關(guān)鍵詞： 鐵路 供電系統(tǒng) 配電自動(dòng)化 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

鐵路供電系統(tǒng)供電質(zhì)量關(guān)系到高速列車(chē)的正常運(yùn)行，直接與鐵路職工、旅客的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。在鐵路供電系統(tǒng)執(zhí)行調(diào)度指揮、信號(hào)、通信與服務(wù)等關(guān)鍵的運(yùn)行任務(wù)時(shí)，一旦產(chǎn)生運(yùn)行故障，將造成鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)生不可挽回的重大損失?；诖?，在自動(dòng)化視域下，鐵路供電系統(tǒng)應(yīng)用配電自動(dòng)化技術(shù)十分必要，通過(guò)該優(yōu)化鏈路的延伸轉(zhuǎn)化配電自動(dòng)化技術(shù)，保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩院瓦B續(xù)性。文章在簡(jiǎn)要討論配電自動(dòng)化的內(nèi)容，以及SCADA、故障定位與隔離、高級(jí)軟件應(yīng)用、負(fù)荷控制、地理信息系統(tǒng)應(yīng)用等功能的同時(shí)，明確配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，重點(diǎn)分析配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用路徑[1]。

1 配電自動(dòng)化功能

1.1 SCADA 功能

配電自動(dòng)化的SCADA 功能較為成熟，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，應(yīng)用在鐵路供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制、過(guò)程控制中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高速列車(chē)設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)及信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能，是RTU遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)、FTU饋線終端裝置、TTU配電變壓器監(jiān)測(cè)終端的重要組成部分。配電自動(dòng)化的SCADA 功能涉及組態(tài)軟件、數(shù)傳電臺(tái)與GPRS等，功能應(yīng)用能夠保證供電可靠、安全。

1.2 故障定位與隔離功能

配電自動(dòng)化能夠監(jiān)視線路或饋線系統(tǒng)的運(yùn)行方式、負(fù)荷情況，一旦鐵路供電系統(tǒng)產(chǎn)生故障，能夠一次性、準(zhǔn)確地對(duì)故障區(qū)段進(jìn)行自動(dòng)定位，可以利用RTU“四遙”數(shù)智化檢測(cè)功能連接調(diào)度中心計(jì)算機(jī)信道，配合開(kāi)關(guān)設(shè)施完成對(duì)故障區(qū)段的隔離、對(duì)非故障區(qū)段的供電進(jìn)行恢復(fù)，這種遠(yuǎn)程功能主要分為遠(yuǎn)程測(cè)量、遠(yuǎn)程信號(hào)、遠(yuǎn)程命令、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)[2]。

1.3 高級(jí)軟件應(yīng)用功能

配電自動(dòng)化能夠更好地掌握鐵路供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，利用SCADA 斷路器變化和量側(cè)數(shù)據(jù)，補(bǔ)充母線負(fù)荷預(yù)報(bào)偽量側(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)高級(jí)軟件進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?、狀態(tài)估計(jì)、線損計(jì)算分析、潮流計(jì)算、電壓無(wú)功優(yōu)化等，檢測(cè)和辨識(shí)不良數(shù)據(jù)，估計(jì)出完整、一致、可信的鐵路供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)安全運(yùn)行方式。

1.4 負(fù)荷控制功能

預(yù)測(cè)精度對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠程度、安全程度來(lái)講意義較為重要。為保障鐵路設(shè)施安全供電，鐵路電力負(fù)荷控制主要針對(duì)鐵路用電負(fù)荷實(shí)施負(fù)控技術(shù)，在計(jì)量管理與配送過(guò)程中，根據(jù)鐵路供電系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化需求進(jìn)行短期負(fù)荷預(yù)測(cè)、短期預(yù)測(cè)、中期預(yù)測(cè)和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。

1.5 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用功能

在計(jì)算機(jī)軟件、硬件系統(tǒng)的支持下，配電自動(dòng)化通過(guò)引入GIS 技術(shù)，成功將配電自動(dòng)化系統(tǒng)與GIS 技術(shù)融合，以GIS 為技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)SCADA 動(dòng)態(tài)著色、配電網(wǎng)帶電安全狀況分析、潮流算法和電壓分布，自動(dòng)提供變壓器全自動(dòng)控制和線路安裝清單[3]。

