鐵路供電系統(tǒng)的特點及實現(xiàn)方案

摘要：鐵路供電系統(tǒng)分為兩部分，一部分為提供鐵路行車、提供電源的牽引供電系統(tǒng)，一部分為承擔(dān)牽引供電以外所有鐵路負(fù)荷的供電任務(wù)，包括信號系統(tǒng)、生產(chǎn)、車站、供水系統(tǒng)以及生活等鐵路用電負(fù)荷，其供電可靠性不僅直接影響鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行，還關(guān)系到很多鐵路職能部門的正常工作。結(jié)合配電自動化的常規(guī)模式，提出適合于鐵路供電系統(tǒng)的配電自動化方案。針對鐵路供電系統(tǒng)的特點，提出了工程的解決方法及應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞：配電自動化 FTU 通信系統(tǒng)

鐵路供電系統(tǒng)是指鐵道部、鐵路局、鐵路分局、鐵路段各級所屬的供電部門。鐵路供電系統(tǒng)是在電氣化鐵路區(qū)段，通過變電站，將110KV電壓變?yōu)?7.5KV電壓后，輸送到接觸網(wǎng)上，為電力機(jī)車提供能源的部門。其管理的主要設(shè)備有變配電設(shè)備和沿鐵路架設(shè)的接觸網(wǎng)線路及與供電有關(guān)的其它設(shè)備，一旦供電設(shè)備發(fā)生故障，就可能造成鐵路運(yùn)輸中斷，嚴(yán)重時會造成人身傷亡，給國民經(jīng)濟(jì)和人民財產(chǎn)造成很大損失。

在供電系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)運(yùn)行的不可中斷性及重要性，使得運(yùn)行中會產(chǎn)生大量的各種與系統(tǒng)安全運(yùn)行緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也就造成如下許許多多的工作要做：諸如各種報表的填寫、數(shù)據(jù)的匯總與計算、工程圖紙的繪制、運(yùn)行設(shè)備的管理等工作。這些工作中不乏事務(wù)性、重復(fù)性的工作。要保證安全運(yùn)行，工作人員除了操作動作要保證正確，還要對運(yùn)行中的各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也需要時刻了解，一旦運(yùn)行的系統(tǒng)中出現(xiàn)故障，就需要立刻知道在何時、何處、出現(xiàn)何問題，并立即加以解決。在現(xiàn)行的工作條件下，由于各種各樣的原因，對問題的反應(yīng)速度難以再提高，人為的操作失誤也難以完全杜絕。整個系統(tǒng)的管理及工作效率很難再上新臺階。

1 鐵路供電系統(tǒng)的特點

鐵路供電系統(tǒng)由于應(yīng)用的特殊性，在系統(tǒng)構(gòu)成和功能上都有一些有別于電力系統(tǒng)的特點，主要體現(xiàn)在3個方面：

1.1 電壓等級低，變（配）電所結(jié)構(gòu)單一

從電力系統(tǒng)的角度看，鐵路負(fù)荷屬于終端負(fù)荷，直接面對最終用戶，所以鐵路供電系統(tǒng)中絕大多數(shù)為10kV配電所和35kV變電所，這取決于地方供電系統(tǒng)電源的情況和鐵路就地負(fù)荷的要求，只有在極個別的地方，存在有110kV的變電所，但數(shù)量很少。

由于功能要求、應(yīng)用范圍基本相同，所以鐵路供電系統(tǒng)中的變（配）電所構(gòu)成基本相同，功配置也變化不大。根據(jù)鐵路變（配）電所結(jié)構(gòu)與功能標(biāo)準(zhǔn)化的特點，在進(jìn)行鐵路供電系統(tǒng)配網(wǎng)自動化設(shè)計時，可以將變（配）電所的功能作為一個標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)方式統(tǒng)一考慮。

1.2 系統(tǒng)接線形式簡單

鐵路供電系統(tǒng)的接線就像鐵路一樣，是一個沿鐵路敷設(shè)的單一輻射網(wǎng)，各變（配）電所沿線基本均勻分布，并且互相連接，構(gòu)成手拉手供電方式。連接線有二種：一種是自閉線，還有一種是貫通線，實際系統(tǒng)中，可能二種連接線都有，也可能只有二者之一。連接線除了實現(xiàn)相鄰所之間的電氣連接外，還為鐵路供電最重要的負(fù)荷（自動閉塞信號）提供電源，其接線形式如圖1所示。

