高速鐵路10kV 柴油發電機組自動啟?？刂茖崿F研究

鄧旭龍

（中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司，湖北 武漢 430223）

1 新襄陽東站車站綜合用電電力供電系統基本配置和特點

1.1 車站整體綜合用電電力供電系統基本配置情況

新襄陽東站車站范圍設置10kV 配電所（以下簡稱配電所）2 座，車站綜合用電10/0.4kV 低壓所（以下簡稱低壓所）4 座，其中1#配電所為1#、2#低壓所提供兩路電源，2#配電所為3#、4#低壓所提供兩路電源； 車站配置10kV 柴油發電機組（以下簡稱柴發機組）1 臺，容量為2 400kVA，配套有帶綜自系統的10kV 開閉所一個； 柴發機組僅在1#、2# 低壓所或3#、4# 低壓所上端配電所供出的兩路電源均停電時啟用，為所內消防和信息等重要負載供電[1]，如圖1 所示。

圖1 車站綜合用電主供電系統示意圖

本文將包含了為實現柴發機組自動啟停而參與監控的各個設備以及對應控制程序而形成的系統稱為柴發自動啟停系統。 柴發自動啟停系統的控制主要包含低壓所控制模塊和柴發控制模塊。

1.2 低壓所控制模塊配置情況介紹

1.2.1 1#、2#低壓所控制模塊的配置情況

1#、2# 低壓所與柴發裝置關聯的配置情況，1#、2# 低壓所由車站1# 配電所供出兩路10kV 電源，I 路電源連接1#高壓環網柜，II 路電源連接2#高壓環網柜。兩低壓所的變壓器和低壓回路共用1#、2#高壓環網柜，兩低壓所均從兩高壓環網柜各接引一路10kV 電源[2]。 1# 低壓所TA1-2W1 和TA2-2W1 斷路器下端為重要負載雙電源，2# 低壓所TB1-2W1 和TB2-2W1 斷路器下端為重要負載雙電源，根據設計意圖，當上端配電所供出兩端10kV 電源均停電時，柴發需啟動保證2 座低壓所TA2-2W2 和TB-2W2 斷路器回路下端的重要負載單電源供電，當柴油發電機組供電時2 座低壓所TA2-3W1 和TB2-3W1 斷路器應斷開將低壓所非重要負載切除，防止柴油發電機組過負載。

1.2.2 3#、4#低壓所與柴發裝置相關的配置情況

3#、4# 低壓所與柴發裝置相關配置情況，與1#、2# 低壓所配置基本一致。 3#、4# 低壓所由車站2# 配電所供出兩路10kV 電源，I 路電源連接1# 高壓環網柜，II 路電源連接2#高壓環網柜。 兩低壓所的變壓器和低壓回路共用1#、2# 高壓環網柜，兩低壓所均從兩高壓環網柜各接引一路 10kV 電源[3]。 3# 低壓所 TC1-2W1 和 TC2-2W1 斷路器下端為重要負載雙電源，4# 低壓所 TD1-2W1 和TD2-2W1 斷路器下端為重要負載雙電源，根據設計意圖，當上端配電所供出兩端10kV 電源均停電時，柴發需啟動保證2 座低壓所TC2-2W2 和TD-2W2 斷路器回路下端的重要負載單電源供電，當柴油發電機組供電時2 座低壓所TC2-3W1 和TD2-3W1 斷路器應斷開將低壓所非重要負載切除，防止柴油發電機組過負載。

1.3 柴發機組相關配置情況

車站設置車站重要負載專用柴油發電機組，具備電控功能，搭配有具備綜自系統的專用配電開閉所，配置有專用斷路器回路分別向1#、2#低壓所和3#、4#低壓所送電[4]，如圖2 所示。

2 柴發機組自動啟停系統搭建和調試

2.1 根據既有設計文件，搭建控制系統準備工作

1）在各設備生產前，項目部研究既有設計的硬件配置情況，根據設計硬件配置情況確定與硬件相適應的自動控制方案。 根據本項目業主和設計的指導思想，在實現柴發自動化控制功能的工程實施過程中要盡量減少設計變更，基于此，本項目柴發自動啟停系統的自動控制實現方案是根據本站電力供電系統的配置特點進行的定制。 總體自動啟停方案：①在1#、2#低壓所和3#、4# 低壓所設置監控裝置，監測上端配電所供出回路的帶電情況，當1#、2# 低壓所或3#、4# 低壓所監測到上端配電所供出的兩路電均停電后，對應低壓所倒閘到由柴發機組供電的狀態（斷開低壓母聯、切除柴發機組供電對應的變壓器下端的非重要負載）并向下端柴發裝置發送啟機用電申請。 ②柴發裝置接收到啟機申請后，啟動柴發機組并判斷用電需求的位置，在柴發達到額定運行狀態時通過開閉所定向需要用電的低壓所進行送電。 ③低壓所上端配電所供出的高壓回路部分恢復時，對應低壓所解除用電需求，自動倒閘恢復到由配電所供電的狀態，柴發裝置斷開對應的供電。當1#、2#低壓所和3#、4#低壓所均不需要柴發裝置供電時，柴發裝置啟動關機流程并進行冷卻延時。

