城市轨道交通直流供电系统光纤双边联跳技术应用研究

城市轨道交通直流供电系统光纤双边联跳技术应用研究

林炳城

身份证号码：440582198401016610

摘  要：基于光纤数字通信的双边联跳保护技术是城市轨道交通供电系统直流保护技术发展的方向之一，其具有抗干扰性能好、具备自诊断功能、适用于长距离通信、易于运营维护等优点，是一种比传统的控制电缆联跳技术更优的解决方案。本文研究直流光纤联跳保护技术在广州地铁知识城线挂网应用的情况，验证该新技术方案的可行性。

关键词：光纤；双边联跳

0 引言

直流双边联跳保护既是城市轨道交通直流牵引供电系统中的重要保护类型之一，作为其它保护的后备，同时也可以有效防止在越区供电时可能产生的保护死区。双边联跳保护是一种本站断路器跳闸后，通过联跳线缆发送故障信号使临站断路器跳闸的方式。如图1所示，对于采用双边供电方式的牵引供电系统，只要两个变电所中有一个能检测出故障电流并正确跳闸，另一个也会被联跳，因而提高了保护的可靠性，是广泛使用的一种跳闸方式。

图1双边供电方式示意图

1传统双边联跳保护的缺点

目前，国内城市轨道交通直流牵引系统普遍采用多芯控制电缆传输电信号的方式来实现双边联跳保护，该方案二次回路构造简单，可靠性较高，但也存在以下三个方面的问题：

（1）对二次回路本身可能发生的故障难以实时监测，存在安全隐患。当电缆硬接线出现断线或者接触不良的情况时，只有在保护装置误动、拒动，或者检修时才能发现。另外，定位二次回路故障点的过程繁琐、工作量巨大；

（2）大、小双边切换时需要采用越区隔离开关本体的辅助触点，触点数量不够的情况下要采用中间继电器扩展，既增加了建设费用，又增加了中间故障环节，降低了系统可靠性。当中间继电器出现故障时，不能反映越区隔开的真实状态，双边联跳回路无法正确切换，工程中存在安全隐患；

（3）电信号传输过程存在损耗，如果站点相隔较远（大于3kM），信号传输距离长，为确保联跳接收继电器可以正常动作，需要增加信号放大器。

2基于光纤通讯的双边联跳技术

相对于控制电缆联跳方案，光纤双边联跳装置技术方案具有明显优势，其抗干扰性能好，对各种复杂的工程环境有很强的适应性；同时，光纤双边联跳装置可以对光纤通道进行实时监测。光纤通信异常时，装置报警输出，防止由于通信回路故障造成保护误动和拒动的现象；另外，光纤广泛应用于长距离传输信号，适合作为地铁供电系统区间通信的传输介质。

光纤双边联跳装置技术方案的总体思路是采用配置方式多元化的FPGA可编程控制器与光纤接口模块相结合的方式，对FPGA的各个功能模块进行集成，研发光纤双边联跳保护装置，通过装置在直流牵引变电所之间组建光纤双边联跳保护系统。如图2所示，一个车站分别配置上行、下行共两台台光纤双边联跳保护装置，一个光纤双边联跳保护装置配置两个光纤接口模块，分别用于对接上一站、下一站的光纤双边联跳保护装置。

图2基于光纤通讯的双边联跳保护网络结构图

3光纤双边联跳技术的应用

广州地铁知识城线新和站、红卫站、新南站三个站的左线、右线分别新增了光纤双边联跳装置（型号：白云电器双边联跳装置FMT100）且敷设了区间通信光缆，同时保留“区间控制电缆+联跳继电器”的方案，光纤联跳和控制电缆联跳两种方式并列运行实现双边联跳保护，两种保护方式互为备用。如图3所示为右线双边联跳的原理图。该装置可以实现以下的功能：

（1）红卫站的FMT100装置A组开入经光纤将信号传送到新和站FMT100装置B组开出，而后者的B组开入作为前者的A组开出，其他连接方式同理。

（2）装置的第一组开入/开出（Di1/ Do1）固定作为双边联跳信号的传输接点，其它接点用于相邻站之间闭锁信号的传输。

（3）装置通过开入量SW1、SW2（越区隔离开关位置）的控制信号实现大、小双边的逻辑切换。SW1=0，SW1=X时，装置以小双边模式工作，联跳信号和闭锁信号在相邻站之间传输（新和站和红卫站，红卫站和新南站）。SW1=1，SW1=0时，装置以大双边模式工作，Di/ Do1联跳信号隔站传输（新南站到新和站），Di/ Do3~4闭锁信号保持相邻站之间传输（新和站和红卫站，红卫站和新南站）。

（4）FMT100带有RS-485通讯接口，支持Modbus通讯协议，可将信号上传至后台。

图3 右线双边联跳原理图

4主要功能指标验证

光纤双边联跳装置于2018年7月在广州地铁知识城线新和站、红卫站、新南站三个站挂网试验，挂网试验主要目标是让新的研发成果FMT100装置在现场正式试运行，验证产品性能是否满足工程要求和相关标准、技术文件的规定，发现和消除产品存在的影响性能、质量和安全运行的各种缺陷。

经现场验证和运行，该装置采用光纤传输数字信号，利用FPGA技术对接点信号进行并行处理，实现了大小双边切换、光纤通道监视、当地通信报警等功能，现场验证的各项功能均正常，具体如下：

（1）装置根据现场的开入量信号实现了基本的大、小双边切换功能。

（2）当光纤通道故障，装置提供了故障报警输出信号。

（3）小双边模式下能实现相邻站之间的直流联跳保护功能，大双边模式下能实现大双边供电方式下的直流保护联跳功能。

5结语

通过现场试验和挂网试运行，验证了光纤双边联跳装置的功能指标以及技术方案的可行性，为提高城市轨道交通直流牵引供电系统的安全性、可靠性提供多一种更优的方案。同时，近年来业内提出了城市轨道交通智能变电所综合自动化系统的设计方案框架。光纤双边联跳装置技术方案的研究为解决变电所之间联动、闭锁关系的复杂问题提供了新的思路，研究过程中积累的经验也为更好地打造城市轨道交通数字化智能变电站创造技术条件。

[参考文献]

[1]徐钦炜,廖权保,常宝波,余龙.基于光纤通信的城市轨道交通直流牵引双边联跳装置研究[J].电工技术,2018(14):114-115+118.