2 配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用效果

2.1 鐵路供電系統(tǒng)的自動(dòng)化需求

電力供電系統(tǒng)借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)軟硬件等多重技術(shù)聯(lián)結(jié)鐵路供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貫通電路、變電所、鐵路沿線配電所在內(nèi)的系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控與控制。鐵路電力供電系統(tǒng)電壓相對(duì)等級(jí)較低，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，所需高壓設(shè)施較少，低壓配網(wǎng)絡(luò)通過(guò)傳輸0.4 kV 交流電既能滿(mǎn)足鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的供電需求。通過(guò)高質(zhì)量應(yīng)用配電自動(dòng)化系統(tǒng)，從鐵路供電系統(tǒng)電壓、電力線路角度分析，鐵路供電系統(tǒng)的布置、處理較為簡(jiǎn)便，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)功率因數(shù)、有功、無(wú)功功率、電流、高低壓電壓等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，在此過(guò)程中，需要重點(diǎn)控制鐵路供電系統(tǒng)所用材料、設(shè)施及技術(shù)，對(duì)鐵路供電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障引起足夠重視，持續(xù)保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全，降低故障造成的運(yùn)行問(wèn)題[4]。

2.2 配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用效果

配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為關(guān)鍵的原因在于，能夠保證供電系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、有序、安全地運(yùn)行。在應(yīng)用配電自動(dòng)化技術(shù)的同時(shí)，鐵路供電系統(tǒng)能夠在自動(dòng)化視域下實(shí)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)控和控制，促使供電系統(tǒng)的配電工作高效、通暢落實(shí)，對(duì)諸多不良風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生良好的規(guī)避效果。同時(shí)，配電自動(dòng)化在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠顯著降低人工工作壓力，針對(duì)復(fù)雜程度高、處理難度大的工作，可以利用配電自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，避免人工失誤產(chǎn)生的危害。例如：在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，鐵路供電系統(tǒng)涉及的供電范圍較為龐大，直接增加人工工作難度，如果單純依地賴(lài)人工進(jìn)行管理和控制，較容易產(chǎn)生檢修滯后性問(wèn)題。在應(yīng)用配電自動(dòng)化技術(shù)的過(guò)程中，人工參與管理和控制的占比迅速降低，能夠產(chǎn)生更加高效、有序的檢修、調(diào)控效果[5]。

3 自動(dòng)化視域下鐵路供電系統(tǒng)配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用路徑

3.1 自動(dòng)化控制方式的選擇

分布式控制技術(shù)借助自動(dòng)化終端、開(kāi)關(guān)設(shè)施全面監(jiān)管鐵路供電系統(tǒng)，利用配電自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結(jié)合后端大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的模型規(guī)則，對(duì)全部智能終端設(shè)備狀態(tài)發(fā)起實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由傳統(tǒng)集成電路保護(hù)、電磁保護(hù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化保護(hù)，通過(guò)可視化報(bào)表呈現(xiàn)智能終端設(shè)備的分布、運(yùn)行態(tài)勢(shì)，保障鐵路供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、測(cè)量、監(jiān)控與保護(hù)一體化，具體見(jiàn)表1。配電自動(dòng)化分布式控制技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中主要指FTU 通過(guò)系統(tǒng)配合完成鐵路供電系統(tǒng)重組，實(shí)施分段控制，容易產(chǎn)生偏差，此方式僅適用于接線方式簡(jiǎn)單的鐵路供電系統(tǒng)。

集中式控制技術(shù)主要以FTU 為載體，針對(duì)鐵路供電系統(tǒng)中的線路電流與電力行為相關(guān)的參數(shù)做以整合，通過(guò)遠(yuǎn)程測(cè)控全部智能終端，將采集信息上傳后了解故障成因，經(jīng)由主系統(tǒng)進(jìn)行信息反饋，對(duì)終端供電系統(tǒng)的電力開(kāi)關(guān)和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，滿(mǎn)足鐵路供電系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)化處理，實(shí)現(xiàn)鐵路供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。配電自動(dòng)化集中式控制技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中需要確保主站、自動(dòng)化終端穩(wěn)定、可靠在線，主站控制中心通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行處理、計(jì)算與分析，找出故障點(diǎn)，鐵路供電系統(tǒng)能夠提供高速度信息指令、命令，通過(guò)專(zhuān)用模塊進(jìn)行復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的控制，完成故障隔離、處理，為避免鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)行受到干擾，要求予以精細(xì)化控制。

3.2 變配電所的自動(dòng)化轉(zhuǎn)變

在變配電所自動(dòng)化運(yùn)行過(guò)程中，需要圍繞后臺(tái)管理層、通信層、電氣間隔層進(jìn)行優(yōu)化，維護(hù)自動(dòng)化調(diào)控過(guò)程中數(shù)據(jù)采集與處理、監(jiān)視、控制，以及AVR、UPS、DCS、SIS 接口、報(bào)警等功能的實(shí)現(xiàn)[6]。

