長(zhǎng)園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司 趙 龍 黎海亮

鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，沿線自動(dòng)化設(shè)備對(duì)供電可靠性要求非常高。鐵路電網(wǎng)屬于城市配電網(wǎng)，具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)等特性，貫通線供電臂長(zhǎng)，自然災(zāi)害如雷擊、樹(shù)倒等引發(fā)的供電故障較多。如何提高鐵路沿線的設(shè)備自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)故障的快速解決，提高供電可靠性，是急需解決的重要課題。

城市配電網(wǎng)經(jīng)過(guò)大規(guī)模改造后，變電站、輸電線路的布局得到優(yōu)化，鐵路配電網(wǎng)也具備了實(shí)施配電自動(dòng)化的基本條件。配電自動(dòng)化的核心是饋線自動(dòng)化，饋線自動(dòng)化的本質(zhì)是故障定位、隔離以及非故障區(qū)域的恢復(fù)。實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化，可以大幅提高供電可靠性，減少因供電問(wèn)題，給鐵路運(yùn)輸造成的巨大損失。

1 饋線自動(dòng)化的主要控制方式

饋線自動(dòng)化包括故障定位、隔離以及非故障區(qū)域的恢復(fù)。就其控制方式而言，主要有兩種，一種由無(wú)通信、無(wú)主站的就地控制方式；另一種，是當(dāng)前普遍采用的遠(yuǎn)方集中控制方式。

1.1 就地控制方式

就地控制方式，主要是指通過(guò)自動(dòng)分合配電線路開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化。原理是饋線失壓時(shí)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，依時(shí)間延時(shí)順序，嘗試閉合分段開(kāi)關(guān)，最后確定故障區(qū)段，再次隔離故障并恢復(fù)非故障區(qū)供電。

這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是投資少，無(wú)需通信系統(tǒng)，故障隔離和自動(dòng)恢復(fù)由重合器自身完成，簡(jiǎn)單易用。缺點(diǎn)是對(duì)一次設(shè)備要求較高，需將部分開(kāi)關(guān)更換成斷路器；不能進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控,且多次重合對(duì)系統(tǒng)及負(fù)荷沖擊較大；不具擴(kuò)展性和通用性。其適用范圍主要是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的農(nóng)村及郊區(qū)電網(wǎng)架空、輻射型線路。

1.2 集中控制方式

集中控制方式，主要是指由饋線終端（FTU/DTU）、通信網(wǎng)絡(luò)和主站控制系統(tǒng)組成，各饋線終端分別采集開(kāi)關(guān)的運(yùn)行情況，并將信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳至主站控制系統(tǒng)。故障發(fā)生時(shí)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行故障定位，確定故障區(qū)段，自動(dòng)或人工發(fā)出對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的操作命令，隔離故障區(qū)段，恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)段的供電。

采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是故障隔離、供電恢復(fù)時(shí)間快，一般在1min左右；且實(shí)現(xiàn)“三遙”，系統(tǒng)易于擴(kuò)展。缺點(diǎn)是對(duì)終端裝置可靠性要求高，對(duì)主站控制系統(tǒng)要求高，且定位必須依賴通信系統(tǒng)，前期投資較大。

2 鐵路配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)

鐵路配電網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，目前已具備完善的SCADA調(diào)度主站功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)嗦菲鳌⒌堕l、配電變壓器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)?；谡{(diào)度SCADA主站，增加饋線自動(dòng)化軟件，可實(shí)現(xiàn)調(diào)度/配網(wǎng)一體化系統(tǒng)，節(jié)約大量費(fèi)用。所以，鐵路配電網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，首選“集中控制方式”的饋線自動(dòng)化。

“集中式”的饋線自動(dòng)化，從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的角度出發(fā)，完成主站層故障處理功能。算法綜合考慮開(kāi)關(guān)操作次數(shù)、線路容量、負(fù)荷大小等因素，分析出最優(yōu)恢復(fù)方案。它包括“故障信號(hào)采集”和“故障流程處理”兩部分?！肮收闲盘?hào)采集”是指，饋線終端將開(kāi)關(guān)狀態(tài)及故障信息(失壓、過(guò)流等信號(hào))，在一定時(shí)間內(nèi)，通過(guò)通信系統(tǒng)送至配電主站；“故障信號(hào)處理”是指，主站系統(tǒng)根據(jù)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，按照“死/活島”邏輯算法確定故障區(qū)段，生成故障恢復(fù)方案，調(diào)度人員可以選擇自動(dòng)或人工執(zhí)行方案。

