劉天奇　盧茜

【摘? 要】廣域保護測控系統(tǒng)將保護控制功能分為就地層、站域層、廣域層，是在數(shù)字化變電站技術的基礎上、利用數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)，是變電所自動化技術和數(shù)字化變電站技術的進一步提升。介紹廣域保護的具體功能，同時論述廣域保護系統(tǒng)在鐵路供電系統(tǒng)中起到的作用及對供電系統(tǒng)的保護作用。同時論述廣域保護的可推廣性及發(fā)展方向。

【關鍵詞】廣域保護;數(shù)字化;信息;智能

引言

京沈高鐵綜合試驗段從阜新北到黑山北區(qū)間的變電所亭采用全數(shù)字化設計，共設置阜新北牽引變電所，新邱AT所，申德營子分區(qū)所，下石土AT所，黑山北牽引變電所共5個所亭。

數(shù)字化變電站相比現(xiàn)有綜自系統(tǒng)有很多優(yōu)點，數(shù)字化變電站的主要特點是“一次設備智能化、二次設備網絡化”，為提高鐵路牽引供電系統(tǒng)的技術水平，數(shù)字化牽引變電所的建設必不可少。

1? 與傳統(tǒng)變電所的區(qū)別

對于傳統(tǒng)變電所一次設備通過電纜與二次設備連接，數(shù)字化變電站對過程層的改變有兩種方式，一種方式是采用智能一次設備;另一種方式是對傳統(tǒng)一次設備進行數(shù)字化改造，使其具有數(shù)字化接口。從物理形態(tài)和邏輯功能上智能一次設備可理解為“一次設備本體+智能組件（合并單元）”?，F(xiàn)階段智能組件基本上作為一次設備的智能化接口，與一次設備本體間采用傳統(tǒng)電纜連接，與保護、測量、控制等二次設備間采用光纜連接交換信息。如下圖：

一次設備智能化以后，由于和二次設備鏈接采用光纖鏈接，帶來了諸多優(yōu)點：

可保證采樣數(shù)據(jù)的唯一性，方便實現(xiàn)信息共享。通過就地數(shù)字化采集，電壓、電流的瞬時值數(shù)據(jù)僅由合并單元輸出，不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，同時在源頭上保證了數(shù)據(jù)的唯一性，當有多個保護或者測控裝置需要相同的模擬量，不再需要像傳統(tǒng)綜自需要多個采樣線圈單獨接線，或者由于線圈數(shù)量的限制，需要串接電流來實現(xiàn)采樣（這樣會帶來安全隱患），由于數(shù)據(jù)共享方便，相對于傳統(tǒng)綜自，數(shù)字化變電所更容易實現(xiàn)全所的保護功能冗余，以保證系統(tǒng)的可靠性。

由于一二次設備之間采用光纖，節(jié)省了大量的二次電纜，在以后技術成熟后完全考慮取消電纜溝的設計，同時不再需要像傳統(tǒng)綜自一樣設置大量的防雷端子，只需要在電源處設置少量的浪涌保護器即可實現(xiàn)全所保護測控裝置的防雷。

數(shù)字化變電所由于大量的工作是在設備廠家進行調試，現(xiàn)場只需要實現(xiàn)光纖鏈接和功能測試，可以節(jié)約工程現(xiàn)場大量的調試時間。

由于通訊都是基于IEC61850標準實現(xiàn)，可以很方便的實現(xiàn)設備互換，不會受限于必須用哪個廠家的設備。

在全所實現(xiàn)全數(shù)字化以后，相當于建立了一個通用的技術平臺，容易在后期實現(xiàn)功能升級，同時不需要對現(xiàn)場系統(tǒng)的硬件部分進行調整或者更換，只需要對軟件和配置進行升級。

當前在京沈的數(shù)字化方案已經在電力系統(tǒng)驗證多年，是在電力系統(tǒng)的基礎上新增了更貼合于鐵路系統(tǒng)的部分功能，比如廣域測控保護中的供電臂保護（已通過短路實驗驗證），自愈重構功能等等。

比如供電臂保護可實現(xiàn)接觸網故障時，上下行分開跳閘，可減少跳閘次數(shù)和提高跳閘速度（跳閘出口時間為20ms），比如上行饋線故障時，可迅速跳開上行饋線的3個斷路器（變電所饋線，AT和分區(qū)所的上行并聯(lián)斷路器），而下行饋線可保持正常供電。如果是瞬時性故障，上行饋線3個斷路器可以正常重合，如果是永久性故障，也只有上行3個斷路器再次跳開，不會影響下行供電。

