淺談鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應用

趙堉涵

中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600

在經(jīng)濟快速發(fā)展的推動下，我國的鐵路交通體系日趨完善，成為人們出行的重要交通方式。隨著鐵路建設規(guī)模的不斷擴大，鐵路運營對其供電系統(tǒng)提出了更高的要求。鐵路運行需要強大的電力系統(tǒng)做保障，只有確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，鐵路的各項運營工作才能夠順利開展。10kV變配電所是鐵路供電系統(tǒng)的重要組成部分，具有設備集中和繁多、技術復雜等特點，隨著新設備和新技術的引進，10kV變配電所自動化系統(tǒng)得到完善，并發(fā)揮重要的運營管理功效。10kV變配電所自動化系統(tǒng)具有結構合理性、操作靈活性、供電可靠性、運行檢修方便、安全保障性等優(yōu)點，在鐵路供電系統(tǒng)中廣泛應用，進一步提高了鐵路運營效益。

1 鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)簡析

1.1 基本結構

鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)主要是綜合應用計算機技術、通信技術、信息處理技術等，對變配電所的電氣設備、儀器的功能進行重組和優(yōu)化，從而實現(xiàn)對變配電所整體運行情況以及設備工作狀態(tài)的監(jiān)測、控制和保護。一般而言，10kV變配電所自動化系統(tǒng)主要包括三層結構：站控層，由調度端、當?shù)乇O(jiān)控單元等組成；網(wǎng)絡層，由雙環(huán)光纖網(wǎng)、以太網(wǎng)以及通信單元等組成；間隔層，主要是保護測控裝置。其中，站控層主要利用工業(yè)PC機和通信處理裝置實現(xiàn)對當?shù)叵到y(tǒng)的監(jiān)控以及與上級調度自動化主站的通信，間隔層則主要是針對一次設備進行數(shù)據(jù)采集，完成監(jiān)控和保護功能[1]。

1.2 重要功能

第一，故障處理功能，當發(fā)生故障時，10kV變配電所自動化系統(tǒng)能夠準確采集到故障的時間、相位、波形、電壓等參數(shù)，并實時記錄故障波形、時間、電壓，將這些信息上傳到監(jiān)控管理中心的服務器中，方便工作人員制定檢修方案；第二，在線監(jiān)測功能，變配電所自動化系統(tǒng)采集各線路的電能質量信息和設備工況信息，采集模塊每兩秒采集一組數(shù)據(jù)，主動上報至監(jiān)控管理中心，監(jiān)控管理中心將數(shù)據(jù)保存于數(shù)據(jù)服務器中，并將最新數(shù)據(jù)在界面顯示；第三，遠程控制和信息化管理功能，自動化系統(tǒng)通過無線或有線通信設備遠程操作配電箱，能夠實現(xiàn)主斷路器分合閘控制、配電箱參數(shù)設置和調整，并且該系統(tǒng)可以對運行狀態(tài)、故障等進行分析統(tǒng)計，并進行報表打印，實現(xiàn)信息化管理。

2 鐵路10kV變配電自動化系統(tǒng)的應用技術

鐵路10kV變配電自動化系統(tǒng)主要是為鐵路運行服務，在應用方面具有一定的特殊性，本文對其幾個核心應用技術進行了簡單分析。

2.1 通信技術

隨著科學技術的不斷進步，光導纖維在通信、電力等領域得到應用，鐵路10kV變配電自動化系統(tǒng)可以利用該項技術實現(xiàn)快速通信。光纖通信技術的信號載體為光波，光波在光纖中實現(xiàn)不同距離的信息傳遞，進一步提高了自動化系統(tǒng)的響應效率。此外，10kV變配電自動化系統(tǒng)還要結合電纜等有線通信手段彌補光纖通信的不足，全面提高自動化系統(tǒng)的通信功能。

