鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統故障及處理方法分析

摘" 要：為明確鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統運行過程中可能出現的故障問題，以及故障發生后的處理方法，重點結合鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統方面的相關理論與實踐經驗，分析鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的基本情況，并對系統可能出現的故障以及對應的處理方法進行探討，最終提出通過一二次融合成套開關的應用來處理網絡遠程控制系統的故障。研究表明，一二次融合成套開關的應用，可以在保障鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統正常運行的同時，防范和應對可能出現的系統故障，提高系統日常管理和維護的技術水平。

關鍵詞：鐵路電力貫通自閉線路網絡;遠程控制系統;一二次融合成套開關;系統故障;處理方法

中圖分類號：U226" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）25-0143-04

Abstract： In order to clarify the fault problems that may occur in the operation of the remote control system of railway electric power through self-closed line network， and the treatment methods after the fault， this paper focuses on the relevant theory and practical experience of the remote control system of railway electric power through self-closed line network， and analyzes the basic situation of the remote control system of railway electric power through self-closed line network. It also discusses the possible faults of the system and the corresponding treatment methods， and finally proposes to deal with the faults of the network remote control system through the application of a complete set of switches. The research shows that the application of primary and secondary integrated switches can prevent and deal with possible system failures while ensuring the normal operation of the remote control system of railway power through self-closed line networks and improving the technical level of daily management and maintenance of the system.

Keywords： railway power through self-closing line network; remote control system; primary and secondary integration complete set of switches; system fault; treatment method

加快關鍵核心技術攻關，是國家鐵路局印發的《“十四五”鐵路科技創新規劃》中明確的階段性鐵路科技創新任務。遠程控制系統的開發與維護，就是加快關鍵核心技術攻關任務中的重點項目。鐵路電力貫通自閉線路網絡是由為鐵路沿線自動閉塞信號及車站負荷等提供電源支持的線路組成的網絡體系，其運行狀況會直接影響到鐵路運輸的安全性、穩定性。隨著技術的發展，以及鐵路運輸安全性要求的不斷提高，通過高精度的遠程控制系統來動態實時監測、控制鐵路電力貫通自閉線路網絡運行逐漸成為重要的鐵路運輸技術保障方案。雖然在長期的發展中，我國在鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的開發與維護方面實現了諸多的技術突破，網絡遠程控制的能力和效果得到了持續的提升，但由于網絡所處環境的惡劣性及網絡本身的復雜性，很容易發生故障，導致鐵路運輸中的供電系統出現故障，影響正常的鐵路運行[1-2]。因此，有必要結合當前的鐵路運行實際情況，對鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統及其故障處理方法進行分析探討，以促進網絡遠程控制系統的有效管理和維護。

1" 鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統概述

1.1" 鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的運行原理

鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的運行原理可以從數據管理和狀態管理2個方面把握。其中，數據管理是系統利用小波分析的方法，借助各類傳感器、變送器對鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的運行數據進行持續、動態和實時的采集、儲存和分析，為系統的運行狀態分析尤其是故障分析提供數據支持;狀態管理是系統根據相應的算法，對發生的故障進行暫態分析，及時捕捉到故障發生瞬間的電流、電壓等數據的變化情況，精確掌握故障來源和故障區間，并借助網絡對鐵路電力貫通自閉線路網絡上的斷路器和配電所開關柜中的斷路器進行遠程控制，使發生故障的區間得到遠程控制[3]。

1.2" 鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的架構

圖1是鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的整體架構。通過圖1可以看出，鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統主要由調度監控層、現場終端控制層和現場設備層構成。其中，調度控制層的主要功能：建立網絡數據鏈路和數據收發中轉站;對鐵路電力貫通自閉線路網絡中的電流及電壓等模擬量的遠距離監測;對電源的開關狀態和儲能狀態等開關量進行監測;對高壓開關進行監測與控制;對控制層中各站上傳的故障類數據報文進行分析判斷，并根據判斷結果作出切除故障區間的行動，確保非故障區間的正常供電;對實時采樣的數據進行存儲、分析，為系統提供包括故障數據在內的歷史數據追溯，實現數據的可追查?，F場終端控制層的功能：接收監控中心發送的數據報文，并將其轉發給智能控制器;向監控中心上傳智能控制器上傳的數據信息;結合采集到的數據信息，判斷故障類型，并將結果以故障數據報文的形式傳輸至監控中心;根據調度監控層的指令控制高壓開關的分合;根據調度監控層的指令上傳各站包括電流、電壓、開關狀態位等基本參數信息;根據設置的參數上傳各站的基本信息;將電壓信號轉換為數字信號，并傳送給智能控制器;將電流互感器送出的交流電流變換為直流電壓或者直流電流;在線路電源消失時，為線路提供控制設備及斷路器的可靠性工作電源[4]?，F場設備層的功能：采集一次高壓設備運行的電壓、電流等數據;分斷和連接一次線路。