自愈重構則是在永久性故障后通過故障定位后，自動分開相關斷路器和網開關來切除故障區(qū)段，從而保證非故障區(qū)段的供電。

智能綜合輔助系統(tǒng)包含視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、安全防范子系統(tǒng)、動力照明子系統(tǒng)、火災報警子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)和在線監(jiān)測子系統(tǒng)等七個子系統(tǒng)，通過對子系統(tǒng)的集中整合、統(tǒng)一管理，實現(xiàn)對變電站視頻、環(huán)境量、安全報警信息、火災報警信息、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)等輔助信息進行統(tǒng)一采集、編碼、存儲、上傳，并由監(jiān)控平臺完成整個系統(tǒng)的全面監(jiān)控、一體展示、統(tǒng)一管理和維護功能，并能通過系統(tǒng)預置的規(guī)則進行各個子系統(tǒng)間的智能聯(lián)動。

牽引變電系統(tǒng)PHM系統(tǒng)主要是將PHM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺與牽引變電所各個關鍵設備的現(xiàn)有監(jiān)測裝置或未來可能增設的監(jiān)測裝置對接，有效收集并管理設備的各種實時狀態(tài)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及非實時記錄數(shù)據(jù)，并依據(jù)大量數(shù)據(jù)實現(xiàn)牽引變電系統(tǒng)及其關鍵設備的故障預測、健康評估、可靠性及風險評估和維修決策等，為牽引變電系統(tǒng)的安全可靠、高效經濟運營維護提供決策依據(jù)，同時積累復雜服役環(huán)境下高速鐵路的數(shù)據(jù)和技術成果，形成高鐵基礎設施大數(shù)據(jù)體系建設的樣板試驗段。

2? 廣域保護簡介

廣域保護測控系統(tǒng)將保護控制功能分為就地層、站域層、廣域層，是在數(shù)字化變電站技術的基礎上、利用數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)，是變電所自動化技術和數(shù)字化變電站技術的進一步提升。

就地層保護控制完成了既有綜自系統(tǒng)的全部功能，一次設備和二次系統(tǒng)通過光纜連接，實現(xiàn)了一二次設備電氣隔離，解決二次系統(tǒng)防雷問題。

站域層保護利用整個變電所的共享數(shù)據(jù)，通過GOOSE和SV通信，實現(xiàn)了裝置之間的實時數(shù)據(jù)交互（所內任意兩個裝置之間通信<4ms），一方面解決了全所的保護功能的冗余和優(yōu)化;另一方面實現(xiàn)了快速母線保護、快速后備保護、斷路器失靈保護等新功能，實現(xiàn)了保護的全覆蓋，提高了保護的可靠性。同時，還具備間隔間的開關邏輯閉鎖和所內供電重組等功能，提高了控制的安全性。

廣域層保護以供電臂為單元，基于高速廣域通信網絡（供電臂任意兩個裝置之間通信<10ms），實現(xiàn)了供電臂選擇性快速跳閘。當牽引網發(fā)生故障時只跳故障區(qū)段，縮小了停電區(qū)域，減少了開關動作次數(shù)，提高了供電可靠性;同時，還具備以供電臂為單元的開關邏輯閉鎖關系和供電臂自愈重組等功能。

JDA-3000數(shù)字化變電站依托鐵總“牽引供電自動化關鍵技術深 實現(xiàn)了就地層、站域層、廣域層的保護測控功能，所有功能均可部署在就地級保護測控裝置和站域保護測控裝置上完成。

綜上所述，廣域保護測控系統(tǒng)中數(shù)字化變電站是基礎，站域保護功能和廣域保護功能才能體現(xiàn)數(shù)字化變電站技術的優(yōu)勢，并最終實現(xiàn)智能牽引供電系統(tǒng)。，智能供電系統(tǒng)的出現(xiàn)將會大大減少鐵路后期運營的故障，同時也為后期的維護提供了有效的保障。

3 結語

隨著數(shù)字化時代的到來，基于數(shù)字化基礎的智能化系統(tǒng)越來越多的被應用到人們的生活中。隨著智能高鐵的推廣，智能供電系統(tǒng)的研究與開發(fā)也在高速的發(fā)展。

廣域保護系統(tǒng)作為智能化供電系統(tǒng)的重要組成部分，在京沈客專得到了初步的應用，同時也得到了各界的關注與支持。廣域保護系統(tǒng)在京沈客專的成功案例為智能供電系統(tǒng)的推廣打下了良好的基礎，同時也得到了認可。在今后的高鐵建設中智能供電系統(tǒng)將會逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供電系統(tǒng)。

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