自動化技術在鐵路電氣中的應用

文/張曉偉

針對自動化技術這一概念的界定，至今沒有統一化定義，從本質來講，是集多種技術為一體的綜合性技術，例如計算機技術、網絡通信技術、信息技術、控制技術以及電子技術等都屬于自動化技術的范疇，計算機和自動化控制是自動化技術的核心所在。近年來，隨著自動化技術的應用范圍逐漸擴大，給其也帶來了廣闊的發展契機，并逐漸趨于成熟化發展。借此，本文主要對自動化技術在鐵路電氣工程中的應用展開討論。

1 電氣工程中強化自動化技術應用的必要性

目前，我國已步入“十二五”發展的關鍵時期，電氣工程建設也出現了蓬勃發展的態勢，這為電氣施工企業提供了重要的發展契機。然而事物的存在必然會出現兩面性，給其帶來機遇的同時，挑戰也隨之而來。這就要求新時期下的電氣施工企業將側重點放在專業技術實力提升上，從而使自身在激烈的市場環境中得以生存與發展。尤其是近年來科學技術的不斷進步與發展，智能化、科學化和自動化已成為現代電氣工程具有的顯著特征，在此背景下，電氣自動化技術應運而生。因此，我們要不斷強化自動化技術在電氣工程中的應用，使電氣設備的自動化和智能化水平得到顯著的提升，以此更好的滿足時代要求。

2 自動化技術在鐵路電氣工程中的應用背景

電氣工程項目和自動化技術是推動系統化服務類技術得以形成并趨于完善的重要因素，將其應用在現代鐵路項目中，滿足了時代發展的趨勢和要求。與傳統鐵路施工項目相比較而言，采用電氣工程和自動化技術的交通運輸系統，不僅可以以牽引模式為載體實現高速運行，而且其載重數量和環保價值也能得到進一步提升。然而在借助信息化實施項目控制和管理時，鐵路牽引對供電的專業性要求也越來越高，除了要確保其自動化課科技化運行，還要對其系統可靠性予以重視，這是保證整體技術逐漸趨于專業化和信息化發展的重要保障。同時，鐵路施工管理部門要以立足于實際需求，采取更優化的管控措施，提高管理層級的時效性，從而使項目實施過程中的損耗得到有效的控制，并建構其新型發展的運行結構，在滿足企業自身需求的同時，對鐵路項目時效性予以進一步的優化。

3 鐵路電氣工程中常見的自動化技術

3.1 饋線自動化技術

饋線自動化技術是當前鐵路電氣工程中運用較多的一門自動化技術，以技術特點為劃分依據，可將其主要分為集中控制、分布式控制和綜合控制三種。

3.1.1 集中控制

此種饋線模式是基于主站、通信系統和終端設備完全建立，并具有良好的運行狀態下采用的。其中，主站主要是依托通信系統，完成終端設備信息接收的，收集完畢后會由網絡拓撲對采集到的信息內容進行分析，對于其中出現的故障問題予以精準定位，從而找出故障問題的所在位置。之后，其會下達相關故障處理指令，主要采取遠程遙控的方式，借助開關實現故障區與其他正常區域的隔離，從而保障其他區域的正常用電。

3.1.2 綜合控制

綜合控制的饋線模式與上述集中控制模式大致相同，雖然其也可以實現對故障的準確定位與處理，但是在實際應用中可以發現，其不僅效率較低，而且適用性也得不到保障。

3.1.3 分布式控制

此種饋線模式能夠在短時間內實現故障區與非故障區的快速分離，使終端和主站相互獨立而存在，使故障處理速率得到了充分的提升。

3.2 測控終端技術

測控終端技術是鐵路電氣工程中優勢較為突出的一種技術類型，它能夠將運行壓力根據主站和子站的具體需求予以分配，還能實現對故障的自動檢測。一旦檢測出有故障情況的發生，就會自動對其予以隔離。同時，此種技術受外界因素影響較小，即使碰到雨雪雷電等惡劣天氣，其也能夠保持正常運行，是鐵路供電源源不斷的重要保障。

3.3 通信技術

通信技術是鐵路電氣工程中不可或缺的重要部分，其中光纖通信技術運用最為廣泛，主要是借助光波來實現信息的傳遞，以光導纖維為載體實現信號傳輸，從而實現光線中光波的長距離傳播，使接收到的信息更具及時性和實效性。

