鐵路電力線路遠動技術分析及應用

張忠義

（中鐵電氣化鐵路運管公司，北京100036）

電力遠動技術在我國鐵路上應用，已有近20年歷史，近年來新建鐵路均設計了電力遠動系統。使用遠動系統，可以使電力調度迅速直觀地了解各變電所的設備運行情況，可以縮短倒閘操作時間，提高檢修天窗利用率；可以實現變電所無人或少人值班。鐵路電力遠動系統的實施，大大提高了鐵路供電的可靠性，減少了電力管理維護工作量，極大地推進了鐵路供電管理的現代化進程，發展前景十分廣闊，是鐵路系統向著高速化、安全化和自動化發展的必然趨勢。

1 電力線路自動化控制的實現方式

目前，電力線路自動化控制主要有三種實現方式：電壓-時間（V-T）方式、電流控制（I-T）方式和遠方控制方式。

1.1 電壓-時間方式

電壓-時間方式也稱V-T方式，是利用配電所出線開關和線路重合器的時間配合，實現故障自動定位和隔離。線路上安裝自動重合器或帶有重合器控制器的開關，作為線路分段開關，一般以車站為分段點。電壓-時間方式能夠自動隔離故障點，縮小故障范圍，并能夠根據開關動作時間估計故障位置，為快速檢修提供依據，投資小見效快，但其本身不具有遠動和實時監控功能，故障分析和管理功能有限。

1.2 電流控制方式

電流控制方式也稱I-T方式，是由重合器或斷路器與線路分段器或帶有自動控制器的負荷開關配合，實現線路遠動功能。分段器是一種有智能化的負荷開關，分段器控制器能夠記憶斷路器或重合器的分合次數，并進行計數，在達到預先整定的次數后自動分閘，并閉鎖于分閘狀態。電流控制方式系統構成比V-T方式要簡單一些，分段器動作次數少，但出線開關仍然要進行三次重合操作。如果線路上有兩個以上分段器，它們之間動作電流整定配合比較復雜。

1.3 遠方控制方式

遠方控制方式，即遠動方式，就是利用線路自動化遠方終端（FTU）對分段開關進行實時監控，并將故障檢測結果送至控制中心或主站，由控制中心判斷故障位置(故障定位)，人工遙控或者自動隔離故障線路，恢復非故障線段供電。

如圖1所示，線路分段開關處均安裝FTU進行實時監控，與控制中心或主站通信完成SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，即監視控制與數據采集)監控和故障管理功能。一般以車站分段開關為監控點。

圖1 遠方控制方式

在線路上F點發生永久故障后，經過“備投-重合過程”，甲所出線開關跳閘，該過程由FTU監視，并將故障檢測結果送往車站。在此例中，S1、S2、S3處FTU檢測到故障電流。主站根據FTU上報的故障檢測結果，確定出故障點F，人工或自動下發遙控命令，將故障點兩側開關跳開，隔離故障區間，然后下發遙控命令依次將配電所出線開關、分段開關閉合，恢復非故障線段供電。

2 遠動工作模式分析

鐵路電力線路供電運行方式如圖2所示：

圖2 線路供電運行方式

甲、乙兩個配電所分別供電，兩所之間由若干車站開關作為線路分段開關，正常情況下，甲所作為主供電源，乙所作為備用電源；自閉作為主供電源，貫通線為備用電源。

當線路F點發生短路故障時，甲所自閉線出線開關迅速斷開，線路失電；乙所在監測到線路失電后自動投切，如果故障消失，則線路恢復正常供電，如果故障沒有消失，乙所迅速跳閘，背投不成功；甲所經過重合閘時間后，再次合閘，如果故障消失，則線路恢復正常供電，如果故障沒有消失，甲所再次跳閘，重合不成功，線路失電退出運行。這個過程稱為“備投－重合過程”。

