配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李洪凱

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司肅寧分公司，河北 滄州 062350)

配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李洪凱

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司肅寧分公司，河北 滄州 062350)

介紹了鐵路供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，探析了配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，并提出了應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法，旨在為鐵路供電系統(tǒng)的相關(guān)人員提供一定的參考。

配電自動(dòng)化技術(shù)；鐵路；供電系統(tǒng)；常見(jiàn)問(wèn)題；解決措施

0 引言

鐵路運(yùn)輸是我國(guó)最常見(jiàn)的運(yùn)輸形式之一，在我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用。鐵路供電系統(tǒng)通常包括2個(gè)方面：其一是提供鐵路行車電源的牽引供電系統(tǒng)，其二是承擔(dān)牽引供電以外所有鐵路負(fù)荷的供電系統(tǒng)。鐵路供電系統(tǒng)的主要任務(wù)是為鐵路的生活、生產(chǎn)、供水、車站及電源系統(tǒng)提供相應(yīng)的電力服務(wù)，因此，鐵路供電系統(tǒng)的可靠性不僅影響鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的安全，還關(guān)系到鐵路部門(mén)其他工作的正常進(jìn)行。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了滿足鐵路供電系統(tǒng)的供電可靠性要求，許多鐵路部門(mén)將配電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到了供電系統(tǒng)中，形成了配電自動(dòng)化系統(tǒng)，顯著提高了鐵路供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保證了鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定、有序地運(yùn)行。

1 鐵路供電系統(tǒng)的特點(diǎn)

由于鐵路供電系統(tǒng)的特殊性，其在功能和系統(tǒng)構(gòu)成上和其他供電系統(tǒng)存在一定的區(qū)別，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 鐵路供電系統(tǒng)的供電可靠性要求高。鐵路供電系統(tǒng)對(duì)供電的可靠性要求相對(duì)較高，從理論上來(lái)說(shuō)，鐵路供電系統(tǒng)負(fù)荷的斷電時(shí)間應(yīng)該控制在145 ms以內(nèi)，如果超過(guò)該數(shù)值，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鐵路供電區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)閉塞信號(hào)燈變?yōu)榧t燈，進(jìn)而影響鐵路系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而影響鐵路運(yùn)輸。

(2) 鐵路供電系統(tǒng)的接線方式相對(duì)簡(jiǎn)單。鐵路供電系統(tǒng)的接線方式和鐵路線相對(duì)應(yīng)，即在鐵路沿線進(jìn)行單一敷設(shè)，各個(gè)變配電所的接線分布非常均勻，并且通過(guò)彼此的連接形成了鐵路“手拉手”式的特殊供電方式。鐵路供電系統(tǒng)的接線方式包括2種，一種是貫通線，另一種是自閉線，在鐵路供電系統(tǒng)中既可以采用2種接線混合使用的方式，也可以采用單一接線方式。此外，連接線除了能夠?qū)崿F(xiàn)相鄰變電所間的電氣連接外，還能夠?yàn)殍F路供電系統(tǒng)中最重要的負(fù)荷提供電能。

(3) 鐵路供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。鐵路供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)相對(duì)較低，從電力系統(tǒng)的角度分析，其負(fù)荷屬于終端負(fù)荷，其對(duì)象為最終用戶，因此，鐵路供電系統(tǒng)中的變電所通常為35 kV變電所和10 kV配電所，這主要是由鐵路系統(tǒng)的負(fù)荷狀況及電源的情況決定的，如果該鐵路供電系統(tǒng)的就地負(fù)荷相對(duì)較大，還可以配備110 kV變電所。鐵路供電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍以及功能要求基本一致，因此其配置的功能模塊也基本相同。鐵路供電系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)鐵路變配電所功能和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，將變電所的功能作為一種標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行考慮。

2 配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 配電自動(dòng)化的分布控制

配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，將鐵路供電系統(tǒng)中的牽引變電所保護(hù)與控制設(shè)備的電力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的集成電路保護(hù)和電磁保護(hù)轉(zhuǎn)變成電腦自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊、測(cè)量、監(jiān)控與保護(hù)的一體化發(fā)展。配電自動(dòng)化的分布控制指的是FTU(配電自動(dòng)化終端)具有自動(dòng)診斷、定位、隔離故障的能力，它能通過(guò)系統(tǒng)之間的相互配合，在不需要主站參與的前提下，完成整個(gè)鐵路供電系統(tǒng)的重組。配電自動(dòng)化的分布控制主要包括電流計(jì)數(shù)型和電壓時(shí)間型2種。由于控制原理的限制，配電自動(dòng)化的分布控制方式存在2種缺陷：其一，當(dāng)采用該種方式時(shí)，需要改變變電站的重合閘動(dòng)作方式和出線保護(hù)定值；其二，如果分段較多，則系統(tǒng)之間的配合相對(duì)困難，動(dòng)作保護(hù)缺乏選擇性。因此，該種配電自動(dòng)化的控制方式只適合于接線相對(duì)簡(jiǎn)單的鐵路供電系統(tǒng)，而對(duì)供電可靠性要求較高的鐵路供電系統(tǒng)不適用。