4 自動化技術在鐵路電氣工程中的應用分析

4.1 信號電源監控

信號電源監控（SMC）簡單來講就是以計算機技術、微電子技術和網絡通信技術為載體，來對鐵路自動閉塞信號裝置實施的遠程監控，其中運行狀態檢測、發現的異常以及相關故障信息記錄都屬于監控工作中的重要內容。信號電源監控（SMC）從本質來講就是將SCADA 技術應用到了鐵路信號電源上，由于其是鐵路電氣中不可或缺的部分，同時又對故障錄波有著較為嚴格的要求，因此可以將信號電源監控（SMC）獨立出來，將其作為更高級的應用而存在。此外，檢測信號電源監控（SMC）系統是否完整的標準主要看其是否具有以下功能，即電壓、電流和開關狀態的遠程監視功能；高低壓開關能夠實現遠程控制；電壓異常的情況下實現自動報警；過流檢測和故障錄波等。

4.1.1 系統結構

主站層、通信通道和監控裝置是構成信息電源監控系統的重要因素。想要使系統的性能得到更全面的提升，可以采用將SCADA 和信號電源監控結合起來的方案，此監控系統的應用，是輔助工作人員清晰掌握信號供電裝置運行狀態的重要手段，避免了傳統盲目管理的問題，而對于一些隱藏的故障也能使其充分顯露出來，從而進行快速的解決，提升供電的可靠性。同時，在故障發生時其電壓和電流的波形該系統也能將其進行詳細地記錄，對工作人員清晰了解故障過程有一定的幫助，也是后續分析故障出現原因的重要參考。此外，系統還能及時發現越級跳閘的情況，這樣既減輕了工作人員的工作強度，又提升了其工作效率。

4.1.2 主站功能

通過上述論述可以發現，信號電源監控（SMC）是鐵路電力調度自動化中的一個重要應用，其功能也是多樣的。首先，它具有運行監視的功能。信號電源的接線圖借助計算機屏幕可以得到清晰地呈現，這也是幫助工作人員能夠及時了解電壓、電流和開關狀態具體情況的重要依據。同時，信號電源電壓和電流的具體變化趨勢的曲線以及開關位置變換事件的順序表格記錄等也均能得到顯示；其次，事件報警功能。現場監控裝置傳出的電壓和電流異常的情況被系統接收到后，相應的警告信息就會自動顯示到計算機屏幕上，并配以相關的聲光效果，以此達到吸引工作人員注意，并對其查看的目的。此外，事件報警還能將電壓和電流的有效值的動態變化趨勢顯示出來；再次，故障錄波功能。可實現對過流故障錄波的自動檢索，并將其中的故障顯示出來。同時，波形的大小、移動也可以借助此功能來實現，借助光標的移動來測量波形上選定點的瞬時值，并以此發出人工錄波的指示命令；然后，圖形管理功能。圖形管理主要由以下幾個部分構成：第一級是對布局圖的管理；第二級是對供電臂示意圖的管理，第三級是對車站圖的管理，此過程中可以借助第一級和第二級獲取的圖像，秉承簡單、便捷原則，完成圖標的簡單繪制。另外，對高壓側開關的控制也可以以第二級為依托來實現；最后，參數讀取和整定功能。能夠明確現場監控裝置的地址，并對其位置實施讀取和整定的功能；遠距離測試其監測限定值和錄波啟動的整定值功能等。

4.2 鐵路線路自動化

鐵路線路自動化（LA）主要是指利用相關技術手段，以線路分段開關為對象實施的遠程監控、故障定位和隔離，同時，對出現的故障信息予以詳細記錄。鐵路線路自動化（LA）屬于鐵路電力調度自動化系統中的重要組成系統，對故障線路進行定位、隔離故障區域、遠程“三遙”等都是其主要功能。同時，短路、小電流接地等故障也可借助此系統進行及時的檢測和精準的定位，從而確保其能夠與非故障區實現快速隔離，保證非隔離區的正常用電。也正是由于此系統的應用，使得因鐵路電力線路故障導致的停電范圍得到了充分控制，大大縮小了受影響范圍。同時，其還可以準確定位出故障的出現位置，既改變了以往線路巡視檢查花費時間長的弊端，又使故障得到了及時有效的處理，減少了因故障對鐵路安全運行的影響。

