鐵路10 kV配電所綜合自動(dòng)化改造工程設(shè)計(jì)探討

陳鵬，劉富強(qiáng)

（中鐵西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054）

0 前言

鐵路運(yùn)輸中最重要的行車調(diào)度、列車控制、信息傳輸?shù)认到y(tǒng)的持續(xù)正常運(yùn)行要依賴于可靠的電力供應(yīng)，配電所是鐵路電力供電系統(tǒng)的主要組成部分，直接影響整個(gè)鐵路電力供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，也是鐵路運(yùn)輸組織中的重要技術(shù)裝備。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，變電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在鐵路新建的變配電所得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)既有鐵路10 kV配電所的改造擴(kuò)建項(xiàng)目也越來(lái)越多。對(duì)既有配電所改造必須結(jié)合既有情況考慮設(shè)備選型及配置，在保證技術(shù)先進(jìn)性的同時(shí)盡量兼顧經(jīng)濟(jì)性，所以對(duì)既有鐵路10 kV配電所綜合自動(dòng)化改造工程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行探討是十分必要的。

1 鐵路10kV配電所改造的設(shè)計(jì)思路

既有鐵路10kV配電所保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置多為電磁型或晶體管型，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性、可靠性不高，大多數(shù)不具備調(diào)壓手段，對(duì)于諧波污染造成的危害，不能采取有力的解決措施，且缺乏科學(xué)的電能質(zhì)量考核辦法，供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證，給平時(shí)的運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)很大不便。現(xiàn)在微機(jī)型保護(hù)裝置以其精度高、靈活性好、可靠性強(qiáng)、調(diào)試和維護(hù)方便以及易于實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化等特點(diǎn)，逐漸取代了電磁型、晶體管型保護(hù)裝置，在鐵路10kV配電所電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

鐵路10kV配電所綜合自動(dòng)化，就是廣泛采用微機(jī)保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)，分別采集配電所的模擬量、脈沖量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號(hào)，經(jīng)過(guò)功能的重新組合，按照預(yù)定的程序和要求實(shí)現(xiàn)配電所監(jiān)視、測(cè)量、協(xié)調(diào)和控制自動(dòng)化的集合體和全過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源共享，提高配電所綜合自動(dòng)化的整體效益。

它由當(dāng)?shù)乇O(jiān)控微機(jī)、智能通信控制器、微機(jī)保護(hù)模塊、電子測(cè)量表計(jì)組成。監(jiān)控微機(jī)在后臺(tái)工作，智能通信控制器通過(guò)屏蔽雙絞線與保護(hù)模塊相連。目前鐵路配電所皆為有人值守，但是會(huì)預(yù)留遠(yuǎn)動(dòng)接口，遠(yuǎn)期可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守功能。

2 綜合自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題及解決建議

2.1 微機(jī)保護(hù)裝置過(guò)壓?jiǎn)栴}

引起10kV 配電所微機(jī)保護(hù)裝置過(guò)壓?jiǎn)栴}最主要的原因是雷電，它入侵配電所的途徑主要有：通過(guò)10kV母線入侵；由通訊傳輸線路入侵以及從配電所直流電源入侵。解決10kV配電所微機(jī)保護(hù)裝置過(guò)壓?jiǎn)栴}的措施有：電源線路防雷；加裝浪涌保護(hù)器；系統(tǒng)接地；通信線路防雷等。

2.2 保護(hù)裝置的集中布置和分散布置

集中保護(hù)，是指將高壓室高壓開(kāi)關(guān)柜需進(jìn)行保護(hù)的單位設(shè)在控制室控保屏上集中保護(hù)；分散保護(hù)，是指將高壓室高壓開(kāi)關(guān)柜需進(jìn)行保護(hù)的單位設(shè)在高壓開(kāi)關(guān)柜上就地保護(hù)，僅將各種數(shù)據(jù)傳輸至控制室。集中保護(hù)的不足有：系統(tǒng)信息過(guò)于集中處理，如果中央控制計(jì)算機(jī)故障，整個(gè)二次系統(tǒng)就癱瘓；需要敷設(shè)大量電纜，耗資和工程量大；系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)采集后以模擬量傳輸為主，精度低、易受干擾；集中式裝置系統(tǒng)調(diào)試麻煩，維護(hù)工作量大；擴(kuò)容靈敏性差且信息傳輸速度低等。

