牽引變電所中斷路器的控制保護系統及該系統運行方法
2024-02-12 09:53:15
牽引變電所中斷路器的控制保護系統及該系統運行方法
【專利摘要】本發明公開了牽引變電所中斷路器的控制保護系統，包括用於檢測斷路器中開入電平狀況，並將異常的開入電平換為開關位置信號的開入狀態檢測模塊；用於發送正常通信的心跳報文和開關變位後的快速變位報文的GOOSE報文編碼發送模塊；用於解析GOOSE報文並進行邏輯判斷，並將判斷為智能單元訂閱的有效的GOOSE報文中的分合閘報文轉入控制信號開出模塊執行開出的GOOSE報文解析模塊；用於將數據域中的內容轉化為控制信號，進而驅動出口繼電器動作的控制信號開出模塊。本發明還公開了上述牽引變電所中斷路的控制保護系統的運行方法，通過本發明能消除因不能及時驅動繼電器所存在的安全隱患，便於牽引變電所數位化的推廣。
【專利說明】牽引變電所中斷路器的控制保護系統及該系統運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及變電站，具體是牽引變電所中斷路器的控制保護系統及該系統運行方法。
【背景技術】
[0002]數位化變電站是以變電站一、二次設備為數位化對象，以高速網絡通知平臺為基礎，通過對數位化信息進行標準化，實現信息共享和互操作，並以網絡數據為基礎，採用智能化策略實現測量監視、控制保護、信息管理等自動化功能的變電站。隨著數位化變電站技術的推廣，數位化變電站在電力系統的應用越來越廣泛，牽引變電所數位化也就成為了必然趨勢。斷路器是牽引供電系統中的重要設備，通過斷路器實現通信數位化，有助於提高牽引供電系統數位化水平和供電的可靠性。現有牽引變電所在斷路器工作異常時不能及時的驅動繼電器對線路進行安全保護，這就存在較大的安全隱患，進而會影響牽引變電所數位化的推廣應用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種牽引變電所中斷路器的控制保護系統，其能在檢測到斷路器工作異常時及時的控制繼電器工作，其解決了不能及時對牽引變電所故障線路進行保護所存在的安全隱患，進而有利於牽引變電所數位化的推廣應用，本發明還提供了該牽引變電所中斷路器的控制保護系統的運行方法。
[0004]本發明的目的主要通過以下技術方案實現:
牽引變電所中斷路器的控制保護系統，包括開入狀態檢測模塊、G00SE報文編碼發送模塊、G00SE報文解析模塊及控制信號開出模塊；
所述開入狀態檢測模塊用於檢測斷路器中智能單元端子輸入和輸出口的開入電平狀況，並將異常的開入電平換為開關位置信號後轉入G00SE報文編碼發送模塊發送變位報文；
所述G00SE報文編碼發送模塊用於發送正常通信的心跳報文和開關變位後的快速變位報文；
所述G00SE報文解析模塊用於解析G00SE報文並進行邏輯判斷，並將判斷為智能單元訂閱的有效的G00SE報文中的分合閘報文轉入控制信號開出模塊執行開出；
所述控制信號開出模塊用於將數據域中的內容轉化為控制信號，進而驅動出口繼電器動作。其中，各模塊信息之間的傳輸可採用模擬的軟體系統總線進行，牽引變電所中斷路器是否工作異常由本發明創造所採集到的開入電平顯示。
[0005]上述牽引變電所中斷路器的控制保護系統的運行方法，包括以下步驟:
步驟1、開入狀態檢測模塊採用輪詢的方式不斷檢測斷路器智能單元輸入和輸出口的開入電平狀況，一旦檢測到端子的電平發生改變，且持續時間大於消抖時延，記錄開入電平並將檢測出的開入電平轉換為開關位置信號後輸入G00SE報文編碼發送模塊中；步驟2、GOOSE報文編碼發送模塊將開關位置信號編碼後發送至GOOSE報文解析模塊中；
