鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的工程應(yīng)用及分析

楊依鑫

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100000）

1 前言

目前，鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)維水平普遍偏低，倒閘作業(yè)、線路檢查、故障維護(hù)、供電恢復(fù)等相關(guān)工作主要沿用傳統(tǒng)人工操作的方式，導(dǎo)致管理及操作失誤率較高，與此同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)鐵路供電系統(tǒng)已無法滿足社會(huì)需求，做好鐵路供電系統(tǒng)升級(jí)和裝備的革新已成為必然趨勢(shì)，鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)作為一種新型技術(shù)系統(tǒng)方式，在鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)維中起到積極的促進(jìn)作用，顯著降低故障發(fā)生頻率，提升供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，為鐵路行車安全提供可靠保證。

2 鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)的意義及特征

針對(duì)鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，其是一種能夠?qū)νㄐ偶夹g(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行利用，充分結(jié)合系統(tǒng)情況，對(duì)10kV配電所及電力線路進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控的系統(tǒng)方式。從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠根據(jù)操作人員實(shí)際需求對(duì)電流、無功功率以及電壓等多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使鐵路電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況以動(dòng)態(tài)化的形式顯現(xiàn)出來，且能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。此外，該系統(tǒng)人機(jī)界面具有良好的便捷性，對(duì)提高工作效率具有重要意義。組成鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的部分主要包括三項(xiàng)內(nèi)容，分別是被控站、調(diào)度主站以及遠(yuǎn)動(dòng)通道。在實(shí)際工作過程中，被控站能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)末端電力設(shè)備各項(xiàng)信息的收集，并輸送至遠(yuǎn)動(dòng)終端單元進(jìn)行后續(xù)處理。此后，通道將傳輸數(shù)據(jù)信息，使其到達(dá)調(diào)度主站，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)相應(yīng)的管理軟件進(jìn)行利用，以開展信息內(nèi)容的管理工作，精準(zhǔn)判斷設(shè)備存在的故障問題與科學(xué)控制設(shè)備。在合理運(yùn)用該系統(tǒng)的情況下，不僅將實(shí)現(xiàn)對(duì)上述結(jié)構(gòu)部件的統(tǒng)一管理，同時(shí)還能降低運(yùn)營(yíng)人員工作強(qiáng)度，提升系統(tǒng)運(yùn)行的效率和準(zhǔn)確性。此外，通過該系統(tǒng)的運(yùn)用，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉塞線路以及設(shè)備故障的準(zhǔn)確定位，幫助系統(tǒng)管理人員處理相應(yīng)故障，可在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常供電，提升事故處理的總體效率，確保供電的可靠性，其對(duì)保障鐵路運(yùn)行安全具有重要作用。可見，應(yīng)用鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

通過對(duì)電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，可發(fā)現(xiàn)其特征如下：

（1）電力等級(jí)相對(duì)較低，且變配電設(shè)施具有較強(qiáng)的簡(jiǎn)易性。

（2）在通常情況下，對(duì)鐵路電力控制系統(tǒng)進(jìn)行接線時(shí)，工作人員多會(huì)對(duì)預(yù)先設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考量，構(gòu)建形式呈現(xiàn)單一化的輻射網(wǎng)。此外，在安排鐵路變配電設(shè)施的過程中，工作人員會(huì)通過均勻分布的方式，以此對(duì)相應(yīng)的供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建。當(dāng)前在我國(guó)應(yīng)用率相對(duì)較高的接線方式主要有貫通線與自閉線。

（3）對(duì)系統(tǒng)供電可靠性具有較強(qiáng)的依賴性。通過對(duì)我國(guó)鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)手段對(duì)系統(tǒng)供電可靠性的要求相對(duì)較高，具體表現(xiàn)為該項(xiàng)技術(shù)要求供電中斷時(shí)間不能超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 10kV遠(yuǎn)程控制檢測(cè)的系統(tǒng)概況

以金臺(tái)鐵路為例，金臺(tái)鐵路上海局管轄路段工程實(shí)際長(zhǎng)度為213.7正線公里，車站數(shù)量是19個(gè)，其列車時(shí)速為每小時(shí)160km。為驗(yàn)證上文所述的鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，本文以金臺(tái)鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)作為研究對(duì)象，分析金臺(tái)鐵路通過遠(yuǎn)程控制檢測(cè)系統(tǒng)取得的顯著效果。

