關(guān)于鐵路10?kV配電所綜合自動化設(shè)計(jì)的探討

尤繼國

摘 要：鐵路電力供電設(shè)備具有鐵路電力設(shè)備線路長、負(fù)荷單一而且較小、供電可靠性要求高的特點(diǎn)，鐵路配電所又是鐵路電力供電系統(tǒng)的主要組成部分，專門為鐵路信號、通信、信息、隧道、橋梁等鐵路設(shè)施供電。隨著變配電所綜合自動化系統(tǒng)在鐵路新建的變配電所的廣泛應(yīng)用，因此對變配電所新建設(shè)計(jì)需要滿足技術(shù)先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)合理性、供電可靠性、運(yùn)行維護(hù)方便以及經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。該文對鐵路10 kV配電所綜合自動化設(shè)計(jì)有關(guān)的問題進(jìn)行分析與討論，并提出相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：鐵路10 kV配電所 設(shè)計(jì) 探討

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0155-03

鐵路配電所是鐵路電力供電系統(tǒng)的主要組成部分，是維持鐵路運(yùn)輸正常秩序的電力供應(yīng)中樞，具有設(shè)備多而集中、技術(shù)復(fù)雜的特點(diǎn)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國家對鐵路運(yùn)輸業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)和新建工程的投資不斷加大，新技術(shù)和新設(shè)備在鐵路電力設(shè)備中得到大力的推廣和應(yīng)用。近年來鐵路配電所的新建項(xiàng)目也越來越多，而配電所的保護(hù)可靠性、操作靈活性、檢修維護(hù)簡單、管理方便是保證其供電質(zhì)量的前提，從而凸顯出鐵路10 kV配電所綜合自動化合理設(shè)計(jì)尤其重要。

1 鐵路10 kV配電所綜合自動化的設(shè)計(jì)思路與比較

變配電所綜合自動化系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、通信和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變配電所二次設(shè)備的各種功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而對變配電所所有設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控、測量、控制和保護(hù)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。

配電所自動化系統(tǒng)是將微機(jī)監(jiān)控、測量、保護(hù)、通信和防誤動功能通過通信網(wǎng)絡(luò)集成為一個(gè)整體的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

配電所自動化系統(tǒng)不僅可以完成配電所保護(hù)及自動監(jiān)控功能，而且是調(diào)度自動化系統(tǒng)中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，其發(fā)展趨勢是把所內(nèi)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)至調(diào)度中心、將管理和調(diào)度功能上移，從而實(shí)現(xiàn)無人值班。

變配電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為3個(gè)層，分別為站控層-調(diào)度端、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元；網(wǎng)絡(luò)層-雙環(huán)光纖網(wǎng)、以太網(wǎng)以及通信單元（包括網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，如協(xié)議轉(zhuǎn)換器、路由器、通訊管理機(jī)等）；間隔層-保護(hù)測控裝置、同時(shí)交直流系統(tǒng)等智能設(shè)備通過通用通信裝置納入配電所的綜合自動化系統(tǒng)中。

變配電所自動化系統(tǒng)一般采用由間隔層（一次設(shè)備）和站控層組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。間隔層裝置面向一次設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集、保護(hù)與監(jiān)控功能，而站控層采用通信處理機(jī)裝置與工業(yè)PC機(jī)完成與上級調(diào)度自動化主站通信及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控功能。

配電所自動化系統(tǒng)既可集中組屏，亦可分散布置。本文主要就集中布置結(jié)構(gòu)和分布分散布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、闡述。

集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為緊湊，實(shí)用性好。不過其存在調(diào)試繁瑣、運(yùn)行過程中不直觀，檢修和維護(hù)不方便，施工任務(wù)量及難度都較大等缺點(diǎn)。

采用集中式結(jié)構(gòu)是將測控、保護(hù)裝置設(shè)置在控制室集中組屏后，在保護(hù)屏對相應(yīng)回路實(shí)現(xiàn)各種模擬量、開關(guān)量采集，完成配電所的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)等功能。

各開關(guān)柜（回路）與控制（保護(hù)）屏需要通過二次（控制）電纜相連接，測控、保護(hù)裝置至后臺主機(jī)通過通信電纜連接。一個(gè)中等規(guī)模的配電所（2路電源進(jìn)線、11臺斷路器）為例，一般情況下需要二次（控制）電纜的數(shù)量在122條，長度達(dá)到3.5 km之多，這會增加工程投資，加大施工難度，調(diào)試復(fù)雜，并且在以后的運(yùn)行過程中增加了運(yùn)行維護(hù)的強(qiáng)度，一旦二次（控制）電纜出現(xiàn)故障，將影響故障處理的時(shí)間和速度，這關(guān)系到鐵路供電的安全可靠性。

分布分散式結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是按照配電所的元件，斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)，間隔級控制單元的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化使系統(tǒng)使用率更高。

