電氣化鐵道牽引變電所綜合自動(dòng)化裝置

王天夫

摘 要：牽引變電所傳統(tǒng)監(jiān)控是鐵道控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要依靠監(jiān)控與信號(hào)電路的各種元件，對(duì)設(shè)備在不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)顯示出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，從而完成鐵道自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)是一個(gè)分層分布式微機(jī)系統(tǒng)，本文對(duì)電氣化鐵道牽引變電所綜合自動(dòng)化裝置設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：牽引變電所；綜合自動(dòng)化；電氣控制

中圖分類號(hào)：U224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

關(guān)于變電所綜合自動(dòng)化的研究時(shí)間較長(zhǎng)，主要集中在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，20世紀(jì)70年代末，日本研制出世界上第一套綜合數(shù)字式保護(hù)控制系統(tǒng)SDCS-1，與此同時(shí)，其他國(guó)家也積極加強(qiáng)對(duì)變電所的自動(dòng)化研究，而且在很多領(lǐng)域中都有十分廣泛的應(yīng)用。從20世紀(jì)開始，我國(guó)已經(jīng)開始著手對(duì)變電所自動(dòng)化技術(shù)的研究，并且取得了很多成就，當(dāng)前變電所自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓展，電力系統(tǒng)、冶金行業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用變電所自動(dòng)化技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)可以提高系統(tǒng)控制效率，通過電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化以及配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)，可以促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的快速提升。

一、牽引變電所監(jiān)控與保護(hù)

從20世紀(jì)90年代開始，我國(guó)已經(jīng)對(duì)電氣化鐵道牽引變電所的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行改進(jìn)，從微機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶判屠^電保護(hù)，在新的系統(tǒng)中，可以通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)各種模擬信號(hào)進(jìn)行采集，并且能夠?qū)δM信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將其轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，再輸入到中央處理單元中。在中央控制單元經(jīng)過計(jì)算以及邏輯判斷，再通過輸出/輸入開關(guān)輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電裝置的保護(hù)。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置采用電磁型保護(hù)，其穩(wěn)定性相對(duì)于微機(jī)保護(hù)而言稍遜一些。微機(jī)保護(hù)都是通過各種程序?qū)崿F(xiàn)控制的，尤其是能夠?qū)﹄姶疟Ｗo(hù)中的各種復(fù)雜問題進(jìn)行解決。

需要注意的是，牽引變電所的保護(hù)是一個(gè)獨(dú)立的單元，在開關(guān)的選擇過程中，應(yīng)該要采用KK操作把手，對(duì)于控制室中的各種設(shè)備，應(yīng)該要采用分立式設(shè)備。就當(dāng)前我國(guó)實(shí)際情況而言，我國(guó)針對(duì)微機(jī)技術(shù)在牽引變電所監(jiān)控系統(tǒng)中的研究還不夠深入，在技術(shù)上還存在一些問題，例如在控制室內(nèi)，有各種復(fù)雜的設(shè)備，控制室內(nèi)的設(shè)備的重復(fù)率較高，設(shè)備的占地面積也比較大，設(shè)施設(shè)備的電線電纜較多，而且各種設(shè)施設(shè)備的智能化程度較低，所以在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，現(xiàn)場(chǎng)控制單元以及保護(hù)單元無(wú)法及時(shí)將各種信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心，導(dǎo)致遠(yuǎn)程控制中心不能及時(shí)做出應(yīng)對(duì)。牽引變電所綜合自動(dòng)化則是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的升級(jí)和更新，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)以及各種功能的優(yōu)化，可以對(duì)變電所進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)，是一種綜合性控制系統(tǒng)，其中集成了自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)，將這幾種技術(shù)同時(shí)應(yīng)用在變電所研究過程中，能夠?yàn)闋恳冸娝詣?dòng)化發(fā)展提供必要的支持。

二、牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

從當(dāng)前的研究來看，變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能在不斷完善，其中最主要的兩個(gè)功能是保護(hù)、監(jiān)控，為了提高自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性、靈敏性以及實(shí)時(shí)性，在牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)置過程中必須要對(duì)各種功能進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置，從而使得系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候能夠?qū)恳W(wǎng)運(yùn)行及設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)故障發(fā)生的時(shí)候也能及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行判斷，并且采取相應(yīng)的措施對(duì)故障進(jìn)行切除，使得故障能夠控制在最小的范圍之內(nèi)，提高故障處理水平。在未來的發(fā)展過程中還應(yīng)該要對(duì)牽引網(wǎng)的功能進(jìn)行完善，例如實(shí)現(xiàn)在線計(jì)算、故障測(cè)距、濾波、信息遠(yuǎn)距離傳輸、智能控制等。在牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，監(jiān)控部分是一個(gè)十分關(guān)鍵的部分，監(jiān)控部分的系統(tǒng)構(gòu)成及配置決定了系統(tǒng)的功能性。例如有的變電所采用前后臺(tái)機(jī)模式，前臺(tái)機(jī)主要負(fù)責(zé)各個(gè)測(cè)控單元、直流系統(tǒng)以及電度表裝置的數(shù)據(jù)采集，并且要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，初步處理等，后臺(tái)機(jī)則主要負(fù)責(zé)各種信息的存儲(chǔ)、打印等功能。根據(jù)不同規(guī)模的變電所，其配置方式也不相同，前臺(tái)機(jī)采用一臺(tái)主控機(jī)裝在屏幕上，從而實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)機(jī)的信息數(shù)據(jù)傳輸是一種最常見的方式。前臺(tái)機(jī)在與后臺(tái)機(jī)或者調(diào)度端進(jìn)行串行通信的時(shí)候還要對(duì)物理層進(jìn)行設(shè)置。