鐵路配電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化，須滿足以下幾方面的條件。

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求

圖1

饋線自動(dòng)化要求鐵路配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)手拉手環(huán)網(wǎng)供電，電源布點(diǎn)合理，配電網(wǎng)主干網(wǎng)架已形成，并具備環(huán)網(wǎng)供電開(kāi)環(huán)運(yùn)行的條件。對(duì)于電纜型配電網(wǎng)絡(luò)，要求采用環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜構(gòu)成開(kāi)環(huán)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.2 自動(dòng)化設(shè)備要求

饋線自動(dòng)化要求開(kāi)關(guān)必須動(dòng)作可靠，運(yùn)行穩(wěn)定；饋線終端單元(FTU/DTU)不僅要求具有遠(yuǎn)方操作功能，能采集線路正常電流，而且能檢測(cè)和識(shí)別故障電流。為適應(yīng)戶外惡劣的運(yùn)行環(huán)境，F(xiàn)TU/DTU必須具有完善的不間斷電源系統(tǒng)，在線路失電情況下也能正常工作。

2.3 通訊要求

饋線自動(dòng)化要求必須建立可靠的自動(dòng)化通信網(wǎng)。由于鐵路配電網(wǎng)測(cè)點(diǎn)多、覆蓋面廣，配電網(wǎng)通信方式的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮，采用有線、無(wú)線等多種組合方式。

3 運(yùn)行案例

丹大快速鐵路是東北鐵路的重要組成部分，線路自大連北站接軌，經(jīng)過(guò)大連市甘井子區(qū)、金州新區(qū)、花園口經(jīng)濟(jì)區(qū)和莊河市，后經(jīng)東港市抵達(dá)丹東，線路全長(zhǎng)292公里。丹大鐵路配電自動(dòng)化系統(tǒng)，目前已成功部署饋線自動(dòng)化功能，處理完成多起停電事故，快速恢復(fù)供電（圖1）。

3.1 線路故障

當(dāng)莊大區(qū)間一級(jí)貫通側(cè)莊大04號(hào)箱變1YG 2與莊大05號(hào)箱變1YG1之間發(fā)生永久故障時(shí)，大孤山配電所的131開(kāi)關(guān)會(huì)事故跳閘，莊大05的1YG1、1YG2,莊大06的1YG1、1YG2，莊大07的1YG1、1YG2，大孤山信號(hào)變的1YG1、1YG2上報(bào)故障信號(hào)到主站，其他莊大04到莊河北129的開(kāi)關(guān)不會(huì)上報(bào)故障信號(hào)到主站，主站定位算法根據(jù)這些信號(hào)和短路故障原理，判斷故障點(diǎn)為一級(jí)貫通側(cè)莊大04號(hào)箱變與莊大05號(hào)箱變之間。

3.2 支線故障

一級(jí)貫通側(cè)莊大05的變壓器側(cè)發(fā)生故障時(shí)，大孤山配電所的131開(kāi)關(guān)會(huì)事故跳閘，莊大05的1YG2、1YG3，莊大06的1YG1、1YG2，莊大07的1YG1、1YG2，大孤山信號(hào)變的1YG1、1YG2上報(bào)故障信號(hào)到主站，莊大05的1YG1不發(fā)送故障信號(hào)，其他莊大04到莊河北129的開(kāi)關(guān)不會(huì)上報(bào)故障信號(hào)到主站，主站定位算法根據(jù)這些信號(hào)和短路故障原理，判斷故障點(diǎn)為莊大05號(hào)箱變一級(jí)貫通側(cè)變壓器側(cè)發(fā)生故障。

4 結(jié)語(yǔ)

“集中式”的饋線自動(dòng)化處理，基于配電網(wǎng)全局的拓?fù)湫畔?，分析給出最優(yōu)恢復(fù)方案，能夠適應(yīng)配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化和擴(kuò)展。饋線自動(dòng)化系統(tǒng)在丹大鐵路配電網(wǎng)中的應(yīng)用，極大提高了鐵路運(yùn)輸?shù)墓╇娍煽啃?，?yōu)勢(shì)及特點(diǎn)如下：

（1）減少故障處理過(guò)程中，開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備的操作次數(shù)，有效地提高設(shè)備利用率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；

（2）和單純的故障指示器定位相比，主站定位可以處理各種線路故障（如瞬時(shí)故障、永久故障、多條線路同時(shí)發(fā)生故障等）；

（3）故障處理過(guò)程中，提供聲光、語(yǔ)音、打印事件等報(bào)警形式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)渲姆绞矫鞔_地表示出故障區(qū)段。