4.2.1 短路故障的處理

針對短路故障實施隔離，并使其恢復供電主要有以下兩種方式，第一種方式為現場控制，第二種即遠距離遙控控制。第一種方式主要是以現場中的自動分段器和重合器為依托獨立來實現的。第二種方式則是借助主站遙控來實現的，然而與第一種方式不同的是，其并不是獨立完成的，而是需要以通信通道為途徑進行信號傳輸為輔助的。

現場控制其主要控制方式是電壓-時間（V-T）。當線路失去電壓時，自動分段器會受到一定影響而跳閘，如果對其檢測過程中發現一側有電壓的存在，那么其合閘將會在固有時間基礎上稍有延遲，如果在預設時間段內失壓，那么則會立即跳閘，同時進行自鎖功能。例如，處于線路中的A點出現永久性短路故障，系統如果實施現場控制的方式，其具體實施環節如下：在出現故障問題后，最先跳閘的是重合器1，接著第一至第四個分段器就會同時處于失壓跳閘的狀態；當重合器1 合閘后，分段器1 就會與故障點發生重合，這是之前已合閘的重合器1 又會重新跳開，分段器1 也將會再次失壓并跳閘從而進行自鎖；重合器1 再次進行合閘，非故障區域的線路即可恢復供電，當時間滿足預設延時的時間后，重合器2 會進行合閘，接著分段器4 和分段器3 就會依次進行合閘，而分段器2 合閘時則會與故障點重合，這是分段器2 會自動跳開，第二至第四分段器將會失壓跳閘，且分段器2 將自動鎖定；重合器2 合閘后，之后分段器3 和分段器4 也會依次合閘，這時整個非故障線路的供電即可恢復。通過上述過程可知，現場控制是可以脫離通信而存在的，且在前期過程中不需要太大的投資即可實現。然而，上述過程需要反復進行多次重合，會對用電設備產生較大的影響與損耗。

4.2.2 遠程遙控

此種控制方式與上述方式的本質不同就在于，此種方式主要是以通信網絡為依托的，以此實現對線路中的符合開關進行控制，進而達到隔離故障區的目的，確保非故障區的正常供電。仍以A 點永久性短路為例，對遠程遙控的具體實施過程進行分析：當故障問題出現后，重合器1 會自動跳開，而之前已經在現場設置好的FTU 和RTU，會借助通信網絡為載體，實現故障檢測結果向FA 控制主站的傳遞；當對重合器1 和分段器1 處的開關予以檢測時發現，此段中存在故障電流，而其他開關點并未出現類似情況，這樣可以推斷出，其故障點的發生位置主要在分段器1 和分段器2 這一范圍內；這時主站可以利用遙控實現對分段器1和分段器2 的控制，使其同時跳開，并以此為基礎進行重合器1 和重合器2 的合閘，這樣即可將故障區與非故障區進行隔離處理，非故障區即可恢復供電。通過上述兩種方式的分析與對比可以發現，此種方式相比第一種來講過程較為簡單，且開關次數明顯少于第一種處理方式，不會對系統造成太大的損耗與沖擊。但是此過程需要以來遠程通信來完成，因此投資方面也明顯高于第一種方式。

4.2.3 小電流故障處理

當鐵路線路出現此類故障時，零序電流會以故障點兩側為通道，從而流向故障點內，由于該電流的初始極性是相反的，如果是線路末端出現故障點，那么位于故障點之前的FTU其檢測到的零序電流應該是最大值。以這一情況為依據，能夠準確且快速的判斷出小電流故障的具體位置。

5 結束語

綜上所述，將自動化技術應用到鐵路電氣工程過程中時，要注意此技術運用方式的科學性與合理性，并以此為依托實現工程整體技術水平的有效提升，這也是保障鐵路運營安全和穩定的重要保障。在后續發展過程中，仍要將自動化技術研究作為重要任務來對待，除了要對現有技術予以調整與完善外，還要在現有技術基礎上不斷進行新技術的研發與拓展，從而使自動化技術的重要意義得到充分的展現，更好地為鐵路工程建設所服務。