一种地铁直流供电系统中直流开关网络化保护装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种地铁直流供电系统直流开关的网络化保护系统，采用光纤网络通信的接口方式，替代原有开关量的接口方式，其包括站控层网络接口、间隔层网络接口、过程层采集接口；站控层网络接口通过光纤连接监控后台，装置通过站控层网络接口传输MMS报文，间隔层网络接口用来连接直流开关柜内的所有直流开关网络化保护装置，装置通过间隔层网络接口传输GOOSE报文，过程层采集接口用来连接电压互感器、电流互感器以及状态开关，过程层采集接口负责采集电压值、电流值以及直流开关位置信号。当直流供电系统中出现短路及过载故障时，联跳和状态信号将通过间隔层网络接口进行快速传递，实现直流开关的联跳，防止了故障范围扩大及备用线路的投入。

A DC switch network protection device in Metro DC power supply system

The utility model discloses a networked protection system for DC switches in Metro DC power supply system, which adopts the interface mode of optical fiber network communication to replace the interface mode of the original switch quantity, including the network interface of the station control layer, the network interface of the interval layer and the acquisition interface of the process layer; the network interface of the station control layer is monitored through the optical fiber connection. In the control background, the device transmits MMS messages through the network interface of the station control layer, and the network interface of the interval layer is used to connect all the DC switching network protective devices in the DC switchgear. The device transmits GOOSE messages through the network interface of the interval layer, and the acquisition interface of the process layer is used to connect the voltage transformer, the current transformer and the state switch. The process layer acquisition interface is responsible for collecting voltage value, current value and DC switch position signal. When short-circuit and overload faults occur in DC power supply system, the on-line and state signals will be quickly transmitted through the gap layer network interface to realize the on-line jump of DC switches, which prevents the expansion of fault scope and the investment of standby lines.

