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摘要：根据电力系统智能变电站对于 GOOSE 网络的应用，结合城市轨道交通供电特点，将电力系统智能变电站中成熟的 GOOSE 网络技术应用到城市轨道交通供电专业内，同时进一步探索 GOOSE 网络在城市轨道交通中的可行性应用，形成轨道交通领域的智能变电站模型。
关键词：GOOSE 网络；智能变电站；城市轨道交通
GOOSE 网络作为智能变电站的重要载体，在电力系统智能变电站中得到广泛的应用，其先进性和可靠性已在电力系统中得到了充分的验证。在电
力系统智能变电站中，GOOSE 网络将传统变电站内硬接线转化为数字量信号，节省了大量复杂交错的二次电缆，同时实时监测了各 GOOSE 网络的链路状态，起到了至关重要的作用。而在城市轨道交通车站内，因为存在大量的设备间联锁联跳信息， GOOSE 网络更是可以发挥其重要的作用。
本文通过 GOOSE 网络的应用，将几个原本独立的系统融合在一起，探索出与传统城市轨道交通不同的优势，实现了不同设备间的信息共享，优化了各系统的应用，同时 GOOSE 网络作为数据传输大平台，本文提供了探索更多基于 GOOSE 网络应用的可能性，笔者将 GOOSE 网络视为城市轨道交通供电专业内的“高速公路”，本文寻求的是行驶于“高速公路”的“车辆”，同时亦为发展城市轨道交通智能变电站提供思路。
1 GOOSE 网络概述
面向通用对象的变电站事件(generic object oriented substation event ,GOOSE)网络作为智能变电站的过程层通用技术，主要用来实现变电站的间隔闭锁和传送实时跳闸信号的功能，以替代传统变电站保护之间的硬接线，因此通过 GOOSE 网络的应用，可以节省大量的二次电缆。
为了实时监控 GOOSE 网络的通信状况，设立了 GOOSE 断链的检测机制[1]，如图 1 所示。
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图1 GOOSE 断链检测机制
GOOSE 断链检测以报文的重发为基础。在图 1 中，当开关量信号变位等新事件发生后，GOOSE 报文进入高速重发阶段，之后重发周期逐级放大直至进入稳态的最大重发周期；重发的每帧 GOOSE 报文含有重发间隔信息，当接收装置在 2 倍重发间隔时间内未收到新的GOOSE 报文，则判断为 GOOSE 网络断链。因此通过 GOOSE 网络的应用，可以实时判断通道状态，便于故障检测和排查。
GOOSE 网络通过光纤传输，通信稳定性更高， 通信容量更大，抗干扰性更强，为 GOOSE 网络作为平台在城市轨道交通中的应用提供可能性。
2 GOOSE 网络架构
根据城市轨道交通行业的重要性，GOOSE 网络可借鉴电力系统智能变电站中110kV电压等级设置。国家电网公司 Q/GDW441-2010《智能变电站继电保护技术规范》中要求，过程层 GOOSE 网络、站控层网络应完全独立配置，且 110kV 过程层网络宜双网配置。
因此在城市轨道交通中，每个车站设置了双GOOSE 网络[2]，该网络独立于现有的通信监控网络，并通过各车站的 GOOSE 网络级联，形成全线共用的双 GOOSE 网络，为基于 GOOSE 网络的应用建立平台。
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图2 GOOSE 网络设置
3 GOOSE 网络在中压系统中的应用
3.1中压供电系统介绍
目前城市轨道交通常用的中压供电系统为大环串供电，即通过设置主变电所方式从城市电网集中取电，各车站采用“手拉手”串接，且为单侧电源供电，同时具备支援供电的条件。为保证中压综保选择性和可靠性的要求，传统车站内各级车站综保需要设置电流级差和时间级差，因此越靠近主变电所侧车站，电流定值和时间定值越大。若此时靠近主变电所侧出现故障，故障切除时间较长，无法满足继电保护速动性要求，对供电设备造成很大损害，不利于城市轨道交通供电稳定性。
3.2GOOSE 网络的应用
根据城市轨道交通的供电特点，应用 GOOSE 网络的技术优势，数字电流保护[2]和数字量联锁联跳应运而生。
3.2.1数字电流保护
数字电流保护是在传统车站综保的基础上，增加了 GOOSE 网络技术的应用，是具有选择性的电流速断保护。
数字电流保护逻辑由闭锁信号逻辑和跳闸逻辑两部分组成。通过闭锁信号逻辑和跳闸逻辑的结合，数字电流保护可以对中压供电系统的母线和环网电缆提供具有选择性的快速化保护。
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图4 数字电流保护跳闸逻辑
数字电流闭锁信号逻辑如图 3 所示，当断路器处于合闸状态时，如果故障相电流 Ip 大于闭锁定值Ibs，综保装置通过 GOOSE 网络广播故障相闭锁信号。
