鐵路電力供電系統(tǒng)中配電自動(dòng)化的應(yīng)用分析

喬利峰

（神華新朔鐵路供電分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

0 引 言

鐵路是我國交通運(yùn)輸體系中的重要構(gòu)成部分，是推動(dòng)我國國民經(jīng)濟(jì)和運(yùn)輸行業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展的重要保障。近幾年，在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，配電自動(dòng)化技術(shù)在我國鐵路行業(yè)中逐漸實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，并且有力推動(dòng)了我國生產(chǎn)力水平的提升?，F(xiàn)階段，鐵路列車為了響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的相關(guān)政策，以電力系統(tǒng)為依托來開展相關(guān)工作，因此保障鐵路供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性至關(guān)重要。在開展鐵路供電系統(tǒng)相關(guān)工作時(shí)，供電系統(tǒng)部門應(yīng)該加強(qiáng)對配電自動(dòng)化的應(yīng)用，加強(qiáng)對相關(guān)自動(dòng)信息化技術(shù)的重視，針對供電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題采取科學(xué)合理的預(yù)防措施，以提升供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，為鐵路列車的正常運(yùn)行打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，從而推動(dòng)我國鐵路運(yùn)輸行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)地區(qū)間文化和經(jīng)濟(jì)的交流傳播，提高國家經(jīng)濟(jì)水平，實(shí)現(xiàn)綜合國力的增強(qiáng)。

1 現(xiàn)階段我國鐵路供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

1.1 鐵路電力供電系統(tǒng)中接線清楚

接線清楚是我國鐵路電力系統(tǒng)具有的一項(xiàng)重要特點(diǎn)，是供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和防止錯(cuò)誤出現(xiàn)的重要保障。整個(gè)鐵路供電系統(tǒng)較為龐大，涉及的線路和變電所較多，并且各個(gè)供電所、站點(diǎn)以及線路之間相互連接，分布較為廣泛。只有保證供電系統(tǒng)各個(gè)線路和站點(diǎn)之間接線的清楚，才能夠保證電力的運(yùn)輸安全與穩(wěn)定?，F(xiàn)階段，我國供電系統(tǒng)的接線方式主要有貫通形式和自閉形式兩種，兩者通常會(huì)并列應(yīng)用。在我國現(xiàn)階段的供電系統(tǒng)接線工作中，兩種接線方式共同使用能夠有效保障接線和配電所的相互連接，保證整體的穩(wěn)定性和電力運(yùn)輸正常，并且能夠在某條線路發(fā)生問題時(shí)及時(shí)實(shí)現(xiàn)填充和備用的功能，進(jìn)而保證整個(gè)鐵路的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 鐵路電力供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單

結(jié)構(gòu)簡單是我國鐵路電力供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，能夠有效保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性和安全性?，F(xiàn)階段，我國鐵路電力的服務(wù)對象是用戶。大多數(shù)鐵路供電系統(tǒng)的配電所參數(shù)較低，其他類型的數(shù)值較少。通過這種較低電壓來進(jìn)行工作，能夠有效保證鐵路負(fù)荷的穩(wěn)定性，提高電源的輸出安全性，并且使整體鐵路電力供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，還能夠?qū)崿F(xiàn)配電自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用[1]。

1.3 鐵路電力供電系統(tǒng)供電可靠性具有嚴(yán)格要求

雖然我國鐵路電力供電系統(tǒng)的電壓等級較低且供電系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)較為簡單，但是因?yàn)榫哂泻軓?qiáng)的可靠性，所以整體的供電要求較多。在實(shí)際的鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)涉及到很多方面的內(nèi)容與工作，因此會(huì)制定較多的要求來保證供電的穩(wěn)定性，必要時(shí)還會(huì)采取相關(guān)的措施與手段來提高供電系統(tǒng)的可靠性，從而減少安全問題和事故的發(fā)生。例如，在供電系統(tǒng)的相鄰配電所之間會(huì)設(shè)置貫通線路的保護(hù)裝置，當(dāng)主體供電所某條連接線出現(xiàn)問題導(dǎo)致無法供電時(shí)，會(huì)自動(dòng)引入備用的線路開關(guān)，以保證正常供電和電力運(yùn)輸，保證鐵路電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

