[0001] 本发明涉及轨道交通领域的二次设备技术，更具体地，涉及一种基于GOOSE组网通信机制的地铁直流馈线保护联跳方法及系统。

[0002] 在地铁直流牵引供电系统中，标准牵引变电所配置包括4面直流馈线开关柜用于向接触网供电、2面直流进线开关柜接入电源、1面能馈制动开关柜以及1面负极柜。每面开关柜内含断路器和继电保护装置。正常情况下，各变电所通过闭合直流馈线断路器采用双边供电模式，增强供电稳定性。越区隔离开关通常断开，确保两个相邻变电所的馈线独立运行。当某牵引变电所退出运行时，其越区隔离开关闭合，其上下行双向邻所直接相连，形成大双边供电模式。

[0003] 联跳机制包括：

[0004] 直流馈线保护双边联跳：故障点附近装置检测到故障后跳闸，并通知对侧装置也跳闸。

[0005] 直流断路器失灵保护联跳：若保护装置动作但未能有效切断电流，则触发失灵保护发出相应联跳信号，断开相关断路器并闭锁，以隔离故障区域。

[0006] 框架泄漏保护联跳：针对不同位置的漏电情况，负极保护装置会根据故障类型发出相应联跳信号，断开相关断路器并闭锁，以隔离故障区域。

[0007] 这种配置和保护策略确保了即使在单个变电所失效或局部故障的情况下，也能保持整体供电网络的安全性和可靠性。但是，传统地铁直流保护中，馈线保护、断路器失灵保护和框架泄漏保护的联跳机制普遍采用控制电缆作为信号传输媒介。这不仅导致回路数量繁多、I/O量很大，电缆消耗量大、布线拓扑结构复杂、抗干扰能力差，而且不同制造商的继电保护设备之间无法兼容。而采用GOOSE光纤组网传输联跳信号，不仅具备强大的抗干扰能力，减少了二次电缆的需求，还简化了组网过程，便于配置。

[0008] 目前直流保护联跳方法主要有三种方式：

[0009] (1)基于控制电缆和继电器的直流保护联跳方法，该方法存在的技术问题包括：当某个牵引变电所退出运行时，除了需要闭合越区隔离开关以实现大双边供电外，还必须手动调整多个联跳继电器，以便两侧相邻变电所的直流馈线保护装置能够直接传递联跳信号，绕过已退出运行的变电所。这一过程增加了操作复杂性和出错的可能性。

[0010] 不同制造商生产的继电保护设备在保护联跳功能的实现方式上可能存在差异，导致不同品牌之间的设备互不兼容。这种不一致性使得在进行系统升级或改造时面临极大的挑战，不仅增加了工程实施的难度，也可能影响系统的可靠性和维护效率。

[0011] (2)基于屏蔽双绞线传输联跳信号的方法，其存在的问题包括该方法下通信距离受限且抗干扰能力差。

[0012] (3)基于GOOSE点对点通信的保护联跳方案：相邻两所同一供电分区的两侧直流馈线保护装置通过直接连接的光纤实现双边联跳信号的传输，从而省去了中间的GOOSE交换机。然而，变电所内部装置之间的信息交互仍然依赖于传统的电缆和继电器连接方式，这需要大量的物理布线。

[0013] 在采用大双边供电模式时，这种方案完全依赖于所内装置间的继电器和电缆来转发联跳信号。因此，任何装置状态或配置的变化(例如手车位置变动、压板设置调整或控制字修改)都可能导致联跳信号的传递受限。

[0014] 此外，点对点通信模式下，站间的信息交互能力较弱，无法实现全线的数据共享。这限制了地铁智能化高级应用功能的发展，如故障分析、精确定位以及系统的自动恢复等，不利于长远应用。

