淺談鐵路電力自動化在洛湛鐵路中的應用

摘要：鐵路電力自動化就是利用先進的計算機軟硬件技術、自動檢測和控制技術、計算機通信和網絡技術，對鐵路電力系統的重要環節進行自動監視和控制，以提高運行管理及維護水平，保證鐵路電力系統的安全、經濟運行，并能夠及時進行故障處理，縮小故障停電范圍，迅速恢復供電，減少停電損失，提高供電可靠性，為列車安全、可靠地運行提供保障。

關鍵詞：鐵路電力自動化；監控；遙測；故障處理

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）14-0173-02

一、項目背景

洛湛鐵路起于河南洛陽，經過湖北、湖南到廣西岑溪后分兩個走向，向西經玉林后沿現有黎湛線到湛江，向南經信宜、高州、茂名到湛江。2004年12月15日興建，2008年12月31日鋪通，2009年5月15日將開行貨車，7月1日開行客車。洛湛鐵路是國家八縱八橫鐵路干線之一，是國家鐵路的主要運輸通道。北起河南洛陽，南至廣東湛江市，與京廣、京滬、京九等干線一起構成我國縱向的鐵路網骨干，是我國中西部地區及沿海地區深水港口的重要出海通道。

2004年國務院討論并通過了《中長期鐵路網規劃》，描繪了鐵路網至2020年的宏偉藍圖。2007年12月，鐵道部對《中長期鐵路網規劃》進行了調整以下簡稱《調整方案》，《調整方案》將擴大鐵路快速客運網，該網由客運專線、城際軌道交通和客貨混跑快速線路組成，調整后的快速客運網總規模達5萬公里以上，較原規劃增加了2萬公里?！墩{整方案》將進一步擴大西部路網規模、完善中東部路網結構，將規劃建設新線由1.6萬公里調整為4.1萬公里?！墩{整方案》將增建二線建設規模由1.3萬公里調整到1.9萬公里，既有電氣化建設規模由1.6萬公里調整為2.5萬公里。這標志著我國鐵路新一輪大規模建設即將展開。鐵路用戶對電力系統的供電可靠性和電力調度水平提出了更高的要求，鐵路電力自動化系統已經成為鐵路電力建設的重要組成部分，電力自動化技術必定會得到更加深入、更加廣泛的推廣和應用。

隨著鐵路現代化的發展，自動閉塞信號、車站計算機聯鎖、調度集中、自動化駝峰、通信系統、工業電視等設備的使用，對鐵路供電可靠性和供電質量提出了更高的要求。鐵路運輸系統重要的環節中任何一個環節如果突然停電，就可能造成運輸阻塞，甚至造成列車顛覆、旅客傷亡等事故。根據事故停電所造成的后果，鐵路用戶負荷分為下列三級：

一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡事故，或在政治上、經濟上造成重大損失、造成鐵路運輸秩序混亂，或影響具有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作。屬于此類負荷有：與行車密切相關的自動閉塞、信號機、電氣集中、通信樞紐等；與站場相關的有調度集中、大站電氣集中聯鎖、駝峰電氣集中聯鎖、大型車站、消防設備，以及醫院手術室、局電子計算中心等。

二級負荷：中斷供電將在政治上、經濟上造成較大損失，或影響重要用電單位正常工作、影響鐵路正常運輸。屬于此類負荷有非自動閉塞區段中小站電氣集中、通信機械室、給水所、編組站、區段站、紅外線軸溫探測設備、醫院、道口信號等。二級負荷也應盡量采用兩路電源供電，或“手拉手”環網供電方式。

三級負荷：不屬于一、二級負荷的稱為三級負荷。三級負荷可由一路電源供電。

二、鐵路電力運行方式

從大的范圍來看，鐵路電力系統工作于公共電網的末端，屬于電力系統發電、輸電、供電三個環節中的供配電環節，但其對供電可靠性的要求卻非常高。以沿線車站信號機為例，鐵路部門為保證沿線信號燈不掉電，鐵路電力系統的變配電所一般采用雙電源供電方式，沿線每一個供電區間雙端供電，供電區之間一般采用專門為自動閉塞信號機供電的10KV自閉電力線路（簡稱自閉線）和10KV貫通電力線路（簡稱貫通線），雙路供電至低壓雙電源切換裝置，兩路電源互為備用，失壓自動切換。下面簡單介紹鐵路電力系統各主要組成部分的運行方式。

（一）變配電所運行方式

鐵路系統電源取自地方供電局的變電站，供電方式為專盤專線，電壓等級一般為：110KV、35KV或10KV，少量使用220KV。35KV正逐步取消，10KV應用最廣泛。鐵路系統為了提高供電可靠性，一般采用雙電源同時運行、母線母聯分段供電方式。

1．系統結構。鐵路電力自動化系統的監控對象主要包括：變配電所、貫通線路、信號電源及各種高低壓開關等。按照功能和內容來分，鐵路電力自動化系統主要包括：調度自動化主站、變配電所綜合自動化、信號電源監控及貫通線路自動化系統。調度自動化主站實際以生產運營為主要任務的供電段調度自動化為主。系統結構如圖所示：

