鐵路牽引智能變電所二次系統的設計研究

邵春慶

（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司西安分公司，陜西 西安 710061）

0 引 言

智能牽引變電所技術源于電力系統智能變電站技術。電力系統變電站在經歷了綜合自動化系統、數字化變電站、智能變電站3個階段后，現如今發展成為新一代智能變電站。而鐵路牽引變電所發展相對落后，大部分仍停留在綜合自動化階段。隨著智能牽引變電所的建設數量以及建設規模逐步增大，與傳統模式相比，智能牽引變電所的工作模式也發生非常大的改變，傳統變電站的二次設計方式已經無法滿足智能牽引變電所的設計需求。作為智能牽引變電所設計的重要組成部分，二次系統的設計需要符合智能牽引變電所的特性，并增強信息的實時性和共享性，從而提高牽引供電系統的安全性和可靠性。

1 虛端子解析

1.1 虛端子定義

隨著對智能牽引變電所的研究逐步深入，站內信息的流通可以轉變成數字信號，通過光纜實現信息的傳遞，保護裝置以及各類信號的交換都可以應用這種轉化，但是智能牽引變電所應用端子數量的減少并不代表著二次回路的原理會發生改變，需要使用另一種形式搭建二次回路。

智能牽引變電所用光纜和軟件邏輯代替二次回路，以變電所系統配置描述文件描述全所二次系統配置，包括二次設備之間的虛端子連接關系即虛回路，因而虛回路的配置成為智能牽引變電所設計和配置環節的重點。目前，通常由設計院進行一次系統設計和虛端子連接設計，提供一次主接線圖和虛端子連接關系表給系統集成商，由其工程人員據此在系統配置工具中配置虛回路，即將相應的開關量的輸入以及輸出端子以及其他端子，轉變成對應的GOOSE輸入以及輸出等虛端子。在轉化虛端子時要注意，虛端子可以一對多，但是不能多個對一個。虛端子的使用可以在邏輯上實現傳遞與接收的分隔。

1.2 裝置虛端子的定義

1.2.1 定義SV輸入虛端子

在SV輸入上采用虛端子進行定義，可以在模型上將含有SVIN的GGIN邏輯節點定義為數據對象，如表1所示。每一個虛端子都有自己的定義。

1.2.2 定義GOOSE虛端子

對GOOSE虛端子進行定義時，定義的方式與SV有一定的相同之處，對GGIO虛端子進行定義研究，使用DO信號進行操作，進行相關的功能描述以及內部應用地址設置。

表1 SV輸入示意表

2 給予虛端子的智能牽引變電所二次虛回路設計

目前，以“智能京張”等為代表的智能鐵路正在加緊建設中，其中智能牽引供電是智能鐵路的重要組成部分。為更好地指導智能牽引變電所設計和建設，在智能牽引變電所的搭建過程中，需要充分利用虛端子接線表以及其他裝置的連接做好二次回路的設計工作。

首先，需要按照智能牽引變電所的間隔以及設備將各單元監測信號進行登記分別處理，根據設備的型號以及初期設計，進行電壓等級的劃分，并且繪制間隔間的SV/GOOSE數據流圖。其次，進行物理裝置連接圖的設計，制定光纜清單，每一個物理連接圖都需要全面、清晰地展示站內設備之間的光纜連接情況，也能夠體現全站的光纜清單。最后，使用Excel表格的方式進行輸入端以及輸出端端子的定義工作，廠家在提供相關的幫助后，設計人員可以完成虛端子的連接，以及SCD文件的制作工作，然后將在每個裝置中下載。

