芻議自動化技術在鐵路電氣工程中的應用

李寧

摘 要：文章首先對鐵路電氣工程中常見的自動化技術進行簡要闡述，在此基礎上對自動化技術在鐵路電氣工程中的具體應用進行論述。期望通過本文的研究能夠對鐵路電氣工程技術水平的提升有所幫助。

關鍵詞：自動化技術；鐵路；電氣工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.124

所謂的自動化技術目前尚無統一的定義，它是一項綜合性技術，其中包括諸多先進的技術，如計算機技術、網絡通信技術、信息技術、控制技術、電子技術等等。這些技術融合在一起，就組成了自動化技術，計算機和控制是自動化技術的核心。近年來隨著自動化技術的應用領域不斷拓寬，進一步推動了該技術的發展，可以說自動化技術已經越來越成熟。借此，本文就自動化技術在鐵路電氣工程中的應用展開淺談。

1 鐵路電氣工程中常見的自動化技術

1.1 饋線自動化技術

目前，饋線自動化是鐵路電氣工程中較為常用的一項自動化技術，按照技術特點，可將饋線模式分為以下幾種：集中控制、分布式控制和綜合控制。

1.1.1 集中控制

這種饋線模式要求主站、通信系統及終端設備全部建成，并且都保持良好的運行狀態，其中主站會借助通信系統，對終端設備的信息進行收集，經網絡拓撲分析后，對故障進行精確定位，當找到故障位置后，會下達指令，以遠程遙控的方式，利用開關將故障區域隔離出去，從而使無故障區域保持正常通電。

1.1.2 綜合控制

這種饋線模式的工作原理與集中控制基本相同，雖然可以對故障問題進行處理，但從實際情況上看，其效率較低，適用性并不是很高。

1.1.3 分布式控制

該饋線模式可在較短的時間內對故障和非故障區域進行快速區分，使終端和主站的任務分開，大幅度提高故障處理效率。

1.2 測控終端技術

在鐵路電氣工程中，測控終端技術的優勢非常明顯，其可對主站和子站的運行壓力進行合理分配，還能對系統中存在的故障問題進行自動檢測，當檢測到故障后，便會自動對故障隔離處理。測控終端不會受到惡劣氣候的影響，在雨雪雷電等天氣下，均可保持穩定運行，為鐵路的供電可靠性提供強有力的保障。

1.3 通信技術

在鐵路電氣工程中，通信是不可或缺的重要組成部分之一，其中應用較為廣泛的是光纖通信技術，該技術以光波作為信息的載波，以光導纖維作為信號傳輸的渠道，由此可使廣波在光線中進行長距離傳輸，確保信息傳輸的實時性和有效性。

2 自動化技術在鐵路電氣工程中的具體應用

2.1 信號電源監控

信號電源監控簡稱SMC，具體是指借助計算機技術、微電子技術、網絡通信技術等，對鐵路自動閉塞信號裝置進行遠程監控，對其運行狀態檢測，并對發現的異常及故障信息進行記錄。SMC實質上就是SCADA技術在鐵路信號電源上的應用，由于信號電源是鐵路電氣中較為重要的組成部分之一，加之其對故障錄波的特殊需求，因此可將SMC作為獨立的高級應用功能。一個完整的信號電源監控系統應具備的主要功能包括：電壓電流及開關狀態的遠程監視；高低壓開關遠程控制；電壓異常報警；過流檢測及故障錄波等。

2.1.1 系統結構

信息電源監控系統主要是由以下三個部分組成：主站層、通信通道、監控裝置。為提高系統的性能，可以采用SCADA和信號電源監控一體化的方案，該監控系統能夠使工作人員對信號供電裝置的運行狀態進行實時掌握，解決盲目管理的問題，可以發現故障隱患，并進行快速處理，為供電可靠性提供強有力的保障。同時該系統可以對故障發生的電壓及電流波形進行記錄，從而幫助工作人員對故障的發生過程進行了解，進而分析引發故障問題的原因。此外，當出現越級跳閘時，系統能及時發現，這樣工作人員便不需要長途奔波對上一級故障進行處理，可減輕勞動量，工作效率隨之進一步提升。

2.1.2 主站功能

由上文分析可知，SMC是鐵路電力調度自動化系統中的高級應用，其可以實現的功能如下：

（1）運行監視功能。信號電源的接線圖可在計算機屏幕上進行直觀顯示，通過查看，工作人員能對電壓、電流等參數以及開關的狀態予以實時掌握；可對能夠反映出信號電源電壓和電流變化趨勢的曲線進行顯示；可以通過列表的方式對開關位置變換事件順序的記錄結果進行顯示。

