趙 研

北京西供電車間

牽引變電所綜合自動(dòng)化的初探

趙 研

北京西供電車間

經(jīng)過(guò)火車的六次大提速后，我北京供電段管轄的牽引變電所采用的集成電路型繼電保護(hù)裝置，愈來(lái)愈成為制約牽引供電安全運(yùn)行的瓶頸。為了適應(yīng)運(yùn)輸形勢(shì)的需要，目前我北京供電段管內(nèi)所有變電所亭基本上都在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行了綜合自動(dòng)化設(shè)備改造。通過(guò)設(shè)備綜合自動(dòng)化改造，對(duì)我們北京供電段的牽引供電設(shè)備供電質(zhì)量和設(shè)備科技含量有了質(zhì)的飛躍。通過(guò)改造施工及日常學(xué)習(xí)我段變電職工對(duì)于牽引供電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)有了進(jìn)一步的加深。

變電所；綜合自動(dòng)化；內(nèi)容；特點(diǎn)

對(duì)110kv及以上電壓等級(jí)變電所，以服務(wù)于供電系統(tǒng)安全、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為中心。通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的應(yīng)用，為新的保護(hù)和控制技術(shù)采用提供技術(shù)支持，解決過(guò)去能解決的變電所監(jiān)視、控制問(wèn)題 ，促進(jìn)各專業(yè)在技術(shù)上、管理上配合協(xié)調(diào)，為鐵路電網(wǎng)自動(dòng)化進(jìn)一步發(fā)展提供基礎(chǔ)，提高變電所安全、可靠和穩(wěn)定。下面主要從牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容、綜合自動(dòng)化的主要特點(diǎn)等方面進(jìn)行論述。

1、牽引變電所綜合自動(dòng)化研究的主要內(nèi)容

對(duì)110kv及以上電壓等級(jí)變電所，以服務(wù)于牽引供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為中心。通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的應(yīng)用，為新的保護(hù)和控制技術(shù)采用提供技術(shù)支持，解決過(guò)去能解決的變電所監(jiān)視、控制問(wèn)題，促進(jìn)各專業(yè)在技術(shù)上、管理上配合協(xié)調(diào)，為牽引供電自動(dòng)化進(jìn)一步發(fā)展提供基礎(chǔ)，提高變電所自身安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行水平。如，采集高壓電器設(shè)備本身的監(jiān)視信息，斷路器、變壓器和避雷器等的絕緣和狀態(tài)等；采集繼電保護(hù)和故障錄波器等裝置完成的各種故障前后瞬態(tài)電氣量和狀態(tài)量的記錄數(shù)據(jù)，將這些信息傳送給調(diào)度中心，以便為電氣設(shè)備的監(jiān)視和制定檢修計(jì)劃、事故分析，提供原始數(shù)據(jù)。對(duì)新建變電所取消常規(guī)的保護(hù)、測(cè)量監(jiān)視、控制屏，全面實(shí)現(xiàn)變電所綜合自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)少人值班逐步過(guò)渡到無(wú)人值班；對(duì)老變電所在控制、測(cè)量監(jiān)視等進(jìn)行技術(shù)改造，以達(dá)到少人和無(wú)人值班的目的（目前我段的牽引變電所值班人數(shù)基本為7人）。

對(duì)35KV及以下電壓等級(jí)變電所（或分區(qū)亭、開閉所），以提高供電安全與供電質(zhì)量，改進(jìn)和提高用戶服務(wù)水平為重點(diǎn)。側(cè)重于利用變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)變電所的二次設(shè)備進(jìn)行全面的改造，取消的保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)視和控制屏，全面實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化，以提高變電所的監(jiān)視和控制技術(shù)水平，改進(jìn)管理，加強(qiáng)用戶服務(wù)，實(shí)現(xiàn)變電所無(wú)人值班。

1.1 變電所綜合自動(dòng)化要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：

1.1.1 隨時(shí)在線監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；自檢、自診斷設(shè)備本身的異常運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)變電所設(shè)備異常變化或裝置內(nèi)部異常時(shí)，立即自動(dòng)報(bào)警并閉鎖相應(yīng)的出口，以防止事態(tài)擴(kuò)大。

1.1.2 變電所或接觸網(wǎng)出現(xiàn)事故時(shí)，快速采樣、判斷、決策，迅速隔離和消除事故，將故障限制在最小范圍。

1.1.3 完成變電所運(yùn)行參數(shù)在線計(jì)算、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表和遠(yuǎn)傳，保證自動(dòng)和遙控調(diào)整電能質(zhì)量。

