針對鐵路10kV配電所綜合自動化設(shè)計的研究

中國鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司 余經(jīng)華

在鐵路工程施工建設(shè)中，電氣化已經(jīng)成為主流建造理念，由于鐵路工程自身有著線路長、所處環(huán)境條件差等特點，促使鐵路電氣配電網(wǎng)也有著線路冗長、電力設(shè)備及線路運(yùn)行穩(wěn)定性較高等特性。在鐵路電力系統(tǒng)中，10kV配電所起到了至關(guān)重要的作用，10kV配電所能夠?qū)﹁F路沿線提供良好的電能供應(yīng)，保證鐵路各個部門之間的通信質(zhì)量，各個隧道、橋梁等關(guān)鍵部位的監(jiān)控持續(xù)性等等。從目前來看，我國科學(xué)技術(shù)水平的提升促進(jìn)了鐵路工程電氣化、自動化建設(shè)速度，相應(yīng)的要求也在逐漸提高，這種現(xiàn)狀要求10kV配電所必須要進(jìn)一步加強(qiáng)綜合自動化設(shè)計水準(zhǔn)，保證鐵路各個設(shè)施、設(shè)備以及列車能夠在高質(zhì)量電能供應(yīng)基礎(chǔ)上穩(wěn)定、可靠、安全的運(yùn)行。

一、引言

在鐵路工程中，配電所有著至關(guān)重要的作用和意義，其能夠為列車和鐵路設(shè)施設(shè)備的正常運(yùn)行提供基礎(chǔ)電力保障，如果配電所存在故障問題的話，就會嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)行，為社會和人們的出行造成阻礙。10kV配電所是鐵路電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其承載著大部分列車及設(shè)備、設(shè)施的電力供應(yīng)工作，在信息化時代下，各種高新技術(shù)不斷發(fā)明和應(yīng)用，促使鐵路相關(guān)部門必須要針對10kV配電所進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計和完善，尤其是其中的自動化設(shè)計工作。鐵路10kV配電所的自動化設(shè)計能夠有效提高鐵路部門工作效率，降低人力成本的投入，提高電力供應(yīng)穩(wěn)定性，為列車運(yùn)行及相關(guān)設(shè)施設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造了更好的基礎(chǔ)條件。下文就是針對鐵路10kV配電所綜合自動化設(shè)計進(jìn)行簡要的分析和研究，并加以敘述。

二、鐵路10kV配電所綜合自動化的設(shè)計思路與比較

鐵路10kV配電所綜合自動化在進(jìn)行設(shè)計的過程中，相關(guān)技術(shù)人員就是將計算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等等先進(jìn)的技術(shù)融合在一起，之后再根據(jù)配電所的實際需求進(jìn)行重新劃分、設(shè)計，進(jìn)而獲得一個全新的、對配電所全部電氣設(shè)施、設(shè)備、線路等能夠自動化管理、控制、保護(hù)的系統(tǒng)。總之，鐵路10kV配電所綜合自動化系統(tǒng)就是一個具有全面監(jiān)管和控制功能的大型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

配電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為3個層，分別為站控層-調(diào)度端、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元；網(wǎng)絡(luò)層-雙環(huán)光纖網(wǎng)、以太網(wǎng)以及通信單元；間隔層-保護(hù)測控裝置、同時交直流系統(tǒng)等智能設(shè)備通過通用通信裝置納入配電所的綜合自動化系統(tǒng)中。變配電所自動化系統(tǒng)一般采用由間隔層和站控層組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。間隔層裝置面向一次設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集、保護(hù)與監(jiān)控功能，而站控層采用通信處理機(jī)裝置與工業(yè)PC機(jī)完成與上級調(diào)度自動化主站通信及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控功能。

配電所自動化系統(tǒng)既可集中組屏，亦可分散布置。本文主要就集中布置結(jié)構(gòu)和分布分散布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、闡述。集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)較為緊湊，實用性好。不過其存在調(diào)試繁瑣、運(yùn)行過程中不直觀，檢修和維護(hù)不方便，施工任務(wù)量及難度都較大等缺點。采用集中式結(jié)構(gòu)是將測控、保護(hù)裝置設(shè)置在控制室集中組屏后，在保護(hù)屏對相應(yīng)回路實現(xiàn)各種模擬量、開關(guān)量采集，完成配電所的數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控和保護(hù)等功能。各開關(guān)柜與控制屏需要通過二次電纜相連接，測控、保護(hù)裝置至后臺主機(jī)通過通信電纜連接。