3.1 調(diào)度主站

針對(duì)調(diào)度主站，其采用的控制方式是計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)兩組系統(tǒng)方式并存控制的方式。調(diào)度主站的核心是計(jì)算機(jī)，其能夠?qū)⒐δ芤曌髂K，將節(jié)點(diǎn)視作單元，以進(jìn)行配置。系統(tǒng)分設(shè)的內(nèi)容呈現(xiàn)多樣化，主要包括系統(tǒng)維護(hù)工作臺(tái)、前置通信處理機(jī)、調(diào)度員工作臺(tái)、畫面拷貝機(jī)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及文檔管理報(bào)表打印機(jī)等。此外，該系統(tǒng)還可提供大量的資源及UPS設(shè)備。在調(diào)度主站方面，主要設(shè)備均對(duì)冗余裝置配置進(jìn)行使用，在系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡分配，且能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)啟動(dòng)備用功能（如圖1所示）。

圖1 主站系統(tǒng)

調(diào)度工作站能夠幫助工作人員實(shí)施控制操作，以動(dòng)態(tài)化的形式監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)，并輔助工作人員對(duì)管轄范圍內(nèi)的配電系統(tǒng)實(shí)施調(diào)度管理措施；維護(hù)人員可選擇對(duì)相應(yīng)的工作站進(jìn)行操作，以此對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行建立與修改，并生成報(bào)表。此外，系統(tǒng)維護(hù)工作站能夠根據(jù)工作人員具體需求，完成定義系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)以及管理歷史數(shù)據(jù)庫等多項(xiàng)工作；通信子系統(tǒng)的主要組成部分有終端服務(wù)器以及前置機(jī)與切換單元等，能夠?yàn)?0kV電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)提供與不同被控站進(jìn)行連接的通信線路，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及通信監(jiān)視等工作；在通常情況下，服務(wù)器多是被應(yīng)用于數(shù)據(jù)后臺(tái)處理工作中，其能夠管理歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源進(jìn)行合理分配。

調(diào)度主站內(nèi)部具有兩路外部電源，其能夠依照實(shí)際需要進(jìn)行自動(dòng)化或手動(dòng)切換。在完成切換后將引至UPS電源設(shè)備，該設(shè)備蓄電池的后備時(shí)間處在1h左右；調(diào)度主站中設(shè)有獨(dú)立接地系統(tǒng)，其接地電阻在通常情況下≤1Ω；其GPS系統(tǒng)的可靠性較強(qiáng)，能夠?yàn)樘幵谡{(diào)度主站的時(shí)鐘與被控站的終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步提供支持。為提高主站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性，應(yīng)在相應(yīng)區(qū)域合理設(shè)置防火墻，避免其受到病毒的危害。

3.2 被控站

被控站可根據(jù)不同性質(zhì)劃分為三項(xiàng)內(nèi)容，分別是開關(guān)站、低壓監(jiān)控站以及配電所，其分別能夠?qū)Ω叩蛪涸O(shè)備、低壓設(shè)備以及所內(nèi)高低壓設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

3.2.1 開關(guān)站

將高低壓開關(guān)及RTU設(shè)備等安裝在開關(guān)站中。開關(guān)站設(shè)備能夠?qū)╇娤到y(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息整合處理，并傳輸至調(diào)度主站。同時(shí)，接受調(diào)度主站下達(dá)指令信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)站內(nèi)高低壓設(shè)備的監(jiān)測(cè)和管理，除此以外，該系統(tǒng)還能完成對(duì)故障的錄波功能。

本工程開關(guān)站高低壓設(shè)備布置在室內(nèi)場(chǎng)所中，并與信號(hào)樓建設(shè)在一起，不但實(shí)現(xiàn)空間資源的最大化利用，同時(shí)也為設(shè)備運(yùn)行提供安全環(huán)境，并積極影響后續(xù)維護(hù)工作。此外，設(shè)備電源的接線方式是電纜線路的方式，受外部環(huán)境及人為因素影響較小，為站場(chǎng)敷設(shè)提供便利。