2" 鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的故障處理方法

鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統除了承擔對鐵路電力貫通自閉線路網絡運行數據進行采集和狀態進行分析外，更重要的是能夠自動地識別典型的線路故障，明確故障發生類型和故障發生區間，壓縮故障排查和解決的時間，提高故障解決的效率[5]。但是，由于該系統本身涉及到的終端控制節點和高壓開關具有數量多、分布廣的特點，很容易出現運行方面的故障，造成遠程控制功能的失靈，這無疑增加了鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統運行的風險。通過分析發現，引起網絡遠程控制系統故障的重要原因之一是線路安裝柱上的開關設備運行的不穩定性[6]?；诖?，本次重點研究應用了在線路安裝柱上安裝一二次融合成套開關設備，該設備重在實現對鐵路電力貫通自閉線路運行故障的智能篩查和遠程控制，同時承擔優化遠程控制的運行，提高故障分析排除和解決效率的功能。

圖1" 鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統架構

2.1" 一二次融合成套開關的技術要求

在鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統中，一二次融合成套開關主要在線路分段、聯絡、分支等場合使用[7]。在這種應用場景下，開關需要達到以下8個方面的技術要求。第一，要具備自動重合閘功能，且開關的重合次數及時間可以調控。第二，要具備能夠采集三相電流、零序電流、三相相電壓的能力，以滿足有功功率和無功功率計算，以及功率因數、頻率和電能量采集的需要。第三，要具備單相接地、相間短路故障處理的能力，并且能夠直接跳閘切除故障。第四，要具備大電流閉鎖重合閘功能。第五，要具備小電流接地系統單相接地故障就地判別和隔離功能，具備接地故障就地切除功能和重合閘功能等，保護功能可設置為跳閘、告警或退出，跳閘/告警延時可設。第六，能夠支持就地型饋線自動化功能及集中型饋線自動化，終端具備就地型饋線自動化投退撥動開關（或壓板），當退出就地型饋線自動化模式時，則為集中型饋線自動化[8]。第七，具備配電自動化三遙配置需求，終端配置就地/遠方切換開關，在滿足信息安全條件時，不改變硬件設備即可支持遠方控制功能。第八，具備配電線路斷線故障檢測，以及通過相電檢測小電流接地系統單相接地故障、相間短路故障識別等功能。

除了整套開關要滿足上述技術要求外，整套開關中使用的支柱式斷路器及其他部件也有相應的技術要求。其中，斷路器應采用操動機構與本體一體化的結構，具備低氣壓告警指示及閉鎖功能，閉鎖機制應同時包括機械閉鎖功能和電氣閉鎖信號，斷路器的開距不小于35 mm，重量不大于140 kg[9]。所使用的真空斷路器所配用的滅弧室在安裝方式、端部聯結方式及聯結尺寸方面應當保持統一，真空滅弧室允許儲存期不小于20年，出廠時滅弧室內氣壓應小于1.33×10-3 Pa，并且，在允許儲存期內，其真空度應滿足運行要求。成套供應的隔離刀閘與支柱式斷路器之間具備機械聯鎖功能，隔離開關斷開后符合安全間距要求，斷路器與隔離開關之間應設置可靠聯鎖，斷路器處于合閘狀態不能操作隔離開關，斷路器的絕緣套管采用瓷套管或者抗紫外線能力強、具有憎水性等性能的復合絕緣材料，傘裙采用大、小傘裙交替結構，截面不小于300 mm2。開關本體配置的電流互感器（A＼B＼C＼0）和零序電壓傳感器，應提供Ia、Ib、Ic、I0（保護及測量合一）電流信號，或配置1組電壓傳感器和1組電流傳感器，提供Ua、Ub、Uc、U0（測量、計量）電壓信號，Ia、Ib、Ic、I0（保護、測量、計量）電流信號[10]。開關本體在配置電壓傳感器后，整機局部放電水平小于50 pC;開關盡量采用軍品級26芯航空插座，航空插座配置有絕緣密封罩，保護接口。開關采用防凝露免維護設計，開關本體和操作機構都應采用全密封的結構。

