鐵路供電調度控制系統技術的應用

牛海浪

中鐵建電氣化局集團第三工程有限公司 河北 高碑店 074000

引言

牽引變電所作為鐵路供電系統的關鍵，能夠為車輛運行提供動力支持。鐵路沿線各種負荷均由線狀供電網絡提供電力。之前進行的線路建設、倒閘作業、搶修故障、恢復供電，這些工作的開展，主要依靠沿線工區職工的作業來完成。高科技、現代化裝備伴隨著高速發展的鐵路被大量采用，SCADA系統也被廣泛應用于鐵路的新建和改造。針對目前鐵路安全行車及行車密度要求越來越高以及SCADA系統功能的不斷完善都將成為下一步動力驅動技術發展的課題。

1 鐵路供電調度控制系統簡介

鐵路供電調度控制系統是一種運用計算機、網絡和通信技術對鐵路供電系統進行遠程數據采集、通信、監視、測量、控制、保護、輔助監控的系統。借助供電調度系統功能可以采集系統運行時產生的各項數據，從而準確地對鐵路電力系統及配套設施運行情況進行分析及有效監控[1]。該系統功能種類豐富，包括線路檢測、采集、傳輸及處理數據；在線自檢顯示遠動終端功能；實現在線修改、編輯和定義用戶圖片和用戶資料庫的功能；所有電腦均具備開機和恢復功能；具備自動切換和手動切換功能的冗余配置雙主機系統；在具備友好的人機界面、實現運行參數實時監控、動態顯示電力網絡運行狀況的同時，可對操作者進行模擬訓練和演示功能。

2 鐵路供電調度控制系統構成

鐵路供電調度控制系統主站采用國家鐵路集團-局集團公司-段三級架構，其系統總體結構如圖1所示。

圖1 鐵路供電調度控制系統主站總體結構圖

SCADA系統結構主要由3部分組成：調度端、傳輸通道、被控端。

2.1 調度端的主要站點，也就是鐵路局的調度中心

調度中心作為控制鐵路系統運行的關鍵樞紐，電力相關系統所采集的信息都要經過這里進行分析處理，工作人員在對各項信息進行分析處理后，在通過遠程系統對車站、變電站及配電所的設備下達指令。

2.2 被控端，即變配電所在鐵路沿線的監控系統[2]

該系統一般在鐵路內部采用兩種方式，一是微機保護裝置在變電所設備和配電所設備的二次保護裝置中全面使用。全微機控制高壓設備的分合。二是繼電器保護裝置仍用于變配電所高壓設備的二次保護。同時在變電站和配電所增加了微型計算機監控設備。

2.3 遠距離數據的傳遞通道

監控系統通過通信通道向調度中心發送采集到的大量信息，再由調度中心統一調度調配，下達遠程指令，發送遠程指令。

3 遠動系統功能

3.1 遙測、遙信及遙控功能[3]

當前，遠動系統對鐵路沿線重要供電線路及設備進行遠程監控，其三遙功能比較突出，第一，遙測功能，具有遠程測量特征，利用現代通信技術傳送被測變量的測量值；第二，遙信功能，對相關設備運行情況進行實時的遠程監視；第三，遙控功能，在調度中心下達指令后，利用通信程序對下達指令的設備運行情況進行調整，根據指令進行設備的開關操作。隨著我國鐵路交通事業的蓬勃發展，對遠動系統功能的要求也更高，牽引變電所在三遙的基本功能上，又具備了遙調和遙視的功能。此外，還兼具了自我檢查及診斷等功能，能夠及時預警、診斷系統故障，提高了遠動裝置維護的高效性。

3.2 線路故障檢測功能

由FTU檢測故障并報告主站，主站系統首先要完成故障的自動定位，對故障線段兩側的負荷開關進行自動遙控斷開，在確認線路失電的情況下對故障點進行隔離，然后對兩側配電所出現的開關自動下達遙控命令進行閉合，沒有故障的線路要及時恢復電力供應，針對具體的故障問題要提供詳細信息及處理報告，為調度人員提供參考。

3.3 越限偵測報警

一旦被提取一相電流或電壓越限（包含兩個級過流、兩個級過壓、欠壓、失壓、越限時間等）時，由20周波的有效數值記錄兩路信號電源各相電壓、電流信號，從而產生對應的報警信息。

3.4 故障探測和報警

記錄兩個電源的各相電壓和電流的波形，作為任一路信號電源出現過流故障（引起開關跳閘）或某些遙信變位時的事故分析基礎[4]。故障波形能反映出在故障之前，穩態和故障暫態到故障后穩態的各個階段的變化特征。在故障發生點前5周波點后，10周波點的數據可以自動記載。在報警資料里自動生成超限溫度和高壓線路接地故障信息。

3.5 參數整定

利用RTU通信端口和M型模組，與TMIS生產網相連，可以完成點對點或1點對多點的通信關系。

3.6 供電異常

有源報告功能被監控到的任何干擾信號發生供電的異常時，設備則會向主要的網站報告（越限、失效等）。

3.7 本地維護功能

應用代碼的下載，故障的判斷都可以通過設備的本地維護端口實現。

4 鐵路電力遠動系統應用及思考

4.1 鐵路供電調度系統的應用

就京沈客專鐵路調度端建設和調試分析，在北京鐵路局調度新系統中數據全部完成后，測試系統各功能正常。首先進行沿線各配電所、電力箱變等電力設備單體調試，調試完成后根據現場調試數據，在調度端針對每一個被控站生成相對應的調度數據，然后再進行遠動調試，遠動測試主要是驗證通道連通無掉包和調度端調度數據庫與現場實際數據保持一致。