3.2.2 低壓監(jiān)控站

低壓監(jiān)控站的設(shè)備與開關(guān)站具有一定的相似性，必須對(duì)低壓開關(guān)與設(shè)備進(jìn)行安裝。其設(shè)備能夠?qū)Φ蛪汗╇娤到y(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的處理，并將其傳輸至調(diào)度主站。此外，能夠?qū)φ{(diào)度主站發(fā)送的各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行接收，科學(xué)監(jiān)管低壓設(shè)備。雖然系統(tǒng)與RTU的相似度相對(duì)較高，但該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)低壓部分的監(jiān)控管理，不具備高壓的監(jiān)控功能。因此，在接口的容量上看，占比RTU系統(tǒng)的一半左右，遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)象也相抵較少。

3.2.3 配電所

配電所遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，主要通過對(duì)現(xiàn)有以及新設(shè)的單元系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)新型的采集和收錄，通過遠(yuǎn)動(dòng)功能將處理好的信息傳送至調(diào)度終端系統(tǒng)上，并能完成對(duì)系統(tǒng)下達(dá)指令的動(dòng)作和要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電所的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理。

3.3 遠(yuǎn)動(dòng)通道

該項(xiàng)目工程采用鐵路生產(chǎn)網(wǎng)作為遠(yuǎn)動(dòng)通道，在采用該通道情況下，不僅通道可靠性將明顯提高，而且通信傳輸速率將顯著加快。此外，通過調(diào)查可發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在使用網(wǎng)絡(luò)通道后，其系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度將顯著提升，且投資與運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本也相對(duì)較低。

3.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)本文列舉的工程，其選擇對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行增設(shè)。全線已安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)的配電所數(shù)量是5個(gè)，均已納入電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，能夠?qū)ε潆娝O(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行直觀監(jiān)視與動(dòng)態(tài)控制，進(jìn)而為配電室實(shí)現(xiàn)無人值班的目標(biāo)奠定良好基礎(chǔ)，該點(diǎn)對(duì)提升設(shè)備的運(yùn)行管理效果具有現(xiàn)實(shí)意義。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)方面，其選擇使用1:N集中監(jiān)控型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的組成部分主要包括三項(xiàng)設(shè)備，分別是通信通道、主控站及被控站。該系統(tǒng)依照人員實(shí)際需求，在不同配電所中對(duì)相應(yīng)的終端進(jìn)行安裝，并以主站為基礎(chǔ)設(shè)置監(jiān)視主機(jī)。云臺(tái)、攝像機(jī)等設(shè)備是配電所視頻終端的重要組成部分，均具有不同功能。在合理運(yùn)用不同監(jiān)視終端的情況下，工作人員將開展對(duì)音頻與視頻內(nèi)容的高效收集，實(shí)時(shí)上傳處理，在視頻監(jiān)視主機(jī)中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、語音對(duì)講及錄像回放等多項(xiàng)功能。

此前，在實(shí)際工作中，該工程選擇以鐵路生產(chǎn)網(wǎng)通道為基礎(chǔ)對(duì)視頻通道進(jìn)行設(shè)置，但從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)鐵路生產(chǎn)網(wǎng)通道傳輸帶寬是2M，其承載的生產(chǎn)任務(wù)及壓力相對(duì)較大，而視頻通道的傳輸帶寬至少是1.5M，若傳輸帶寬與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符，必將對(duì)視頻傳輸質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)工作無法順利進(jìn)行。由此可見，原有鐵路生產(chǎn)網(wǎng)通道無法滿足視頻傳輸相關(guān)需要。通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)視頻監(jiān)控通道目前已完成全線貫通，且已對(duì)相應(yīng)的控制中心進(jìn)行引入，各方面均與要求相匹配，且整合條件整體良好，故而該工程在實(shí)際施工中選擇對(duì)牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)視頻監(jiān)控通道與視頻通信通道采取相應(yīng)的整合措施，進(jìn)而對(duì)各方面具有的技術(shù)要求進(jìn)行滿足，提高通道租賃費(fèi)用節(jié)省效果，該點(diǎn)對(duì)保障整體效益具有重要作用。