三、牽引變電所自動(dòng)化方案

牽引變電所自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一種分層分布式系統(tǒng)，其中包括設(shè)備層、間隔層、站控層、調(diào)度層4個(gè)部分。

（一）調(diào)度層

調(diào)度層是最關(guān)鍵的部位，是對(duì)電氣化鐵道進(jìn)行調(diào)度控制的中心，調(diào)度曾包括以計(jì)算機(jī)為主題的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和遙控功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集以及傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)被傳輸?shù)秸{(diào)度中心之后，調(diào)度中心的工作人員會(huì)根據(jù)信息情況對(duì)牽引變電所的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了解，一旦發(fā)現(xiàn)變電所運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，則應(yīng)該要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行解決。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)中心功能更加強(qiáng)大，而且功能得到了很大的拓展，尤其是對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的保護(hù)功能以及智能控制功能實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以提高監(jiān)控效率。例如保護(hù)定值遠(yuǎn)方監(jiān)視、切換與修改、故障錄入、故障間距測(cè)量等，而且在新系統(tǒng)中也增加了遙視功能，可以替代傳統(tǒng)變電所運(yùn)行時(shí)巡邏人員的巡視工作，直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行觀察和監(jiān)控，減少工作人員的工作量。例如在對(duì)變電所的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，工作人員不需要到現(xiàn)場(chǎng)，只需要通過自動(dòng)控制系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所工作現(xiàn)場(chǎng)的觀察，對(duì)刀閘的位置進(jìn)行確定，看刀閘的位置是否出現(xiàn)改變，變壓器中是否有漏油的現(xiàn)象出現(xiàn)，不用親自到現(xiàn)場(chǎng)就可以實(shí)現(xiàn)度現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控管理。

（二）站控層

站控層包括幾個(gè)部分，分別是后臺(tái)監(jiān)控機(jī)、通信管理機(jī)、GPS接受器，其中最核心的部分是通信管理機(jī)，通過多種類型的標(biāo)準(zhǔn)通信接口，對(duì)各個(gè)智能單元、后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換過程進(jìn)行控制，一方面，通信管理機(jī)與數(shù)據(jù)采集裝置以及保護(hù)裝置之間可以進(jìn)行通信，從而對(duì)牽引變電所運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種信息進(jìn)行傳輸，便于控制中心對(duì)變電所的各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行掌握。另一方面，通信管理機(jī)可以對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)中傳出的各種操作指令進(jìn)行接收以及轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所的遙控。為了實(shí)現(xiàn)同步控制，通信管理機(jī)還可以通過RS232標(biāo)準(zhǔn)接口與GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行通信，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行采樣的同時(shí)也可以進(jìn)行同步傳輸、故障分析以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。后臺(tái)監(jiān)控機(jī)則主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互功能控制、各種信息的匯總與處理、設(shè)備的運(yùn)行管理以及優(yōu)化控制等，后臺(tái)監(jiān)控機(jī)一般都安裝于牽引變電所的主控室內(nèi)。

（三）間隔層

間隔層包括保護(hù)測(cè)控單元模塊、智能儀表兩個(gè)部分，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種測(cè)控裝置的有效配置。在間隔層的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該要配備兩套主變壓器與主保護(hù)測(cè)控裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù)。另外，要根據(jù)主變壓器的規(guī)格，采取不同的設(shè)置方式，如果主變壓器為110kV，則應(yīng)該要配備兩套主變壓器側(cè)后備保護(hù)測(cè)控裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主變壓器的保護(hù)。如果主變壓器規(guī)格為27.5kV，則主變壓器側(cè)后備保護(hù)測(cè)控裝置也要配置兩套，應(yīng)該要具備電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的三相過流保護(hù)功能。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電氣化鐵道牽引變電所自動(dòng)化設(shè)置可以提高變電所的工作效率，實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化控制。在牽引變電所自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該要實(shí)現(xiàn)對(duì)分層系統(tǒng)的規(guī)范化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性。

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