鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究

王瑞鵬

摘要：在科學(xué)技術(shù)不斷升級(jí)優(yōu)化的背景下，我國充分重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的鐵路交通發(fā)展。為促進(jìn)鐵路交通建設(shè)發(fā)展，牽引變電站自動(dòng)化技術(shù)開始被應(yīng)用到智能鐵路建設(shè)中。現(xiàn)階段，我國鐵路牽引變電站自動(dòng)化發(fā)展還存在一定不足，仍然需要不斷創(chuàng)新和改革。為此，本文從促進(jìn)智能鐵路建設(shè)出發(fā)，探討鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鐵路;智能牽引變電站;自動(dòng)化;關(guān)鍵技術(shù)

引言

隨著供電技術(shù)飛速發(fā)展，智能牽引變電站自動(dòng)化技術(shù)受到人們廣泛關(guān)注。針對(duì)鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化，分析智能牽引變電站結(jié)構(gòu)，探討各層配置方案，介紹智能牽引變電站自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)，分析應(yīng)用方案，以期促進(jìn)鐵路智能建設(shè)與發(fā)展。

一、智能牽引變電站自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)

1電子式互感器的可靠性

鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化技術(shù)中，電子式互感器的可靠性極其重要。在過程層配置中，電子式互感器突顯出了其環(huán)保、安全及輸配電系統(tǒng)智能化的優(yōu)勢(shì)，保證電子式互感器功能發(fā)揮的關(guān)鍵在于提高可靠性。為此，電子互感器的配置環(huán)節(jié)應(yīng)該堅(jiān)持以下原則。（1）電能計(jì)量設(shè)備、自動(dòng)裝置設(shè)備和繼電保護(hù)設(shè)備必須達(dá)到最低要求，從而確保基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。（2）采用2路獨(dú)立采樣系統(tǒng)進(jìn)行配置，結(jié)合合并單元實(shí)現(xiàn)雙重化保護(hù)。（3）使用羅氏線圈電流互感器進(jìn)行配置，充分保障測(cè)量精確度。（4）采取輔助措施，避免受到溫度、外磁場(chǎng)因素干擾。電子互感器技術(shù)主要采用有源式非光學(xué)電壓互感器進(jìn)行電壓量的采集和傳輸。電子互感器的配置主要分為電流互感器和電壓互感器。總體來說，都采用電容分壓型電子式電壓互感器進(jìn)行配置，配置過程中根據(jù)不同電壓，有35kV、220kV和500kV幾種母線線路配置方式。電子互感器工作狀態(tài)應(yīng)該采用雙重化配置，在高壓側(cè)的CT上選擇合并單元MU1和MU2完成配置。針對(duì)低電壓等級(jí)，現(xiàn)階段采用電子式互感器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)尚未突顯，而且間隔層設(shè)備電流和電壓信號(hào)無需共享操作，因此數(shù)字化后的電流、電壓傳輸則不必完全按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。同時(shí)，低電壓等級(jí)可使用常規(guī)互感器進(jìn)行傳輸[1]。

2系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性對(duì)智能牽引變電站自動(dòng)化影響較大，為此，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信傳輸時(shí)間提出了要求，需結(jié)合鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的通信服務(wù)規(guī)定。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求主要包括通信報(bào)文的7種類別，并根據(jù)通信報(bào)文性能劃分了相應(yīng)級(jí)別。例如，快速報(bào)文類型，結(jié)合其跳閘及閉鎖操作，將其劃分為極快速和快速。明確變電站通信傳輸時(shí)間相關(guān)規(guī)定，能更加高效地制定鐵路牽引變電站通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性能目標(biāo)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的分析評(píng)價(jià)量化標(biāo)準(zhǔn)，以此提高變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。

3系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選型

針對(duì)間隔層為27.5kV的設(shè)備，選取傳輸方式時(shí)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況選擇電纜傳輸模擬信號(hào)的方式，以此滿足互感器與開關(guān)信息交換的需要。數(shù)據(jù)之間的相互干擾與影響是牽引變電站自動(dòng)化技術(shù)中的關(guān)鍵問題，為此可以采用三網(wǎng)分離的策略避免數(shù)據(jù)之間的相互影響，包括監(jiān)控層、過程層以及模擬數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)。其中監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出數(shù)據(jù)量大、突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但在牽引變電站系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，該網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)不高，因此是三網(wǎng)分離的重要選擇之一。過程層主要采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，GOOSE網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相比，具有突發(fā)性強(qiáng)的相同點(diǎn)，同時(shí)也存在較為明顯的區(qū)別，如傳輸量、傳輸要求都與監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)相反。過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出周期性特點(diǎn)，且網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸要求安全、可靠、穩(wěn)定且實(shí)時(shí)。因此，三網(wǎng)分離策略的使用能提高牽引變電站自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定性及安全性能[2]。

4插值同步，不依賴于對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)

牽引變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，存在插值同步，不需要依賴合并器的同步狀態(tài)。當(dāng)間隔層設(shè)備采樣數(shù)據(jù)來源不同時(shí)，存在一定差別。當(dāng)數(shù)據(jù)來源于多個(gè)電子式互感器合并器的情況下，應(yīng)該采用IEC60044-8的傳輸延時(shí)固定協(xié)議。如果采樣值來自一個(gè)合并器，則采用IEC61850-0-1協(xié)議，利用插值同步的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到同步多個(gè)合并器采樣值的目的。當(dāng)牽引變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)方式時(shí)，則應(yīng)該以IEC60044-8協(xié)議作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，以此滿足傳輸延時(shí)的需要。當(dāng)規(guī)約較為簡(jiǎn)單時(shí)，再結(jié)合FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。總體來說，插值同步是各種方案配置的基礎(chǔ)，這種方式在保證變電站自動(dòng)化運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)上，不依賴于對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，極大程度提高了鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化程度。

5智能變電站對(duì)時(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

通過變電站時(shí)鐘同步，可為故障分析、監(jiān)視控制及運(yùn)行提供準(zhǔn)確的時(shí)間依據(jù)。在智能變電站中，精確時(shí)鐘同步是電子式電流/電壓互感器、智能斷路器、合并單元、繼電保護(hù)、測(cè)控單元等智能設(shè)備正確工作的關(guān)鍵。智能變電站采用分布式采集，合并單元輸出的數(shù)字采樣信號(hào)中必須包含有時(shí)間信息。各合并單元輸出的電壓、電流信號(hào)必須嚴(yán)格同步，否則將直接影響保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，甚至失去同步時(shí)要推出相應(yīng)保護(hù)，從整體來看，可以說時(shí)鐘同步是全智能變電站系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

結(jié)束語

由此看來，鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)具有重要意義，要想促進(jìn)鐵路建設(shè)，就應(yīng)該將智能變電站引入到電氣化鐵路發(fā)展中去。深入了解智能變電站結(jié)構(gòu)原理，以構(gòu)建適合鐵路智能牽引變電站的構(gòu)架為目的，科學(xué)利用智能牽引變電站自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)，合理配置方案，促進(jìn)鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王淼，熊列彬，陸艮峰.牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件研究[J].電氣化鐵道，2009（04）：12～14.

[2]周揚(yáng).鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究[J].設(shè)備管理與維修，2021（Z1）：145-146.

[3]趙英彬.高速鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究[J].通訊世界，2018（03）：251-252.

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