2.2 配電自動(dòng)化的集中控制

配電自動(dòng)化的集中控制是以功能強(qiáng)大的主站控制系統(tǒng)為核心建立與實(shí)施的，該種控制方式中的配電自動(dòng)化應(yīng)用模塊能夠處理和應(yīng)對(duì)復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和故障狀況。配電自動(dòng)化的集中控制即由配電自動(dòng)化終端收集信息并傳輸?shù)焦╇娤到y(tǒng)主站的控制中心，由該控制中心的應(yīng)用模塊經(jīng)過(guò)分析和處理后判斷該供電系統(tǒng)是否存在故障，并確定故障存在的區(qū)段，然后提出相應(yīng)的故障隔離方案以及恢復(fù)供電方案，并將相應(yīng)的指令傳遞給配電自動(dòng)化終端執(zhí)行。配電自動(dòng)化的集中控制主要功能包括3個(gè)方面：其一，配電自動(dòng)化終端通過(guò)對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將采集的信息上傳到鐵路供電系統(tǒng)主站的控制中心；其二，供電系統(tǒng)主站的控制中心對(duì)配電自動(dòng)化終端上傳的信息進(jìn)行分析、處理，然后判斷系統(tǒng)發(fā)生故障的位置，并制定相應(yīng)的解決方案，以此控制故障的傳播，盡可能地降低故障對(duì)供電系統(tǒng)造成的損害；其三，供電系統(tǒng)主站的控制中心完成對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的管理，以此優(yōu)化鐵路供電系統(tǒng)，保證其能夠正常、穩(wěn)定地運(yùn)行。

配電自動(dòng)化的集中控制方式對(duì)供電系統(tǒng)通信的速率和可靠性要求相對(duì)較高，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通訊系統(tǒng)要能及時(shí)地將故障信息以及自動(dòng)化控制終端反饋的控制指令傳遞到相應(yīng)的位置。該方式還能實(shí)現(xiàn)密碼管理功能、人工時(shí)間功能、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間功能和模擬訓(xùn)練功能，并且配電自動(dòng)化終端還提供了友好的顯示界面，不需要使用特殊的工具。供電系統(tǒng)主站的控制中心通過(guò)傳輸通道與各個(gè)配電自動(dòng)化終端進(jìn)行信息交流，同時(shí)各個(gè)配電自動(dòng)化終端能夠?qū)⒏鱾€(gè)單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋給控制中心，以此實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)供電系統(tǒng)的有效控制。該種方式在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，需要配置性能良好的通信系統(tǒng)。但是，鐵路供電系統(tǒng)自身沒(méi)有通信系統(tǒng)，需要利用鐵路系統(tǒng)的公共通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸，而鐵路系統(tǒng)的公共通信系統(tǒng)受環(huán)境因素的影響相對(duì)較大，必須采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

3 配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中應(yīng)用的常見(jiàn)問(wèn)題和解決措施

由于鐵路供電系統(tǒng)受環(huán)境因素的制約，配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。目前，我國(guó)通常采用小電流接地故障定位方法來(lái)檢測(cè)和解決常見(jiàn)的問(wèn)題。小電流接地故障定位檢測(cè)方法主要包括：

(1) 暫態(tài)功率方向法。鐵路供電系統(tǒng)中配電自動(dòng)化終端通過(guò)利用暫態(tài)零模電壓計(jì)算故障的方向，然后對(duì)故障方向進(jìn)行比較和分析，選擇故障區(qū)段，進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。暫態(tài)功率方向法不需要在中性點(diǎn)投入電阻，也不需要向系統(tǒng)注入信號(hào)，并且不受中性點(diǎn)運(yùn)行方式以及間歇性電弧的影響。

(2) 零序電流法。零序電流法能夠檢測(cè)到鐵路供電系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)零序電流幅值，進(jìn)而判斷故障存在的區(qū)段。該種故障定位檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單、快捷。

(3) 注入信號(hào)法。當(dāng)鐵路供電系統(tǒng)中的變電所向配電自動(dòng)化系統(tǒng)施加特定頻率的信號(hào)時(shí)，可以采用固定或者移動(dòng)的信號(hào)檢測(cè)裝置來(lái)判斷故障發(fā)生的區(qū)段。注入信號(hào)法可用于檢測(cè)諧振接地故障。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，為了保障鐵路供電系統(tǒng)的正常、高效運(yùn)行，通過(guò)將配電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到鐵路供電系統(tǒng)中，形成了配電自動(dòng)化系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可對(duì)鐵路供電系統(tǒng)進(jìn)行有效管理。配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠采集鐵路供電系統(tǒng)的信息，并將采集到的信息由配電自動(dòng)化終端傳遞至主站的控制中心，經(jīng)過(guò)控制中心處理后，制定相應(yīng)的故障隔離方案或者恢復(fù)供電方案，以盡可能快地將故障排除，從而降低故障對(duì)鐵路供電系統(tǒng)造成的影響，保證鐵路供電系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]周奉聚.淺析鐵路供電系統(tǒng)工程中配電自動(dòng)化應(yīng)用分析[J].機(jī)電信息，2011(12)

[2]楊立.配電自動(dòng)化工程應(yīng)用于鐵路供電系統(tǒng)的分析[J].黑龍江科技信息，2008(8)

[3]李曉琳.鐵路供電系統(tǒng)工程中配電自動(dòng)化的應(yīng)用[J].科技資訊，2013(1)

2014-06-19

李洪凱(1981—)，男，河北深縣人，助理工程師，研究方向：鐵路供電。