1.1.4 變電所綜合自動(dòng)化應(yīng)包括兩個(gè)方面：

1.1.4.1 橫向綜合：利用計(jì)算機(jī)手段將不同廠家的設(shè)備連在一起，替代或升級(jí)老設(shè)備。

1.1.4.2 縱向綜合：在變電所層這一級(jí)，提供信息、優(yōu)化、綜合處理分析信息和增加新的功能，增加變電所內(nèi)部和各控制中心間的協(xié)調(diào)能力。如借用人工智能技術(shù)，在控制中心間的協(xié)調(diào)能力。如借用人工智能技術(shù)，在控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所控制和保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行在線診斷和事件分析，或在變電所當(dāng)?shù)刈詣?dòng)化功能協(xié)調(diào)之下，完成電網(wǎng)故障后自動(dòng)恢復(fù)。

變電所綜合自動(dòng)化與一般自動(dòng)化區(qū)別在于：自動(dòng)化系統(tǒng)是否作為一個(gè)整體執(zhí)行保護(hù)、檢測(cè)和控制功能。

2、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有功能綜合化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機(jī)化、測(cè)量顯示數(shù)字化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特征。同傳統(tǒng)變電所二次系統(tǒng)不同的是：各個(gè)保護(hù)、測(cè)控單元既保持相對(duì)獨(dú)立，（如繼電保護(hù)裝置不依賴于通信或其他設(shè)備，可自主、可靠地完成保護(hù)控制功能，迅速切除和隔離故障），又通過(guò)計(jì)算機(jī)通信的形式，相互交換信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，協(xié)調(diào)配合工作，減少了電纜和設(shè)備配置，增加了新的功能，提高了變電所整體運(yùn)行控制的安全性和可靠性。

2.1 功能綜合化

變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是各技術(shù)密集，多種專業(yè)技術(shù)相互交叉、相互配合的系統(tǒng)。它是建立在計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它綜合了變電所內(nèi)除一次設(shè)備和交、直流電源以外的全部二次設(shè)備。微機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)綜合了原來(lái)的儀表屏、操作屏、模擬屏和變送器柜、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、中央信號(hào)系統(tǒng)等功能；微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)代替了電磁式或晶體管式的保護(hù)裝置；微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，綜合了故障錄波、故障測(cè)距、無(wú)功電壓調(diào)節(jié)和中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)等子系統(tǒng)的功能。

2.2 分級(jí)分布式微機(jī)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)和各功能模塊由不同配置的單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)組成，采用分布式結(jié)構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、總線將微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、控制等各子系統(tǒng)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)分級(jí)分布式的系統(tǒng)。一個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以有十幾個(gè)甚至幾十個(gè)微處理器同時(shí)并行工作，實(shí)現(xiàn)各種功能。

2.3 測(cè)量顯示數(shù)字化

用LED顯示器上的數(shù)字顯示代替了常規(guī)指針式儀表，直觀、明了；而打印機(jī)打印報(bào)表代替了原來(lái)的人工抄表，這不僅減輕了值班員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提高了測(cè)量精度和管理的科學(xué)性（現(xiàn)階段我段改造后的變電所仍為手工抄表）。

2.4 操作監(jiān)視屏幕化

變電所實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化，使原來(lái)常規(guī)龐大的模擬屏被LED屏幕上的實(shí)時(shí)主接線畫面取代；常規(guī)在斷路器安裝處或控制屏上進(jìn)行的分、合閘操作，被屏幕上的鼠標(biāo)操作或鍵盤操作所取代；常規(guī)在保護(hù)屏上的硬連接片被計(jì)算機(jī)屏幕上的軟連接片所取代；常規(guī)的光字牌報(bào)警信號(hào)，被屏幕畫面閃爍和文字提示或語(yǔ)音報(bào)警所取代，即通過(guò)計(jì)算機(jī)上的顯示器，可以監(jiān)視全變電所的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況和對(duì)各開關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作控制。

