龔永波
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：目前，在先進技術(shù)手段的推動下，國內(nèi)鐵路10kV變配電系統(tǒng)的自動化程度逐漸提升，進一步增強了鐵路的管理運營效深本文將對鐵路供電系統(tǒng)的特點進行分析，并探究鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應用。
關鍵詞：變配電所;分布控制;集中控制
0 引言
鐵路是我國重要的基礎設施，是國內(nèi)各地區(qū)開展交通運輸活動的主體，而供電工程是保障鐵路穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的基礎�；诖耍瑢τ阼F路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應用的探究有著重要意義。
1 鐵路供電系統(tǒng)特點
1.1電壓等級不高
鐵路的電力系統(tǒng)的主要職責在于為鐵路站點的照明、空調(diào)維修、信號、通信、貨運進行負荷供電。通常會從地方電網(wǎng)系統(tǒng)中引入10kV電源并設置變配電所，并為各站點的低壓變電所供給電源�，F(xiàn)階段，鐵路的電力系統(tǒng)主要以10kV電壓為主，電壓等級相對較低，保護裝置配置也較為簡單，有益于進一步實現(xiàn)鐵路10kV變配電所的智能化、自動化，有助于提升鐵路電力系統(tǒng)的運營效率、建設效率以及管理效率。
1.2 接線方式較為簡單
鐵路電力系統(tǒng)的顯著特點在于接線方式較為簡單，由于系統(tǒng)的斷路器主要采取分段運行模式，從地方電網(wǎng)系統(tǒng)中引入10kV電源，并分別給配電所內(nèi)兩條母線進行供電，將母聯(lián)開關設置在兩條母線間。通常情況下，鐵路供電系統(tǒng)兩條母線在運行過程中互相獨立，若一條母線電源出現(xiàn)停電，通過母聯(lián)開關控制斷路器合閘，將變電所的全部負荷轉(zhuǎn)移到另一母線電源上，這種運行方式在電力系統(tǒng)中常見。這種較為簡單的接線方式也使得鐵路變配電所具有更為穩(wěn)定、可靠的線路布置，通常每隔50km設置配電所，使用10kV貫通線連接兩座相鄰的配電所，使用探索供電模式進一步增強供電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。這種結(jié)構(gòu)單一、接線簡單的配電所并無明顯的功能差異，有助于進一步推動變配電所的智能化、自動化發(fā)展。
2 鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應用
2.1 分控制方式
作為鐵路10kV變配電所應用自動化控制系統(tǒng)的主要技術(shù)分布控制借助終端測控自動化控制斷路器，收集數(shù)據(jù)信息，保護數(shù)據(jù)信息，并對各類數(shù)據(jù)信息進行控制。通常情況下，技術(shù)人員主要采取直接安裝的方式，將測控終端安裝在高壓柜上，接入光纖或電纜，傳遞控制信息，采集信息，降低電磁干擾對信息傳遞的影響，進一步推動鐵路電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的自動化。在鐵路自動化變配電系統(tǒng)中，各測控終端均屬于獨立的運行模塊，一旦某個測控終端模塊在實際運行過程中出現(xiàn)故障，很難影響系統(tǒng)中的其余模塊。此外，自動化系統(tǒng)借助分布控制連接高壓柜與控制后臺，使用光纜實現(xiàn)就地保護，避免控制電纜出現(xiàn)二次鋪設問題進而降低鐵路變配電所的運營維護成本，有助于鐵路技術(shù)人員開展運行維護與故障排查工作，進一步推動鐵路變配電系統(tǒng)的自動化。
測控終端自動化技術(shù)應用于鐵路10kV變配電所系統(tǒng)中能夠產(chǎn)生顯著優(yōu)勢，有效分擔變配電主站、子站在高速運轉(zhuǎn)過程中所面對的工作壓力，準確監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的各類故障及時開展故障隔離作業(yè)。同時，測控終端具有較強的天氣適應能力，能夠在惡劣的天氣環(huán)境下，保障鐵路電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定、安全，及時檢測電力系統(tǒng)運行中的各類問題，幫助技術(shù)人員及時排查系統(tǒng)的運行故障，進一步增強鐵路變配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性、可靠性。
2.2 集中控制方式
集中控制作為相對有效的鐵路10kV配電系統(tǒng)自動化控制方式，主要借助通信系統(tǒng)、終端設備、主站設備實現(xiàn)自動化控制終端設備主要負責對末端數(shù)據(jù)進行收集，由通信系統(tǒng)將采集到的末端數(shù)據(jù)信息傳遞到集中控制模式的主站設備，借助網(wǎng)絡拓撲分析，由主站設備對故障位置、故障類型進行判斷，用通信系統(tǒng)將控制信號傳送至執(zhí)行機構(gòu)，將系統(tǒng)的故障區(qū)域準確實時地#行隔離，并全程為系統(tǒng)的安全區(qū)域進行供電。集中控制對于系統(tǒng)的主站控制功能存在一定要求，需要系統(tǒng)的主站可以準確、快速、實時地分析判斷終端設備，傳遞各類數(shù)據(jù)信息，發(fā)出相應控制指令，并對故障進行準確快速地解除處理”。為確保鐵路10kV變配電站系統(tǒng)的主站控制設備能夠穩(wěn)定、正常地運營，需要將終端設備收集到的各類數(shù)據(jù)信息傳遞到電力系統(tǒng)的各應用模塊，為后續(xù)的故障判斷工作提供有力的數(shù)據(jù)支持。
鐵路10kV變配電所在應用集中控制方式時，主要將保護裝置與控制測控裝置安裝在鄰近高壓室的控制室內(nèi)，進而實現(xiàn)集中組屏。這種安裝方法不僅能夠有效采集模擬量、開關量，還可以實時保護、監(jiān)控鐵路10kV變配電所的數(shù)據(jù)信息以及設備的運行情況。在使用集中控制模式時，尤其要注意主站設備控制屏以及開關柜的二次電纜連接作業(yè)，若二次電纜連接使用較多電纜很有可能引發(fā)接線錯誤。相比于分布控制模式，集中控制模式在一定程度上增加了投資額與施工難度，但集中控制模式也有助于鐵路10kV自動化變配電系統(tǒng)進一步實現(xiàn)集中化、綜合化的戰(zhàn)略目標，有益于推動自動化變配電所的智能化發(fā)展。
2.3 通信傳輸系統(tǒng)
若鐵路10kV變配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要依靠通信傳輸系統(tǒng)將故障信息傳遞至主站設備中，并由主站設備將相應的控制指令傳遞到執(zhí)行機構(gòu)。基于此，系統(tǒng)的通信傳輸系統(tǒng)有著至關重要的作用，鐵路10kV自動化變配電系統(tǒng)需要具備密碼管理以及智能模擬功能，確保為鐵路單位提供針對性更強的服務。主站控制中心在系統(tǒng)中主要承擔信息傳輸功能，推動系統(tǒng)終端設備的交流互動，對各運行模塊的數(shù)據(jù)信息進行準確判斷、分析。為充分發(fā)揮上述功能，系統(tǒng)需要提高通信傳輸系統(tǒng)的配置。現(xiàn)階段，大部分鐵路10kV的通信傳輸系統(tǒng)難以滿足自動化變配電所的通信需求，如果系統(tǒng)在實際運行中出現(xiàn)各類問題，很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效通信。因此，相關技術(shù)部門在設計通信傳輸系統(tǒng)時，應著重提升通信傳輸系統(tǒng)的靈活性，滿足鐵路10kV變配電系統(tǒng)的實際運行需求。
3 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)
3.1方案綜述
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設備包括監(jiān)控主機，提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比優(yōu)越，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡采用單網(wǎng)雙機熱備配置。
