高速鐵路10kV 柴油發(fā)電機組自動啟停控制實現(xiàn)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(tǒng)基本配置和特點

1.1 車站整體綜合用電電力供電系統(tǒng)基本配置情況

新襄陽東站車站范圍設(shè)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(fā)電機組（以下簡稱柴發(fā)機組）1 臺，容量為2 400kVA，配套有帶綜自系統(tǒng)的10kV 開閉所一個； 柴發(fā)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(nèi)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(tǒng)示意圖

本文將包含了為實現(xiàn)柴發(fā)機組自動啟停而參與監(jiān)控的各個設(shè)備以及對應(yīng)控制程序而形成的系統(tǒng)稱為柴發(fā)自動啟停系統(tǒng)。 柴發(fā)自動啟停系統(tǒng)的控制主要包含低壓所控制模塊和柴發(fā)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(fā)裝置關(guān)聯(lián)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(huán)網(wǎng)柜，II 路電源連接2#高壓環(huán)網(wǎng)柜。兩低壓所的變壓器和低壓回路共用1#、2#高壓環(huán)網(wǎng)柜，兩低壓所均從兩高壓環(huán)網(wǎng)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(jù)設(shè)計意圖，當上端配電所供出兩端10kV 電源均停電時，柴發(fā)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(fā)電機組供電時2 座低壓所TA2-3W1 和TB2-3W1 斷路器應(yīng)斷開將低壓所非重要負載切除，防止柴油發(fā)電機組過負載。

1.2.2 3#、4#低壓所與柴發(fā)裝置相關(guān)的配置情況

3#、4# 低壓所與柴發(fā)裝置相關(guān)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(huán)網(wǎng)柜，II 路電源連接2#高壓環(huán)網(wǎng)柜。 兩低壓所的變壓器和低壓回路共用1#、2# 高壓環(huán)網(wǎng)柜，兩低壓所均從兩高壓環(huán)網(wǎng)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(jù)設(shè)計意圖，當上端配電所供出兩端10kV 電源均停電時，柴發(fā)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(fā)電機組供電時2 座低壓所TC2-3W1 和TD2-3W1 斷路器應(yīng)斷開將低壓所非重要負載切除，防止柴油發(fā)電機組過負載。

1.3 柴發(fā)機組相關(guān)配置情況

車站設(shè)置車站重要負載專用柴油發(fā)電機組，具備電控功能，搭配有具備綜自系統(tǒng)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(fā)機組自動啟停系統(tǒng)搭建和調(diào)試

2.1 根據(jù)既有設(shè)計文件，搭建控制系統(tǒng)準備工作

1）在各設(shè)備生產(chǎn)前，項目部研究既有設(shè)計的硬件配置情況，根據(jù)設(shè)計硬件配置情況確定與硬件相適應(yīng)的自動控制方案。 根據(jù)本項目業(yè)主和設(shè)計的指導(dǎo)思想，在實現(xiàn)柴發(fā)自動化控制功能的工程實施過程中要盡量減少設(shè)計變更，基于此，本項目柴發(fā)自動啟停系統(tǒng)的自動控制實現(xiàn)方案是根據(jù)本站電力供電系統(tǒng)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(shè)置監(jiān)控裝置，監(jiān)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(jiān)測到上端配電所供出的兩路電均停電后，對應(yīng)低壓所倒閘到由柴發(fā)機組供電的狀態(tài)（斷開低壓母聯(lián)、切除柴發(fā)機組供電對應(yīng)的變壓器下端的非重要負載）并向下端柴發(fā)裝置發(fā)送啟機用電申請。 ②柴發(fā)裝置接收到啟機申請后，啟動柴發(fā)機組并判斷用電需求的位置，在柴發(fā)達到額定運行狀態(tài)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(fù)時，對應(yīng)低壓所解除用電需求，自動倒閘恢復(fù)到由配電所供電的狀態(tài)，柴發(fā)裝置斷開對應(yīng)的供電。當1#、2#低壓所和3#、4#低壓所均不需要柴發(fā)裝置供電時，柴發(fā)裝置啟動關(guān)機流程并進行冷卻延時。

圖2 柴發(fā)模塊系統(tǒng)圖

2）完成細化方案編制后，向業(yè)主申請召開對接會。 在對接會上與業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)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(diào)整，最后確定設(shè)計、業(yè)主及運營方認可的、各廠家在功能上可以實現(xiàn)的控制方案。

3）完成方案確定后，統(tǒng)計確定后的方案與原設(shè)計之間需要調(diào)整的點，提報設(shè)計變更，同時根據(jù)更新后的配置安排廠家生產(chǎn)設(shè)備。

2.2 柴發(fā)自動化啟停系統(tǒng)的信息傳輸通道確認

新襄陽東站車站面積大，柴發(fā)與各所亭距離較遠，各所亭開關(guān)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(jīng)設(shè)計聯(lián)絡(luò)確認，系統(tǒng)狀態(tài)及控制信息傳輸需采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號傳輸方式。 利用網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，在現(xiàn)場有兩種可行方式：搭建局部獨立通信網(wǎng)絡(luò)和利用SCADA 通信網(wǎng)絡(luò)。 兩種方式利弊分析如下：

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

2）利用既有遠動SCADA 通信網(wǎng)絡(luò)。 優(yōu)勢：不用增加新搭建通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)投資； 通信通道有專業(yè)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(fā)現(xiàn)并通知維護人員，發(fā)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(wǎng)絡(luò)維護時需要啟動柴發(fā)時會受到影響；存在柴發(fā)系統(tǒng)被不法分子通過SCADA 主網(wǎng)絡(luò)攻擊的可能性。

根據(jù)以上利弊分析以及結(jié)合工程成本的綜合考量，本項目選擇了利用既有SCADA 通信網(wǎng)絡(luò)。

2.3 柴發(fā)自動化啟停系統(tǒng)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(tài)。 1#、2# 所兩個進線環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)柜不同時斷電時，無需使用柴油發(fā)電機供電，由柴油發(fā)電機供電的HA9 處于斷開狀態(tài)。

2） 配電所兩路電源停電時低壓所自檢。 PLC 檢測到HA2、HA7 環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)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(dǎo)致，柴發(fā)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(dǎo)致，需啟用柴發(fā)供電。

3）啟用發(fā)電機組前的工作準備。 ①斷開非重要負荷：PLC 核對HA5 環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)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(fā)綜自發(fā)出用電申請。PLC 完成啟用發(fā)電機組準備工作后，向柴發(fā)綜自發(fā)出HA9、TA2-3W1、TB2-3W1 位置狀態(tài)和用電申請，柴發(fā)綜自系統(tǒng)核對用電申請和對應(yīng)開關(guān)位置狀態(tài)，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(fā)綜自系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)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(yīng)的A 系列回路或開關(guān)對應(yīng)3#、4#所中的C 系列回路或開關(guān)，比如HA1 對應(yīng)HC1，TA2-3W1 對應(yīng) TC2-3W1。 1#、2# 所中對應(yīng)的 B 系列回路或開關(guān)對應(yīng)3#、4# 所中的D 系列回路或開關(guān)，比如TB2-3W1 對應(yīng) TD2-3W1。

3 結(jié)束語

隨著鐵路的發(fā)展，配置10kV 柴油發(fā)電機組或者其它保障設(shè)備的大型車站會越來越多。 本文以襄陽東站特定的設(shè)備配置和功能需求講述其實現(xiàn)過程并提出調(diào)試及維護建議，同時提出系統(tǒng)的改進設(shè)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(jīng)驗。