[发明专利]一种新型地铁中压环网保护系统间隔层组网方法

说明书

技术领域

本方案涉及地铁行业供电系统数字化保护领域。该方案优化间隔层组网配置，提高网络效率，保护装置间通过间隔层GOOSE网络交换保护启动、动作和开关位置信息实现环网母线及电缆故障的快速定位、快速切除。

背景技术

近年来，国内城市轨道交通电力中压环网大多都采用“线路光纤纵差保护+过电流保护”配置方案。过电流保护作为环网电缆短路故障的后备保护和变电所中压母线短路的主保护。过电流保护动作时限进行逐级配合，对于大环网供电方式，该时限配合很难满足保护选择性要求，故障情况下将造成多个变电所同时停电，影响旅客运输。特别是当母线出现短路故障及差动退出运行时出现的电缆故障，过电流保护需通过一段较长的延时才能切除故障。此外，逐级配合导致靠近电源点处的过电流保护动作时限较长，不利于故障快速切除。

随着数字化保护系统中GOOSE网络通信技术的发展，支持实现城市轨道交通中压供电系统全线保护装置间互联互通和信息共享的数字化保护技术能够实现更高等级的保护功能，实现快速有选择性地跳闸。该保护系统采用间隔层GOOSE网络，实现所内和所间设备之间的通信和信息共享，保护装置通过GOOSE网可以监视上级开关及下级开关的保护动作情况，然后通过逻辑判断实现环网母线及电缆故障的快速定位、快速切除。

环网数字化保护系统的间隔层GOOSE网络是由线路沿线的变电站之间的交换机级联组成的链形网络。如图1、3所示。

GOOSE报文为组播报文，组播报文在交换机中如果不作任何配置管理就是广播转发。大量GOOSE报文同时发生时可能引起接收装置网卡的缓冲区溢出而丢失报文，也可能引起网络负荷瞬时过重而丢失报文。GOOSE采用顺序重发机制，即使没有事件发生，网络上也有大量“心跳”组播报文存在。如果不进行合理的组播报文过滤，网络上所有保护装置发出的组播报文都会被接收，这将会对保护装置的通信和数据处理能力造成严重影响。当电力系统发生故障时，多个保护装置会同时发出大量间隔时间很短的GOOSE报文，可能引起网络超载、通信延迟、保护装置网卡接收缓冲区溢出丢失报文，从而导致保护装置的动作时间变长，或不能可靠动作。因此采取有效的方法对GOOSE组播报文进行传输限定、隔离过滤是十分必要的。

考察交换机虚拟局域网VLAN和组播通信技术，并结合GOOSE报文传输机制，两种方法可以用来实现GOOSE组播过滤：交换机VLAN隔离和交换机组播过滤。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本方案采用VLAN交叠方式，可以有效限制广播包的传输范围。通过划分VLAN，并通过端口限制，交换机将广播报文限制在特定VLAN的作用范围内，提高了网络资源的利用效率，限制了网络风暴影响范围，提高系统安全性和稳定性。通过配置VLAN，实现网络上不同VLAN之间逻辑隔离，从而实现信息访问的安全。

保护系统间隔层组网方案适用于地铁、轻轨等城市轨道交通中压环网供电系统，实现环网母线及电缆故障的快速定位、快速切除。其特征在于以下几点：

1、地铁中压环网变电站数字化保护系统由环网进出线保护、母联保护、馈线保护等保护装置和以太网交换机等组网设备组成。各保护的GOOSE网口之间通过以太网交换机组成星形局域网。线路沿线的变电站交换机通过所间光纤级联形成一个大型链形局域网。

2、同一变电站内的保护装置之间、相邻变电站的进出线保护装置之间需要通过GOOSE网络交换开关位置、保护启动、保护出口的实时信息。不相邻的变电所之间不需要信息交换，需要隔离它们之间的GOOSE报文。

3、给每个所的交换机分配一个唯一的VLAN ID，并配置上前后相邻所的VLANID，使其能够识别、接受相邻所的报文。

4、在交换机上，参与交换GOOSE信息的端口，包括保护装置端口和相邻所级联端口，都配置为TRUNK端口，使其能接收、识别多个VLAN的报文。在所间级联端口上设置VLAN禁止端口，阻断GOOSE报文向远端、无关的变电站传播。

5、提供数字通信电流保护功能，通过GOOSE网络接收相邻变电所同一线路开关的过电流保护的启动信号及本变电所同一母线上其它所有开关的过电流保护的启动信号，并结合本装置的过流启动信号来智能判断出故障区段，识别出是电缆故障或者是母线故障，实现选择性跳闸。

6、提供数字通信零流保护功能，通过GOOSE网络接收相邻变电所同一线路开关的零序电流保护的启动信号及本变电所同一母线上其它所有开关的零序流保护的启动信号，并结合本装置的零流启动信号来智能判断出故障区段，识别出是电缆故障或者是母线故障，实现选择性跳闸。