2.1 SV/GOOSE數據流圖設計

在設計中，采用的設計方案是直采直跳，在處理數據時，除了部分使用點對點的方式傳輸外，其余可以使用交換機以廣播的方式進行傳輸，合并單元通過互感器獲得電流、電壓，然后將數字信號傳遞給保護裝置。通過交換機將數據發送到智能電子設備上。交換機的選擇標準為IRIG-B，SV數據通過交換機進行數據傳輸，發送給線路測控以及線路電度表等裝置。在500 kV的間隔中，斷路器數據會通過電流合并單元發送到500 kV線路保護，以主變相連為原則開展斷路器的電流合并工作，保證信號能夠安全發送到主變保護，然后中開關的電流合并單元也需要將收集到的數據發送到主變保護。而且500 kV間隔的線路電壓合并單元以及主變合并單元的電壓采樣數據流，需要將數據發送到短路器保護處，用于短路時中斷間隔斷路器。主變電壓合并單元需要將這組單相電壓信號作為主變斷路器以及500 kV線路的電壓合并單元，將其作為同期電壓。

關于220 kV的間隔，在FT3的規定下，會將級聯電壓通過母線PT和各單元模塊進行傳輸，220 kV劃分的采樣數據流圖如圖1所示。

2.2 全站虛端子連接表

根據數據庫以及物理連接圖，需要建立全站虛端子表。通過該表格可以直觀了解到二次回路數據傳輸以及二次回路之間的關系。在表格中需要標記詳細接受方與發送方等數據。在確定了與智能電子設備（ Intelligent E-lectronic Device，IED）匹配的間隔中的二次設備類型后，可 根 據 模 板 中 虛 回 路 組節 點的 txIEDTypeKey 屬 性 和 rxIED-TypeKey 屬性確定發送IED 和接收 IED，進而根據虛回路節點中的 msgType確定虛端子類型。對于通用面向對象的變電站事件GOOSE虛端子連接關系，根據虛端子描述關鍵字和DAI name 在相關IED 中查找匹配的虛端子；對于采樣值虛端子連接關系，根據虛端子描述關鍵字在相關IED 中查找匹配的虛端子。在發送虛端子和接收虛端子同時找到后，修改接收 IED 的 IED 段相關內容，建立虛端子連接。

圖1 220 kV線路間隔采樣數據流圖

3 智能控制柜的二次回路設計簡化

智能牽引變電所的大規模建設，使智能化二次設備就地化成為探索方向之一，需要在一次設備廠商的幫助下，探索集成工作，對二次回路的設計進行簡化。

3.1 減少斷路器以及刀閘輔助接點數量

通過開入插件，將數據信息傳輸到CPU，位置信息會通過GOOSE報文傳送到IED。IED只能接受一個信號源位置，然后將所有IED開關位置信息調整到一致。然后，以裝置需求為標準完成單雙點信號的設置，通過這種方式可以極大程度上減少輔助接點數量，對二次回路設計進一步簡化。

3.2 簡化斷路器總位置信號

將邏輯判斷用于合成斷路器的跳總閘各位置工作信息，使用GOOSE報文避免出現信息亢余采集的情況，對二次接線進行簡化。

3.3 跨間隔橫向電氣聯閉鎖回路

根據GOOSE報文的廣播機制，能夠將多個間隔位置共享，而且間隔測控裝置能夠完成對五防邏輯閉鎖工作。在進行線路優化時，需要將配置以及邏輯節點進行相應的修改以及增加，提高整個回路的可靠性。

3.4 取消亢余控制開關

將亢余控制開關取消，可以有效降低誤操作的情況發生，對二次回路接線進行簡易化處理，取消相關聯的二次回路。

3.5 簡化電壓并列切換線路

通過SV信號、GOOSE信號對開關位置以及母線電壓進行操作。使用母線電壓合并單元進行電壓級聯操作，避免出現二次反充電的情況。

4 結 論

文中通過將虛端子作為實現二次虛回路的基礎理念，通過合理規劃SV/GOOSE以及各部分的物理連接方式，將全站的虛端子接線表進行設計，不斷的簡化二次回路設計方案，以達到最優化設計的目的，為智能牽引變電所的二次系統設計工作提供更為合理的理論依據。