[0062] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。

[0063] 如图1所示，本发明提出了一种基于GOOSE组网通信的地铁直流保护联跳方法，该方法包括如下步骤：

[0064] 步骤1，在地铁线路的牵引变电所内，使用光纤交换机构建GOOSE网络；

[0065] 本发明在现有的地铁牵引变电所内增加配置光纤交换机，牵引变电所内的直流保护装置配有GOOSE通信板卡。

[0066] 优选的，光纤交换机可以选用IEC61850光纤交换机，使用光纤将每台直流保护装置连接上IEC61850光纤交换机，相邻两所的交换机也使用光纤相连。

[0067] 每个牵引变电所内可配1台IEC61850光纤交换机组网，也可配2台组成双星型PRP并行冗余网络。

[0068] 如图2、3所示，该方案的每个牵引变电所中的直流保护装置包括4台直流馈线保护装置、1台直流负极保护装置、2台直流进线保护装置、1台能馈制动保护装置以及1台IEC61850光纤交换机，也可配置2台IEC61850光纤交换机组成双星型PRP并行冗余网络。

[0069] 其中，上述的每一台保护装置均配有GOOSE通信板卡，板卡上配有GOOSE光口，用于GOOSE通信，且每台保护装置均使用光纤与IEC61850交换机相连；

[0070] 地铁全线由多个地铁牵引变电所构成，相邻两所的交换机使用光纤相连。

[0071] 如图2所示，对于地铁线路中的牵引变电所C，牵引变电所C内的直流保护装置能够与本所所内的直流保护装置进行通信，以及能够与下行方向相邻的牵引变电所B以及同方向下一个相邻的牵引变电所A的直流保护装置进行通信，牵引变电所C内的直流保护装置还能够与上行方向相邻的牵引变电所D以及同方向下一个相邻的牵引变电所E的直流保护装置进行通信。

[0072] 步骤2，根据牵引变电所内配置的直流保护装置发出的保护动作的类型，执行对应的联跳方案：

[0073] 正常情况下，相邻两所位于同一供电分区的两台直流馈线保护装置会将各自越区隔离开关的分合位置通过GOOSE发送给对方以及对方所在牵引变电所的直流负极保护装置。

[0074] 以图2中的牵引变电所C为例，当GOOSE网络持续正常运行，牵引变电所C的直流馈线保护装置211能获得牵引变电所B越区隔离开关2113的实时位置；牵引变电所C的直流馈线保护装置212能获得牵引变电所B越区隔离开关2124的实时位置；直流馈线保护装置213获得牵引变电所D的越区隔离开关2113的实时位置；直流馈线保护装置214获得牵引变电所D的越区隔离开关2124的实时位置；牵引变电所C的直流负极保护装置则能够全部获得牵引变电所B、牵引变电所D两所的四个越区隔离开关的实时位置。

[0075] 地铁牵引变电所内配置的保护装置发生以下保护时，会发出GOOSE联跳信号：直流馈线保护、直流断路器失灵保护和框架泄漏保护；具体各保护动作下的联跳方案如下：

[0076] 针对直流馈线保护动作：

[0077] 如图4所示，当直流馈线柜手车在工作位置，且保护装置的联跳功能被投入，当发生电流速断、过流、电流上升率、大电流脱扣、热保护等直流馈线保护装置保护动作时，本侧直流馈线保护装置跳开其所控制的断路器，并向对侧直流馈线保护装置发出GOOSE双边联跳信号，用以跳开对侧直流馈线保护装置所控制的断路器。

[0078] 具体的，如图2所示，各牵引变电所内的四个直流馈线保护装置211～214闭合，通过馈线为直流接触网提供连续电力，此时，越区隔离开关2113、2124断开，对于每个牵引变电所而言，本所中的直流馈线211与下行方向邻所的直流馈线213互为对侧，一起为同一段左线接触网双边供电，共同组成一条供电臂(也称一段供电分区)；本所的直流馈线212与下行方向邻所的直流馈线214互为对侧，一起为同一段右线接触网双边供电，组成一条供电臂；本所的直流馈线保护装置213与上行方向邻所的直流馈线保护装置211互为对侧，一起为同一段左线接触网双边供电，组成一条供电臂；本所的直流馈线214与上行方向邻所的直流馈线212互为对侧，一起为同一段右线接触网双边供电，组成一条供电臂。

[0079] 当牵引变电所B退出运行时，牵引变电所B的越区隔离开关2113、2124闭合，将AB、BC两段接触网连成一长段AC接触网。牵引变电所A的直流馈线保护装置213与牵引变电所C的直流馈线保护装置211的断路器闭合，二者互为对侧与AC左线接触网组成一条供电臂，称为大双边供电；牵引变电所A的直流馈线保护装置214与牵引变电所C的直流馈线保护装置212闭合互为对侧，构成右线的大双边供电。