步驟3、GOOSE報文解析模塊解析GOOSE報文的數據域，並判斷解析後的數據域中數據是否為分合閘報文，若是分合閘報文則改變數據集，並且置位報文有效性標誌後轉入控制信號開出模塊；
步驟4、控制信號開出模塊在GOOSE報文解析標誌打開且開出數據有效時，將數據域中的內容轉化為控制信號，並由控制信號驅動出口繼電器動作。
[0006]所述步驟3可解析G00SE報文前還包括對G00SE報文是否是斷路器中智能單元訂閱的報文進行判斷，在判定為訂閱的報文後再檢查G00SE報文的有效性，所述步驟3中解析G00SE報文是有效的報文。
[0007]因VxWorks是專門為實時嵌入式系統設計開發的作業系統內核，其為程式設計師提供了實時的系統資源管理，高效、實時的多任務調度與任務間通信以及中斷管理機制，在各種處理器平臺上提供了統一的應用程式接口和一致的運行特性，儘可能的屏蔽了不同處理器之間的底層差異，基於VxWorks作業系統的應用程式可以方便在不同處理器平臺上移植。作為優選，本發明創造的控制保護系統基於VxWorks作業系統實現。
[0008]本發明應用過程中所依賴的硬體設備包括電源插件、CPU插件及出口控制插件，電源插件用於為裝置提供電能，且電源插件上的開入部分採集斷路器、刀閘等一次設備的開關量信息，並將相應信息傳輸給處理器；CPU插件採用高性能的嵌入式處理器，負責實時G00SE通信、在線監測數據處理和裝置的運行管理；出口控制插件能夠根據處理器發送的不同控制命令驅動不同的出口繼電器動作，出口控制插件的分、合閘出口接點連接至斷路器、刀閘等開關設備的操作迴路，從而控制開關設備。
[0009]G00SE模型中允許訂閱者以C/S的通信模式讀取或設置發布者的控制塊屬性，G00SE 的控制塊的定義屬性名包括 GoCBNam、GoEna、GoCBRef、DatSet、ConfRev、AppID 及NdsCom，其中，GOOSE控制塊名GoCBName是唯一標識在LLN0作用域內的GoCB，G00SE控制塊屬性GoCBRef是LLN0作用域內GoCB唯一路徑名，G00SE是否發送由G00SE使能GoEna決定，當屬性為TRUE時表示當前能發送G00SE報文，反之則表示停止發送G00SE報文，應用標識示APPID作為變電站作用域內各個設備的內部標識，訂閱者可以通過匹配APPID方式來判斷G00SE報文是否為自己需要的報文。DatSet屬性代表DATA-SET引用，DATA-SET成員值正在被傳送。配置版本ConfRev屬性表示DATA-SET配置是否改變，當DATA-SET成員發生改變，會引起ConfRev的數值改變。是否重新配置NdsCom屬性表示是否需要配置GoCB，G00SE正常通信時NdsCom屬性為FALSE，若DatSet屬性值為NULL時，NdsCom值為TRUE，表示GoCB 需要配置。G00SE 服務定義為 SendGOOSEMessage、GetGoReference、GetGoCBValues、GetGOOSEElementNumber.SetGoCBValues 5 類。其中 SendGOOSEMessage 被用於 G00SE 報文傳輸，其他4類均是用於G00SE控制塊屬性。客戶通過GetGoReference、GetGoCBValues、GetGOOSEElementNumber可以讀取G00SE控制塊相應的參數，而SetGoCBValues服務可以修改G00SE控制塊中GoEna和AppID等屬性，從而改變G00SE報文傳輸特性。需要說明的是，在GoCB使能時，必須先設置GoEna為FALSE，否則設置將失敗。