后臺(tái)管理層主要通過(guò)集成監(jiān)控計(jì)算機(jī)、人機(jī)交互設(shè)備、現(xiàn)實(shí)設(shè)備及軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電所實(shí)施監(jiān)控、測(cè)量、控制、管理、記錄和報(bào)警的功能，實(shí)施智能化分析間隔層設(shè)備所上傳的模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量和數(shù)據(jù)量等信息。通過(guò)分析相應(yīng)數(shù)據(jù)后制訂鐵路供電系統(tǒng)調(diào)控方案，由間隔層發(fā)送至相應(yīng)的設(shè)備執(zhí)行。通信層經(jīng)由通信管理主機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在收集側(cè)空單元、保護(hù)設(shè)備、綜合自動(dòng)化設(shè)備上傳的信息后傳遞至上級(jí)調(diào)度中心，通過(guò)下達(dá)控制、修正命令進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，支持各種通信協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議。間隔層需要根據(jù)變配電所設(shè)備進(jìn)行配置，通過(guò)保護(hù)、監(jiān)控、電量采集，將信息通過(guò)通信接口傳遞至配電自動(dòng)化系統(tǒng)，間隔層的各裝置運(yùn)行不需要依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)管理層設(shè)備。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)節(jié)的自動(dòng)化

網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)節(jié)的自動(dòng)化需要以數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交換做出設(shè)置，具體情況如表2 所示。

與此同時(shí)，在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信自動(dòng)化的過(guò)程中，鐵路供電系統(tǒng)能夠在提供可靠性強(qiáng)、抗干擾能力高的人機(jī)交互界面基礎(chǔ)上，通過(guò)規(guī)則庫(kù)對(duì)支持IOS、Android、Web、PC 的密碼管理軟件、time 模塊、配備北斗GPS 網(wǎng)絡(luò)授時(shí)衛(wèi)星信號(hào)接收模塊的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器、模擬仿真技術(shù)進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖邏輯，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠，規(guī)避違約傳輸，提高傳輸效率，保證信息資料的優(yōu)化運(yùn)用[7]。為滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)通信的自動(dòng)化，鐵路供電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)通過(guò)主站的控制中心針對(duì)光纖直放站、信號(hào)中繼站、現(xiàn)場(chǎng)總線、牽引變電所、NDLC 通信中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等多種通信方式配置大型數(shù)字處理機(jī)，構(gòu)成智能化控制系統(tǒng)，通過(guò)主站控制中心的傳輸通道與各個(gè)系統(tǒng)的配電自動(dòng)化終端進(jìn)行信息交流，促使數(shù)據(jù)及時(shí)轉(zhuǎn)換、處理。與此同時(shí)，鐵路供電系統(tǒng)各個(gè)系統(tǒng)的配電自動(dòng)化終端將各單元所收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息，準(zhǔn)確地反饋至主站的控制中心，實(shí)現(xiàn)鐵路供電系統(tǒng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，在自動(dòng)化視域下產(chǎn)生的有效控制[8]。

3.4 鐵路電力供電系統(tǒng)的配電自動(dòng)化

現(xiàn)階段，鐵路電力供電系統(tǒng)電壓等級(jí)相對(duì)較低、供電連接線形式單一，對(duì)供電穩(wěn)定性、連續(xù)性和安全性要求較為嚴(yán)格等特征上來(lái)看，調(diào)度中心的配電自動(dòng)化，需要對(duì)配電自動(dòng)化所涉及的硬件設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化整合，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的加入，促使云服務(wù)器、分布式SCADA前置機(jī)、室內(nèi)外恒溫5G 基站ETC 門(mén)架通信柜與可視化調(diào)度站等，接受可視化指揮調(diào)度系統(tǒng)的互通聯(lián)動(dòng)，形成良好的自動(dòng)化調(diào)控效果。