分布分散式結(jié)構(gòu)的特點是按照配電所的元件、斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計，間隔級控制單元的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化使系統(tǒng)使用率更高。此結(jié)構(gòu)是將配電所一個斷路器間隔所需的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)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，方便維護(hù)和擴(kuò)展，大量現(xiàn)場工作可一次性在設(shè)備制造廠由廠家來完成。分散保護(hù)直接將需要進(jìn)行保護(hù)的單元設(shè)置在高壓開關(guān)柜上就地保護(hù)，僅僅通過通信光纜將其連接，不需要大量的二次電纜，這將降低工程投資，減少設(shè)備安裝調(diào)試的工作量，降低運(yùn)行維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，發(fā)生故障便于查找，會大大縮短故障處理時間。

三、鐵路10kV配電所綜合自動化的應(yīng)用分析

1、案例概述

某鐵路10kV配電所中設(shè)置有26個高壓柜、2路電源進(jìn)線、17個斷路器，該配電所的綜合自動化系統(tǒng)布置的是分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)計及施工完成后，實際使用效果非常好，相比于集中式結(jié)構(gòu)有著更好的特性，下文對幾點特性進(jìn)行簡要分析。

2、施工方面

通過分布式結(jié)構(gòu)對施工人員的平均工程量起到了降低作用，在進(jìn)行線路連接的過程中，也省去了幾個步驟，減少了施工時間，節(jié)省了施工材料，從而加強(qiáng)了企業(yè)對成本的控制效果。其次，使整個工程的施工建設(shè)更加方便、容易，提高了施工速度，這對于企業(yè)綜合效益的提高有著很好的促進(jìn)作用。第三，因為分布式結(jié)構(gòu)中所需的電氣設(shè)備有所減少，促使10kV配電所二次設(shè)備的調(diào)校更加便捷，總空間面積也有所降低。第四，通過對分布式結(jié)構(gòu)的科學(xué)應(yīng)用，與集中式結(jié)構(gòu)比較的話，會在很大程度上節(jié)約施工建設(shè)及設(shè)備購買的綜合成本。

2、場地實際應(yīng)用

因為分布式結(jié)構(gòu)的多個優(yōu)點，促使鐵路10kV配電所各個設(shè)備、線路的檢修維護(hù)人員工作量大大降低，同時也可以相應(yīng)減少工作人員的數(shù)量。分布式結(jié)構(gòu)應(yīng)用的分散保護(hù)方式非常科學(xué)，這種方式能夠更好的完成自動化設(shè)計動作，在很大程度上提高配電所的整體運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，在最大程度上減輕工作人員的負(fù)擔(dān)。在分布式結(jié)構(gòu)之中，采取的保護(hù)動作都是獨立進(jìn)行的，這樣就能夠在進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)的過程中對故障及問題的源頭更加明確，避免出現(xiàn)誤操作，影響配電所的運(yùn)行質(zhì)量，同時，也能夠有效降低故障發(fā)生幾率，積極、及時采取保護(hù)動作。此外，如果配電所相關(guān)設(shè)施設(shè)備出現(xiàn)故障問題，分布式結(jié)構(gòu)保護(hù)措施也能夠迅速的找到故障原因，并向維修人員作出提示。

四、綜合自動化設(shè)計中存在問題及處理策略分析

1、微機(jī)保護(hù)裝置過壓

這個故障出現(xiàn)的次數(shù)比較少，造成該故障產(chǎn)生的重要因素就是雷擊，夏季出現(xiàn)的情況相對較多，北方秋季和冬季不會出現(xiàn)該故障，南方各個城市出現(xiàn)該故障的較多，引起故障的原因是雷電擊中線路母線或擊中信息數(shù)據(jù)傳送線路。處理辦法包括以下幾種：首先，應(yīng)針對線路及重要設(shè)施設(shè)備進(jìn)行雷電保護(hù)；其次，加裝浪涌保護(hù)設(shè)施，增加接地處理；最后，應(yīng)在數(shù)據(jù)傳輸及線路中安裝避雷針等防雷設(shè)施。

2、保護(hù)裝置的集中和分散

在鐵路10kV配電所中，保護(hù)裝置的設(shè)置非常必要，在關(guān)鍵時刻，保護(hù)裝置能夠?qū)Ω鱾€設(shè)備及線路進(jìn)行有效的保護(hù)，防止由于其它設(shè)備出現(xiàn)故障問題而受到影響和損壞。集中保護(hù)就是把高壓開關(guān)柜中可能受到危害的單位安置在控制室保屏上，這樣就實現(xiàn)了集中保護(hù)；分散保護(hù)就是說對高壓開關(guān)等需要被保護(hù)的裝置、設(shè)施等直接進(jìn)行單一保護(hù)。集中和分散保護(hù)模式在原理上存在不一致性，促使所實現(xiàn)的功能性也不同，兩者存在較大的差異性。比如說，在使用集中保護(hù)裝置時，因為所有設(shè)施設(shè)備的保護(hù)是統(tǒng)一在一起的，容易造成一個設(shè)備損壞影響其它設(shè)備、線路等也出現(xiàn)一定的損傷，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故，而且，設(shè)備、設(shè)施的集中保護(hù)方式要使用更多的線纜，而且工程量非常大，鐵路部門需要投入的人力、物力、財力都比較高，同時，也容易受到其它因素的影響。

