探析铁路供电配电自动化

摘要:为保证牵引供电系统安全、稳定、优质、不间断的供电,提高牵引供电系统的安全可靠性就具有重要意义。文章根据配电自动化工程特点,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。针对铁路系统较特殊的通信问题,提出了工程的解决方法及应该注意的问题。

关键词:铁路牵引;供电系统;自动化控制

中图分类号： U223 文献标识码： A

一、电气化铁路牵引供电系统的特点

第一,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,功配置也变化不大。根据铁路变(配)电所结构与功能标准化的特点,在进行铁路供电系统配网自动化设计时,可以将变(配)电所的功能作为一个标准实现方式统一考虑。

铁路变配电所从地方电网接71--路10(35)kV专线电源。正常情况下采用单母线分段运行，设有母联断路器，当一路外电源失电，母联断路器合闸，另

一路外电源带所有负荷。高压开关柜采用SF6气体绝缘开关柜，免维护可达20年。为了保证长距离、轻负荷的区间贯通线供电质量。铁路变配电所设有专用10／10kV的调压器，调压器具备有载自动调压功能。经过调压器向贯通线供电。

10kV贯通线出线柜内设有电压互感器，用于测量贯通线的电压：配合贯通线母线电压互感器，实现贯通线两端的铁路变配电所均能为其供电。又互相联锁的目的。正常状态下，10kV贯通线出线柜为贯通线供电时，当本变配电所进线电源失压。贯通线母线电压互感器出口使贯通出线柜内断路器跳闸；相邻变配电所的贯通出线柜内电压互感器测得贯通线失压。且相邻变配电所贯通线母线电压互感器柜有电。通过电压继电器，使相邻变配电所贯通出线柜断路器自动合闸。反之，10kV贯通线由相邻变配电所供电时，本所10kV贯通出线柜内电压互感器测得贯通线有电，通过电压继电器闭锁本所贯通出线柜内的断路器合闸回路，使其无法合闸，防止相邻两所同时合闸向同一贯通线并网供电。通过上述联锁关系，保证一条贯通线由相邻两个变配电所的四路外电源为其供电，提高了供电可靠性。

第二,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。连接线有两种:自闭线和贯通线。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。

第三,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。

因此,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可靠性。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。

二、配电自动化的实现方式

第一,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。

第二,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。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为基础单位运行的,所以配电自动化系统也应以水电段为单位建立和实施。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。

三、配电自动化在铁路供电系统中的工程实践

铁路供电系统分为提供铁路行车电源的牵引供电系统和承担牵引供电以外所有铁路负荷的供电任务的铁路供电系统。其核心内容主要由两部分构成:

第一,系统设计与构成。调度配电主站硬件系统由服务器/调度员工作站、前置机、通讯柜组成,考虑初期系统规模,服务器和调度员工作站共用一台机器,但设置为双机冗余系统,2台机器运行于热备用方式。软件为CSDA2000配电自动化系统,为开放的可扩充跨操作系统的系统平台,集成了传统SCADA系统的全部功能,同时将SCADA/DMS/GIS统一设计,采用统一的数据模型、实时数据库平台,真正实现了一体化,并且贯彻系统结构分层、功能分层的思想。配电自动化的FA功能由CSDA2000系统中的配网高级应用软件(PAS)模块完成,PAS由若干模块化应用软件构成,分别完成网络的运行控制、安全性分析和经济性分析三大块功能。根据铁路供电系统的特点,在工程中对PAS的功能做了适当的简化,实际应用了网络拓扑、故障分析、故障检测、隔离与恢复等功能模块。智能化一体开关由开关本体和智能控制器CSF100构成,智能控制器作为核心,主要实现的功能是实现传统“三遥”、配电网故障信息采集处理、通信、开关在线监测等功能。作为配电自动化系统的基础设备,智能化一体开关能够迅速准确的监测故障信息并上报主站,并接受主站命令,执行开关分、合操作,隔离故障和恢复供电。

第二,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,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。这只是在铁路局部供电系统中遇到的部分通信问题,通信系统中关于供电系统自动化部分的建设也不够完善,在保证配电自动化系统功能完善的前提下,应用于铁路供电的配电自动化系统需要具备完善的通信系统设计和灵活的配置才能较好地满足铁路供电系统的应用。

四、结束语

铁路供电系统可以看作是电力供电系统的一种简化形式,除个别特殊的保护功能外,其他要求完全一致,所以电力系统中的成熟、先进技术完全能够在铁路供电系统中应用。当前铁路供电系统的自动化水平远远落后于电力系统,采取电力系统的成熟经验和技术,加快铁路供电系统的自动化改造,不仅能够大大改进铁路供电系统自身的运行和管理水平,提高劳动生产率,也对整个铁路系统的运行大有益处。