配電自動(dòng)化在鐵路供電系統(tǒng)的工程實(shí)踐

1、配電自動(dòng)化在鐵路供電系統(tǒng)的工程實(shí)踐摘要:根據(jù)嘉峪關(guān)水電段配電自動(dòng)化工程實(shí)例,討論了鐵路供電系統(tǒng)的特點(diǎn)。結(jié)合配電自動(dòng)化的常規(guī)模式,提出適合于鐵路供電系統(tǒng)的配電自動(dòng)化方案。針對(duì)鐵路系統(tǒng)較特殊的通信問(wèn)題,提出了工程的解決方法及應(yīng)該注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:配電自動(dòng)化 FTU 通信系統(tǒng)?鐵路供電系統(tǒng)分為2部分:為提供鐵路行車 提供 電源的牽引供電系統(tǒng);承擔(dān)牽引供電以外所有鐵路負(fù)荷的供電任務(wù)(本文簡(jiǎn)稱鐵路供電系統(tǒng),包括信號(hào)系統(tǒng)、生產(chǎn)、車站、供水系統(tǒng)以及生活等鐵路用電負(fù)荷,其供電可靠性不僅直接影響鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行,還關(guān)系到很多鐵路職能部門的正常工作。本文結(jié)合蘭州鐵路局嘉峪關(guān)水電段配電調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)

2、施和應(yīng)用,討論了鐵路供電系統(tǒng)對(duì)配電自動(dòng)化功能要求,并提出實(shí)際應(yīng)用方案。1 鐵路供電系統(tǒng)的特點(diǎn)鐵路供電系統(tǒng)由于應(yīng)用的特殊性,在系統(tǒng)構(gòu)成和功能上都有一些有別于電力系統(tǒng)的特點(diǎn),主要體現(xiàn)在3個(gè)方面:(1電壓等級(jí)低,變(配電所結(jié)構(gòu)單一。從電力系統(tǒng)的角度看,鐵路負(fù)荷屬于終端負(fù)荷,直接面對(duì)最終用戶,所以鐵路供電系統(tǒng)中絕大多數(shù)為10 kV配電所和35 kV變電所,這取決于地方供電系統(tǒng)電源的情況和鐵路就地負(fù)荷的要求,只有在極個(gè)別的地方,存在有110 kV的變電所,但數(shù)量很少。由于功能要求、應(yīng)用范圍基本相同,所以鐵路供電系統(tǒng)中的變(配電所構(gòu)成基本相同,功配置也變化不大。根據(jù)鐵路變(配電所結(jié)構(gòu)與功能標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn),在

3、進(jìn)行鐵路供電系統(tǒng)配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí),可以將變(配電所的功能作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方式統(tǒng)一考慮。(2系統(tǒng)接線形式簡(jiǎn)單。鐵路供電系統(tǒng)的接線就像鐵路一樣,是一個(gè)沿鐵路敷設(shè)的單一輻射網(wǎng),各變(配電所沿線基本均勻分布,并且互相連接,構(gòu)成手拉手供電方式。連接線有二種:一種是自閉線,還有一種是貫通線,實(shí)際系統(tǒng)中,可能二種連接線都有,也可能只有二者之一。連接線除了實(shí)現(xiàn)相鄰所之間的電氣連接外,還為鐵路供電最重要的負(fù)荷(自動(dòng)閉塞信號(hào)提供電源,其接線形式如圖1所示。圖1 鐵路供電系統(tǒng)圖(3 供電可靠性要求高。鐵路供電系統(tǒng)雖然電壓等級(jí)低,接線方式簡(jiǎn)單,但對(duì)供電可靠性的要求卻很高,從理論而言,其負(fù)荷(自動(dòng)閉塞信號(hào)的供電中斷時(shí)間