3、組網(wǎng)方式選擇

在對組網(wǎng)方式進(jìn)行選擇時，可以采用485總網(wǎng)線、現(xiàn)場總網(wǎng)線以及工業(yè)以太網(wǎng)三種，筆者在下面對這三種組網(wǎng)方式進(jìn)行簡要分析。首先，485總網(wǎng)線的使用范圍較窄，一般都是應(yīng)用于信息收集和傳輸量低、運(yùn)行穩(wěn)定性要求小和設(shè)施距離較遠(yuǎn)的條件下。其次，現(xiàn)場總網(wǎng)線一般情況下不建議使用，因為該網(wǎng)線線路市場參標(biāo)參差不齊，雖然其有著良好的穩(wěn)定性和信息傳送質(zhì)量，但是并不推薦使用。最后，工業(yè)以太網(wǎng)在三者中屬于非常先進(jìn)的，而且在目前鐵路配電所電氣自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用也非常廣泛，因為其具備統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在未來很長的一段時間里，其也會占據(jù)主要市場。

4、加設(shè)備用電源自動投入裝置

在現(xiàn)階段，我國的社會發(fā)展建設(shè)速度如此之快，促使鐵路工程也在大力發(fā)展建設(shè)，從目前來看，鐵路工程為適應(yīng)社會及人們?nèi)找嬖鲩L的需求，已經(jīng)逐漸使用雙電源模式，這樣就能夠確保在主電源發(fā)生故障時，備用電源能夠接續(xù)上，從而保證鐵路運(yùn)輸工作的安全、穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行。除此之外，如果鐵路工程施工建設(shè)的過程中，由于電力問題而造成停工，必然會影響鐵路部門的綜合效益，而加設(shè)備用電源后，則能夠確保不會出現(xiàn)因為電力問題造成的停工等影響。

5、增設(shè)并完善消防系統(tǒng)

在鐵路10kV配電所保護(hù)控制設(shè)備分散布置的高壓室中應(yīng)對消防系統(tǒng)進(jìn)行加裝或進(jìn)一步完善，其能夠根據(jù)設(shè)備的實際運(yùn)行狀況進(jìn)行自動調(diào)整保護(hù)措施和動作，一旦出現(xiàn)故障或問題，消防系統(tǒng)首先介入采取保護(hù)動作，防止其它設(shè)施設(shè)備遭受損害。

6、防雷接地保護(hù)

因為鐵路沿線比較長，雷電災(zāi)害又無法進(jìn)行控制，這就造成鐵路線路及沿線電力設(shè)施、設(shè)備等常常會受到雷擊故障，針對該問題，鐵路部門也采取了幾種科學(xué)的處理策略，那就是避雷針、避雷器以及防雷保護(hù)三種。這三種方法都能夠?qū)纂娺M(jìn)行科學(xué)的預(yù)防，10kV變電所在容易受到雷電傷害的區(qū)域應(yīng)設(shè)置防雷設(shè)施，從而提高配電所的運(yùn)行質(zhì)量和穩(wěn)定性。

五、結(jié)語

在當(dāng)代社會中，鐵路運(yùn)輸對于人們的生活有著重要意義，其也能夠有效促進(jìn)各個城市之間的經(jīng)濟(jì)、文化等方面的溝通交流，由此可見，鐵路運(yùn)輸對人類及社會的重要性顯而易見。在鐵路工程中，10kV配電所是鐵路電力系統(tǒng)非常關(guān)鍵的組成部分，其運(yùn)行穩(wěn)定性及先進(jìn)性能夠直接對列車及相關(guān)設(shè)施設(shè)備安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，隨著自動化技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用取得顯著的效果，10kV配電所也逐漸進(jìn)行綜合自動化設(shè)計及改造。通過綜合自動化對10kV配電所設(shè)計能夠有效減少鐵路電力系統(tǒng)故障問題的發(fā)生概率，能夠減少人員的投入，提高電力系統(tǒng)工作效率，是一舉多得的重要手段，綜合自動化設(shè)計也是鐵路10kV配電所今后發(fā)展的關(guān)鍵。