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(yīng)用。
關(guān)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(chǔ)設(shè)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(chǔ)�；诖耍瑢τ阼F路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應(yīng)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(zé)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(shè)置變配電所，并為各站點的低壓變電所供給電源。現(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(shè)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(guān)設(shè)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(guān)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(shè)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(yīng)用
2.1 分控制方式
作為鐵路10kV變配電所應(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)備、主站設(shè)備實現(xiàn)自動化控制終端設(shè)備主要負責(zé)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(shè)備，借助網(wǎng)絡(luò)拓撲分析，由主站設(shè)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(shè)備，傳遞各類數(shù)據(jù)信息，發(fā)出相應(yīng)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(shè)備能夠穩(wěn)定、正常地運營，需要將終端設(shè)備收集到的各類數(shù)據(jù)信息傳遞到電力系統(tǒng)的各應(yīng)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(yīng)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(guān)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(shè)備的運行情況。在使用集中控制模式時，尤其要注意主站設(shè)備控制屏以及開關(guān)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(shè)備中，并由主站設(shè)備將相應(yīng)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(guān)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(wù)。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(shè)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�，F(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(guān)技術(shù)部門在設(shè)計通信傳輸系統(tǒng)時，應(yīng)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(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設(shè)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(shè)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(luò)失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況，設(shè)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(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機熱備配置。
3.2應(yīng)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(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)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(yù)告報警包括一般設(shè)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(shè)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(shè)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(yù)告報警和事故報警。
3）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)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(shè)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(shè)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(shè)備的遠方/就地切換開關(guān)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(shè)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(shè)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(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復(fù)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(shè)備進行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)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(shè)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
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應(yīng)用場合 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
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35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) |
Acrel- 1000 |
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可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shè)備進行用能分析和能效管理 |
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網(wǎng)關(guān) |
ANet- 2E8S1 |
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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(shè)備的多個報警設(shè)置。輸入電源：AC/DC 220V，導(dǎo)軌式安裝。 |
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35kV/10kV/6kV 弧光保護 |
ARB5-M |
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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； |
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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： |
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ARB5-S |
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弧光探頭，可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； |
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35kV/10kV/6kV 進線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 |
APView500 |
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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。 |
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35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 |
ASD500 |
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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(yù)分預(yù)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(yīng)、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； |
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35kV/10kV/ 6kV傳感器 |
ATE400 |
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合金片固定，CT感應(yīng)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； |
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35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 |
APM830 |
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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； |
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變壓器繞組 溫度檢測 |
ARTM-8 |
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8路溫度巡檢，預(yù)埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
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變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 |
ARTM-Pn-E |
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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； |
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ATE400 |
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合金片固定，CT感應(yīng)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； |
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柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 |
AHE100 |
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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） |
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ATC600 |
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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。 |
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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(yīng)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(yīng)用及施工[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2019,(34): 3165.
[2]高鵬.探索鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應(yīng)用.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)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