4、不能超過(guò)150 ms,否則,將會(huì)導(dǎo)致所有供電區(qū)間的自動(dòng)閉塞信號(hào)燈變?yōu)榧t燈,影響鐵路的正常運(yùn)輸。由于上述供電的重要性,在應(yīng)用配電自動(dòng)化技術(shù)之前,鐵路供電系統(tǒng)已經(jīng)采取了多種方法來(lái)保證供電的可靠性。通過(guò)采用雙電源供電和安裝備用電源自動(dòng)投入裝置來(lái)保證電源的供電可靠性。相鄰配電所之間的連接線盡可能實(shí)現(xiàn)自閉線和貫通線二種連接方式,從一次設(shè)備的角度提高連接的可靠性。在相鄰配電所的貫通線路保護(hù)裝置與自閉線路保護(hù)裝置增加失壓自投保護(hù)功能,在連接線因?yàn)橹鞴┧荒芄╇姸щ姇r(shí),自動(dòng)投入相臨備用所線路開關(guān),迅速恢復(fù)供電。雖然鐵路供電系統(tǒng)采取了諸多措施來(lái)保證供電的可靠性,但是由于這些措施都是局限于配電所范圍內(nèi)的,所以對(duì)

5、于其最重要的貫通線或自閉線出現(xiàn)永久性故障時(shí)沒有任何隔離、定位和恢復(fù)措施,必然導(dǎo)致貫通線或自閉線失電,影響系統(tǒng)可靠性。同時(shí),鐵路供電系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了其遠(yuǎn)離城市,檢修費(fèi)時(shí)費(fèi)力,沒有準(zhǔn)確的故障定位也給檢修工作帶來(lái)很大困難。配電自動(dòng)化技術(shù)為上述問(wèn)題帶來(lái)了根本的解決方案。2 配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方式2.1 分布控制方式分布控制方式是指配電自動(dòng)化終端(FTU具有自動(dòng)故障判斷與隔離能力,通過(guò)互相之間的配合,也具備了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能力,整個(gè)過(guò)程不需要主站的參與。主要有電壓時(shí)間型和電流計(jì)數(shù)型,都是由FTU結(jié)合開關(guān)構(gòu)成具有重合功能的分段器。由于原理上的限制,此種方式不可避免地存在以下缺陷:(1故障處理與供電恢復(fù)速度慢,對(duì)系

6、統(tǒng)和用戶沖擊大。(2需要改變變電站出線保護(hù)定值和重合閘動(dòng)作方式。(3分段越多,相互之間配合越困難,動(dòng)作缺乏選擇性。所以,在鐵路供電系統(tǒng)這種對(duì)供電可靠性要求比較高的供電方式下不宜選擇這種方式。2.2 集中控制方式集中控制方式下,由現(xiàn)場(chǎng)FTU將采集到的故障信息上送主站,由主站的應(yīng)用模塊經(jīng)計(jì)算后,得出故障隔離與恢復(fù)方案,再下達(dá)給FTU執(zhí)行。一般分為3個(gè)層次:配電終端層完成故障的檢測(cè)和信息上送;配電子站完成本區(qū)域的故障處理和控制;主站完成全網(wǎng)的管理與優(yōu)化。這種方式對(duì)通信系統(tǒng)的可靠性和速率要求較高,因?yàn)樵谄涔收咸幚磉^(guò)程中需要高速傳遞故障信息和控制指令。集中控制方式是以功能強(qiáng)大的主站系統(tǒng)為中心建立和實(shí)施的

7、,專用的高級(jí)應(yīng)用模塊可以處理應(yīng)對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和故障情況(如多重故障。鐵路供電系統(tǒng)是以水電段為基礎(chǔ)單位運(yùn)行的,所以配電自動(dòng)化系統(tǒng)也應(yīng)以水電段為單位建立和實(shí)施。由于鐵路供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)固定,模式統(tǒng)一,運(yùn)行管理完全由水電段調(diào)度室完成,所以從功能完成和節(jié)約投資方面考慮,可以建立簡(jiǎn)化的集中控制式配電自動(dòng)化系統(tǒng),在簡(jiǎn)化系統(tǒng)中,省略配電子站功能,由主站直接完成全網(wǎng)的配電自動(dòng)化應(yīng)用功能。3 嘉峪關(guān)水電段配電調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)成嘉峪關(guān)水電段配電調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)作為蘭州鐵路局試點(diǎn)項(xiàng)目,完成了由嘉峪關(guān)調(diào)度配電主站,清水、酒泉二個(gè)35kV變電所和紅山堡、上河清兩個(gè)智能一體化負(fù)荷開關(guān)構(gòu)成的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。3.1 系統(tǒng)