[0010]G00SE報文傳輸採用變位狀態報文快速重發和心跳報文相結合的機制，當有事件發生時，G00SE伺服器生成一個發生G00SE的請求，該數據包將按照G00SE的配置信息格式進行編碼並進行組播發送。為了保證數據傳輸的可靠性，一般重傳相同的數據包若干次，並在傳送的每個數據包中設置「允許存活時間」參數，以提示接收端等待接收下一幀傳送數據包的最大等待時間。如果在等待時間內相應的數據包沒有到達，接收端就認為數據包丟失。正常情況下，GOOSE數據集中的數據沒有發生變化，心跳報文的發送時間間隔為TO (—般為1S或5S)，GOOSE報文中狀態號(stNum)保持不變，序列號(sqNum)每發送一次遞增1。當有突發事件時，GOOSE數據集數據發生變化，開始發送變位狀態報文，一般時間間隔ΤΙ、T1、T2、T3 (ΤΙ、T2、T3隨時間依次遞增，但小於TO)進行變位報文快速重發。在初始變位報文中狀態號stNum增加1，序列號sqNum從0開始，隨後的報文中狀態號stNum不變，序列號sqNum遞增。
[0011]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:本發明包括開入狀態檢測模塊、G00SE報文編碼發送模塊、G00SE報文解析模塊及控制信號開出模塊，整體結構簡單，便於實現，且本發明工作時可通過檢測到的斷路器中智能單元端子輸入和輸出口的異常開入電平轉換為開關位置信號，並依次經過G00SE報文編碼發送模塊、GOOSE報文解析模塊及控制信號開出模塊處理後生成控制信號，進而驅動出口繼電器動作，整體操作流程簡單，且通過本發明能保證斷路器工作異常時及時的啟動繼電器進行線路保護，進而能避免因斷路器異常所存在的安全隱患，有利於牽引變電所數位化的推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明實施例中控制保護系統中各模塊間信息傳遞流程圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
[0014]實施例:
如圖1所示，牽引變電所中斷路器的控制保護系統，包括開入狀態檢測模塊、G00SE報文編碼發送模塊、G00SE報文解析模塊及控制信號開出模塊，各模塊之間信息的傳遞可通過一個軟體系統總線實現，整個控制保護系統基於VxWorks作業系統實現。開入狀態檢測模塊用於檢測斷路器中智能單元端子輸入和輸出口的開入電平狀況，並將異常的開入電平換為開關位置信號後轉入G00SE報文編碼發送模塊發送變位報文，開入電平反應斷路器的工作狀態。G00SE報文編碼發送模塊用於發送正常通信的心跳報文和開關變位後的快速變位報文。G00SE報文解析模塊用於解析G00SE報文並進行邏輯判斷，並將判斷為智能單元訂閱的有效的G00SE報文中的分合閘報文轉入控制信號開出模塊執行開出。控制信號開出模塊用於將數據域中的內容轉化為控制信號，進而驅動出口繼電器動作。
[0015]牽引變電所中斷路器的控制保護系統的運行方法，包括以下步驟:開入狀態檢測模塊採用輪詢的方式不斷檢測斷路器智能單元輸入和輸出口的開入電平狀況，一旦檢測到端子的電平發生改變，且持續時間大於消抖時延，記錄開入電平並將檢測出的開入電平轉換為開關位置信號後輸入G00SE報文編碼發送模塊中；G00SE報文編碼發送模塊將開關位置信號編碼後發送至G00SE報文解析模塊中；G00SE報文解析模塊首先對G00SE報文是否是斷路器中智能單元訂閱的報文進行判斷，在判定為訂閱的報文後再檢查G00SE報文的有效性，後對有效的報文解析GOOSE報文的數據域，並判斷解析後的數據域中數據是否為分合閘報文，若是分合閘報文則改變數據集，並且置位報文有效性標誌後轉入控制信號開出模塊；控制信號開出模塊在GOOSE報文解析標誌打開且開出數據有效時，將數據域中的內容轉化為控制信號，並由控制信號驅動出口繼電器動作。