此結(jié)構(gòu)是將配電所一個(gè)斷路器間隔所需的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制功能集中由一個(gè)或幾個(gè)智能化的測控單元完成。測控單元可以直接安裝在高壓柜上，相互之間用光纖或特殊通訊電纜連接，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實(shí)現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護(hù)和擴(kuò)展，大量現(xiàn)場工作可一次性在設(shè)備制造廠由廠家來完成。

分散保護(hù)直接將需要進(jìn)行保護(hù)的單元設(shè)置在高壓開關(guān)柜上就地保護(hù)，僅僅通過通信光纜將其連接，不需要大量的二次（控制）電纜，這將降低工程投資，減少設(shè)備安裝調(diào)試的工作量，降低運(yùn)行維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，發(fā)生故障便于查找，會大大縮短故障處理時(shí)間，為保證安全可靠供電奠定了基礎(chǔ)。

筆者認(rèn)為分布分散結(jié)構(gòu)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）為實(shí)現(xiàn)配電所無人值班提供了有利條件。

（2）分散保護(hù)布置結(jié)構(gòu)可靠性更高，檢修方便。

2 鐵路10 kV配電所綜合自動化布置方式的實(shí)際運(yùn)用

我們新建的某鐵路10 kV配電所（共計(jì)26面高壓柜、2路電源進(jìn)線、17臺斷路器）為例，其綜合自動化系統(tǒng)采用了分布分散結(jié)構(gòu)，通過圖1不難看出其無論在施工，還是在實(shí)際運(yùn)行過程中都取得了不錯(cuò)的效果，與集中式結(jié)構(gòu)相比具有以下優(yōu)勢。

2.1 施工方面

（1）分散保護(hù)大幅減少了施工工作量。設(shè)備安裝減少保護(hù)屏2面、計(jì)量屏1面；二次（控制）電纜敷設(shè)數(shù)量減少至43條，減少了115條達(dá)到2/3之多，長度減少3 km左右，并且省去了二次回路配線的校對、連接工作等，施工時(shí)就可大大減少了設(shè)備安裝工作量。

（2）采用分散保護(hù)降低了施工的難度，減少了施工現(xiàn)場設(shè)備安裝調(diào)試的工作量，可以加快施工進(jìn)度，縮短大約1周的施工工期，降低施工費(fèi)用，并且對于目前要點(diǎn)停電計(jì)劃兌現(xiàn)較難的情況下就顯得尤為關(guān)鍵。

（3）采用分散保護(hù)由于保護(hù)屏、計(jì)量屏以及二次（控制）電纜的減少，簡化了配電所二次部分的配置，整體布局更加緊湊，可減少占地面積15㎡左右，節(jié)約了控制室的空間。

（4）分散保護(hù)與集中保護(hù)相比經(jīng)濟(jì)效益大幅提高。

采用集中保護(hù)工程投資需80萬元左右，費(fèi)用包含：控制保護(hù)屏2面：25萬元；交直流屏20萬元；計(jì)量屏4萬元；二次（控制）4.5km：25萬元；控制室建筑6萬元。

（3）分散保護(hù)所需工程投資：測控保護(hù)裝置18套：18萬元；交直流屏20萬元；計(jì)量4萬元；二次（控制）1.2 km：7萬元；控制室建筑5萬元，合計(jì)費(fèi)用54萬元左右。

（4）通過對比可以看出分布分散保護(hù)工程投資僅為集中保護(hù)的68%，可節(jié)省32%的投資，這就大大降低了工程投資，大幅增加了經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)用方面

（1）由于二次（控制）電纜大大減少，從而降低了運(yùn)行值班人員日常維護(hù)的工作強(qiáng)度。

（2）分散保護(hù)提高了配電所整體自動化水平，使設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，為實(shí)現(xiàn)配電

所無人值班提供了有利條件。

（3）在實(shí)際運(yùn)用中分散保護(hù)布置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了保護(hù)單元一對一，更加直觀，為配電所日常的維護(hù)、檢修工作提高了便利。

（4）由于分布分散結(jié)構(gòu)更加簡潔明了，可靠性更高，為減少事故的發(fā)生提供了保障。

（5）如果發(fā)生故障便于查找、處理和恢復(fù)，將大大縮短故障影響時(shí)間，為保證持續(xù)供電打下了基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

為適應(yīng)鐵路技術(shù)發(fā)展，根據(jù)《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》中第5.4.2條“10 kV變電所、10 kV配電所、35 kV及以上變電所控制保護(hù)設(shè)備可采用就地分散布置”的相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要求以及上述分布分散式結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點(diǎn)，筆者建議以后新建鐵路10 kV配電所綜合自動化時(shí)應(yīng)盡量采用分布分散式布置結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王遠(yuǎn)璋.變電站綜合自動化現(xiàn)場技術(shù)與運(yùn)行維護(hù)[M].中國電力出版社，2004.

[2] TB10008-2006鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[3] 閻曉霞，蘇小林.變配電所二次系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2007.

[4] 胡書強(qiáng).高速鐵路配電作業(yè)指導(dǎo)書[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2014.