MACS-SCADA 系統(tǒng)是現(xiàn)階段鐵路電力供電系統(tǒng)調(diào)度中心實(shí)施自動(dòng)化配置過(guò)程中重要的控制系統(tǒng)，能夠提供統(tǒng)一、開(kāi)放、基于標(biāo)準(zhǔn)、易于擴(kuò)充的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)接口，可以基于底層服務(wù)為鐵路電力供電系統(tǒng)自動(dòng)化控制平臺(tái)創(chuàng)造理想中的運(yùn)行條件，通用應(yīng)用功能、整合應(yīng)用、擴(kuò)展專(zhuān)業(yè)應(yīng)用及為特定項(xiàng)目定制應(yīng)用，解決調(diào)度中心在軟件系統(tǒng)方面存在的限制問(wèn)題。MACS-SCADA系統(tǒng)提供開(kāi)放的結(jié)構(gòu)對(duì)鐵路電力供電系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，在配電自動(dòng)化過(guò)程中提供大量標(biāo)準(zhǔn)功能基礎(chǔ)上集成額外功能，可以在跨平臺(tái)Windows、UNIX、LINUX 等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)上運(yùn)行，應(yīng)用功能可以無(wú)縫地嵌入系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠處理更多的信號(hào)和事件，高效地與其他軟件系統(tǒng)集成。在配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟(jì)效益和安全性的綜合兼顧上，MACS-SCADA 系統(tǒng)使用隊(duì)列和壓縮這些技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行優(yōu)化，利用安全傳輸協(xié)議保證數(shù)據(jù)安全傳輸，一旦網(wǎng)絡(luò)連接產(chǎn)生故障，鐵路電力供電系統(tǒng)可以進(jìn)行快速切換，轉(zhuǎn)而使用其他備用網(wǎng)絡(luò)路由，靈活調(diào)整相關(guān)硬件設(shè)施，便于供電調(diào)度中心自動(dòng)化配置和運(yùn)行控制，體現(xiàn)出理想的針對(duì)性，更好地實(shí)現(xiàn)供電調(diào)度中心的優(yōu)化運(yùn)用[9]。

3.5 自動(dòng)化系統(tǒng)故障分析及處理

通常，一臺(tái)RTU 能夠處理幾十個(gè)、上百個(gè)遙測(cè)量，可將采集的主要參數(shù)按規(guī)約傳輸至調(diào)度中心，主要參數(shù)涉及故障總信號(hào)、開(kāi)關(guān)位置信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等，調(diào)度中心發(fā)出改變?cè)O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的命令，如“合”“分”，完成自動(dòng)調(diào)節(jié)周期內(nèi)平均功率、遙控、AGC 功能模塊的命令有效、AGC命令發(fā)電控制退出和變壓器分接開(kāi)關(guān)頭位置調(diào)整等。在IEC870-5-101 通信規(guī)約向CDT 互轉(zhuǎn)過(guò)程中，無(wú)線數(shù)傳測(cè)控模塊通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)主控?cái)?shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多傳輸交互。同時(shí)，為保障大型處理機(jī)運(yùn)行效果，無(wú)線數(shù)傳測(cè)控模塊將現(xiàn)場(chǎng)接受的主控信號(hào)進(jìn)行高速處理，完成對(duì)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的控制和操作。這種方式在具體的發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用在鐵路供電系統(tǒng)中，集成使用性能良好的硬件實(shí)施載體，通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化檢測(cè)信息，向主站發(fā)送指令后由通信系統(tǒng)自動(dòng)化進(jìn)行分合閘處理，以此處理貫通與自閉供電模式的故障，保障備用類(lèi)功能在傳遞網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、信息的過(guò)程中快速鏈接主站系統(tǒng)，精準(zhǔn)識(shí)別故障，消除通信“瓶頸”現(xiàn)象[10]。

在鐵路電力供電系統(tǒng)落實(shí)配電自動(dòng)化的過(guò)程中，需要通過(guò)集中控制，以饋線終端設(shè)備作為載體，對(duì)系統(tǒng)中線路電流等參數(shù)做出整合，通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程測(cè)控終端對(duì)故障性問(wèn)題表現(xiàn)出的信息進(jìn)行高度關(guān)注，要求自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)一步對(duì)故障進(jìn)行分析與處理，能夠在最短時(shí)間內(nèi)分析故障產(chǎn)生原因，通過(guò)同步應(yīng)對(duì)措施將問(wèn)題控制在最小損害程度，最終形成對(duì)故障損失的科學(xué)控制，促使大量繁瑣工作自動(dòng)化完成。在此過(guò)程中需要階段性融入AI、5G 等新生代信息技術(shù)，要求系統(tǒng)不存在判斷性偏差，保持對(duì)后續(xù)故障進(jìn)行自動(dòng)化處理的精度和實(shí)效性[11]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，配電自動(dòng)化技術(shù)在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠產(chǎn)生十分穩(wěn)定的運(yùn)行效果，針對(duì)供電系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成單元需要予以重點(diǎn)優(yōu)化，自動(dòng)化控制方式的選擇、變配電所的自動(dòng)化轉(zhuǎn)變、網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、鐵路電力供電系統(tǒng)的配電自動(dòng)化、自動(dòng)化系統(tǒng)故障分析及處理等方向上，通過(guò)科學(xué)配置，降低鐵路供電系統(tǒng)的故障發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定可靠的配電自動(dòng)化控制，保證電力供應(yīng)。