有过流、过负荷、失灵等保护功能的基于GOOSE通信的保护测控装置，母联断路器配置一套具有过流、过负荷、失灵等保护功能的基于GOOSE通信的保护测控装置，馈线配置一套具有过流、过负荷、失灵等保护功能的保护测控装置。基于GOOSE通信的保护测控装置正常情况下以GOOSE通信保护为主保护，过流保护为后备保护，GOOSE通信保护正常时闭锁后备保护，当GOOSE保护功能异常时过流保护升级为主保护。
结合城轨35kV供电系统如图2所示的典型供电分区（以下简称供电分区）对各种运行状态下基于GOOSE通信的线路保护动作特性进行分析，图中R1、R2....R19各代表一台基于GOOSE通信的保护测控装置。
3.1保护动作特性分析
正常情况下各变电所母联断路器在分位，各进出线、馈线断路器在合位，电流方向由变电所1流向变电所3。
当图2中故障Fault1（进出线线路故障）发生时，R1、R2、R5同时测到故障电流，当GOOSE通信正常时，R1、R2、R5、R6向通信平台广播本装置故障过流的GOOSE报文，当R1收到R2、R2收到R5、R5收到R6的广播报文时，判断此故障电流为非本保护装置保护区内故障，闭锁本保护装置出口。R6因未收到R9故障过流广播报文，判定为区内故障，保护装置出口跳闸，同时广播联跳线路对侧断路器的GOOSE报文，R9在收到联跳线路对侧断路器的GOOSE报文时出口跳闸。当GOOSE通信异常时，各保护装置将即刻加投过流保护与零序过流保护为主保护，由R6动作出口跳闸。各保护装置总后备保护应检测到故障过流但未达动作延时，因此只启动不出口跳闸。
当R6保护装置所在间隔断路器失灵时，R6将发出断路器失灵GOOSE报文，R5在收到R6发出的断路器失灵GOOSE报文时将出口跳闸。
图2城轨35kV供电系统典型供电分区示意图
当图2中故障Fault2（馈线故障）发生时，R1、R2、R5、R16同时测到故障电流，R1、R2、R5、R16向通信平台广播本装置故障过流的GOOSE报文，当R1收到R2、R2收到R5、R5收到R16的广播报文时，判断此故障电流为非本保护装置保护区内故障，闭锁本保护装置出口。当R16所在间隔一二次设备功能正常时，R16检测到故障电流时将出口跳闸；当R16所在间隔一二次设备功能异常导致断路器失灵时，R16将立即向通信平台广播本间隔断路器失灵GOOSE报文，R5、R6在收到此报文后将出口跳闸。各保护装置总后备保护应检测到故障过流但未达动作延时，因此只启动不出口跳闸。
当图2故障Fault3（母线故障）发生时，R1、R2、R5同时测到故障电流，R1、R2、R5向通信平台广播本装置故障过流的GOOSE报文，当R1收到R2、R2收到R5的广播报文时，判断此故障电流为非本保护装置保护区内故障，闭锁本保护装置出口。R5因未收到R6、R16故障过流广播报文，判定为母线故障，保护装置出口跳闸，同时广播选跳母线保护动作GOOSE报文，跳开同母线出线断路器及馈线断路器，R6、R16在收到选跳母线保护动作GOOSE报文时出口跳闸。当GOOSE通信异常时，各保护装置将即刻加投过流保护与零序过流保护为主保护，由R5动作直接出口跳闸。各保护装置总后备保护应检测到故障过流但未达动作延时，因此只启动不出口跳闸。
当R5保护装置所在间隔断路器失灵时，R5将发出断路器失灵GOOSE报文，R2在收到R5发出的断路器失灵GOOSE报文时将出口跳闸。
4结论
基于GOOSE通信的线路保护将传统保护原理与现代通信技术相结合，利用GOOSE报文的传输特性，实现了不同物理位置的保护之间的快速信息交互，可准确、快速地判断出故障区域，并切除故障，较传统保护装置有效提高了保护动作的速动性与选择性，有利于城轨供电系统的安全稳定运行，在复杂结构的环网供电系统具有较高的应用价值。
参考文献
[1]孙磊，常东旭，白杨.基于ＧＯＯＳＥ的区域保护控制系统站间通信技术[J].广东电力，2015，28(4):62.
[2]吴仕平，王汉林，吕良君.基于GOOSE机制的城市轨道交通中压环网继电保护方案优化[J].城市轨道交通研究，2014,11:91.
论文作者:孙春桂
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：报文论文; 故障论文; 通信论文; 保护装置论文; 过流论文; 断路器论文; 供电系统论文; 《电力设备》2019年第5期论文;