[0016]牽引變電所中斷路器的控制保護系統運行時，每隔lsGOOSE報文解析模塊獲得信號量，sqNum自增1並完成G00SE編碼，再完成G00SE報文發送，狀態量報文快速發送是通過事件來實現的，在開入檢測任務中，每lms讀取一次開入，讀取開入時，一旦發現開關的狀態改變，置狀態值改變標誌StatusChangeFlags為0N，同時修改開關狀態量，開入檢測任務釋放信號量、退出。信號量釋放後，G00SE報文解析模塊獲得信號量，即刻進行G00SE報文的編碼，完成編碼後發送數據包。G00SE報文為底層報文，傳輸時不需要經過上層協議，Vxfforks系統下能夠將底層驅動捕獲的原始數據包通過MUX層向上傳遞，並將返回值決定數據包是否經過上層協議處理，若返回TRUE，則該數據包將不再被傳遞至上層協議或底層DRIVER，直接被丟棄，為否時則該數據包將繼續向上或向下傳遞。G00SE報文為底層協議，不需要數據向上傳遞，在返回值區域，根據返回數據包地址和長度就可以對G00SE數據包進行解碼分析。G00SE報文捕獲後需要對其進行解析，每當有一個G00SE報文到來時，驅動G00SE解析函數對其進行解析。G00SE報文解析時首先解析目標地址，判斷是否為訂閱的G00SE報文，若是繼續解析，向下解析判斷是否有VLAN，之後重複確認網絡類型是否為0x88b8乙太網類型，若是合法的G00SE報文，則繼續向下解碼判斷APPID是否是本裝置對應的APPID，若否則不再解析，直接退出等待下一數據包的到來，若是本裝置需要的APPID，不再判斷，確認本裝置為數據的目的地，向下繼續解析rou。根據報文的生存時間和發送時間判斷報文是否過期，若未過期，解析G00SE數據域，提取數據。解析數據域後，根據stNum、sqNum以及數據域綜合判斷G00SE報文是否是心跳報文，若是更新sqNum，對數據不做處理，若否更新數據集，轉入控制信號開出模塊執行。
[0017]開入狀態檢測模塊和控制信號開出模塊所依賴的硬體採用CPLD實現，由於外部開入是強電信息，需要對其進行光電隔離，在進行讀取操作。讀取開入狀態時，外部DC110V或DC220V硬開入接入到智能單元裝置端子上，智能單元裝置的端子直接映射到內部地址中。對端子的操作轉換為對CPLD地址的操作，通過對地址的定時輪詢檢測來判斷外部是否有開入。外部開入中諸如告警、閉鎖等信號是單點信息開入，而開關位置信息時雙點開入的。CPLD地址中，0表示合位，1表示分位。對於斷路器的合、分端子開入，當讀取到端子值為01時表示斷路器開入為合位，斷路器合位開入為0且斷路器分位開入為1 ;同理10表示斷路器分位開入。CPLD內部地址中的一位對應於智能單元的8個端子，讀取端子狀態時從內部地址對應位開始讀取，判斷地址中的第i位是否為0，為零表示端子為ON態；繼續檢查合位計時器是否大於消抖延時，否時表示開入輸入無效，合位計時器置自加1，分位計時器置0，轉至下一端子口 ；若合位計時器大於消抖延時，開入有效，繼續向下判斷，若埠的狀態值為OFF且狀態改變標誌不為0N時，置狀態改變標誌為0N，端子狀態改變值為0N，分位計時器置0，轉至下一端子口 ；若不滿足埠的狀態值為OFF且狀態改變標誌不為0N條件時，直接置端子狀態為0N;分位計時器置0，轉至下一端子口。當裝置的第i位為1時，端子為OFF態，向下判斷開入是否有效，若開入輸入小于于消抖延時，開入輸入無效，分位計時器自加1，合位計時器置0，轉至下一端子口 ；輸入大於消抖延時，開入輸入有效時，向下判斷端子口的狀態值和狀態改變標誌值，若端子口值為ON且狀態改變標誌不為ON時，置狀態改變標誌為0N，端子口狀態值為OFF，合位計時器置0，轉至下一端子口。若不滿足端子口值為ON且狀態改變標誌不為ON時，端子口狀態值為OFF，合位計時器置0，轉至下一端子口。