此時，信號、通信設備由貫通線供電。這時應及時排除故障，恢復自閉線正常供電，否則如果貫通線路再發生永遠故障，將導致信號、通信設備供電中斷事故。有些情況下，鐵路沿線沒有自閉線，只有貫通線，當貫通線發生永遠故障后，會立即導致供電中斷。另外，鐵路電力系統還經常使用“重合－備投”方式，工作過程與“備投－重合”類似。

遠動系統主要功能包括：

（1）車站開關的日常運動監控。車站開關的日常運動監控，即通常所說的遙信、遙測、遙控“三遙”等遠動功能。通過遠方遙控，可以做到線路的分段停送電，當進行線路維護和開關檢修時，可以縮小正常檢修造成的停電范圍，提高供電可靠性。

（2）故障管理功能。由于區間線路一般達數十km，而且多在荒郊野外，所以人工查找故障點非常困難。實現線路電力遠動后，就可以迅速確定故障類型（相間短路故障還是單相接點故障）和故障位置（精度為兩個分段開關的距離），立即安排技術人員進行搶修；而且可以實施遠程控制隔離故障線段，恢復非故障線路供電，縮小停電范圍。實現線路故障的自動處理，可以大大縮小故障停電范圍，縮短了線路故障查找、維修和恢復供電的時間，提高了供電可靠行，這是實現線路自動化的主要意義所在。

3 鐵路電力遠動工作系統應用案例分析

在神朔電氣化新增二線的施工中，曾出現過一個電調臺在一個天窗內辦理12張工作票，一個供電臂有5～6個作業組同時作業的情況，停送電完全由電力調度一人控制，不容出現任何差錯，調度員安全壓力可想而知。如果不采用遠動系統，電力調度直接下令給變電所值班人員進行停送電操作，由于變電所值班人員并不掌握供電臂上作業組作業情況，變電所值班人員對命令內容是否正確根本無從判斷，增加變電所操作這一環節，反會增加犯錯的機率，并不能起到增加安全系數的作用。

先從電力調度的作業流程來分析：作業前一日工區申報作業計劃(內容包括停電范圍、作業地點)——電力調度審核工作票——作業時電力調度給變電所發令停電(或遠動操作停電)——工區作業完畢消令——電力調度發令送電(或遠動操作送電)。

此過程中存在三個關鍵環節：要進行遠動操作的開關與計劃中要求停電開關是否一致；電力調度下令時，作業命令中作業組要求的停電開關是否確已停電；作業完成后進行送電時，此開關所涉及的供電臂上的所有工作是否已全部完成。

將以上三個環節交由遠動系統控制，將大大減少因電力調度或變電所值班員人為失誤造成的誤停送電。方法如下：

（1）建立一個停電作業數據庫，包含工作票號、工區名稱、作業地點、計劃停電的開關號、開關狀態、作業開始及完成時間等項目。在輸入后，遠動系統自動核查作業地點與停電開關是否相符。

（2）倒閘操作時，遠動系統自動核查開關號是否在計劃數據庫內，是則執行，否則警告出錯。

（3）作業命令發出前，執行校驗開關狀態，逐一核查開關遙信狀態是否與要求的一致，全部正確則通過，否則發出警告并要求確認。

（4）作業完成消令后，調度員在對話框內填入作業完成時間，存于數據庫內。

（5）開關送電時，遠動系統自動查找對應的作業是否完成，是則執行送電，否則發出警告并要求確認。

4 結束語

目前，電力遠動系統已應用于多條鐵路線上，取得了顯著的經濟效益和社會效益。如果我們進一步深入考慮現場應用的實際情況，在遠動系統中依次改善設備產品質量，提高現有電力系統的自動化水平，就能實現電力系統及線路的自動監視和控制。有故障時，能夠自動檢測故障和自動確定故障位置，通過線路分段實現故障線段自動隔離；非故障線段快速恢復供電，縮小停電范圍，減少停電時間，提高供電可靠性，以滿足列車安全、可靠、高效運行的需要。

[1]錢清泉.電氣化鐵道遠動技術[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[2]盛壽鱗，尹更生.電力系統遠動原理及應用[M].北京：水利電力出版社，2004.