8、設(shè)計(jì)與構(gòu)成調(diào)度配電主站硬件系統(tǒng)由服務(wù)器/調(diào)度員工作站、前置機(jī)、通訊柜組成,考慮初期系統(tǒng)規(guī)模,服務(wù)器和調(diào)度員工作站共用一臺(tái)機(jī)器,但設(shè)置為雙機(jī)冗余系統(tǒng),2臺(tái)機(jī)器運(yùn)行于熱備用方式。軟件為CSDA2000配電自動(dòng)化系統(tǒng),為開放的可擴(kuò)充跨操作系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺(tái),集成了傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的全部功能,同時(shí)將SCADA/DMS/GIS統(tǒng)一設(shè)計(jì),采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái),真正實(shí)現(xiàn)了一體化,并且貫徹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層、功能分層的思想。配電自動(dòng)化的FA 功能由CSDA2000系統(tǒng)中的配網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用軟件(PAS模塊完成,PAS由若干模塊化應(yīng)用軟件構(gòu)成,分別完成網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行控制、安全性分析和經(jīng)濟(jì)性分析三大塊功能。根據(jù)鐵路供

9、電系統(tǒng)的特點(diǎn),在本次工程中對(duì)PAS的功能做了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,實(shí)際應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、故障分析、故障檢測(cè)、隔離與恢復(fù)等功能模塊。清水變電所在此次工程中進(jìn)行了綜合自動(dòng)化改造,酒泉變電所安裝了集中式RTU,根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的配電功能要求,RTU的基礎(chǔ)單元由配電測(cè)控終端CSF102構(gòu)成,同時(shí)所有保護(hù)信息通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上送主站。智能化一體開關(guān)由開關(guān)本體和智能控制器CSF100構(gòu)成,智能控制器作為核心,主要實(shí)現(xiàn)的功能是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)“三遙”、配電網(wǎng)故障信息采集處理、通信、開關(guān)在線監(jiān)測(cè)等功能。作為配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備,智能化一體開關(guān)能夠迅速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)故障信息并上報(bào)主站,并接受主站命令,執(zhí)行開關(guān)分、合操作,隔離故障和恢復(fù)供電

10、。3.2 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)鐵路供電系統(tǒng)本身沒有任何通信設(shè)施,必須使用鐵路系統(tǒng)的公共通信系統(tǒng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù),由于此通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于鐵路的所用部門,所以受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境制約比較大,有時(shí)可能通信條件不能達(dá)到比較理想的狀況,這時(shí)就必須采取靈活的措施。在本工程中,智能化一體開關(guān)的數(shù)據(jù)必須通過(guò)酒泉變電所上送主站,由于其他設(shè)備的原因,主站與酒泉變電配電所的通信協(xié)議只能采用部頒CDT規(guī)約。為了解決數(shù)據(jù)共同傳送和規(guī)約轉(zhuǎn)換問(wèn)題,在酒泉變電所中設(shè)置了功能強(qiáng)大的通信處理機(jī)CSE200,實(shí)現(xiàn)了上行數(shù)據(jù)的匯總、下行數(shù)據(jù)的分流、以及IEC870-5-101到CDT規(guī)約的雙向轉(zhuǎn)換。這只是在鐵路局部供電系統(tǒng)中遇到的部分通信問(wèn)題,由于鐵路供電系

11、統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)遠(yuǎn)落后于電力系統(tǒng),所以通信系統(tǒng)中關(guān)于供電系統(tǒng)自動(dòng)化部分的建設(shè)也不夠完善,在保證配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能完善的前提下,應(yīng)用于鐵路供電的配電自動(dòng)化系統(tǒng)需要具備完善的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和靈活的配置才能較好的滿足鐵路供電系統(tǒng)的應(yīng)用。3.3 故障試驗(yàn)為了驗(yàn)證整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的功能,本次工程進(jìn)行了完整的故障試驗(yàn),試驗(yàn)方案如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示:當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后,貫通線路保護(hù)速斷動(dòng)作,重合失敗,保護(hù)信息上報(bào)主站,啟動(dòng)故障處理模塊(SRS,主站立即召喚FTU故障信息,根據(jù)故障信息判斷故障發(fā)生于F2與F3之間,立即進(jìn)行故障處理,跳F2、F3,合C1、C4,準(zhǔn)確完成故障處理。整個(gè)過(guò)程在3 min內(nèi)完成,與過(guò)去數(shù)小時(shí)恢復(fù)供電相比,意義不言而喻。圖2 故障隔離恢復(fù)試驗(yàn)4 結(jié)束語(yǔ)鐵路供電