[0018]智能單元接收分合閘報文在裝置內部解碼後，經光電隔離後，通過控制繼電器觸電的導通、分開來控制強電控制信號的開出。在控制命令開出之前需要對開關設備的狀態進行檢測，當開關設備狀態滿足要求時，才進行開出操作。開出的時候是向內部的CPLD地址中進行寫操作，寫入0表示控制繼電器觸點導通，1表示控制繼電器觸點分開。合閘開出時需要將合閘連片和控制合閘相連，同時對合出繼、合閘線圈繼電器寫0，保出繼和分閘線圈繼電器進行寫1。分閘開出與合閘類似，需要將分閘連片和控制分閘進行相連，對保出繼、分閘線圈繼電器寫0，合出繼和合閘線圈繼電器進行寫1。在驅動繼電器開出後，經一定的延時後，需要對開出進行收回以關閉開出繼電器。開出收回是通過對所有開出開入位進行置位，即控制所有的開出繼電器恢復初始狀態。
[0019]如上所述，則能很好的實現本發明。
【權利要求】
1.牽引變電所中斷路器的控制保護系統，其特徵在於，包括開入狀態檢測模塊、GOOSE報文編碼發送模塊、GOOSE報文解析模塊及控制信號開出模塊； 所述開入狀態檢測模塊用於檢測斷路器中智能單元端子輸入和輸出口的開入電平狀況，並將異常的開入電平換為開關位置信號後轉入GOOSE報文編碼發送模塊發送變位報文； 所述GOOSE報文編碼發送模塊用於發送正常通信的心跳報文和開關變位後的快速變位報文； 所述GOOSE報文解析模塊用於解析GOOSE報文並進行邏輯判斷，並將判斷為智能單元訂閱的有效的GOOSE報文中的分合閘報文轉入控制信號開出模塊執行開出； 所述控制信號開出模塊用於將數據域中的內容轉化為控制信號，進而驅動出口繼電器動作。
2.如權利要求1所述的牽引變電所中斷路器的控制保護系統的運行方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1、開入狀態檢測模塊採用輪詢的方式不斷檢測斷路器智能單元輸入和輸出口的開入電平狀況，一旦檢測到端子的電平發生改變，且持續時間大於消抖時延，記錄開入電平並將檢測出的開入電平轉換為開關位置信號後輸入GOOSE報文編碼發送模塊中； 步驟2、GOOSE報文編碼發送模塊將開關位置信號編碼後發送至GOOSE報文解析模塊中； 步驟3、GOOSE報文解析模塊解析GOOSE報文的數據域，並判斷解析後的數據域中數據是否為分合閘報文，若是分合閘報文則改變數據集，並且置位報文有效性標誌後轉入控制信號開出模塊； 步驟4、控制信號開出模塊在GOOSE報文解析標誌打開且開出數據有效時，將數據域中的內容轉化為控制信號，並由控制信號驅動出口繼電器動作。
3.根據權利要求2所述的牽引變電所中斷路器的控制保護系統的運行方法，其特徵在於，所述步驟3可解析GOOSE報文前還包括對GOOSE報文是否是斷路器中智能單元訂閱的報文進行判斷，在判定為訂閱的報文後再檢查GOOSE報文的有效性，所述步驟3中解析GOOSE報文是有效的報文。
【文檔編號】H02H7/26GK104426240SQ201310396692
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月4日 優先權日:2013年9月4日
【發明者】龔伶 申請人:龔伶