２０１２年５月 内蒙古科技与经济 Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｍａｙ ２０１２ 第１０期总第２６０期 Ｎｏ．１０ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２６０ 大准铁路牵引供电、贯通电力供电综合远动系统 构想研究与实践 张继雄 （北京交通大学交通运输学院，北京 １０００４４） 摘 要：提出了对大准电气化铁路牵引供电及用于生产生活用电的贯通电力实施统一综合远动系 统的构想研究，在大准铁路全面实施并发挥了巨大的作用。 关键词：电力供电；牵引供电；远动系统；构想；实施 中图分类号：Ｕ２２３．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ＯＯ７—６９２１（２０１２）１Ｏ—Ｏ０９１一Ｏ３ 电气化铁路牵引供电设备的检修需要停电并 将所检修区间封锁（俗称“天窗作业”），“天窗作业” ２５６个以上被控站，并可根据实际需求进行配置。预 留接准铁路二线工程远动、南坪支线工程、巴准 会对运输造成影响，所以提高天窗的利用率就是创 造生产价值。“天窗作业”的停电、送电过程以往人－Ｆ 发令停送电时间较长，采用远动系统可以实现整条 线路所需停、送电程序集中控制，这样就极大地缩短 了停送电操作时间，提高了生产效率。在实现遥控操 作的同时可以通过遥测和遥视功能对变配电所设备 进行实时监控。本构想要实现牵引变电所、开闭的远 动同时将大准线与铁路并行架设的两条１０ＫＶ贯通 线和准池铁路工程远动系统容量。 系统整体结构框图见图１。 电力线路也纳入远动系统及远期复线分区厅扩容预 留的现场实际情况来编写的。在编写过程中，借鉴了 很多具有类似条件的技术方案，对相关技术条件给 出了详细介绍。利用大准线现有数字通信２Ｍ通道 或ＩＰ网络通道进行电力远动数据的传输编制。 目的：近期可以实现变电所、配电所实现遥控、 遥测、遥信及视频监控功能；电力贯通线的自动分段 控制功能，实现电力贯通自动分段缩短故障停电时 间（５分钟内切除故障恢复供电）；待变电所综合自 动化改造、及断路器隔离开关改造完成后实现无人 职守功能；配电所经高压开关柜更新后实现无人职 守功能。大准铁路电力及牵引供电基本情况：大准 图１供电牵引、电力运动系统结构 铁路单线电气化铁路，正线全长２６４ｋｍ，牵引供电方 式为直供加回流，共设牵引变电所６座。２０１３年拟建 成复线１５Ｏ公里。电力贯通线２条，一贯通与接触网 同杆合架，二贯通与接触网分架，设配电所７座均改 造为综合自动化可与远动系统方便的连接。一二贯 通线各站设自动分断开关４２台需要实现远动自动 分断功能，３０个站信号电源室需设置信号电源监控 装置。大准线现有数字通信２Ｍ通道或ＩＰ网络通道 可进行远动数据的传输。 远动系统近期可以接入大准铁路所辖７个变电 所、７个配电所、７座分区厅，３Ｏ个车站的信号电源 监控装置（ＳＴＵ），４２个故障自动分段负荷开关监控 图２调度中心系统构成 主站系统除了采用双以太网交换堆叠技术外， 还采用Ｉｎｔｅｌ公司先进的双网卡绑定技术，网络上每 装置（ＦＴＵ）的电力远动。系统最大总设计容量为 收稿日期：２０１２一Ｏ４—２Ｏ 作者简介：张继雄（１９６７一），男，内蒙古鄂尔多斯人，大准铁路供电段副段长，北京交通大学交通运输学院在读工程硕士 研究生。 ・９１・ 总第２６０期 个节点绑定成一个１Ｐ地址，这样系统正常运行时负 载均衡分配，网络带宽增加１倍；故障时相互备用， 提高网络的可靠性。前置系统单独设置数采子网，与 后台主网分开，既可以减少主网的网络流量，提高网 络传输效率，又能提高系统的可靠性。 图３视频监控系统组成 变、配电所的控制室、高压室、电容室等处设火 灾、烟感报警探头（增加各处的防火报警）。调度中心 应将服务器、工作站、通信系统分开布置，也可以将 服务器与通信系统安排在一个单独的房间内。地面 防地砖静电下作为电缆专用管道，以便铺设电源线、 网络线、信号线等；活动地砖沿墙边铺设，电源线、网 络线、信号线应分别穿套管。 １ 通讯系统 １．１车站构建工业以太网 以车站为中心的信号电源监控、高压开关分段 监控和变／配电所建立光自愈环网工业以太网络。着 力于建立一套以同步光传输系统为基础传输平台， 以ＩＰ网络协议为数据交换交换平台的电力远动综 合业务网络。 １．２ 网络拓扑结构 １．２．