鐵路電力供電系統(tǒng)中配電自動化地運用探討

周澤

太原中鐵軌道交通建設(shè)運營有限公司，中國·山西 太原 030000

1 引言

鐵路運輸是中國常見的運輸途徑。中國社會經(jīng)濟的發(fā)展過程中離不開鐵路運輸?shù)闹?。鐵路的供電系統(tǒng)可以分為兩部分：一部分為提供牽引供電系統(tǒng)，另一部分為承擔牽引供電以外的所有鐵路負荷的供電任務(wù)（簡稱為鐵路供電系統(tǒng)）。鐵路供電系統(tǒng)包括了信號電源系統(tǒng)、車站、供水、生產(chǎn)系統(tǒng)及生活等鐵路用電負荷的供電任務(wù)，隨著鐵路的發(fā)展，大量使用了車號地面識別系統(tǒng)、“5T”設(shè)備和遠挖設(shè)備，對電源的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。因此，為了讓鐵路運輸更好的地為我們服務(wù)，在對鐵路電力供電系統(tǒng)中配電自動化的性質(zhì)完全了解下，用自動化技術(shù)將其特點發(fā)揮到最大化。

2 鐵路電力供電系統(tǒng)中的特點

2.1 單一的結(jié)構(gòu)和電壓等級要求低

鐵路電力供電系統(tǒng)的最顯著一個特點就是單一的結(jié)構(gòu)和新媒體電壓等級要求低。再加上終端負荷里面包含著系統(tǒng)負荷以及最后的使用對象是用戶的緣故，鐵路供電系統(tǒng)里的配電所一般是保持在10kV 和35kV 上。但是，供電系統(tǒng)的作用和適用范圍是相同的，因此配電所的結(jié)構(gòu)和作用配置也是相同的。我們在進行鐵路電力供電系統(tǒng)配電自動化的優(yōu)化中可以結(jié)合配電構(gòu)成和作用的特性達到標準化的功能性目的。直至現(xiàn)在，在標準化的配置里，客運專線已經(jīng)實現(xiàn)了這個想法。

2.2 供電系統(tǒng)的可靠度要求較高

除此之外，我們對供電系統(tǒng)的可靠度要求會有所提高。為確保鐵路及配套設(shè)施正常運行，鐵路供電系統(tǒng)對供電穩(wěn)定性、連續(xù)性以及安全性都有比較高的要求。再將配電自動化技術(shù)應(yīng)用到鐵路供電系統(tǒng)之前，鐵路部門為確保供電的安全可靠已經(jīng)采取了不少有效的措施。因此，鐵路系統(tǒng)的負荷斷電對于時間的掌控范圍在145ms 之內(nèi)，才能夠保持正常的運行。一旦負荷斷電時間超過145ms 的話，供電的信號燈會迅速轉(zhuǎn)變成紅色，將會導(dǎo)致鐵路運行出現(xiàn)故障并浪費時間。所以，為了保證其可靠性，電源的采用上會使用雙電源進行備用或者通過備用電源的安裝來實現(xiàn)供電系統(tǒng)可靠度的目的。在具體的接線方式上不僅會使用貫通線和自閉線的兩種線混裝，還需要在線路保護裝置上增加失壓自投保護裝置雙重保障。這樣能夠在主供配電出現(xiàn)斷電的故障的話，能夠立刻恢復(fù)往常供電，不耽誤供電系統(tǒng)的正常運行。

2.3 簡單的接線形式

鐵路電力供電系統(tǒng)在接線的形式上是很簡單的。它與沿著鐵路的線進行對應(yīng)。一般情況下，鐵路沿線的敷設(shè)是單一的沿線方式，這樣能夠是相鄰的配單所之間分布均勻，最后實現(xiàn)手拉手的供電方式。在具體的供電系統(tǒng)中，通常會采用自閉線和貫通線兩種形式，兩者可以隨意選擇。此外，連接線可以幫助在鐵路中重要的負荷提供電能的作用。設(shè)計人員在進行方案設(shè)計的過程中，重視供電系統(tǒng)的線路連接的方式，倡導(dǎo)簡單清晰的連接方式，采用自閉線與貫通線兩種連接方式，使得整個供電系統(tǒng)線路更加規(guī)范化。

