1、1配电自动化在铁路供电系统的工程实践摘要：根据新建铁路临河至策克线电力远动系统及配电自动化工程实例，讨论了铁路供电系统的特点。结合配电自动化的常规模式，提出适合于铁路供电系统的配电自动化方案。 关键词：配电自动化供电系统 实践 中图分类号：U223 文献标识码：A 铁路供电系统分为两部分：一、为铁路行车提供电源的牵引供电系统；二、承担牵引供电以外所有铁路负荷的供电任务（本文简称铁路供电系统） ，包括信号系统、生产、车站、供水系统以及生活等铁路用电负荷，其供电可靠性不仅直接影响铁路运输系统的正常安全运行，还关系到很多铁路职能部门的正常工作。本文结合新建铁路临河至策克线电力远动系统及配电调度自动化
2、系统的实施和应用，讨论铁路供电系统对配电自动化功能要求，并提出实际应用方案。 1、铁路供电系统的特点 铁路供电系统由于应用的特殊性，在系统构成和功能上都有一些有别于电力系统的特点，主要体现在 3 个方面： （1）电压等级低，变（配）电所结构单一。从电力系统的角度看，铁路负荷属于终端负荷，直接面对最终用户，所以铁路供电系统中绝大多数为 10kV 配电所和 35kV 变电所，这取决于地方供电系统电源的情况2和铁路就地负荷的要求，只有在极个别的地方，存在有 110kV 的变电所，但数量很少。 由于功能要求、应用范围基本相同，所以铁路供电系统中的变（配）电所构成基本相同，功能配置也变化不大。根据铁路变
3、（配）电所结构与功能标准化的特点，在进行铁路供电系统配电自动化设计时，可以将变（配）电所的功能作为一个标准实现方式统一考虑。 （2）系统接线形式简单。铁路供电系统的接线就像铁路一样，是一个沿铁路敷设的单一辐射网，各变（配）电所沿线基本均匀分布，并且互相连接，构成手拉手供电方式。连接线有二种：一种是自闭线，还有一种是贯通线，实际系统中，可能二种连接线都有，也可能只有二者之一。连接线除了实现相邻所之间的电气连接外，还为铁路供电最重要的负荷（自动闭塞信号）提供电源。 （3）供电可靠性要求高。铁路供电系统虽然电压等级低，接线方式简单，但对供电可靠性的要求却很高，从理论而言，其负荷（自动闭塞信号）的供电
4、中断时间不能超过 150ms，否则，将会导致所有供电区间的自动闭塞信号灯变为红灯，影响铁路的正常运输。 由于上述供电的重要性，在应用配电自动化技术之前，铁路供电系统已经采取了多种方法来保证供电的靠性。 通过采用双电源供电和安装备用电源自动投入装置来保证电源的供电可靠性。相邻配电所之间的连接线尽可能实现自闭线和贯通线二种连接方式，从一次设备的角度提高连接的可靠性。在相邻配电所的贯通线路保护装置与自闭线路保护装置增加失压自投保护功能，在连接线因为3主供所不能供电而失电时，自动投入相临备用所线路开关，迅速恢复供电。 虽然铁路供电系统采取了诸多措施来保证供电的可靠性，但是由于这些措施都是局限于配电所范
5、围内的，所以对于其最重要的贯通线或自闭线出现永久性故障时没有任何隔离、定位和恢复措施，必然导致贯通线或自闭线失电，影响系统可靠性。同时，铁路供电系统的特点决定了其远离城市，检修费时费力，没有准确的故障定位也给检修工作带来很大困难。配电自动化技术为上述问题带来了根本的解决方案。 2、配电自动化的实现方式 2.1 分布控制方式 分布控制方式是指配电自动化终端（FTU）具有自动故障判断与隔离能力，通过互相之间的配合，也具备了网络重构能力，整个过程不需要主站的参与。主要有电压时间型和电流计数型，都是由 FTU 结合开关构成具有重合功能的分段器。 由于原理上的限制，此种方式不可避免地存在以下缺陷： （1
6、）故障处理与供电恢复速度慢，对系统和用户冲击大。 （2）需要改变变电站出线保护定值和重合闸动作方式。 （3）分段越多，相互之间配合越困难，动作缺乏选择性 所以，在铁路供电系统这种对供电可靠性要求比较高的供电方式下不宜选择这种方式。 2.2 集中控制方式 集中控制方式下，由现场 FTU 将采集到的故障信息上送主站，由主4站的应用模块经计算后，得出故障隔离与恢复方案，再下达给 FTU 执行。一般分为 3 个层次： 配电终端层完成故障的检测和信息上送； 配电子站完成本区域的故障处理和控制； 主站完成全网的管理与优化。 这种方式对通信系统的可靠性和速率要求较高，因为在其故障处理过程中需要高速传递故障信
