關于鐵路10?kV配電所綜合自動化設計的探討

尤繼國

摘 要：鐵路電力供電設備具有鐵路電力設備線路長、負荷單一而且較小、供電可靠性要求高的特點，鐵路配電所又是鐵路電力供電系統的主要組成部分，專門為鐵路信號、通信、信息、隧道、橋梁等鐵路設施供電。隨著變配電所綜合自動化系統在鐵路新建的變配電所的廣泛應用，因此對變配電所新建設計需要滿足技術先進性、結構合理性、供電可靠性、運行維護方便以及經濟性提出了更高的要求。該文對鐵路10 kV配電所綜合自動化設計有關的問題進行分析與討論，并提出相應的建議。

關鍵詞：鐵路10 kV配電所 設計 探討

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0155-03

鐵路配電所是鐵路電力供電系統的主要組成部分，是維持鐵路運輸正常秩序的電力供應中樞，具有設備多而集中、技術復雜的特點。隨著國民經濟的飛速發展，國家對鐵路運輸業基礎建設和新建工程的投資不斷加大，新技術和新設備在鐵路電力設備中得到大力的推廣和應用。近年來鐵路配電所的新建項目也越來越多，而配電所的保護可靠性、操作靈活性、檢修維護簡單、管理方便是保證其供電質量的前提，從而凸顯出鐵路10 kV配電所綜合自動化合理設計尤其重要。

1 鐵路10 kV配電所綜合自動化的設計思路與比較

變配電所綜合自動化系統是利用計算機、通信和信息處理技術等實現對變配電所二次設備的各種功能進行重新組合、優化設計，從而對變配電所所有設備運行情況進行監控、測量、控制和保護的一種綜合性的自動化系統。

配電所自動化系統是將微機監控、測量、保護、通信和防誤動功能通過通信網絡集成為一個整體的計算機監控系統。

配電所自動化系統不僅可以完成配電所保護及自動監控功能，而且是調度自動化系統中的一個重要節點，其發展趨勢是把所內數據信息轉發至調度中心、將管理和調度功能上移，從而實現無人值班。

變配電所綜合自動化系統的結構分為3個層，分別為站控層-調度端、當地監控單元；網絡層-雙環光纖網、以太網以及通信單元（包括網絡接口設備，如協議轉換器、路由器、通訊管理機等）；間隔層-保護測控裝置、同時交直流系統等智能設備通過通用通信裝置納入配電所的綜合自動化系統中。

變配電所自動化系統一般采用由間隔層（一次設備）和站控層組成的系統結構。間隔層裝置面向一次設備完成數據采集、保護與監控功能，而站控層采用通信處理機裝置與工業PC機完成與上級調度自動化主站通信及當地監控功能。

配電所自動化系統既可集中組屏，亦可分散布置。本文主要就集中布置結構和分布分散布置結構進行分析、闡述。

集中式系統結構的特點是結構較為緊湊，實用性好。不過其存在調試繁瑣、運行過程中不直觀，檢修和維護不方便，施工任務量及難度都較大等缺點。

采用集中式結構是將測控、保護裝置設置在控制室集中組屏后，在保護屏對相應回路實現各種模擬量、開關量采集，完成配電所的數據采集和實時監控和保護等功能。

各開關柜（回路）與控制（保護）屏需要通過二次（控制）電纜相連接，測控、保護裝置至后臺主機通過通信電纜連接。一個中等規模的配電所（2路電源進線、11臺斷路器）為例，一般情況下需要二次（控制）電纜的數量在122條，長度達到3.5 km之多，這會增加工程投資，加大施工難度，調試復雜，并且在以后的運行過程中增加了運行維護的強度，一旦二次（控制）電纜出現故障，將影響故障處理的時間和速度，這關系到鐵路供電的安全可靠性。

分布分散式結構的主要特點是按照配電所的元件，斷路器間隔進行設計，間隔級控制單元的自動化、標準化使系統使用率更高。

此結構是將配電所一個斷路器間隔所需的全部數據采集、保護和控制功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可以直接安裝在高壓柜上，相互之間用光纖或特殊通訊電纜連接，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實現了部分故障不相互影響，方便維護和擴展，大量現場工作可一次性在設備制造廠由廠家來完成。

分散保護直接將需要進行保護的單元設置在高壓開關柜上就地保護，僅僅通過通信光纜將其連接，不需要大量的二次（控制）電纜，這將降低工程投資，減少設備安裝調試的工作量，降低運行維護人員的工作強度，發生故障便于查找，會大大縮短故障處理時間，為保證安全可靠供電奠定了基礎。

筆者認為分布分散結構還具有以下優點：

（1）為實現配電所無人值班提供了有利條件。

（2）分散保護布置結構可靠性更高，檢修方便。

2 鐵路10 kV配電所綜合自動化布置方式的實際運用

我們新建的某鐵路10 kV配電所（共計26面高壓柜、2路電源進線、17臺斷路器）為例，其綜合自動化系統采用了分布分散結構，通過圖1不難看出其無論在施工，還是在實際運行過程中都取得了不錯的效果，與集中式結構相比具有以下優勢。

2.1 施工方面

（1）分散保護大幅減少了施工工作量。設備安裝減少保護屏2面、計量屏1面；二次（控制）電纜敷設數量減少至43條，減少了115條達到2/3之多，長度減少3 km左右，并且省去了二次回路配線的校對、連接工作等，施工時就可大大減少了設備安裝工作量。

（2）采用分散保護降低了施工的難度，減少了施工現場設備安裝調試的工作量，可以加快施工進度，縮短大約1周的施工工期，降低施工費用，并且對于目前要點停電計劃兌現較難的情況下就顯得尤為關鍵。

（3）采用分散保護由于保護屏、計量屏以及二次（控制）電纜的減少，簡化了配電所二次部分的配置，整體布局更加緊湊，可減少占地面積15㎡左右，節約了控制室的空間。

（4）分散保護與集中保護相比經濟效益大幅提高。

采用集中保護工程投資需80萬元左右，費用包含：控制保護屏2面：25萬元；交直流屏20萬元；計量屏4萬元；二次（控制）4.5km：25萬元；控制室建筑6萬元。

（3）分散保護所需工程投資：測控保護裝置18套：18萬元；交直流屏20萬元；計量4萬元；二次（控制）1.2 km：7萬元；控制室建筑5萬元，合計費用54萬元左右。

（4）通過對比可以看出分布分散保護工程投資僅為集中保護的68%，可節省32%的投資，這就大大降低了工程投資，大幅增加了經濟效益。

2.2 現場實際運用方面

（1）由于二次（控制）電纜大大減少，從而降低了運行值班人員日常維護的工作強度。

（2）分散保護提高了配電所整體自動化水平，使設備運行更加穩定、可靠，為實現配電

所無人值班提供了有利條件。

（3）在實際運用中分散保護布置結構實現了保護單元一對一，更加直觀，為配電所日常的維護、檢修工作提高了便利。

（4）由于分布分散結構更加簡潔明了，可靠性更高，為減少事故的發生提供了保障。

（5）如果發生故障便于查找、處理和恢復，將大大縮短故障影響時間，為保證持續供電打下了基礎。

3 結語

為適應鐵路技術發展，根據《鐵路電力設計規范》中第5.4.2條“10 kV變電所、10 kV配電所、35 kV及以上變電所控制保護設備可采用就地分散布置”的相關設計技術要求以及上述分布分散式結構所具有的優點，筆者建議以后新建鐵路10 kV配電所綜合自動化時應盡量采用分布分散式布置結構。

參考文獻

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