3 鐵路電力供電系統(tǒng)中配電自動化的實現(xiàn)方法

3.1 分布控制法

分布控制方式指的是配電自動化終端系統(tǒng)（簡稱為FTU）具有自動故障判斷及隔離能力。其通過互相之間配合，也具備了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的能力，在整個過程并不需要主站參與。當有電壓時間型及電流計數(shù)型時，全由配電自動化終端系統(tǒng)結(jié)合開關(guān)構(gòu)成并具有重合功能的分段器。分布控制方式的優(yōu)勢是自身具有網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的特點，不需要主站進行參與，但是也有缺點。首先，因為分布控制方式的處理所花費的時間比較多，如果鐵路配電供電系統(tǒng)在運行上出現(xiàn)了問題，這種分布控制方式會影響供電系統(tǒng)的正常運行。其次，它的協(xié)調(diào)性也是比較弱的。比如在鐵路配電供電系統(tǒng)中每一個配電站相互之間不能夠有效地連接，也因此無法更好的配合供電系統(tǒng)的運行。最后，它需要在變電站出現(xiàn)保護定制和重合閘動作方式上作出相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。這種一般是建議使用在特定鐵路供電系統(tǒng)環(huán)境中。

3.2 集中控制法

集中控制方法在對鐵路通信系統(tǒng)的蘇荷和可靠度上有著高要求，具體表現(xiàn)在故障發(fā)現(xiàn)、處理和控制等過程中。除此之外，它還會被主站系統(tǒng)、應(yīng)用模塊所牽制，但是高級的應(yīng)用模塊能夠幫助鐵路供電系統(tǒng)應(yīng)對復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與故障情況。但是由于鐵路配電供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)形式是通過供電段來實現(xiàn)的，所以我們需要注意一點的是，配電自動化系統(tǒng)需要按照供電段形式建立和實現(xiàn)運行。而且鐵路供電系統(tǒng)自帶固定結(jié)構(gòu)以及統(tǒng)一模式的屬性，再加上供電段調(diào)度室完成運行控制。如果從作用性和資源利用性這兩個角度來看的話，它可以建立簡單的集中控制式配電自動化系統(tǒng)，從而達到全網(wǎng)配電自動化的目的。由于傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸速度與可靠性低的問題，鐵路供電部門會首先會上傳自己的數(shù)據(jù)格式，里面涵蓋了熟知上傳所有的變化狀況。利用這種方法，可以讓供電數(shù)據(jù)更高效地上傳到主站。然后主站利用計算機技術(shù)獎數(shù)據(jù)進行存儲，再根據(jù)對波對信息的自定義，及時處理系統(tǒng)所出現(xiàn)的新問題。

4 鐵路供電系統(tǒng)配電自動化的發(fā)展與建議

4.1 注入信號法

如果鐵路供電系統(tǒng)其頻率信號出現(xiàn)變化時，可以使用注入信號法進行處理，這一方法能夠?qū)收衔恢眠M行準確的定位，借助對比較穩(wěn)定的信號進行檢查的手段，對故障出現(xiàn)的方位和位置進行確定。例如，諧振接地故障，就可以借助這一方法進行檢查。如果配電系統(tǒng)在對信號進行傳輸時，需要配置相關(guān)的檢測設(shè)施，進而使其能夠及時、準確、快速地了解故障所在地，這種方式是技術(shù)人員工作得到了極大簡化，借助專業(yè)設(shè)備就能夠?qū)收线M行精確定位。在出現(xiàn)接地故障時，可以在系統(tǒng)內(nèi)增加零序信號電源，進而對信號進行探查，對出現(xiàn)故障的方位與具體線路進行判斷，在探查結(jié)束后，零序診斷信號就可以撤出，信號電流和故障電流相比也非常微小，故障線路內(nèi)也依然存在滿足電流。而且注入信號電流也很低，各次諧波與工頻共同構(gòu)成符合與故障電流，所以需要選擇合適方法對信號進行探測，這也對探測器有較高的要求，需要其具備很高的靈敏度。

4.2 暫態(tài)功率方向法

配電線路會因為故障出現(xiàn)的原因不一樣和在正常運行時的狀態(tài)的暫態(tài)功率的方向是相反的。為了達到鐵路配電系統(tǒng)自動化的目的，我們應(yīng)該從整個配電系統(tǒng)進行全面的分析，然后借助計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對配電系統(tǒng)進行一個遠程的控制。因為這個系統(tǒng)分為三個層次。分別各為間隔層、通信層以及管理層三個層次。間隔層通常就是對遠方的終端設(shè)備進行控制和處理，在系統(tǒng)出現(xiàn)問題和故障時能夠快速地進行解決，以達到整個系統(tǒng)的正常運行。通信層屬于中間的一個環(huán)節(jié)，是隔離層與管理層之間溝通聯(lián)系的中介，可以使兩者的數(shù)據(jù)能夠自由地交換。管理層通常是對整個線路實際運行情況進行控制和監(jiān)管。從線路實際運行狀況出發(fā)，了解和發(fā)現(xiàn)其中的問題以及故障，發(fā)現(xiàn)可能存在的隱患，進而確保線路之間能夠正常運行與通信。