[0080] 以图2中的牵引变电所C的直流馈线保护装置213装置输出GOOSE双边联跳为例，如图4所示，直流馈线保护的双边联跳方案包括以下步骤：

[0081] (1)当牵引变电所D的越区隔离开关2113处于分位，牵引变电所C的直流馈线保护装置213和牵引变电所D的直流馈线保护装置211形成双边供电。牵引变电所C的直流馈线保护装置213保护动作时，向牵引变电所D的直流馈线保护装置211装置发送GOOSE双边联跳信号。牵引变电所D的直流馈线保护装置211装置收到信号后跳开断路器。

[0082] (2)当牵引变电所D的越区隔离开关2113处于合位，牵引变电所C的直流馈线保护装置213和牵引变电所E的直流馈线保护装置211形成大双边供电。牵引变电所C的直流馈线保护装置213装置保护动作时，将向牵引变电所E的直流馈线保护装置211发送GOOSE双边联跳信号。牵引变电所E的直流馈线保护装置211收到信号后跳开断路器。

[0083] 根据以上步骤，最终完成地铁直流馈线保护的双边联跳动作过程。

[0084] 当直流保护装置所控制的断路器发生失灵故障时，执行直流断路器失灵保护的所内/双边联跳，包括直流保护装置向牵引变电所内所有直流保护装置控制的断路器以及对侧的直流馈线保护装置发出GOOSE失灵保护所内/双边联跳信号，用以跳闸并闭锁本侧直流保护装置控制的断路器以及对侧直流馈线保护装置所控制的断路器；具体的，如图5、6所示，针对直流保护装置所控制的断路器失灵故障状态：

[0085] 当牵引变电所的直流进线保护装置或者能馈制动保护装置所控制的断路器的失灵保护动作时，向该牵引变电所内的直流馈线保护装置、直流进线保护装置和能馈制动保护装置发送GOOSE失灵保护所内联跳信号，该牵引变电所的上述保护装置接收到GOOSE失灵保护所内联跳信号后将其控制的断路器跳闸并闭锁合闸；

[0086] 当直流馈线保护装置断路器失灵保护动作时，该直流馈线保护装置向该牵引变电所内的直流馈线保护装置、直流进线保护装置和能馈制动保护装置发送GOOSE失灵保护所内联跳信号，并向对侧的直流馈线保护装置发送GOOSE失灵保护双边联跳信号；以上收到GOOSE失灵保护所内联跳信号或GOOSE失灵保护双边联跳信号的保护装置将其控制的断路器跳闸并闭锁合闸。

[0087] 结合图2，当直流断路器柜手车在工作位置，且保护装置的失灵保护功能被投入，当触发直流断路器失灵保护时，执行直流断路器失灵保护的所内/双边联跳方案，具体如下：

[0088] (1)当牵引变电所的直流进线或者能馈制动断路器的失灵保护动作，会向该牵引变电所内的直流馈线保护装置、直流进线保护装置和能馈制动保护装置各自控制的断路器发送GOOSE失灵保护所内联跳信号，收到信号后的直流保护装置将其控制的断路器跳闸并闭锁合闸。

[0089] (2)当直流馈线装置断路器失灵保护动作时，以图2中的牵引变电所A的直流馈线保护装置214为例：牵引变电所A的直流馈线保护装置214失灵保护动作，向所内所有直流断路器保护装置发送GOOSE失灵保护所内联跳信号，跳开并闭锁本所直流断路器。同时判断牵引变电所B2124的分合位置，当2124为分位时，牵引变电所A的直流馈线保护装置214对牵引变电所B的直流馈线保护装置212发GOOSE失灵保护双边联跳信号，牵引变电所B212收到信号后跳闸并闭锁断路器；当牵引变电所B2124为合位时，牵引变电所A214对牵引变电所C212发GOOSE失灵保护双边联跳信号，牵引变电所C212收到信号后跳闸并闭锁断路器。