2．系統介紹

（1）變電所綜合自動化。變電所綜合自動化系統是鐵路電力自動化系統的基本單元，主要完成變配電所內部的自動化功能，包括保護、監視、控制以及數據轉發等。主要功能包括：變配電所綜合自動化，如常規保護、SCADA監控、就地自動化監控等；與車站開關監控配合完成線路自動化功能，如故障定位、故障隔離、備自投快速恢復供電等；向段調度中心轉發配電所和附近車站自動化裝置的實時數據，并結束主站下發的遙控、遙調命令。

（2）信號電源監控。信號電源是鐵路系統的最重要的負荷，采用雙電源供電。信號電源不僅供電可靠性要求高，而且管理復雜，高壓側由電力專業負責，低壓側由信號專業負責。信號電源監控由信號電源監控裝置（STU，Semaphore Terminal Unit）來完成。STU主要完成信號電源日常運行監視、失壓報警、開關狀態控制、故障錄波等功能。

（3）車站開關監控裝置（也叫貫通線路自動化）。貫通線路自動化以車站為單位，用開關進行分段，對每臺分段開關安裝開關監控器（FTU Feeder Terminal Unit ），由FTU對開關設備進行自動化監控，與調度主站配合完成線路故障檢測、故障定位、故障線段自動隔離以及非故障線段的快速恢復供電功能。STU與FTU的配合：STU通常安裝在車站信號樓內，可以直接連至通信機械室，完成與上級主站的通信。FTU一般安裝在室外線桿上，在實施電力自動化時STU與FTU一般作為一個整體考慮。洛站鐵路FTU采用光纖與工業以太網連接，STU通過雙絞線與工業以太網連接，以太網再和通信機械室的通信機連接。采用以太網連接車站自動化終端是一種技術先進、性能良好的解決方案。

（二）線路故障檢測技術和定位技術

線路故障檢測，包括相間短路故障、小電流接地系統單相接地故障和斷相故障的檢測，這是實現線路自動化功能的基礎。

1．相間短路故障。相間短路故障發生時，短路電流非常大，特征明顯，容易檢測。相間短路故障一般判斷線路電流是否超過整定值來檢測故障。定位原理：在同一次故障中，相間短路故障點位于FTU感受到的故障次數不同的兩個相鄰車站之間。

2．單相接地故障。鐵路電力線路一般采用中性點不接地方式。當發生單相接地故障時，由于接地電流等原因，單相接地故障檢測一直是一個難點。利用不接地電網中故障線路零序電流比非故障線路零序電流大的特點。缺點是當某一線路遠遠長于其他線路，即其分布電容與系統總的分布電容相差不大時，或接地點過渡電阻較大時，裝置可能拒動；不適用于諧振接地電網。

鐵路電力線路沿線多為架空線或架空電纜混合線路，有大量導線接頭，長期戶外運行氧化腐蝕會使接頭的接觸電阻逐漸增大，電流通過時會發熱，溫度升高又促使接觸電阻進一步增大，惡性循環，導致接頭燒熔，發生斷線故障。

3．斷線故障監測的基本原理是當故障發生時三相電壓會發生嚴重不平衡現象。具體的做法是：

（1）高壓斷相監測和定位的前提條件是在同一個供電區間內，FTU能夠檢測三相電壓的大小。

（2）高壓斷相故障的檢測和啟動條件是：主站系統根據FTU上報的線路電壓數據，檢測到線路上某相電壓低于整定上限值（如：小于180V），而且大于整定的下限值（如：大于30V）時，就認為發生了斷相故障。

（3）這樣在已知供電方向的情況下，在某個供電區間上，高壓斷相故障的位置應該在第一個出現任意線電壓或電壓低于斷相故障電壓上限門檻值，而且大于斷相電壓下限門檻值的開關和與其相鄰的上游開關之間。

三、洛湛鐵路電力自動化安裝中的經驗和建議

洛站鐵路廣西段長灘到玉林之間共有車站21個，統一由柳州供電段調度管理。主要供貨廠家：電力遠動開關廠（華儀電氣），FTU（南京恒星自動化設備有限公司），STU（成都四為電子信息有限公司），通信機柜（北京華夏網新），配電所自動化（上海申瑞和重慶新世紀）。根據現場安裝經驗：

1．首先在眾多的設備廠家中要在技術文件中對各設備廠家的接口進行明確，是采用RJ45接口還是485通信接口，還是232接口。

2．由于鐵路運行部門特殊的管理模式，電力遠動要在招標前提前協調好水電段與鐵通公司是提供64通道還是2M通道。

3．運動開關與FTU之間連接端子，STU從信號電源雙電源屏采集的電壓、電流、控制信號等端子，由于牽扯不同廠家，在技術文件中要明確要求各端子的統一定義。

四、結語

洛湛鐵路電力線路沿線鐵路線狹長分布，供電距離長，環境惡劣，事故多發，特別是遇到山區、叢林及河網地帶，交通十分不便，一旦線路發生故障，故障點查找和維護都十分困難，勞動強度大，恢復供電時間長，嚴重影響供電可靠性。實施鐵路電力自動化可提高現有鐵路管理水平，提高供電質量，降低勞動強度，為高速安全運行的鐵路提供更高的可靠性保證。

作者簡介：呂秋生（1971- ），男，鐵道部宜萬鐵路建設指揮部工程師，研究方向：工程合同管理。