2.2 饋線測控終端技術

在鐵路10kV變配電自動化系統(tǒng)中，饋線自動化測控終端技術發(fā)揮了良好的應用效果。饋線自動化測控終端技術可以對高速運行的主站和子站進行任務分配，還能夠對整個變配電系統(tǒng)中的故障進行檢測和隔離。此外，該項技術不受氣候條件的影響，在惡劣的天氣情況下，仍然能夠確保自動化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，排查系統(tǒng)存在的問題，將故障信息快速傳遞給監(jiān)控人員，確保鐵路供電質量[2]。

2.3 饋線自動化技術

根據(jù)現(xiàn)代電力技術分析，饋線模式可以分為分布式控制、集中控制、綜合控制三類。其中集中控制需要主站、通信系統(tǒng)、終端設備的完整配合，主站通過通信系統(tǒng)采集終端設備信息，之后利用網(wǎng)絡拓撲進行分析，對故障位置進行判斷，之后發(fā)出控制信號，隔離故障區(qū)域，確保非故障區(qū)域的穩(wěn)定運行。綜合控制與集中控制的工作原理相似，但是二者的工作效率都不太高。智能分布式饋線自動糊技術就是將主站和變配電終端分開運行，實現(xiàn)故障區(qū)域和非故障區(qū)域的分塊管理，進一步提高故障處理效率。

3 鐵路10kV變配電自動化系統(tǒng)的應用設計

3.1 變配電自動化的分布控制

鐵路10kV變配電自動化系統(tǒng)可以進行分布控制，構建分布分散式控制、保護結構，如圖1所示，利用一個或幾個智能化的測控單元代替斷路器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、保護和控制功能。測控單元一般需要在高壓柜上直接安裝，利用特殊通訊電纜或者光纖實現(xiàn)通信連接，避免了電磁干擾，進一步保障了自動化系統(tǒng)的運行可靠性。通過分布控制，10kV變配電自動化系統(tǒng)各個運行模塊之間相互獨立，互不干擾，即使一個模塊發(fā)生了故障，其他模塊仍然能夠正常工作，有利于自動系統(tǒng)的維護和擴展。此外，10kV變配電自動化系統(tǒng)進行分散保護，需要保護的單元可以利用通信光纜直接與高壓柜進行連接，實現(xiàn)就地保護，避免了二次控制電纜的布設，有利于減少系統(tǒng)運行成本，同時簡化了設備安裝和調試工作，進一步方便了工作人員開展故障排查和運行維護。因此，分布分散控制結構為實現(xiàn)鐵路配電所的無人值班奠定了良好的基礎，將進一步實現(xiàn)鐵路供電系統(tǒng)的優(yōu)化設計。

3.2 變配電自動化的集中控制

鐵路10kV變配電自動化系統(tǒng)進行集中控制對主站的控制功能提出較高的要求。主站控制系統(tǒng)的高效運行需要將變配電自動化終端的數(shù)據(jù)信息進行集中化的采集和傳遞，之后將這些信息傳輸?shù)綉媚K進行分析和處理，為故障判定提供依據(jù)，進而確定故障處理方案[3]。10kV變配電自動化系統(tǒng)集中控制將測控、保護裝置設置在控制室，實現(xiàn)集中組屏，在保護屏對相應回路實現(xiàn)各種模擬量、開關量采集，完成配電所的數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控和保護等功能。各控制屏和開關柜需要利用二次電纜實現(xiàn)連接，并且后臺主機和測控裝置、保護裝置的連接也是需要通信電纜，對于分布控制方式而言，增加了工程投資和施工難度。但總體來說，變配電自動化的集中控制能夠將各類信息傳遞到鐵路供電系統(tǒng)的主站控制中心進行數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)了集中化、綜合化的控制效果。

4 結語

總而言之，計算機技術、通信技術、信息技術的發(fā)展推動了鐵路電力技術的改革和完善，進一步提高了10kV變配電自動化系統(tǒng)的應用性能，在實際應用過程中，相關企業(yè)要結合具體情況科學應用各項技術，并做好系統(tǒng)控制結構的設計，進一步維保鐵路電力控制系統(tǒng)的準確性和可靠性，推動鐵路事業(yè)又好又快的發(fā)展。