4 改進(jìn)對(duì)策

4.1 自閉、貫通線路故障測(cè)距問題

雖然鐵路10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)整體效果良好，但也存在一定問題，如自閉、貫通線路故障測(cè)距問題尚未得到解決，僅能完成對(duì)故障區(qū)段的判斷工作。若該點(diǎn)問題未及時(shí)得到解決，故障點(diǎn)排查工作將長(zhǎng)期受到影響。為此，未來應(yīng)積極開展對(duì)鐵路自閉、貫通線路行波故障測(cè)距系統(tǒng)的應(yīng)用分析。針對(duì)該系統(tǒng)而言，其基礎(chǔ)原理是電壓行波信號(hào)與雙端法測(cè)距原理，主要由行波綜合分析系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)以及行波采集與處理系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障測(cè)距具有重要作用，且具備人工以及計(jì)算機(jī)輔助波形分析等多項(xiàng)功能，能夠根據(jù)具體需求對(duì)小電流接地故障以及線路斷路故障進(jìn)行測(cè)量，并提高測(cè)量可靠性。在通常情況下，其測(cè)距誤差大多處于300m以下。

4.2 檢修與維護(hù)

從整體的角度出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)通道轉(zhuǎn)換設(shè)備的檢修與維護(hù)工作難度相對(duì)較大，導(dǎo)致設(shè)備中存在的故障問題無法得到有效解決，致使后續(xù)工作受到嚴(yán)重影響。通過對(duì)該問題進(jìn)行深入分析，可發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致檢修與維護(hù)工作難度相對(duì)較大的原因是設(shè)備的硬件與故障點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較多，造成檢修與維護(hù)工作任務(wù)量顯著增加。為實(shí)現(xiàn)對(duì)該點(diǎn)問題進(jìn)行有效處理，在未來發(fā)展中有必要對(duì)設(shè)備硬件環(huán)節(jié)進(jìn)行深入分析，減少其實(shí)際數(shù)量，全面加強(qiáng)對(duì)軟件方面的研發(fā)力度，深入挖掘軟件設(shè)備的核心價(jià)值，提高其功能性，以此為設(shè)備檢修與維護(hù)工作順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

4.3 通道管理意識(shí)

針對(duì)電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)而言，其是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，相較于傳統(tǒng)鐵路，電力運(yùn)輸具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，雖然電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，但仍有部分工作人員未對(duì)該項(xiàng)技術(shù)形成正確認(rèn)知，且不具備強(qiáng)烈的電力運(yùn)輸通道管理意識(shí)，導(dǎo)致管理工作無法順利開展。此外，部分施工單位未對(duì)管理制度進(jìn)行完善或有效落實(shí)，致使管理工作有序性顯著降低，該點(diǎn)對(duì)保障管理科學(xué)性及電力運(yùn)輸通道運(yùn)行狀況極為不利。因此在后續(xù)工作中，有必要加強(qiáng)對(duì)工作人員的培訓(xùn)力度，促使其形成強(qiáng)烈的責(zé)任意識(shí)，提高工作人員專業(yè)能力水平，以此為通道管理效率提供保障，進(jìn)而提高電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

5 鐵路遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的抗干擾

針對(duì)電力列車運(yùn)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)多種外界因素影響，對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)造成干擾的現(xiàn)象，例如交流電源功率較大，影響列車的正常運(yùn)行。為避免干擾現(xiàn)象對(duì)列車運(yùn)行造成的影響，

可在列車供電系統(tǒng)中，增設(shè)隔離變壓器，隔離原副邊繞線圈各自的電流，以此達(dá)到降低分布電容的目的，進(jìn)而最大限度提升運(yùn)行設(shè)備的抗干擾能力。其次，還可通過增設(shè)電磁密封襯墊方式，將電力系統(tǒng)運(yùn)行中的縫隙問題進(jìn)行填補(bǔ)。不但能提升設(shè)備的密封性，同時(shí)也能增加各個(gè)接觸點(diǎn)之間的接觸面積，使電力傳輸速度更快，減少傳播過程中的磁波損傷。

6 結(jié)語

綜上所述，電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)現(xiàn)代鐵路電力系統(tǒng)維護(hù)中具有重要地位，因此必須正確認(rèn)識(shí)到該系統(tǒng)的重要性，并在未來的研究中，對(duì)系統(tǒng)缺陷加以更正和解決，以此提高故障排查效率及供電可靠性，進(jìn)而為鐵路行車安全提供可靠保障。