2 鐵路電力供電系統(tǒng)中配電自動(dòng)化技術(shù)的主要應(yīng)用

2.1 配電自動(dòng)化分布控制的應(yīng)用

配電自動(dòng)化分布控制的應(yīng)用是鐵路電力供電系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要項(xiàng)目，是保障供電系統(tǒng)安全的重要內(nèi)容。配電自動(dòng)化分布控制的應(yīng)用主要是指在供電系統(tǒng)的工作過程中，會(huì)把鐵路供電系統(tǒng)的配電所保護(hù)和相關(guān)控制設(shè)備的電力系統(tǒng)由以前應(yīng)用的集成電路保護(hù)和電磁保護(hù)優(yōu)化為綜合自動(dòng)化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化的保護(hù)，通過信息化技術(shù)和科技的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對供電系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的全面獲取與分析研究，以保證數(shù)據(jù)的傳播與通信，從而全面監(jiān)督控制供電系統(tǒng)，做好相應(yīng)的防護(hù)措施，有效提高工作質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)一體化發(fā)展與工作應(yīng)用。配電自動(dòng)化分布控制中的配電自動(dòng)化終端，能夠?qū)崿F(xiàn)對供電系統(tǒng)故障的準(zhǔn)確定位和分析研究，預(yù)防可能發(fā)生的問題。此外，它能夠?qū)崿F(xiàn)整體系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和故障隔離等功能，通過和供電系統(tǒng)的相互工作，在缺乏主站的條件下實(shí)現(xiàn)對整個(gè)鐵路電力供電系統(tǒng)的優(yōu)化和重組構(gòu)建?，F(xiàn)階段，我國鐵路電力供電系統(tǒng)對配電自動(dòng)化的分布控制方式主要包括電壓時(shí)間型和電流技術(shù)型兩種。但是，由于控制原理，鐵路電力供電系統(tǒng)配電自動(dòng)化分布控制存在一定的局限性。一方面，變電站的重合閘動(dòng)作方式和相應(yīng)的出線保護(hù)定值需要進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)置，才能夠保證分布控制的效果。另一方面，當(dāng)整體系統(tǒng)的分段較多時(shí)，配電自動(dòng)化和系統(tǒng)之間會(huì)存在一定的沖突，整體配合性較低，不利于供電系統(tǒng)的安全運(yùn)輸。因此，通過上述分析可以確定，在各種線路和變電站接線較為簡單的供電系統(tǒng)中，可以應(yīng)用配電自動(dòng)化分步控制方式。具體應(yīng)用應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇、分析以及確定[3]。