１第一环网 系统采用大准６２２Ｍ同步光传输系统作为骨干 传输网，自大准铁路公司办公大楼至下行各车站及 上行各车站，各站之间申请２Ｍ数字通道（Ｅ１通道） 相连。上行末端车站与下行末端车站之间申请２Ｍ 数字通道（Ｅ１通道）相连。站内设置路由器，实现各 分段数字通道的连通和协议转换。 １．２．２迂回网络 沿上述第一环网每隔４～５个车站申请该车站 至大准铁路公司办公大楼的２Ｍ数字通道（Ｅ１通 道）相连，作为第一环网的迂回网络。当第一环网某 段发生故障或者网络流量较大发生堵塞时，该迂回 网络可保证数据沿迂回网络传输至大准铁路调度中 心。作为迂回网络的车站将设置性能较强的路由器 调度中心至通讯站如果距离较远，需要铺设光 缆，并设置ＰＤＨ光通讯设备，从而将与上下行车站 连接的２Ｍ数字通道和作为迂回通道的车站的２Ｍ 数字通道，一起通过准同步光通讯系统（设备价格较 低）传送至调度中心。 ２远动系统功能 方案除了具有基本的远动功能（又称ＳＣＡＤＡ 功能）：信号电源监控，配电所监控和管理，线路自动 化，牵引线路监控功能，安全视频图像监控系统功 能，与其他系统（如ＭＩＳ系统）的数据接口等功能 ＃１－，还具有很多高级功能。 ・９２・ 内蒙古科技与经济 ２．１ 遥控／遥调功能 系统可远方遥控断路器和开关的分合、调压器 的有载调压及无功补偿电容器的投切等；遥控既可 以单点遥控，也可以按照预先设定的程序进行成批 遥控；具有口令保护、遥控返校以及遥控闭锁等一系 列完备的防误操作措施，遥控闭锁条件可以人工设 置；操作完成后自动记录操作员姓名、操作时间等信 息，供事后查询。 ２．２ 遥信 遥信采集信号包括系统运行正常状态信号和故 障状态信号，具体有：断路器位置、事故跳闸总信号、 预告信号（过流、速断、各自投、重合闸、失压、过压、 零序电流、后加速、过负荷、瓦斯等事故信号）、刀闸 位置、有载调压变压器抽头位置、主保护自动装置动 作信号、设备运行状态信号、下行通道故障信号、装 置主电源停电信号、时问顺序记录等。 ２．３遥测 模拟量包括配电所、开关站、以及信号电源的电 压、电流、零序电压（ＹＦ口三角形电压）、零序电流，另 外还包括故障录波数据、故障报告等。 ２．４其他功能 脉冲量、数据处理、报警功能、事件顺序记录 （ｓｏＥ）、画面编辑和显示、实时画面抓拍（ｓｎａｐ）功 能、时钟同步、数据管理系统、系统参数管理、报表管 理、打印功能、趋势曲线、设备信息提示功能、口令系 统功能、可靠性设计、远程维护、配电所监控与管理、 ＷＥＢ服务（复视功能）、大屏幕系统、事故追忆功能、 事故预案、牵引监控。 ２．５ 线路自动分段自动化原理及功能 ２．５．１线路自动化工作原理 主站系统线路自动化功能主要由软件模块实 现。系统工作原理如图４所示，完成以下具体功能。 ■ 图４组成的线路自动化系统原理 ２．５．１．１基本远动功能。包括车站开关的遥信、遥 测和遥控。 ２．５．１．２线路故障检测功能。包括相间短路故障、 小电流接地故障和高压断相故障的检测和识别。 ２．５．１．３快速恢复供电。能够在跟踪铁路电力故 障处理过程的前提下，完成故障自动定位、故障点的 隔离以及非故障线段的快速恢复供电。故障处理过 程既可以自动执行也允许人工干预。 ２．５．１．４提供完整的故障处理报告。在故障处理 完毕以后，系统将故障数据、故障处理过程和处理结 果等信息自动生成故障处理报告，保存至数据库，供 事后查询、打印作故障分析之用。 ２．５．２相间短路故障 张继雄・大准铁路牵引供电、贯通电力供电综合远动系统构想研究与实践 ２．５．２．１ 检测原理。相间短路故障发生时，短路电 流非常大，特征明显，容易检测。相间短路故障一般 ２０１２年第１Ｏ期 控制，通过与调度中心通讯，实现遥测、遥信、遥控， 完成故障的监测与隔离。信号电源监控装置原理如 采用过电流检测原理，即判断线路电流是否超过整 定值来检测故障。 ２．５．２．２ 实现相间短路故障提供三种自动化实现 方案：①人工方式：故障发生时，由装置检测到故障 并上报主站，主站系统完成故障自动定位功能，并给 出提示信息和故障处理报告，供调度员作进一步处 理。②半自动方式：故障发生时，由装置检测到故障 并上报主站，主站系统首先完成故障自动定位功能， 在确认线路失电的情况下，自动下发遥控命令断开 故障线段两侧的负荷开关，隔离故障点，并给出提示 信息和故障处理报告，供调度员作进一步处理。