7、息和控制指令。集中控制方式是以功能强大的主站系统为中心建立和实施的，专用的高级应用模块可以处理应对复杂的网络结构和故障情况（如多重故障） 。铁路供电系统是以水电段、基础设备管理部为基础单位运行的，所以配电自动化系统也应以水电段、基础设备管理部为单位建立和实施。由于铁路供电系统结构固定，模式统一，运行管理完全由水电段或基础设备管理部调度室完成，所以从功能完成和节约投资方面考虑，可以建立简化的集中控制式配电自动化系统，在简化系统中，省略配电子站功能，由主站直接完成全网的配电自动化应用功能。 3、临策线电力远动系统及配电调度自动化系统的设计与构成 3.1 系统概况 临策线电力远动调度系统由调度端（设
8、在临策铁路基础设备管理部）及毛德呼热 35kV 变配电所、互做布旗 35kV 变配电所、额济纳旗 35kV 变配电所远动终端（3 个配电所）及 17 个站信号电源监控装置（STU） 、11个车站断路器及开关监控装置（FTU）组成。 3.2 系统设计与构成 本系统由调度端、远动终端、专用数据通信通道三部分组成。 调度端设在临河（临策铁路基础设备管理部） ；远动终端设在毛德呼5热、互做布旗、额济纳等变配电所控制室内，各站信号电源监控终端设在信号楼内； 本远动系统通信网络基于铁路专用 SDH 构建。专用数据通信通道为环型通道，并设主备通道，远动通道为铁路通信光缆，通道采用点对点2M 视频专线方式。包
9、括远动主站、配电所自动化系统、车站自动化装置均作为通信节点经相对应的通信接口设备接入环形通道。每个通信节点预留 2M 通信环网通道（每个通道接口均为 BNC 接口） ，通信专业保证每个节点的两个方向均为 2M 带宽，且每个节点都可以在两个方向的 2M 数字通道上收发数据，两个方向的通道互为备用，以提高通信的可靠性。 车站自动化装置包括 STU 和 FTU，二者通过工业以太网交换机组成车站工业以太网（TCP/IP） ，经车站通信接口，与远动主站通信。另外，每个车站均配置一部专用调度电话（IP 电话） ，接入车站工业以太网，与主站、各车站调度电话组成调度电话网络。 配电所接入方式与车站终端相同。通
10、过工业以太网交换机组成配电所工业以太网（TCP/IP） ，经配电所通信接口设备，接入远方的调度主站通信。各配电所也配置专用 IP 调度电话，接入工业以太网。 4、远动对象 4.1 远动对象为变配电所、供电线路的线路分断设备、信号低压断路器。 4.2 遥控对象包括： （1）变、配电所内 10kV 及以上电压等级的断路器、负荷开关及电动隔离开关。 6（2）10kV 及以上电压等级的贯通供电线路上断路器和电动隔离开关。（3）信号回路的低压开关。 4.3 遥信对象包括： （1）遥控对象的位置信号。 （2）所内事故信号和预告信号。 （3）进线及馈出线的故障信号。 （4）调压变压器的故障信号。 （5）断路
11、器控制回路断线信号。 （6）保护及测量回路的 PT 故障报警及位置信号。 （7）各类自动装置动作信号。 4.4 遥测对象包括： （1）变配电所进线电压。 （2）35kV 及 10KV 母线电压。 （3）电源进线的电流、有功功率、有功电能、无功电能和功率因数。（4）馈出回路的电流、有功电能、有功功率和功率因数。 （5）贯通线回路的电压、电流、有功电能。 （6）调压器的电流、电压。 4.5 遥调对象：遥调有载调压器分接开关。 5、系统基本功能 5.1 调度端基本功能： 7（1）接收及处理远动终端发送的实时采集数据。 （2）对可控电力设备进行遥控操作。 （3）远动数据采集、分析处理及控制。 （4）对