2.2 鐵路電力供電系統(tǒng)中配電自動(dòng)化技術(shù)集中控制的應(yīng)用

配電自動(dòng)化技術(shù)集中控制是指通過配電自動(dòng)化終端來對供電系統(tǒng)中的信息和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)收集，并通過專門的傳輸機(jī)構(gòu)把收集到的信息運(yùn)送到供電系統(tǒng)的相關(guān)主站控制中心，通過對數(shù)據(jù)的研究分析和相應(yīng)的處理，全面診斷與檢測整體的電系統(tǒng)，從而判斷供電系統(tǒng)的安全性和各項(xiàng)設(shè)備的性能。對于可能出現(xiàn)問題的設(shè)備或部位區(qū)段，根據(jù)相應(yīng)的診斷方案做好處理措施，必要時(shí)實(shí)施相應(yīng)的隔離[4]?，F(xiàn)階段我國鐵路電力供電系統(tǒng)中配電自動(dòng)化集中控制主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容。第一，配電自動(dòng)化能夠通過相應(yīng)的終端實(shí)現(xiàn)對整體系統(tǒng)的全面監(jiān)測與控制，收集并傳輸相應(yīng)的信息。第二，通過配電自動(dòng)化對供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面的研究與數(shù)據(jù)分析，對信息進(jìn)行處理，根據(jù)最終的信息處理結(jié)果確定供電系統(tǒng)發(fā)生故障的位置，并且制定相應(yīng)的處理解決方案，在第一時(shí)間解決故障問題，最大程度防止問題的擴(kuò)大。第三，通過配電自動(dòng)化能夠?qū)φ麄€(gè)供電系統(tǒng)完成控制管理，通過相應(yīng)主站的控制中心對供電系統(tǒng)發(fā)布指令，使其做出相應(yīng)的決策與工作，有效保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。不僅如此，通過配電自動(dòng)化的集中控制方式，還能夠?qū)崿F(xiàn)對供電系統(tǒng)的密碼管理、時(shí)間控制以及模擬訓(xùn)練，有效實(shí)現(xiàn)了鐵路電力供電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型與優(yōu)化[5]。

2.3 鐵路電力供電系統(tǒng)中配電自動(dòng)化分布控制與集中控制相互結(jié)合的應(yīng)用

通過配電自動(dòng)化分布控制和集中控制的相互結(jié)合應(yīng)用，能夠有效提高供電系統(tǒng)的工作效率、穩(wěn)定性以及安全性，保障鐵路的正常運(yùn)行。在我國現(xiàn)階段的鐵路供電系統(tǒng)中，分部控制和集中控制相互結(jié)合是鐵路處理的常用方法，一般應(yīng)用于鐵路10 kV貫通和自閉線路的故障問題中。分布控制方式中的配電自動(dòng)化終端能夠?qū)崿F(xiàn)故障位置的準(zhǔn)確判斷與及時(shí)隔離，進(jìn)而通過兩者的相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化重組，整體過程簡單便捷，且不需要主站的介入。電壓時(shí)間型和電流技術(shù)型都是通過配電自動(dòng)化終端和開關(guān)相互使用實(shí)現(xiàn)重合功能，扮演分段器的角色。另外，供電系統(tǒng)中配電自動(dòng)化集中控制是通過主站控制中心構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)來開展和實(shí)施工作，能夠準(zhǔn)確掌握和實(shí)時(shí)監(jiān)控供電系統(tǒng)的隔斷情況，從而保證整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過分布控制和集中控制的相互應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對供電系統(tǒng)故障的全面處理與保護(hù)，最大程度地保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。一般在供電系統(tǒng)中應(yīng)用分布控制和集中控制兩種控制手段，其中主要手段為分布式微機(jī)保護(hù)控制。分布式微機(jī)保護(hù)控制通過故障狀態(tài)差動(dòng)保護(hù)的方法實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化與終端之間的故障診斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)指令的發(fā)布，保證分合閘的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。此外，斷開故障點(diǎn)兩側(cè)的斷路器，可實(shí)現(xiàn)對故障的有效隔離，從而保證電路系統(tǒng)的輸電安全。集中式控制手段通常作為后備方式，如果出現(xiàn)分布式保護(hù)拒動(dòng)情況，才會(huì)由主站開展相關(guān)的工作，進(jìn)而判斷供電系統(tǒng)的故障[6]。