③ 全自动方式：故障发生时，由装置检测到故障并上报 主站，主站系统首先完成故障自动定位功能，在确认 线路失电的情况下，自动遥控断开故障线段两侧的 负荷开关，隔离故障点，最后，自动下发遥控命令闭 合两侧配电所出线开关，恢复非故障线段的供电，并 给出提示信息和故障处理报告，供调度员作进一步 分析。 ２．５．２．３适用范围。适用于备投一重合、重合一备 投、单备投、单重合等各种线路运行模式。 ２．５．３小电流接地故障 对于１ＯｋＶ线路，一般采用中性点不接地、经消 弧线圈或大电阻接地运行方式。当发生单相接地故 障时，对于中性点不接地或大电阻接地系统稳态零 序电流值（３ＩＯ）非常小；对于经消弧线圈接地的系 统，通常采用过补偿方式运行零序电流稳态值甚至 小于正常运行时的３１０值。再加上有时故障零序电 流信号极不稳定，给故障监测和定位带来许多困难。 发生单相接地故障时，系统由故障前的稳态变 化到故障后的稳态有一个过渡过程，又叫暂态过程。 在暂态过程中，故障相电压突然降低引起分布电容 对地放电，称为放电暂态；非故障相电压突然升高使 分布电容充电，称为充电暂态。由于放电电流只需经 过母线构成回路，而充电回路必须经过电源（变压 器），因此放电过程比充电过程频率高、衰减快。 单相接地故障时所产生的零序电流暂态信号特 征比较明显，幅值一般为稳态值的几倍到十几倍，频 率在４００Ｈｚ￣１５Ｏ０Ｈｚ范围内，而且故障点两侧的暂 态零序电流方向相反。当发生单相接地故障时，利用 故障时特征比较明显的暂态零序电流信号来检测小 电流接地故障，是一种比较有前途的方法；对于中性 点经消弧线圈接地的运行方式，因为消弧线圈一般 工作在工频范围（５０Ｈｚ～３００Ｈｚ）内，不会对高频的 暂态信号产生影响。因此，这种方法也适用于经消弧 线圈接地的运行方式。 ３车站信号电源监控装置／分段装置 ｔ 车站监控装置（ＳＴＵ／ＦＴｕ）采用，装置通过了 铁道部接触网零部件的入网检测，各项技术指标及 性能均符合本次招标文件的技术要求。它既可以分 散安装，也可以集中安装于箱式变、环网柜等一次设 备内部，满足用户不同的需求。 信号电源监控装置（ＳＴＵ／ＦＴＵ），该装置具有 数据采集和控制（ＳＣＡＤＡ）、电流电压越限报警、故 障录波、故障信息上报等多种功能。它主要完成高压 贯通／自闭（１ＯＫＶ）线路以及两路低压电源的监视与 图５所示。 ２２０ＶＩ ２２０Ｖ！ｌ 图５电气原理 ４变／配电所安全视频图像监控系统 变／配电所视频监控系统采用主控中心和站端 系统（配电所）的二级网络结构方式。主控中心主要 包括监控管理服务器、视频工作站、录像资料存储设 备以及视频监控管理系统应用软件。监控前端部分 包括摄像机及配件以及其他附件组成。监控系统在 站端装备视频网络适配器，完成对视频信号的数字 化及编码压缩处理，将其和报警等数据信息一起打 包成ＩＰ数据包在ＩＰ网络上传输。 在通信方式上视频共用通道，使主控中心能够 接收各站端网络上传的视频、报警信息，在操作开关 等设备时，能无缝链接显示相应设备的摄录图像以 了解和确定设备的操作情况，通过监控系统软件进 行远程实时监控，并且通过ｗＥＢ方式能够浏览调看 图像监控系统各摄像头的图像。 ５ 系统在大准铁路运行实践中发挥的作用 ５．１远动工程进度情况 变电所配电所２００９年安装完成，并成功投入试 运行。经过一段时间的设备完善，人员熟悉操作设备 于２０１０年５月变配电所正式投入运行。从２０１０年至 ２０１１年，遥控正确执行率达到９８％。 ５．２遥控失败原因分析 初期变电所人员对设备操作不熟悉变配电值班 人员不能及时配合操作；大准铁路变配电一次设备 经过多年的运行动作可靠性低（经常有拒动情况发 生，大准正在更新改造落后不可靠的一次设备，无法 与朔黄铁路绝大多数一次设备为进口相比）；通讯通 道、综合自动化的偶尔的故障也能影响遥控正确执 行。总之大准铁路远动主系统的运行是成功的，并且 达到的预期的目的，需要进一步完善改造一次设备 提高设备动作的可靠性。 ５．３远动投入运行后发挥的作用 缩短了停送电的非作业时间（约由原来的 ２０ｒａｉｎ缩短到１４ｍｉｎ），增加了天窗作业时间（每个工 区增加约６ｍｉｎ的作业时间），在紧张的天窗时间内 提高了时间利用率；省去了变配电所值班员的操作 程序，减少了人员２１２作量，杜绝了停送电过程中人的 的不安全因素、不安全行为；通过遥信、遥测量，远动 主站及时全面掌握设备的运行状态，尤其在事故情 况下为调度员判明故障提供可靠的数据。在自动分 断功能实现后将使贯通线故障查找时间由原来的平 均２ｈ缩短到１０ｒａｉｎ以内。 ・９３・