2.2" 一二次融合成套開關的結構

圖2展示的是一二次融合成套開關的整體結構。其中，斷路器是成套開關中的關鍵組成部分，其主要由開關本體、饋線終端（FTU）、電壓互感器/傳感器（PT）、電流互感器/傳感器（CT）和連接電纜等構成。開關本體、饋線終端（FTU）、電壓、電流互感器之間采用軍品級航空接插件，通過戶外型全絕緣電纜連接。暴露在空氣中的航空插座必須采用密封材料對金屬導體進行密封，提高其抗凝露性能。電纜上接電源電壓互感器的電纜破口需做防雨水浸入處理，安裝時做上U型固定。電纜控制器側要做下U型固定，防止雨水順電纜灌入插頭。

2.3" 一二次融合成套開關在故障處理方面的原理及方法

鑒于傳統開關存在的故障隱患，一二次融合成套開關在設計中就明確了5個方面的故障處理功能。一是故障指示信號設計，即開關裝置具有明顯的運行狀態、通信狀態、線路故障等就地狀態指示信號;二是故障時間的獨立設置，即開關支持獨立設置故障指示燈自動復歸時間和故障遙信信號保持時間;三是直接的故障切除，即當使用配合斷路器時，開關支持直接保護動作出口切除故障的操作，并且該操作動作具有現場投退的功能;四是切換壓板，即具備就地/遠程切換開關和控制出口硬壓板，支持控制出口軟壓板的功能;五是告警功能，即具有有壓鑒別、無壓鑒別、電壓越限和負荷越限等方面的告警功能，提高開關故障警示功能。當然，除了開關自身具有的這些故障管理、控制和解決功能以外，還與遠程控制系統實現了整體運行方面的協同，切實保證了故障處理的能力和效果[6]。例如，一二次融合成套開關具備可以按照設定的程序發出告警或做出跳閘，并向系統上傳相應的故障信息;配合負荷開關使用時，具備過流后無壓跳閘功能，具備非遮斷電流閉鎖功能;具備小電流接地系統單相接地故障就地判別和隔離功能，小電流保護功能可設置為跳閘、告警或退出，跳閘/告警延時可設[11]。在上述功能的支持下，鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的故障處理功能就會得到明顯的增長，從而保障系統整體的運行狀態和效果。

除此之外，該成套開關還根據電力行業《配電自動化系統應用DL/T 634.5101—2002實施細則（試行）》《配電自動化系統應用DL/T 634.5104—2009實施細則（試行）》等標準設計，與現行鐵路電力相關標準相契合，在傳輸速率方面可以滿足各配電終端與主站之間的電力傳輸需求[12]。同時，一二次融合成套開關極大地壓縮了配電終端與主站建立連接的時間，使連接時間控制在1 min以內，真正保證了故障處理的時效性，降低了故障對鐵路電力系統運行的影響[13]。

2.4" 一二次融合成套開關的使用

就目前鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的運行而言，一二次融合成套開關主要用于線路的分段、聯絡、分支等場景中。在這些場景中，成套開關具備采集三相電流、零序電流、三相電壓或開關兩側各一個線電壓、零序電壓的能力，這能夠滿足有功功率、無功功率的計算需要。同時，成套開關具有采集功率因數、頻率和電能量的功能，可實現單相接地、相間短路故障處理，可直接跳閘切除故障。在故障響應方面，成套開關采用彈簧操作機構時，相間故障整組固有動作時間不大于100 ms;在故障處理方面，成套開關具備自動重合閘功能，可以根據需要對重合次數及時間進行調整，同時，具備小電流接地系統單相接地故障就地判別和隔離功能、接地故障就地切除功能和重合閘功能，可以在發生故障時發出跳閘、告警或退出等處置信息和措施。成套開關中的饋線終端具有采集故障信息的功能，但遠程控制系統發生故障后，該終端會采集包括故障電流、電壓值，以及故障發生時間和故障歷時等信息，這為故障的分析和處置提供了相應的信息參考。再者，成套開關還有支持就地型饋線自動化功能及集中型饋線自動化的性能，其中，終端具備就地型饋線自動化投退撥動開關（或壓板），當退出就地型饋線自動化模式時，則為集中型饋線自動化。

3" 結束語

綜上所述，鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統是對鐵路的自閉線路進行無線遠程實施監測、控制，以及線路故障定位和預處理的重要系統，在保證鐵路電力貫通自閉線路運行穩定性、安全性方面發揮著至關重要的作用。針對當前鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統運行中存在的故障問題，可以通過一二次融合成套開關來提高故障處理的能力，減少故障發生的頻次，提高故障發生后的處理效果，保障鐵路電力貫通自閉線路網絡遠程控制系統的穩定運行。

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