1.3 供電可靠性要求高。鐵路供電系統(tǒng)雖然電壓等級低，接線方式簡單，但對供電可靠性的要求卻很高，從理論而言，其負(fù)荷（自動閉塞信號）的供電中斷時間不能超過150ms，否則，將會導(dǎo)致所有供電區(qū)間的自動閉塞信號燈變?yōu)榧t燈，影響鐵路的正常運(yùn)輸。

由于上述供電的重要性，在應(yīng)用配電自動化技術(shù)之前，鐵路供電系統(tǒng)已經(jīng)采取了多種方法來保證供電的可靠性。

通過采用雙電源供電和安裝備用電源自動投入裝置來保證電源的供電可靠性。相鄰配電所之間的連接線盡可能實現(xiàn)自閉線和貫通線二種連接方式，從一次設(shè)備的角度提高連接的可靠性。在相鄰配電所的貫通線路保護(hù)裝置與自閉線路保護(hù)裝置增加失壓自投保護(hù)功能，在連接線因為主供所不能供電而失電時，自動投入相鄰備用所線路開關(guān)，迅速恢復(fù)供電。

雖然鐵路供電系統(tǒng)采取了諸多措施來保證供電的可靠性，但是由于這些措施都是局限于配電所范圍內(nèi)的，所以對于其最重要的貫通線或自閉線出現(xiàn)永久性故障時沒有任何隔離、定位和恢復(fù)措施，必然導(dǎo)致貫通線或自閉線失電，影響系統(tǒng)可靠性。同時，鐵路供電系統(tǒng)的特點決定了其遠(yuǎn)離城市，檢修費(fèi)時費(fèi)力，沒有準(zhǔn)確的故障定位也給檢修工作帶來很大困難。配電自動化技術(shù)為上述問題帶來了根本的解決方案。

2 配電自動化的實現(xiàn)方式

2.1 分布控制方式

分布控制方式是指配電自動化終端（FTU）具有自動故障判斷與隔離能力，通過互相之間的配合，也具備了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能力，整個過程不需要主站的參與。主要有電壓時間型和電流計數(shù)型，都是由FTU結(jié)合開關(guān)構(gòu)成具有重合功能的分段器。

由于原理上的限制，此種方式不可避免地存在以下缺陷：①故障處理與供電恢復(fù)速度慢，對系統(tǒng)和用戶沖擊大。②需要改變變電站出線保護(hù)定值和重合閘動作方式。③分段越多，相互之間配合越困難，動作缺乏選擇性。

所以，在鐵路供電系統(tǒng)這種對供電可靠性要求比較高的供電方式下不宜選擇這種方式。

2.2 集中控制方式

集中控制方式下，由現(xiàn)場FTU將采集到的故障信息上送主站，由主站的應(yīng)用模塊經(jīng)計算后，得出故障隔離與恢復(fù)方案，再下達(dá)給FTU執(zhí)行。一般分為3個層次：①配電終端層完成故障的檢測和信息上送；②配電子站完成本區(qū)域的故障處理和控制；③主站完成全網(wǎng)的管理與優(yōu)化。

這種方式對通信系統(tǒng)的可靠性和速率要求較高，因為在其故障處理過程中需要高速傳遞故障信息和控制指令。集中控制方式是以功能強(qiáng)大的主站系統(tǒng)為中心建立和實施的，專用的高級應(yīng)用模塊可以處理應(yīng)對復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和故障情況（如多重故障）。鐵路供電系統(tǒng)是以水電段為基礎(chǔ)單位運(yùn)行的，所以配電自動化系統(tǒng)也應(yīng)以水電段為單位建立和實施。由于鐵路供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)固定，模式統(tǒng)一，運(yùn)行管理完全由水電段調(diào)度室完成，所以從功能完成和節(jié)約投資方面考慮，可以建立簡化的集中控制式配電自動化系統(tǒng)，在簡化系統(tǒng)中，省略配電子站功能，由主站直接完成全網(wǎng)的配電自動化應(yīng)用功能。

鐵路供電系統(tǒng)可以看作是電力供電系統(tǒng)的一種簡化形式，除個別特殊的保護(hù)功能外，其他要求完全一致，所以電力系統(tǒng)中的成熟、先進(jìn)技術(shù)完全能夠在鐵路供電系統(tǒng)中應(yīng)用。當(dāng)前鐵路供電系統(tǒng)的自動化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電力系統(tǒng)，采取電力系統(tǒng)的成熟經(jīng)驗和技術(shù)，加快鐵路供電系統(tǒng)的自動化改造，不僅能夠大大改進(jìn)鐵路供電系統(tǒng)自身的運(yùn)行和管理水平，提高勞動生產(chǎn)率，也對整個鐵路系統(tǒng)的運(yùn)行大有益處。