圖2 柴發模塊系統圖

2）完成細化方案編制后，向業主申請召開對接會。 在對接會上與業主、設計、監理、運營單位以及各廠家對控制方案進行討論，在討論中對原自動控制方案進行調整，最后確定設計、業主及運營方認可的、各廠家在功能上可以實現的控制方案。

3）完成方案確定后，統計確定后的方案與原設計之間需要調整的點，提報設計變更，同時根據更新后的配置安排廠家生產設備。

2.2 柴發自動化啟停系統的信息傳輸通道確認

新襄陽東站車站面積大，柴發與各所亭距離較遠，各所亭開關位置信號和控制指令若采用電信號通過大截面2 次電纜傳輸，則會較大幅度增加成本，經設計聯絡確認，系統狀態及控制信息傳輸需采用網絡數字信號傳輸方式。 利用網絡傳輸信號，在現場有兩種可行方式：搭建局部獨立通信網絡和利用SCADA 通信網絡。 兩種方式利弊分析如下：

1）搭建局部獨立通信網絡。 優勢：無網絡可用時可解決網絡問題，專用網絡可靠性較高，獨立網絡不受通信段等維管單位的管制，同時專網為封閉網絡，不會受到外界不法分子的網絡攻擊。 劣勢：會增加基礎投資，同時獨立的局部通信網絡設備可能會遇到接管維護單位不明確的情況，同時通道出現故障時在例行檢修前無法及時通知維護人員，發生故障檢修效率低。

2）利用既有遠動SCADA 通信網絡。 優勢：不用增加新搭建通信網絡的基礎投資； 通信通道有專業的通信維護單位來維護，平時在通道故障時鐵路局后臺能夠發現并通知維護人員，發生故障檢修效率高。 劣勢：受通信維管單位的管制，使用需報備；網絡維護時需要啟動柴發時會受到影響；存在柴發系統被不法分子通過SCADA 主網絡攻擊的可能性。

根據以上利弊分析以及結合工程成本的綜合考量，本項目選擇了利用既有SCADA 通信網絡。

2.3 柴發自動化啟停系統主運行邏輯流程

2.3.1 1#、2#低壓所停送電倒閘邏輯要求

1） 正常運行狀態。 1#、2# 所兩個進線環網柜從車站1#10kV 配電所供出的兩路10kV 電纜線路獲取電源，1#（HA1-4）、2#（HA5-9）環網柜不同時斷電時，無需使用柴油發電機供電，由柴油發電機供電的HA9 處于斷開狀態。

2） 配電所兩路電源停電時低壓所自檢。 PLC 檢測到HA2、HA7 環網單元壓互同時無電時，PLC 核對 TA2 變壓器供電回路HA5、TB2 變壓器供電回路HB4、2# 環網柜主進線回路 HA8 的斷路器位置： ①當 HA5、HB4、HA8 回路斷路器只要存在一個斷開并有故障信息時，說明停電可能由下端故障導致，柴發不啟用。 ②當HA5、HB4、HA8 回路斷路器均未斷開時，說明停電并非由下端故障導致，需啟用柴發供電。

3）啟用發電機組前的工作準備。 ①斷開非重要負荷：PLC 核對HA5 環網單元供出的TA2 變壓器下端TA2-3W1 低壓斷路器位置，當TA2-3W1 處于合位，斷開TA2-3W1；延時 2s，PLC 核對 HA6 環網單元供出的 TB2 變壓器下端TB2-3W1 低壓斷路器位置，當TB2-3W1 處于合位，斷開 TB2-3W1。 ②延時 2s，斷開 HA8。 ③延時 2s，閉合HA9。

4）PLC 向柴發綜自發出用電申請。PLC 完成啟用發電機組準備工作后，向柴發綜自發出HA9、TA2-3W1、TB2-3W1 位置狀態和用電申請，柴發綜自系統核對用電申請和對應開關位置狀態，當核對確認以下條件后：①HA9 閉合位；②TA2-3W1 斷開位；③TB2-3W1 斷開位；④收到用電指令。 柴發綜自系統執行相應的開機或送電程序。

2.3.2 3#、4#低壓所停送電倒閘邏輯要求

與1#、2#所一致。1#、2#所中對應的A 系列回路或開關對應3#、4#所中的C 系列回路或開關，比如HA1 對應HC1，TA2-3W1 對應 TC2-3W1。 1#、2# 所中對應的 B 系列回路或開關對應3#、4# 所中的D 系列回路或開關，比如TB2-3W1 對應 TD2-3W1。

3 結束語

隨著鐵路的發展，配置10kV 柴油發電機組或者其它保障設備的大型車站會越來越多。 本文以襄陽東站特定的設備配置和功能需求講述其實現過程并提出調試及維護建議，同時提出系統的改進設想，可以為再次面對類似工程時提供一些工作上的思路。 同時本文在這拋磚引玉，希望能交流到更好的方案和經驗。