4.3 配電自動化與智能手機等設(shè)備相結(jié)合

隨著中國信息技術(shù)的發(fā)展，智能手機已經(jīng)成為了人們生活中的一部分，其普及程度非常的高。在創(chuàng)新方面企業(yè)要加強重視，開發(fā)一款與鐵路供電系統(tǒng)相適應(yīng)的APP，并將其運用到工作當中。在具體的工作中可以有效結(jié)合暫態(tài)功率方向法來實現(xiàn)對故障的具體定位和報警，相關(guān)的工作人員可以在手機上查看供電系統(tǒng)的實際運營情況，也可以幫助工作人員快速發(fā)現(xiàn)故障，這也為鐵路供電系統(tǒng)的正常運營提供了保障和支持。還可以對鐵路供電自動化系統(tǒng)來說，可以開發(fā)出一款與自動化技術(shù)相匹配的手機APP，可以與暫態(tài)功率方向法相結(jié)合，進而對鐵路供電線路的故障進行有效定位，并實現(xiàn)實時、動態(tài)化監(jiān)控與報警。借助相關(guān)APP 和自動化技術(shù)的結(jié)合，鐵路相關(guān)人員借助手機就能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)實際運行狀況進行有效監(jiān)控，這對整個自動化系統(tǒng) 的運行與維護也有很大幫助

4.4 零序電流法

零序電流法是一種借助檢測電流進行準確定位的方式，將這種方式引入到鐵路供電系統(tǒng)配電自動化故障檢測中，可以幫助技術(shù)人員快速得到相關(guān)的電流數(shù)據(jù)，這些電流數(shù)據(jù)在幫助技術(shù)人員判定故障位置和故障原因中發(fā)揮著重要的作用。該鐵路系統(tǒng)中的電力線路出現(xiàn)短路故障問題時，該故障點為永久性質(zhì)，不管先進行重合動作抑或是自投動作，沿線各開關(guān)均會有過電流。在該種情況下，如果單一地以電流警報為故障判斷依據(jù)，則對故障區(qū)段難以進行準確的判定。由于首次過流速斷、二次合閘之后加速跳開的間隙有延遲，在綜合分析基礎(chǔ)之上報過電流報警時間，因此可對故障區(qū)段進行判定。在首次過電流方向尾端和遠端相鄰開關(guān)間，即為故障點位置所在。通過以上對故障判斷分析，遠動裝置應(yīng)當有以下要求：第一，提高上述操作環(huán)節(jié)完成的自動化程度，詳細記錄每個操作步驟，對通信進行嚴格要求。第二，基于嚴格的時間，各被控站均應(yīng)當有GPS 時鐘系統(tǒng)。實踐中，如果主控站能夠滿足故障問題的判斷啟動條件和基本要求，則應(yīng)當先將信息數(shù)據(jù)信息從存在故障的線路被控站內(nèi)精確而又完整地提取出來?？偟膩碚f，作為一種常用的故障檢測方式，零序電流法具有檢測速度快、操作簡單快捷、故障排查準確率高的特點，提升了故障診斷的效率和質(zhì)量。一旦鐵路供電系統(tǒng)配電線路發(fā)生故障，可以第一時間有效、快速地對故障進行定位，向故障檢修人員提供指導(dǎo)性的建議。

5 結(jié)語

綜上所述，供電、配電系統(tǒng)是鐵路系統(tǒng)的重要組成部分，一旦出現(xiàn)電力故障，將會在很大程度上影響列車及配套設(shè)施的正常運行，甚至威脅人們的生命安全。將配電自動化技術(shù)應(yīng)用到鐵路供電系統(tǒng)中，能夠及時發(fā)現(xiàn)鐵路供電系統(tǒng)出現(xiàn)的故障問題，有效提升供電修復(fù)效率，確保鐵路及相關(guān)設(shè)施安全穩(wěn)定運行。現(xiàn)階段，鐵路供電系統(tǒng)自動化水平還比較落后，自動化程度較低，鐵路部門需要加強對配電自動化技術(shù)的研究和應(yīng)用，加快改造鐵路供電系統(tǒng)，確保鐵路系統(tǒng)正常運行。