IEC61850在轨道交通变电所中的应用探讨

IEC61850在轨道交通变电所中的应用探讨

陈楚楚

(深圳市地铁运营集团有限公司深圳518000)

摘要：本文分别对轨道交通变电所及IEC61850的技术特点进行了分析，重点对IEC61850在轨道交通变电所中接触网隔离开关闭锁，直流开关柜双边联跳、可视化自动挂地线等应用场景进行探讨和分析。

关键词:IEC61850；轨道交通；闭锁；双边联跳；可视化接地

IEC61850是国际电工委员会颁布的一套变电所自动化系统标准。在我国等同的标准为DL/T860系列标准。与IEC60870不同，IEC61850并不仅仅是通讯协议标准，它是实现变电所智能化、数字化的一套标准体系。该标准发布至今已有十余年，支撑该技术的软、硬件已日趋成熟，在我国的各大电力公司早已应用，但是轨道交通变电所中应用相对有限，因此研究该标准在轨道交通变电所中的应用具有现实意义。

一、轨道交通变电所及电力监控系统构成

轨道交通变电所一般由主变电所和设置于车站的站级变电所组成。以某地铁线路为例，主变电所设有两台油变，负责将来自供电局110kV供电回路降压为35kV三相交流电后，通过35kV供电环网馈出至各供电区段。正常运行状态下，两台主变分列运行，低压侧35kV采用单母分段开关处于断开状态。车站变电所分为牵引降压变电所和降压所。该线路地铁列车采用DC1500V牵引供电，因此车站牵引混合所设有整流机组，将35kV供电回路整流成DC1500V直流电后通过接触网或接触轨向地铁列车供电。降压变电所因无整流机组，只需将35kV通过干变降压成为400V的三相交流电供车站动力、照明负荷使用。

电力监控系统（PSCADA）系统主要用于轨道交通供电系统的监控，实现了电力调度的自动化，提高了电网运行的可靠性、安全性和经济效益，是电力调度员不可或缺的工具。电力监控系统主站采用分布式计算机局域网络结构，客户机/服务器模式，网络重要设备冗余配置。子站系统设在主变电所、牵引降压混合变电所、降压变电所。变电所综合自动化系统采用集中管理，分散控制模式。

二、IEC61850技术特点

IEC61850标准体系对系统概貌、数据模型、配置、数据模型、抽象通信服务、映射到实际通讯网络、测试等内容做出了规定和描述。

在信息模型方面，IEC61850采用了面向对象的分层模型。这与IEC60870中以点表形式，按照索引号、点名进行描述的模式存在很大的不同。IEC61850信息模型分为5个层次，分别为：服务器（server）、逻辑设备（logicaldevice）、逻辑节点（logicalnode）、数据（data）、数据属性（dataattribute）。采用该模型描述方式，结合使用统一的建模和描述文件，可以在组态、配置和维护工作上,节省了大量开支。

Goose通讯是IEC61850标准中的一种快速报文传输机制，用于传输变电站内IED之间的重要实时信号。Goose采用网络信号代替了常规变电站装置之间硬接线的通讯方式，大大简化了变电站二次电缆接线。广泛应用于保护、测控装置跳合闸命令的输出，不同保护装置之间的闭锁等。Goose通讯采用“发布-订阅”模式，该模式允许在一个数据发出者和多个数据接收者之间形成点对多点的直接通信，适用于数据流量大，实时性要求高的场合。由于Goose通讯传输的多为重要的信息，如闭锁、跳闸等信息，该类信息要求传输的实时性、可靠性高，为解决此问题，Goose传输机制中使用了变时间间隔重复传输机制和校错机制以确保信息传输的实时性和可靠性。具体实施时，一般按一定时间间隔重发报文，时间间隔逐渐加大。

三、应用场景探讨

在轨道交通供电系统中，有以下几种应用场景需跨站敷设二次回路电缆

1、直流双边联跳保护的实现。轨道交通接触网供电一般采用双边供电即存在多电源，同时线路为强电阻性，保护会形成死区。因此可能会存在离故障点较近的电源由于故障电流大，保护能够及时动作断开电源，而双边供电的另一侧电源可能离故障点较远，故障电流达不到保护定值要求，在线路出现故障时，无法切除故障。为避免此类问题，直流供电系统会配置双边联跳保护，即当一侧保护动作时向另一侧的保护发送联跳信号，对侧收到联跳信号后会相应跳开开关，可以同时切除供电区间两侧电源，隔离故障点。传统的实现双边联跳，需在相邻的牵引变电所之间敷设双边联跳二次电缆来实现。

2、接触网越区隔离开关闭锁功能的实现。接触网隔离开关主要用于大双边供电，当某牵引变电所列解或整流机组出现故障时，可通过合上越区隔离开关，由相邻牵引变电所实现越区供电。由于隔离开关不能带负荷分合，越区隔离开关需设置控制闭锁回路，即在两侧相邻牵引变电所的相应断路器、越区隔开在分位时才能进行控制操作。实现该闭锁逻辑需向两侧牵引变电所敷设大量二次电缆以采集相关开关位置信号。

3、为提高运营效率，轨道交通采用全自动运行及智慧运营模式是现在的发展趋势。目前已有地铁开始使用接触网、轨可视化自动挂地线系统。该系统用于代替人工，实现自动验电、自动挂地线。相比人工挂地线，自动挂地线系统可极大减少挂地线时间，为运营结束后腾出了宝贵的维护时间。验电、挂地线作为停电检修前最重要的一道安全防护措施，对该系统的可靠性提有较高的要求。自动挂地线系统设置时也需考虑闭锁问题，避免接触网带电挂地线及带地线送电。如使用电气回路实现该闭锁功能，需向邻站的牵引混合所敷设二次回路电缆以采集相应的开关状态。

上述三种场景均需在相邻牵引混合变电所间敷设二次电缆，敷设距离长、数量多。一方面导致建设成本高，另一方面施工、调试及维护人员需花费大量的时间用于二次回路的校线、检查，占用大量人工，不利于提高效率。使用IEC61850技术，用数字通讯技术替代二次电缆可解决上述问题。通过在PSCADA系统敷设专用冗余通讯光缆，将线路上各车站变电所连接起来实现站间通讯，见示意图。

本站隔离开关、接地柜刀闸、直流开关的状态接入支持61850的PSCADA智能测控装置。该智能测控装置具备Goose通讯功能，可利用站间通讯功能获得相邻牵引变电所的离开关、接地柜刀闸、直流开关的状态。智能测控装置经过逻辑运算后向本站或邻站开关设备发出闭锁信号或跳闸信号。采用上述方案后，相邻站点开关状态信号均通过通讯光缆传输，节省了大量二次电缆。

四、结束语

采用IEC61850可以减少二次电缆的使用量，节约设备成本。在轨道交通变电所已有应用先例，相信在后续轨道交通线路的建设中会更多采用该技术。在关注61850所带来的优点的同时，也应注意到61850对网络更加依赖，应注意网络的抗干扰性，并需满足国家信息安全等级保护的相关要求，做好防护工作。

参考文献:

[1]唐洁.地铁直流牵引系统的继电保护和双边联跳的应用[J].上海电气技术.2014，097(3)：29-34

[2]何磊.IEC61850应用入门[M].北京:中国电力出版社,2012:102-206