【技术实现步骤摘要】
一种地铁直流供电系统中直流开关网络化保护装置
本技术涉及一种直流开关的网络化保护系统，尤其是涉及一种地铁直流供电系统中直流开关网络化保护装置。
技术介绍
地铁直流供电系统中，地铁线路各站及变电所车辆段均配置有直流1500V或者750V电房，直流电房内设有直流开关柜，直流开关柜是直流供电系统的主要供配电装置，直流开关的动作由直流断路器实现。当运行中出现短路及过载，直流断路器可以快速分断故障电流，其主要功能是保护自有线路。然而，地铁直流供电系统并不是单纯孤立的系统，从系统结构上来看，地铁直流供电系统包括两路进线和4路以上馈线，进线由交流35kV经过变压器降压后，再经过整流机组整流而来，4路以上馈线则供给地铁线路的接触网用于列车运行。在这整个过程中，有较多电能转换和供配电环节需要进行动作和保护。从系统运行来看，地铁直流供电系统需要给地铁线上密集的列车运行提供动力能源，负荷电流通常达到几百上千安。因此，直流供电系统要经过可靠性和长久大负荷的考验。从以上两个方面可以看出，地铁直流供电系统不仅要保证整个供电线路的近端、中部和远端发生短路及过载故障时，直流断路器能迅速跳闸，达到线路无损伤；还要保证供电系统的各个环节联动联跳，从而防止故障范围扩大及延续；并且，对于地铁直流供电系统运行过程中的各项状态参数、故障报警信号以及系统运行控制的逻辑过程需要及时准确的反映到监控后台。因此，在地铁直流供电系统中，若能将以上三个功能有效结合，就可以实现更加全面、快速的保护和监控。目前，在地铁直流供电系统中，直流开关的保护采用多芯控制电缆传输开关量信号的形式实现。虽然该方式应用成熟，能实现主要关键的联跳、保护、闭锁信号的传输。但是多芯电缆在柜内布线繁杂，电信号容易受到干扰，且在后期维护过程中可能存在接错线的风险、而且硬线信号经过多个环节传输以后，其时延过长，对于保护系统的及时性难以满足要求。为了解决这些问题，需要提出一种更加先进可靠的技术手段。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题，就是提供一种地铁直流供电系统中直流开关网络化保护装置，采用光纤为通信介质，应用多层次的网络结构，其柜内布线简单，信号不易受到干扰，大大减低在后期维护过程中接错线风险、且系统响应时间短，能满足保护系统的及时性要求。解决上述技术问题，本技术采用的技术方案如下：一种地铁直流供电系统中直流开关网络化保护装置，所述的地铁直流供电系统中设有直流电房2和监控室1，直流电房内设有直流开关柜5，直流开关柜内设有第一至第六直流断路器61-66，直流断路器负责自有线路的短路及过载故障的跳闸，直流开关柜内还设有正极母线12，正极母线用于直流进线和直接馈线的汇流连接；其特征是：所述直流开关的网络化保护系统包括：设在所述监控室1的第一光纤交换机81、以及其分别连接的监控主机3和操作员工作站4；设在所述直流电房2的三层网络结构-站控层9、间隔层10和过程层11：所述的站控层9包括站控层光纤以及第一至第六共六个同样的具有I/O端口、第一光口和第二光口的直流开关网络化保护装置(71-76)，站控层光纤一端连接所述的第一光纤交换机81、另一端分别连接各直流开关网络化保护装置的第一光口；所述的间隔层10包括间隔层光纤及第二光纤交换机82，间隔层光纤一端连接所述的各直流开关网络化保护装置的第二光口、另一端连接第二光纤交换机；所述的过程层包括正极母线12、第一隔离开关211、第一整流器R1、第二隔离开关212、第三隔离开关221、第二整流器R2和第四隔离开关222以及第一至第六直流断路器61-66；第一至第六直流断路器的一端分别连接正极母线、另一端则分别对应地连接到左线小里程馈线F1的第一隔离开关211、第一进线F2的第一整流器R1、左线大里程馈线F3的第二隔离开关212、右线小里程馈线F4的第三隔离开关221、第二进线F5的第二整流器R2和右线大里程馈线F6的第四隔离开关222，第一至第六直流断路器的采集控制端则分别连接到各直流开关网络化保护装置的I/O端口；。所述的站控层和间隔层网络为星形网络结构，通过光纤交换机进行组网，通信介质为光纤，间隔层为GOOSE网络。所述的直流开关网络化保护装置的组成结构为：电流采集信号依次经直流电流输入模块、信号调理模块和A/D转换电路后输入芯片STM32F4的第一ADC采集端口，电压采集信号依次经直流电压输入模块、信号调理模块和A/D转换电路后输入芯片STM32F4的第二ADC采集端口，芯片STM32F4还通过以太网模块和光电转换模块与光纤网络相互连接、通过开关量输入接口输入开关状态、通过开关量输出接口输出报警控制信号。所述的芯片STM32F4还外接有电源电路、看门狗电路、键盘指示灯、液晶显示模块和存储器。本技术的监控室设有监控后台，包括监控主机和操作员工作站；直流开关网络化保护装置与监控主机通过站控层网络进行信息交互，上传实时数据信息；监控主机将上传的数据不断刷新实时数据库，并定时将数据存入历史数据库。操作员工作站布置在不同的工作空间对系统进行监控及访问。站控层网络采用星形网络结构，通过光纤交换机进行组网，通信介质为光纤。直流开关网络化保护装置通过站控层网络传输IEC61850通信协议的MMS报文。MMS报文中载有装置的实时数据信息和逻辑过程信息。直流开关网络化保护装置安装于直流开关柜内，柜内的每一台直流断路器配置一台直流开关网络化保护装置进行保护，柜间的所有直流牵引保护测控装置的间隔层网络接口通过光纤交换机以光纤为通信介质进行星形网络连接，组建成间隔层的GOOSE网络。间隔层网络传输的是IEC61850通信协议的GOOSE报文，直流开关网络化保护装置通过GOOSE网络传输直流牵引保护测控装置的状态、动作命令以及联跳信息。直流牵引保护测控装置设有I/O接口，I/O接口与过程层的电压互感器、电流互感器以及状态开关进行连接，负责采集电压值、电流值以及直流开关位置信号。工作原理：直流进线通过两套独立的整流器接入两路进线，直流馈线包括地铁线路的左右大小里程总共4路供给接触网，每路馈线与接触网之间设有电动隔离开关。由上可知，地铁直流供电系统的进线和馈线是多路互为备用配置，当某一路出现短路及过载故障时，为防止故障范围扩大及备用线路的投入，直流牵引保护测控装置能够联跳和状态信号通过光纤网络进行快速传递，实现直流开关的联跳，从而对直供电系统实现可靠有效地保护。同时，直流牵引保护测控装置将直流开关的实时状态信息和逻辑动作过程信息通过上一级网络传递给监控后台进行报警显示和存储。有益效果：本技术可实现地铁直流供电系统中直流开关网络化保护，采用光纤网络通信的接口方式，替代原有开关量的接口方式，从而实现对直流开关更加全面、快速的保护和监控。当地铁直流供电系统中出现短路及过载故障时，联跳和状态信号将通过间隔层的光纤网络进行快速传递，实现直流开关的联跳，防止了故障范围扩大及备用线路的投入，从而实现对直供电系统可靠有效地保护。同时直流开关的实时状态信息和逻辑动作过程信息，通过站控层的光纤网络传递给监控后台进行报警显示和存储。采用光纤网络通信的接口方式，替代原有开关量的接口方式，从而实现对直流开关更加全面、快速的保护和监控。附图说明图1为本技术的原理示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地铁直流供电系统中直流开关网络化保护装置，所述的地铁直流供电系统中设有直流电房(2)和监控室(1)，直流电房内设有直流开关柜(5)，直流开关柜内设有第一至第六直流断路器(61‑66)，直流断路器负责自有线路的短路及过载故障的跳闸，直流开关柜内还设有正极母线(12)，正极母线用于直流进线和直接馈线的汇流连接；其特征是：所述直流开关的网络化保护系统包括：设在所述监控室(1)的第一光纤交换机(81)、以及其分别连接的监控主机(3)和操作员工作站(4)；设在所述直流电房(2)的三层网络结构‑站控层(9)、间隔层(10)和过程层(11)：所述的站控层(9)包括站控层光纤以及第一至第六共六个同样的具有I/O端口、第一光口和第二光口的直流开关网络化保护装置(71‑76)，站控层光纤一端连接所述的第一光纤交换机(81)、另一端分别连接各直流开关网络化保护装置的第一光口；所述的间隔层(10)包括间隔层光纤及第二光纤交换机(82)，间隔层光纤一端连接所述的各直流开关网络化保护装置的第二光口、另一端连接第二光纤交换机；所述的过程层(11)包括正极母线(12)、第一隔离开关(211)、第一整流器(R1)、第二隔离开关(212)、第三隔离开关(221)、第二整流器(R2)和第四隔离开关(222)以及第一至第六直流断路器(61‑66)；第一至第六直流断路器的一端分别连接正极母线、另一端则分别对应地连接到左线小里程馈线(F1)的第一隔离开关(211)、第一进线(F2)的第一整流器(R1)、左线大里程馈线(F3)的第二隔离开关(212)、右线小里程馈线(F4)的第三隔离开关(221)、第二进线(F5)的第二整流器(R2)和右线大里程馈线(F6)的第四隔离开关(222)，第一至第六直流断路器的采集控制端则分别连接到各直流开关网络化保护装置的I/O端口。...