（2）事件報警功能。當系統接收到現場監控裝置傳回的電壓及電流異常報警信息后，在計算機屏幕上能夠自動彈出報警畫面，并對相關的報警信息進行顯示，同時還可輔以聲光效果，從而提醒值班人員對故障問題進行查看和處理。此外，事件報警還具備電壓及電流有效值變化趨勢圖的顯示功能。

（3）故障錄波功能。可對過流故障錄波結果進行檢索和顯示，并且具有波形放大、縮小以及平移等功能，可通過對光標的移動，對波形上選定點的瞬時值進行測量，并下達人工錄波指令。

（4）圖形管理功能。圖形管理分為以下幾個部分，一級為布局圖管理，二級為供電臂示意圖管理，三級為車站圖管理，可從一級圖中對二級圖進行調取，要求圖表的繪制簡單、便捷。此外可在二級圖上對高壓側開關進行控制。

（5）參數讀取與整定。主要包括如下內容：對現場監控裝置的站址進行讀取和整定；遙測越限及錄波啟動的整定值等。

2.2 鐵路線路自動化

鐵路線路自動化簡稱FA，具體是指借助相關技術，對線路分段開關進行遠程監控、故障定位及隔離，并對故障信息進行記錄。FA是鐵路電力調度自動化系統的子系統，其應當具備如下功能：線路故障就能夠確定位、故障隔離、遠程“三遙”等。該系統可對短路、小電流接地等故障進行檢測和定位，并對故障進行隔離處理，非故障區段可恢復供電，該系統在鐵路電氣工程中的應用，能夠使鐵路電力線路的故障停電范圍大幅度減小，同時，可對故障進行精確的定位，縮短了線路巡視檢查的時間，使故障得到及時有效的處理，大幅度降低對鐵路安全運行的影響。

2.2.1 短路故障的處理

對線路中短路故障的隔離及恢復供電的方式有兩種，一種是現場控制，另一種是遠程遙控。前者主要是借助現場中的自動分段器和重合器等裝置來完成，整個控制過程不需要進行通信；后者則是通過主站遙控來完成，需要借助通信信道進行信號傳輸。

現場控制。采用的是V-T的控制方式，即電壓-時間，其控制原理如下：當線路失壓時，自動分段器會跳閘，當檢測到一側有電壓，會在延遲一段時間后進行合閘，若是在預先設定好的時間內失壓，則立即跳閘，并完成自鎖。例如，線路中的A點出現永久性短路故障，系統以現場控制的方式對故障進行隔離，具體過程如下：故障發生后，重合器1先行跳閘，隨后分段器1～4全部失壓跳閘；重合器1合閘，分段器1合到故障上，重合器1重新跳開，分段器1再次失壓跳開并自鎖；重合器1再合閘，對非故障區段的線路恢復供電，當達到預定的延時以后，重合器2合閘，分段器4和分段器3依次合閘成功，分段器2合到故障上，重合器2跳開，分段器2～4失壓跳閘，且分段器2自鎖；重合器2合閘，分段器3和4依次合閘，非故障段線路供電恢復。由上述控制過程可知，現場控制無需通信，前期投資小，便于實現，但整個過程需要進行多次重合，會對用電設備造成較大的沖擊。

2.2.2 遠程遙控

這種控制方式主要是利用通信網絡，對線路中的負荷開關進行遙控，從而實現對故障的隔離，并對非故障區段恢復供電。仍以A點永久性短路故障為例，對遠程遙控的過程進行分析。故障發生后，重合器1跳開，設置在現場的FTU和RTU會利用通信網絡將故障檢測結果傳給FA控制主站；重合器1與分段器1處開關檢測出故障電流，其它開關處無故障電流通過，由此判定故障點在分段器1和分段器2之間，此時主站通過遙控使分段器1和分段器2同時跳開，并合上重合器1和重合器2，故障區段被隔離，非故障區段恢復供電。通過分析可知，這種控制方式的過程簡單，開關動作次數少，對系統造成的沖擊較小，但需要進行遠程通信，投資相對較高。

2.2.3 小電流故障的處理

當線路出現此類故障時，零序電流會從故障點兩側流向故障點，該電流的初始極性相反，若是故障點處于線路的末端時，在該故障點前方的FTU側量到的零序電流值最大。根據這一情況，可快速對小電流故障的位置進行準確判斷。

3 結論

綜上所述，在鐵路電氣工程中，應對自動化技術進行合理應用，借此來提高工程的整體技術水平，為鐵路運營安全性和穩定性的提升提供保障。在未來一段時期，應加大對自動化技術的研究力度，除對現有的技術進行改進和完善之外，還應開發一些新的自動化技術，從而使其更好地為鐵路工程建設服務。

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