数字电流保护跳闸逻辑如图 4 所示，如果故障相电流 Ip 大于数字电流保护定值 Itrip，且在延时定值时间内通过 GOOSE 网络同时接收到了相邻综保装置发送的故障相闭锁信号，则判定为区外故障； 否则判定为区内故障，保护跳闸。
通过 GOOSE 网络的应用，在无需设置各级车站电流级差和时间级差的基础上，依靠数字电流保护可以可靠的识别区内故障，并快速可靠的切除故障。
3.2.2数字量联锁联跳
在城市轨道交通中存在以下需求：
1）线路/母线故障时，本车站断路器后备保护需要联跳下级车站进线断路器，并启动下级车站备自投，以便快速恢复正常车站供电；
2）为避免母线合于接地，本车站进出线断路器合闸时需要考虑相邻车站是否处于维护接地；
3）处于支援供电情况，应急联络开关合闸时，全线备自投需全部退出；
4）中压系统故障时，需要联跳直流进线断路器、能馈变压器、400V 断路器。
通过 GOOSE 网络的应用，以上几种需求均能得到妥善的解决：将本车站的硬接线信号转化为数 字量信号，在 GOOSE 网络广播发送，需要本广播信号的车站端通过 GOOSE 网络接收该数字量信号， 实现设备间数据的快速交互。数字量传输不受距离 限制，设备间不同功能的联系无需建立多个物理连 接，节省大量电缆的同时实时监测通道状态，有利 于现场施工，也有利于网络的后期维保。
4 GOOSE 网络在直流系统中的应用
4.1直流系统介绍
直流系统由中压系统通过整流变压器变换而来，用于大多数城市轨道交通的接触网供电，是城市轨道交通机车的直接电源。
为保证接触网供电的灵活性，牵引所直流系统给接触网供电之前需要通过直流开关、直流上网隔开与越区隔开。由于接触网采取双端供电，本车站直流上网隔开与越区隔开分合均需要考虑相邻牵引所直流上网隔开和越区隔开的位置状态。传统车站间直流隔开的联锁通过大量的硬接线实现，接线复杂，且线路故障时无法实时发现，不利于城市轨道交通供电可靠性要求。
4.2GOOSE 网络的应用
针对直流隔开车站间联锁的需求，利用GOOSE 网络的技术优势，将大大优化直流隔开联锁回路。
各车站直流隔开硬接线信号将通过 GOOSE 网络将转化为数字量信号，传送给需要联锁的回路， 此时仅需要将直流综保接入 GOOSE 网络，取消了车站间大量的硬接线电缆，简洁的软件联锁回路将取代复杂的硬接线回路，可视化的直流联锁，更是有利于联锁回路故障排查。
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图5 直流联锁图
5 GOOSE 网络在中压能馈中的应用
5.1中压能馈介绍
中压能馈作为能量回馈装置，在机车制动时将制动能量利用起来回送到中压系统。
现阶段能馈系统是每个站独立控制，即本站能馈监测本站的直流网压，若直流网压超过一固定门槛，立即进行能量回馈。由于站间的能馈系统无信息交互，若本站能馈达到最大回馈功率，而相邻站
能馈可能未启动或启动后未达到最大回馈功率，造 成直流网压的升高，会启动车载电阻甚至启动闸瓦， 造成能量的浪费和隧道粉尘等问题。
5.2GOOSE 网络的应用
通过 GOOSE 网络的应用，将各站的再生电能回馈装置接入 GOOSE 网络，实现站间能馈系统的协调配置，通过将各站直流电压启动阈值的自适应动态调整，可以发挥全线能馈最大的回馈能力，最大限度稳定直流网压，降低车载电阻和闸瓦的启动概率。
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图6 中压能馈系统架构
6 总结
本文介绍了一种基于 GOOSE 网络应用的方案， 该方案利用 GOOSE 网络的优势，将原本各个独立的系统融合起来，形成一个大的信息交互平台，实 现了各类设备间信息的共享，提高了故障识别率， 促进系统的协调控制，大大节约了二次电缆，优化 了二次接线回路。同时 GOOSE 网络作为开放的信 息传输平台，可以在此基础上融入更多的应用，尤 其是需要联锁、联跳或协同控制的应用，更能发挥 与传统模式不一样的功能。
GOOSE 网络作为电力系统智能变电站成熟可 靠的技术，在城市轨道交通中也发挥着重大的功能。基于 GOOSE 网络的应用探索不应止步于此，相信更多的需求会被探索，更多的应用会融入其中，通 过对 GOOSE 网络应用的持续探索，形成城市轨道交通行业的智能变电站模型。
参考文献
[1]徐成斌.孙一民.数字化变电站过程层GOOSE 通信方案[J]．电力系统自动化.2014．
[2]魏巍.地铁数字电流保护技术的应用.南瑞继保电气有限公司．2014．
作者简介：
潘仁秋(1972)，男，学士，高级工程师，主要从事电力系统及电力电子的技术研究和管理工作； 严牧君(1985)，男，学士，助理工程师，主要从事轨道交通设计研究工作；
高宇膺(1986)，男，学士，工程师，主要从事轨道交通设计研究工作；
徐晔(1995)，男，学士，助理工程师，主要从事轨道交通设计研究工作；