【技术特征摘要】
1.一种地铁直流供电系统中直流开关网络化保护装置，所述的地铁直流供电系统中设有直流电房(2)和监控室(1)，直流电房内设有直流开关柜(5)，直流开关柜内设有第一至第六直流断路器(61-66)，直流断路器负责自有线路的短路及过载故障的跳闸，直流开关柜内还设有正极母线(12)，正极母线用于直流进线和直接馈线的汇流连接；其特征是：所述直流开关的网络化保护系统包括：设在所述监控室(1)的第一光纤交换机(81)、以及其分别连接的监控主机(3)和操作员工作站(4)；设在所述直流电房(2)的三层网络结构-站控层(9)、间隔层(10)和过程层(11)：所述的站控层(9)包括站控层光纤以及第一至第六共六个同样的具有I/O端口、第一光口和第二光口的直流开关网络化保护装置(71-76)，站控层光纤一端连接所述的第一光纤交换机(81)、另一端分别连接各直流开关网络化保护装置的第一光口；所述的间隔层(10)包括间隔层光纤及第二光纤交换机(82)，间隔层光纤一端连接所述的各直流开关网络化保护装置的第二光口、另一端连接第二光纤交换机；所述的过程层(11)包括正极母线(12)、第一隔离开关(211)、第一整流器(R1)、第二隔离开关(212)、第三隔离开关(221)、第二整流器(R2)和第四隔离开关(222)以及第一至第六直流断路器(61-66)；第一至第六直流断路器的一端分别连接正极母线、另一端则分别对应地...

【专利技术属性】
技术研发人员：金辉，冯剑冰，肖伟强，庞开阳，余龙，常宝波，王乐挺，何远毫，廖权保，谢悦海，王攀，
申请(专利权)人：广州地铁集团有限公司，广州白云电器设备股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44