以京沈客專承德南站以東提前開通段為例，保證遠動調度數據接入后的準確可靠，在調度數據正式接入前期，先進行數據調試及整合。受北京鐵路局調度中心管控，施工調試人員嚴禁進入正式調度中心，在北京鐵路局設立臨時調度端，配置和正式調度端完全一致，利用臨時調度端對京沈客專前期開通段的配電所、變電所及箱變等電力設施進行調試。

進行遠動調試之前，向供電部、調度所、供電段、通訊段及相關部門提交調試工作的申請，并提供相關調試方案。將傳輸通道跳接到臨時系統中，測試通道正常，確保本體調試完成方可進行遠動調試。電力遠動系統主要針對配電所、變電所及箱變等電力設備的三遙功能進行測試。

4.1.1 遙控的測試主要是為對變電所、亭、站的開關進行分、合操作，并對操作完成后的開關位置信號與實際是否一致進行確認；現場的調試人員主要是進行開關的狀態確認，調度中人員進行遠方操作指令下達，通過通道傳輸指令及后臺程序控制開關的狀態。這也是后期運維中是否能正確遠方分合開關最重要的調試，通過遠方遙控可以對無人所進行停送電作業。

4.1.2 遙信的測試主要是對變電所、亭、站內的開關量信號、預告信號、事故信號進行測試；其中開關量信號在作遙控調試一起確認，而預告信號和事故信號等相關信號在整個調試過程中進行驗證；現場調試人員進行開關量的模擬工作，通過相關的模擬故障信號通過通道反饋到調度中，調度員通過后臺提示可以清晰地看到故障信號所在，通過分析可以快速地判斷故障的等級，并通過站段的復視終端同時顯示，有利于檢修人員進行現場處理，及時恢復故障，確保供電安全。客專鐵路的保護也越來越準確，通過智能化和廣域化進行全方位的判斷，使得保護故障的切除更加準確，有效保障了列車的安全運行。

4.1.3 遙測的測試主要是在調度工作站顯示界面上的數據與變電所、亭的數據直接進行驗證。遙測主要是對數據的采集，包括電流電壓等數據進行上傳，現場調試人員通過實驗設備進行加載電流和電壓，反饋到調度中心對比是否與現場一致，可以確保運營過程中數據真實可靠，并對相關的保護定值進行遠方修改，提供準確的數據下發并應用。

如果通道不正常，或測試中出現異常情況，則及時通知相關配合單位進行問題處理。確保調度系統的各項正常工作。

遠動系統調試中不僅僅是針對開關設備進行遠動調試，結合目前高鐵的快速發展，所亭內無人值守相關的輔助監控系統也在調試范圍內，主要包括環境監控、視頻、消防、門禁、智能巡檢機器人等都納入了遠動調度系統。現場相關的實時數據上傳到調度中心，工作人員可以隨時監控所亭的運行狀態，進行設備的遠程維護及發生故障后能及時通過智能巡檢機器人和監控設備準確的故障設備及原因，通知維管人員進行現場處理，大大減少了巡檢人員的巡檢次數，有利于設備的維護和成本的控制。

遠動調試完成后確保數據的準確性，將數據進行整合。京沈客專鐵路設置一個調度端，因承德南站以東為提前開通段和承德南站至北京朝陽站為后期開通段分段開通，所以需要進行兩部分調試完成后的數據進行整合，利用高鐵天窗，將兩部分數據在正式調度端數據庫進行整合，由正式調度端完成全線鐵路的電力調度控制系統，至此完成京沈客專高速鐵路電力調度系統的全部工作。

4.2 鐵路供電調度控制系統的軟硬件設計

遠動系統功能在一定程度上決定了車輛調動工作的準確定，為進一步保證鐵路運行安全，應根據電氣化系統特點及運行要求，建立高效的電力遠動系統，應積極引進自動化技術，將其與各類系統相結合，提高軟硬件設計的自動化及智能化水平。通過軟硬件的配合完成信號的接收和處理，在故障產生后，立即為工作人員提供資料，并著手處理。

4.3 針對電磁干擾的產生和防止措施

電磁是以一種形式存在的一種高頻電流的磁場輻射，這種輻射通過磁場和電場同時存在。由于大量電器的使用，在空間中幾乎同時存在著極少的單純磁場或電場與磁場的分量，因此在屏蔽電磁干擾時也要同時兼顧到這一點，根據電磁場原理，利用屏蔽體來減少或阻礙電磁的能量傳遞，一個過程就是讓電磁波在通過屏蔽層時降低其能量，整個屏蔽體就會產生衰減電磁波的效果，這也就是在屏蔽電磁干擾的同時，利用屏蔽體降低RTU和FTU是主要安裝在配電所內部的鐵路系統中的遠動監視裝置。機殼外殼與微機源、數位地、FTU及RTU均不可連接，此外，通過對噪音和訊號實施接地操作，可以提高系統的抗干擾性能，使系統運行更安全可靠。

5 結束語

綜上所述，鐵路供電調動系統作為鐵路智能化和自動化發展的關鍵，通過該系統的應用，能夠對全線電力系統的運行展開全面、實時的跟蹤監控，幫助管理人員掌握線路具體運行狀態，降低了故障發生率。在新時期，還應重視這一系統的不斷完善，電力系統運行復雜，影響因素眾多，要加大對軟硬件設計的投入，推動我國鐵路事業穩步邁進。