2.5 運(yùn)行管理智能化

智能化的含義不僅是能實(shí)現(xiàn)許多自動(dòng)化的功能，例如：電壓、無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)，不完全接地系統(tǒng)單相接地自動(dòng)選線，自動(dòng)事故判別與事故記錄，事件順序記錄，制表打印，自動(dòng)報(bào)警等，更重要的是能實(shí)現(xiàn)故障分析和故障恢復(fù)操作智能化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)本身的故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)等功能，這對(duì)于提高變電所的運(yùn)行管理水平和安全可靠性是非常重要的，也是常規(guī)的二次系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。變電所綜合自動(dòng)化的出現(xiàn)為變電所的小型化、智能化、擴(kuò)大設(shè)備的監(jiān)控范圍、提高變電所安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證。

變電所綜合自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班（或少人值班）的重要手段，不同電壓等級(jí)、不同重要性的變電所其實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班的要求和手段不盡相同。但無(wú)人值班的關(guān)鍵是通過(guò)采取種種技術(shù)措施，提高變電所整體自動(dòng)化水平，減少事故發(fā)生的機(jī)會(huì)，縮短事故處理和恢復(fù)時(shí)間，使變電所運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠。

2.6 變電所綜合自動(dòng)化運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn)有：

2.6.1 控制和調(diào)節(jié)由計(jì)算機(jī)完成，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了誤操作。

2.6.2 簡(jiǎn)化了二次接線，整體布局緊湊，降低變電所建設(shè)投資。

2.6.3 通過(guò)設(shè)備監(jiān)視和自診斷，延長(zhǎng)了設(shè)備檢修周期，提高了運(yùn)行可靠性。

2.6.4 變電所綜合自動(dòng)化以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，具有發(fā)展、擴(kuò)充的余地。

2.6.5 減少了人的干預(yù)，使人為事故大大減少。

2.6.6 解決變電所亭對(duì)于值班人員日益短缺的供需矛盾，減少人員工資等各項(xiàng)支出成本，提高供電段的經(jīng)濟(jì)效益。

2.6.7 減少占地面積，降低了二次建設(shè)投資和變電所運(yùn)行維護(hù)成本；設(shè)備可靠性增加，維護(hù)方便；減輕和替代了值班人員的大量勞動(dòng)；延長(zhǎng)了供電時(shí)間，減少了供電故障。

2.7 目前我段對(duì)于運(yùn)用變電所綜合自動(dòng)化的不足

2.7.1 老設(shè)備在綜自改造后仍遺留下一下不足之處，如老變電所改造后部分二次設(shè)備電纜還未得到及時(shí)理順清理。

2.7.2 目前實(shí)現(xiàn)設(shè)備綜合自動(dòng)化的程度還未達(dá)到設(shè)備的相關(guān)要求，如目前像京廣線所亭是設(shè)備改造后仍使用人工手動(dòng)倒閘作業(yè)及人工手動(dòng)進(jìn)行接掛地線，而不是用電腦操作。

2.7.3 目前京廣線各變電所亭仍為有人化值班，無(wú)人化值守的相應(yīng)監(jiān)控設(shè)備及遠(yuǎn)動(dòng)裝置未能得到有效落實(shí)。

2.7.4 目前京廣線各變電所亭的日常報(bào)表工作任由所亭的值班人員手工來(lái)完成。

2.7.5 我段應(yīng)用的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)自多個(gè)廠家，系統(tǒng)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，這對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的日常維護(hù)造成一定的困難。

2.7.6 我段對(duì)于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)微機(jī)嚴(yán)重的依賴缺乏有效的防范措施，現(xiàn)有改造后的所亭后臺(tái)機(jī)缺乏必要的硬件備份系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)對(duì)牽引變電所亭綜合自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的初步探討研究，我們認(rèn)為實(shí)現(xiàn)我段管內(nèi)各變電所亭設(shè)備的綜合自動(dòng)化改造是鐵路高速發(fā)展的一個(gè)必經(jīng)之路，目前我段也正在進(jìn)行著這一工作，而鑒于現(xiàn)階段我北京供電段管內(nèi)的設(shè)備管理現(xiàn)狀即“點(diǎn)多、線長(zhǎng)”，各牽引變電所仍實(shí)行有人值班，沒有將安全監(jiān)視系統(tǒng)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)的這一現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)于實(shí)行變電所亭無(wú)人化值班，這是一個(gè)必要的前提，也是下一階段我們應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)的一個(gè)方向。

[1]劉賡然,羅映紅.基于IEC61850的高速鐵路客運(yùn)專線AT所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)配置研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì). 2013(09).