[0090] 根据以上步骤，最终完成地铁直流断路器失灵保护的所内/双边联跳动作过程。

[0091] 针对框架泄漏故障状态：根据保护动作发出对象不同，执行不同的联跳方案，如图7～10所示，具体如下：

[0092] (1)当直流负极保护装置的整流器柜或负极柜框架电流保护动作时，该直流负极保护装置会向本所的直流进线保护装置201和直流进线保护装置202发送GOOSE框架电流FP‑1联跳信号。直流进线保护装置201和直流进线保护装置202接收到信号后跳闸断路器并闭锁合闸。

[0093] (2)当直流负极保护装置的能馈制动柜框架电流保护动作时，该直流负极保护装置会向本所的能馈制动保护装置219发出GOOSE框架电流FP‑3动作信号。能馈制动保护装置219接收到信号后跳闸直流断路器并闭锁合闸。

[0094] (3)当直流负极保护装置的框架电压保护动作时，该保护装置会向所内所有直流断路器柜保护装置发送GOOSE框架电压联跳信号。保护装置接收到信号后跳闸直流断路器并闭锁合闸。

[0095] (4)当直流负极保护装置的正极柜框架电流保护动作时，以图2中的牵引变电所C的正极柜框架为例，该直流负极保护装置会向牵引变电所C所有直流断路器柜保护装置发送GOOSE框架电流FP‑2所内联跳信号，跳闸并闭锁所内的直流断路器。同时向左线的上下行双向对侧的直流馈线保护装置，以及右线的上下行双向对侧的直流馈线保护装置发送GOOSE框架电流FP‑2双边联跳信号，跳闸并闭锁左右线双侧共4台馈线断路器。即下行侧牵引变电所B的越区隔离开关2113、2124均为分位时，牵引变电所C直流负极保护装置对牵引变电所B的直流馈线保护装置213、214发GOOSE框架电流FP‑2双边联跳信号，当牵引变电所B的越区隔离开关2113或2124为合位时，牵引变电所C直流负极保护装置则与之对应，对牵引变电所A的直流馈线保护装置213(牵引变电所B2113为合位)或直流馈线保护装置214(牵引变电所B的2124为合位)发出GOOSE框架电流FP‑2双边联跳信号；同理当上行侧牵引变电所D的越区隔离开关2113、2124均为分位时，牵引变电所C直流负极保护装置对牵引变电所D的直流馈线保护装置211、212发GOOSE框架电流FP‑2双边联跳信号，当牵引变电所D的越区隔离开关2113或2124为合位时，牵引变电所C直流负极保护装置则与之对应，对牵引变电所E的直流馈线保护装置211(牵引变电所D的越区隔离开关2113为合位)或直流馈线保护装置212(牵引变电所D的越区隔离开关2124为合位)发GOOSE框架电流FP‑2双边联跳信号。保护装置接收到信号后跳闸并闭锁断路器。

[0096] 根据以上步骤，最终完成地铁直流柜框架泄漏保护的所内/双边联跳动作过程。

[0097] 如图11所示，本发明还提出了一种基于GOOSE组网通信的地铁直流保护联跳系统，用于实现上述基于GOOSE组网通信的地铁直流保护联跳方法，该系统包括：GOOSE网络构建模块、故障状态识别模块和联跳动作执行模块；

[0098] GOOSE网络构建模块用于在地铁牵引变电所内，使用光纤交换机构建GOOSE网络；

[0099] 故障状态识别模块用于获取地铁牵引变电所内配置的保护装置发出的保护动作的类型，包括直流馈线保护动作、直流断路器失灵故障保护动作和框架泄漏保护动作；

[0100] 联跳动作执行模块用于根据保护动作类型执行对应的联跳方案。

[0101] 本发明的有益效果在于，与现有技术相比，基于GOOSE通信技术的网络化保护方案，通过光纤交换机组建GOOSE网络，使地铁牵引变电所内的各保护装置配备GOOSE通信板卡以及GOOSE光口，彻底摒弃了直流保护组件间的二次控制电缆，实现了多种保护机制联跳信号的高效、稳定传输以及对联跳范围的精确控制。该方案实现了地铁直流保护的网络化，且具有网络结构简单清晰、易兼容扩展、联跳功能全面，实时性高的技术效果。

[0102] 本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

[0103] 计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD‑ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

[0104] 这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

[0105] 用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

[0106] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。