隨著自動(dòng)化、電氣化技術(shù)在鐵路中的不斷發(fā)展，配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)要能根據(jù)鐵路配電運(yùn)行的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其無(wú)人值班高可靠性，要求配置更加靈活、自動(dòng)化程度更高、網(wǎng)絡(luò)功能更強(qiáng)，保護(hù)裝置分散式布置能較好地解決上述集中保護(hù)的問(wèn)題，并且符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》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(hù)設(shè)備可采用就地分散布置。”雖然在條文說(shuō)明里解釋：傳統(tǒng)的控制保護(hù)設(shè)備由于受高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備震動(dòng)影響，一般不設(shè)在高壓柜上，但是隨著高壓電器技術(shù)的發(fā)展，高壓開(kāi)關(guān)一般都采用了真空斷路器等無(wú)油化設(shè)備，分合閘不會(huì)造成控制保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)，因此可采用就地分散布置在高壓開(kāi)關(guān)柜上，以減少占地面積并且控制電纜的用量。

2.3 組網(wǎng)方式選擇

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)目前主要應(yīng)用的有485總線網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)3種。485總線在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間距離遠(yuǎn)、信息量小、可靠程度相對(duì)較低的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛；現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸速率較高，通信連接可靠，但是現(xiàn)場(chǎng)總線存在多種標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了其發(fā)展。隨著嵌入式以太網(wǎng)微處理器的發(fā)展，以太網(wǎng)已十分便利地應(yīng)用于配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以太網(wǎng)技術(shù)成為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)組網(wǎng)的主流趨勢(shì)，它具有高可靠、高速率的傳輸特性，而規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化及開(kāi)放性使其優(yōu)勢(shì)更加明顯，大數(shù)據(jù)量傳輸無(wú)任何瓶頸，因此建議在設(shè)計(jì)中采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)。

2.4 安裝備用電源自動(dòng)投入裝置

現(xiàn)在鐵路10 kV配電所均采用雙電源供電（一用一備），安裝備用電源自動(dòng)投入裝置（APD）在工作主電源線路突然斷電時(shí)，利用失壓保護(hù)裝置使該線路的斷路器跳閘，而備用電源線路的斷路器則在APD的作用下迅速合閘，使備用電源投入運(yùn)行。從而大大提高供電的可靠性；提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性；減少因停電而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

2.5 保護(hù)控制設(shè)備分散布置的高壓室增設(shè)消防系統(tǒng)

將微機(jī)保護(hù)設(shè)備分散安裝在高壓開(kāi)關(guān)柜上，布置于高壓室，為防范安全隱患，應(yīng)在高壓室設(shè)置消防系統(tǒng)。在《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.5.10中要求“變配電所的火災(zāi)報(bào)警及滅火裝置應(yīng)滿足現(xiàn)行消防規(guī)范”。結(jié)合工程實(shí)際，認(rèn)為應(yīng)該在保護(hù)控制設(shè)備分散布置的高壓室設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、布置相應(yīng)感溫感煙探測(cè)器，以便在出現(xiàn)狀況時(shí)能夠報(bào)警并采取一定措施。

2.6 防雷接地保護(hù)

雷電帶來(lái)的危害很大，雷電所產(chǎn)生的熱效應(yīng)足可以摧毀各種設(shè)備和線路，釀成重大事故。因此，要通過(guò)正確的防雷措施避免和減少事故的發(fā)生。主要的防雷措施有：避雷針、避雷器、防雷保護(hù)等。要避免變配電所的建筑物遭到雷擊，一般情況下可采取避雷針進(jìn)行預(yù)防，如果變配電所的地理位置處于附近高大建筑物避雷針的安全保護(hù)范圍內(nèi)，就不必考慮再裝設(shè)避雷針。10 kV變配電所并不需要太復(fù)雜的防雷裝置，只要在線路上裝設(shè)避雷器就可以避免雷電波入侵變電所。

3 結(jié)語(yǔ)

鐵路10 kV配電所對(duì)鐵路安全、正點(diǎn)運(yùn)營(yíng)起著重要作用，隨著自動(dòng)化、電氣化水平的不斷發(fā)展，以前采用常規(guī)保護(hù)的鐵路配電所，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化鐵路控制的需求，加之國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)和改造的投資不斷加大，對(duì)鐵路10 kV配電所的改造項(xiàng)目也日趨增多，自動(dòng)化系統(tǒng)取代常規(guī)保護(hù)也是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。將新技術(shù)合適的運(yùn)用于改造工程，既能保證配電所技術(shù)先進(jìn)性，又能合理利用既有資源，節(jié)約成本的設(shè)計(jì)成為我們?cè)O(shè)計(jì)者重點(diǎn)關(guān)注之所在。

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