3.2應用場所
適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.4系統(tǒng)功能
3.4.1 實時監(jiān)測
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。
3.4.2 報警處理
監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1）事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。
事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。
次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。
2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設置四種規(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。
3）開關事故跳閘到次數(shù)或開關拉閘到次數(shù)，推出報警信息，提示用戶檢修。
4）報警方式。
報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
3.4.3 調(diào)節(jié)與控制
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，避免誤操作。
操作控制分為四級：
第控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先的控制權(quán)。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(xiàn)場操作。
級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。
第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。
第四級控制，遠方控制，優(yōu)先。
原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。
納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構(gòu)的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。
3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。
4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出�？刂戚敵龅慕狱c為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。
3.4.4 用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)設置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
4 系統(tǒng)硬件配置
|
應用場合 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
|
|
35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) |
Acrel- 1000 |
|
可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡運行，實現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設備進行用能分析和能效管理 |
|
|
網(wǎng)關 |
ANet- 2E8S1 |
|
8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳，支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持標準8GB SD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個設備的多個報警設置。輸入電源：AC/DC 220V，導軌式安裝。 |
|
|
35kV/10kV/6kV 弧光保護 |
ARB5-M |
|
主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； |
|
|
ARB5-E |
擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： |
|||
|
ARB5-S |
|
弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜�；」馓筋^的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； |
||
|
35kV/10kV/6kV 進線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 |
APView500 |
|
相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
|
|
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 |
ASD500 |
|
5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
|
|
35kV/10kV/ 6kV傳感器 |
ATE400 |
|
合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
|
|
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 |
APM830 |
|
三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； |
|
|
變壓器繞組 溫度檢測 |
ARTM-8 |
|
8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
|
|
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 |
ARTM-Pn-E |
|
無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； |
|
|
ATE400 |
|
合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
||
|
柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 |
AHE100 |
|
無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
|
|
ATC600 |
|
兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報警出口。 |
||
5 結(jié)語
綜上所述，國內(nèi)鐵路的電力系統(tǒng)具有電壓等級較低主接線簡單，供電連續(xù)性、供電穩(wěn)定程度、供電安全程度的要求較高的特點;因此，在鐵路10kV自動化變配電所的應用過程中采取分布控制或集中控制的模式有助于進一步推動系統(tǒng)的自動化、智能化發(fā)展。
參考文獻
[1]梁碩峰.淺談鐵路10KV變配電所自動化系統(tǒng)的應用及施工[J].建筑工程技術(shù)與設計，2019,(34): 3165.
[2]高鵬.探索鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應用.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版．
作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com手機：18702101301 QQ:2881392115