3 現(xiàn)階段我國鐵路電力供電系統(tǒng)故障的主要檢測手段

3.1 注入信號法

注入信號法是我國現(xiàn)階段鐵路電力供電系統(tǒng)故障檢測的一項(xiàng)重要且常用的手段，一般在鐵路電力供電系統(tǒng)頻率信號出現(xiàn)變化時(shí)應(yīng)用，能夠有效實(shí)現(xiàn)對故障位置的確認(rèn)，有助于準(zhǔn)確處理故障。例如，當(dāng)電力供電系統(tǒng)出現(xiàn)諧振接地故障時(shí)，可以應(yīng)用注入信號法進(jìn)行處理。首先，電力配電系統(tǒng)傳輸信號時(shí)，應(yīng)該合理設(shè)置相應(yīng)的信號檢測裝置，保證能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)故障，有效提高整體的工作效率，從而避免發(fā)生更大的故障。在鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)接地故障時(shí)，相關(guān)人員可以在供電系統(tǒng)中添加零序信號電源的方式進(jìn)行處理。通過添加的零序信號電源全面檢測整體系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對整體的線路故障的定位。在故障檢測完成后，相關(guān)人員可以拆除添加的零序信號電源，以避免對供電系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。另外，對于信號電流存在的相對故障，電流相關(guān)人員可以忽略。與負(fù)荷電流相比，由于注入信號的電流很低，通過工頻和諧波很容易會(huì)構(gòu)成單相接地的故障電流和復(fù)合電流。因此，在應(yīng)用注入信號方法對供電系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測時(shí)，一定要根據(jù)實(shí)際情況選擇注入信號的方式，保證相應(yīng)探測器注入信號的靈敏度，減少檢測錯(cuò)誤的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)全面的保護(hù)與檢查[7]。

3.2 零序電流法

零序電流法是指通過檢測電流確定供電系統(tǒng)中的故障位置。這種方法能夠有效提高故障檢測效率，并且能夠保證數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，實(shí)現(xiàn)對供電系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備和零件的準(zhǔn)確維護(hù)，從而保證其性能的穩(wěn)定。零序電流法在實(shí)際的鐵路電力供電系統(tǒng)故障檢測過程中備受青睞，具有便捷和快速的特點(diǎn)。不僅如此，通過零序電流法還能夠第一時(shí)間方便維修人員制定相應(yīng)的解決方案，以及時(shí)處理和解決故障問題。

3.3 暫態(tài)功率方向法

暫態(tài)功率方向法能夠?qū)崿F(xiàn)對鐵路電力供電系統(tǒng)配電自動(dòng)化的有效落實(shí)，為配電自動(dòng)化工作提供有力保障。通過研究和分析可知，配電系統(tǒng)通過結(jié)算和網(wǎng)絡(luò)開展遠(yuǎn)程監(jiān)控能夠有效實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)配電自動(dòng)化。在整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，主要包含3層內(nèi)容。第一，管理層。管理層是指對整個(gè)鐵路電力供電系統(tǒng)的線路、運(yùn)行工作狀態(tài)以及性能實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)督與控制，通過異常數(shù)據(jù)判斷故障和問題，進(jìn)而保證線路的穩(wěn)定性和通信的正常性。第二，通信層。通信層是指配電自動(dòng)化系統(tǒng)中管理層和隔離層進(jìn)行溝通交流的通道，主要承擔(dān)溝通和數(shù)據(jù)的運(yùn)輸交換功能，能夠有效保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及真實(shí)性。第三，間隔層。間隔層主要是指通過對終端設(shè)備和儀器的控制來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面檢測，及時(shí)處理異常情況，維護(hù)整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和合理性，以保證各項(xiàng)性能[8]。

4 結(jié) 論

在鐵路電力供電系統(tǒng)中，配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義，能夠有效促進(jìn)鐵路行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)我國交通運(yùn)輸體系的發(fā)展與完善。鐵路作為當(dāng)前交通運(yùn)輸業(yè)的重要方式，為運(yùn)輸業(yè)領(lǐng)域作出了重要貢獻(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)鐵路電力供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)積極引進(jìn)配電自動(dòng)化技術(shù)，做到與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以對鐵路供電系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，減少人工操作強(qiáng)度和人工操作的失誤，減少人力和物力的支出，不斷優(yōu)化管理與改進(jìn)，從根本上提高整體的工作質(zhì)量和工作效率，強(qiáng)化鐵路電力供電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和管理水平，進(jìn)而推動(dòng)鐵路行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。