铁路牵引智能变电所二次系统的设计研究

邵春庆

（中国铁路通信信号上海工程局集团有限公司西安分公司，陕西 西安 710061）

0 引 言

智能牵引变电所技术源于电力系统智能变电站技术。电力系统变电站在经历了综合自动化系统、数字化变电站、智能变电站3个阶段后，现如今发展成为新一代智能变电站。而铁路牵引变电所发展相对落后，大部分仍停留在综合自动化阶段。随着智能牵引变电所的建设数量以及建设规模逐步增大，与传统模式相比，智能牵引变电所的工作模式也发生非常大的改变，传统变电站的二次设计方式已经无法满足智能牵引变电所的设计需求。作为智能牵引变电所设计的重要组成部分，二次系统的设计需要符合智能牵引变电所的特性，并增强信息的实时性和共享性，从而提高牵引供电系统的安全性和可靠性。

1 虚端子解析

1.1 虚端子定义

随着对智能牵引变电所的研究逐步深入，站内信息的流通可以转变成数字信号，通过光缆实现信息的传递，保护装置以及各类信号的交换都可以应用这种转化，但是智能牵引变电所应用端子数量的减少并不代表着二次回路的原理会发生改变，需要使用另一种形式搭建二次回路。

智能牵引变电所用光缆和软件逻辑代替二次回路，以变电所系统配置描述文件描述全所二次系统配置，包括二次设备之间的虚端子连接关系即虚回路，因而虚回路的配置成为智能牵引变电所设计和配置环节的重点。目前，通常由设计院进行一次系统设计和虚端子连接设计，提供一次主接线图和虚端子连接关系表给系统集成商，由其工程人员据此在系统配置工具中配置虚回路，即将相应的开关量的输入以及输出端子以及其他端子，转变成对应的GOOSE输入以及输出等虚端子。在转化虚端子时要注意，虚端子可以一对多，但是不能多个对一个。虚端子的使用可以在逻辑上实现传递与接收的分隔。

1.2 装置虚端子的定义

1.2.1 定义SV输入虚端子

在SV输入上采用虚端子进行定义，可以在模型上将含有SVIN的GGIN逻辑节点定义为数据对象，如表1所示。每一个虚端子都有自己的定义。

1.2.2 定义GOOSE虚端子

对GOOSE虚端子进行定义时，定义的方式与SV有一定的相同之处，对GGIO虚端子进行定义研究，使用DO信号进行操作，进行相关的功能描述以及内部应用地址设置。

表1 SV输入示意表

2 给予虚端子的智能牵引变电所二次虚回路设计

目前，以“智能京张”等为代表的智能铁路正在加紧建设中，其中智能牵引供电是智能铁路的重要组成部分。为更好地指导智能牵引变电所设计和建设，在智能牵引变电所的搭建过程中，需要充分利用虚端子接线表以及其他装置的连接做好二次回路的设计工作。

首先，需要按照智能牵引变电所的间隔以及设备将各单元监测信号进行登记分别处理，根据设备的型号以及初期设计，进行电压等级的划分，并且绘制间隔间的SV/GOOSE数据流图。其次，进行物理装置连接图的设计，制定光缆清单，每一个物理连接图都需要全面、清晰地展示站内设备之间的光缆连接情况，也能够体现全站的光缆清单。最后，使用Excel表格的方式进行输入端以及输出端端子的定义工作，厂家在提供相关的帮助后，设计人员可以完成虚端子的连接，以及SCD文件的制作工作，然后将在每个装置中下载。

2.1 SV/GOOSE数据流图设计

在设计中，采用的设计方案是直采直跳，在处理数据时，除了部分使用点对点的方式传输外，其余可以使用交换机以广播的方式进行传输，合并单元通过互感器获得电流、电压，然后将数字信号传递给保护装置。通过交换机将数据发送到智能电子设备上。交换机的选择标准为IRIG-B，SV数据通过交换机进行数据传输，发送给线路测控以及线路电度表等装置。在500 kV的间隔中，断路器数据会通过电流合并单元发送到500 kV线路保护，以主变相连为原则开展断路器的电流合并工作，保证信号能够安全发送到主变保护，然后中开关的电流合并单元也需要将收集到的数据发送到主变保护。而且500 kV间隔的线路电压合并单元以及主变合并单元的电压采样数据流，需要将数据发送到短路器保护处，用于短路时中断间隔断路器。主变电压合并单元需要将这组单相电压信号作为主变断路器以及500 kV线路的电压合并单元，将其作为同期电压。

关于220 kV的间隔，在FT3的规定下，会将级联电压通过母线PT和各单元模块进行传输，220 kV划分的采样数据流图如图1所示。

2.2 全站虚端子连接表

根据数据库以及物理连接图，需要建立全站虚端子表。通过该表格可以直观了解到二次回路数据传输以及二次回路之间的关系。在表格中需要标记详细接受方与发送方等数据。在确定了与智能电子设备（ Intelligent E-lectronic Device，IED）匹配的间隔中的二次设备类型后，可 根 据 模 板 中 虚 回 路 组节 点的 txIEDTypeKey 属 性 和 rxIED-TypeKey 属性确定发送IED 和接收 IED，进而根据虚回路节点中的 msgType确定虚端子类型。对于通用面向对象的变电站事件GOOSE虚端子连接关系，根据虚端子描述关键字和DAI name 在相关IED 中查找匹配的虚端子；对于采样值虚端子连接关系，根据虚端子描述关键字在相关IED 中查找匹配的虚端子。在发送虚端子和接收虚端子同时找到后，修改接收 IED 的 IED 段相关内容，建立虚端子连接。

图1 220 kV线路间隔采样数据流图

3 智能控制柜的二次回路设计简化

智能牵引变电所的大规模建设，使智能化二次设备就地化成为探索方向之一，需要在一次设备厂商的帮助下，探索集成工作，对二次回路的设计进行简化。

3.1 减少断路器以及刀闸辅助接点数量

通过开入插件，将数据信息传输到CPU，位置信息会通过GOOSE报文传送到IED。IED只能接受一个信号源位置，然后将所有IED开关位置信息调整到一致。然后，以装置需求为标准完成单双点信号的设置，通过这种方式可以极大程度上减少辅助接点数量，对二次回路设计进一步简化。

3.2 简化断路器总位置信号

将逻辑判断用于合成断路器的跳总闸各位置工作信息，使用GOOSE报文避免出现信息亢余采集的情况，对二次接线进行简化。

3.3 跨间隔横向电气联闭锁回路

根据GOOSE报文的广播机制，能够将多个间隔位置共享，而且间隔测控装置能够完成对五防逻辑闭锁工作。在进行线路优化时，需要将配置以及逻辑节点进行相应的修改以及增加，提高整个回路的可靠性。

3.4 取消亢余控制开关

将亢余控制开关取消，可以有效降低误操作的情况发生，对二次回路接线进行简易化处理，取消相关联的二次回路。

3.5 简化电压并列切换线路

通过SV信号、GOOSE信号对开关位置以及母线电压进行操作。使用母线电压合并单元进行电压级联操作，避免出现二次反充电的情况。

4 结 论

文中通过将虚端子作为实现二次虚回路的基础理念，通过合理规划SV/GOOSE以及各部分的物理连接方式，将全站的虚端子接线表进行设计，不断的简化二次回路设计方案，以达到最优化设计的目的，为智能牵引变电所的二次系统设计工作提供更为合理的理论依据。