12、实时采样数据进行分析与处理。 5.2 远动终端基本功能： （1）实时数据采集及传送。 （2）接收及执行遥控命令并向调度端发送返校信息。 （3）具有当地选测、选控功能。 （4）远动终端设备具有程序自恢复功能和设备自诊断功能。 （5）具有信息通道监视功能。 5.3 数据通信通道基本功能： （1）完成通信规约转换。 （2）完成调度端与远动终端之间的数据传输。 （3）系统数据通信应具有系统内部与外部两种通信功能，电力远动系统与电力远动复示终端间的数据通信和调度端与远动终端间的数据通信。 6、通信系统设计 铁路供电系统本身没有任何通信设施，必须使用铁路系统的公共通信系统来传输数据，由于此通信网络服务于铁
13、路的所用部门，所以受现场环境制约比较大，有时可能通信条件不能达到比较理想的状况，这时就必须采取灵活的措施。 在本工程中，通信光缆通道的充分利用较好的满足了铁路供电系统8（电力远动）的应用。电力远动系统根据用户提供的通道条件和通信要求，选择的通信方案满足快速、可靠、扩展性强、技术先进的要求。 本系统采用 2M 通道构建环形数字通信网络。网络上的通信节点包括远动主站、车站 STU 和 FTU、配电所综合自动化系统或 RTU 等，所有通信节点均通过相应的通信接口设备与 2M 通信网络连接，每个节点都可以从环形通道的两个方向收发数据。 每个节点两个方向上的通道互为备用，当一个方向的通道故障或检修时，数
14、据可以通过另一个方向传输，两个通道之间可进行自动切换。 6.1 车站终端通信方案 车站端设备通信采用工业以太网技术。STU、FTU、调度电话都采用该网络共享车站工业以太网，与远方的调度主站通信。 （1）为了提高系统的可靠性，并且为将来系统扩展预留接口，车站终端设备通信采用工业以太网连接。 （2）FTU、STU 采用终端服务器将 232/485 信号转换为遵循 TCP/IP协议的以太网接口，再接入工业以太网交换机，然后再通过相应通信接口设备接入到 2M 环形通道里，进而 FTU、STU 和远动主站可进行通信。 （3）FTU、STU 与主站之间的通信互不干扰，数据传输准确、快速。FTU 与工业以太
15、网交换机之间采用光纤连接；机械室 STU 与工业以太网交换机之间采用以太网连接。 （4）同时车站调度 IP 电话接入工业以太网交换机。 （5）通信规约支持 TCP/IP、IEC870.5-104 或 IEC870.5-101、SC1801 等标准化规约或网络协议，系统推荐使用 TCP/IP 或9IEC870.5-104。 6.2 配电所通信方案 配电所综合自动化系统通信采用工业以太网技术，配电所综自系统通过以太网交换机接入配电所以太网，通过相应的通信接口设备，配电所综自系统可以接入到 2M 数据环形通道里，与远方的调度主站通信。 （1）系统结构如下图所示。 （2）配电所通信方案 为了提高系统的
16、可靠性，并且为将来系统扩展预留接口，配电所综合自动化系统设备通信采用工业以太网连接。 配电所综合自动化系统与主站之间的通信互不干扰，数据传输准10确、快速。配电所自动化系统与工业以太网交换机之间采用以太网连接。 同时配电所调度 IP 电话接入配电所工业以太网交换机。 通信规约支持 TCP/IP、IEC870.5-104 或 IEC870.5-101、SC1801等标准化规约或网络协议，系统推荐使用 TCP/IP 或 IEC870.5-104。 配电所综合自动化系统通过以太网交换机接入到配电所以太网络，然后通过相应的通信接口设备接入到 64KB 环形通道中，进而与远动主站进行通信。 7、故障显示
17、和处理方式 系统显示器和模拟屏上可实时显示供电系统及其设备的运行状态，其上开关符号的颜色：合闸为红色；分闸为绿色。 当发生事故跳闸时，可实现显示器上报警栏内所发生事故的被控站名闪光并音响告警。同时在故障记录画面中记录故障内容，此被控站的故障回路开关符号闪光，等待调度员进行确认处理。当有两个以上的远动终端发生事故跳闸或出现紧急故障时，在报警栏内同时显示两个以上发生故障的远动终端名或在显示故障站名的专用画面上按故障处理等级对故障站名进行排序，紧急故障优先于非紧急故障，同一等级的故障以先到控制中心的故障为优先。 调度员可采用单幅画面整屏显示或用多窗口显示监视不同被控站运行状态。同时对调度员的每次输入，均进行合理输入校验，以防止调度员的误操作。 8、结束语
