饋線自動化在鐵路系統中的應用

韓 猛

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 鐵路自閉、貫通線

鐵路自閉、貫通線路是連通鐵路沿線兩個相鄰變（配）電所的10 kV 電力線路，主要用于沿線的車站和區間負荷供電。我國鐵路10 kV 自閉、貫通線路一般采用中性點非直接接地運行方式，屬于小電流接地系統。為實現系統安全、可靠、優質、經濟的供電，鐵路自閉、貫通供電系統在結構和功能上與常規配電網系統有所區別，主要特點如下：

1）變（配）所結構單一，供電可靠性要求高；

2）供電線路長，負荷點多，但線路負荷較小；

3）系統接線形式簡單，但線路均為架空線路和電纜線路的混合線路；

4）線路所處位置較為偏遠，線路運行環境差，日常維護困難，一旦發生線路故障，維修較為困難；

5）保護系統通常會配置重合閘及備自投功能，以提高線路供電可靠性。

鐵路自閉、貫通線路長期戶外運行，且沿線環境相對比較惡劣，線路故障時有發生，尤其是在山區、叢林、戈壁灘、無人區等地一旦線路發生故障，故障查找和檢修都十分困難，通常需要幾小時到十幾小時。

在自閉、貫通線路發生故障后，通常由備供配電所進行備投，若備投失敗，再由主供配電所進行重合閘；部分線路由主供配電所先進行重合閘，若重合閘失敗，再由備供配電所進行備投。對于瞬時性故障，備供配電所備投后即可恢復供電；對于永久性故障，通常采用二分法確定故障區段，進而再通過逐級試合的方式確定最終故障區段。在整個故障查找過程中，逐級試合的方式可能會造成主供配電所多次跳閘，嚴重時可能損壞調壓器。

近幾年，隨著饋線自動化遠動技術的引入，一方面大幅度提高線路的自動化水平，另一方面也成為鐵路線路故障查找、隔離的重要手段之一。在線路正常運行時，系統能夠實現線路的監控；在線路發生故障時，系統能夠實現故障區段的定位、隔離以及非故障區域的復電，縮小停電范圍，減少停電時間，提高供電可靠性，有效保障鐵路的安全、高效運行。

2 饋線自動化系統

2.1 系統組成

饋線自動化遠動系統由現場終端設備、通信系統和主站系統3 部分組成。系統集SCADA、配電自動化于一體，實現線路監測、故障區段定位隔離和非故障區域復電。

1）現場終端設備中一次設備主要為：箱式變電站、分支箱和柱上開關。其中箱變和分支箱10 kV側多以負荷開關為主，而柱上開關多以斷路器為主。

二次設備主要為遠程測控終端（Remote Terminal Unit，RTU）和配電開關監控終端（Feeder Terminal Unit，FTU）。RTU 通 常 采 用鐵路系統專用光纖系統通信，多配合箱變和分支箱使用。FTU 多采用2G/3G/4G 無線通信，主要配合柱上開關使用。

遠動柱上開關以斷路器為主，自身具備故障切除功能。在饋線自動化系統中，通常通過遠動柱上開關自身邏輯功能，配合變（配）電所的重合閘及備投機制，可就地實現線路故障區段的自動隔離和非故障區域的復電。

2）主站系統主要實現SCADA 和配電自動化，實現線路的數據采集和現場終端設備的控制。整個系統拓撲如圖1 所示。

2.2 故障隔離過程

本文主要介紹就地型饋線自動化系統，整個故障隔離過程主要依賴FTU 的保護和邏輯功能實現線路故障區段的隔離和非故障區域的復電。在貫通、自閉線路中，遠動分支箱和遠動箱變以負荷開關為主，且部分RTU 不具備邏輯功能，遠動分支箱和遠動箱變不參與就地饋線自動化故障隔離。以K2和K3之間線路故障為例，系統簡圖如圖2 所示。

圖2 系統簡圖Fig.2 System schematic

1）先備投后重合閘

故障為瞬時性故障：配電所FCB1 跳閘，遠動柱上開關K1、K2、K3啟動失電分閘；FCB2 啟動備投，K3、K2、K1依次啟動得電合閘（時間級差根據主供配電所重合閘時間間隔調整），FCB1 重合閘返回，備投成功，線路恢復正常供電。

故障為永久性故障：配電所FCB1 跳閘，遠動柱上開關K1、K2、K3啟動失電分閘；FCB2 啟動備投，K3啟動得電合閘，合到故障，FCB2 跳閘；K2啟動殘壓閉鎖，K3啟動快速分閘閉鎖；FCB1 啟動重合閘，K1得電合閘，K1與K2之間恢復供電；FCB2 再次合閘，FCB2 與K3之間恢復供電。

2）先重合閘后備投

故障為瞬時性故障：配電所FCB1 跳閘，遠動柱上開關K1、K2、K3啟動失電分閘；FCB1 啟動重合閘，K1、K2、K3依次啟動得電合閘（時間級差根據備供配電所備投時間間隔調整），FCB2 備投返回，重合閘成功，線路恢復正常供電。

故障為永久性故障：配電所FCB1 跳閘，遠動柱上開關K1、K2、K3啟動失電分閘；FCB1 啟動重合閘，K1啟動得電合閘，合閘成功；K2啟動得電合閘，合到故障，FCB1 跳閘；K2啟動快速分閘閉鎖，K3啟動殘壓閉鎖；FCB2 啟動備投，備投成功，FCB2 與K3之間恢復供電；FCB1 再次合閘，FCB1 與K2之間線路恢復正常供電。

3 系統應用分析

就地型饋線自動化能夠最大限度配合鐵路變（配）電所的備投和重合閘機制，在保證原有運行機制的情況下，快速切除線路故障區段。與此同時，就地型饋線自動化與其他遠動系統相結合時，可根據遠動分支箱和遠動箱變的故障遙信，通過主站系統進一步縮小故障區段。

近幾年，就地型饋線自動化已在部分鐵路局使用并取得良好的效果。此外，鐵路饋線自動化系統可同時配合鐵路專用故障定位系統使用，實現鐵路自閉、貫通線路故障的快速查找，提高鐵路供電系統可靠性。