摘要：目前,，在先進(jìn)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(jìn)一步增強(qiáng)了鐵路的管理運(yùn)營效深本文將對鐵路供電系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)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(yùn)輸活動的主體,，而供電工程是保障鐵路穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ),。基于此,，對于鐵路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(diǎn)
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(diǎn)的照明,、空調(diào)維修,、信號、通信,、貨運(yùn)進(jìn)行負(fù)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(diǎn)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(hù)裝置配置也較為簡單,，有益于進(jìn)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(yùn)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(diǎn)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(yùn)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(jìn)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(yùn)行過程中互相獨(dú)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(fù)荷轉(zhuǎn)移到另一母線電源上,，這種運(yùn)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(jìn)一步增強(qiáng)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(jìn)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(hù)數(shù)據(jù)信息,，并對各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)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(jìn)一步推動鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)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(dú)立的運(yùn)行模塊,，一旦某個測控終端模塊在實際運(yùn)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(hù)，避免控制電纜出現(xiàn)二次鋪設(shè)問題進(jìn)而降低鐵路變配電所的運(yùn)營維護(hù)成本,，有助于鐵路技術(shù)人員開展運(yùn)行維護(hù)與故障排查工作,，進(jìn)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(dān)變配電主站,、子站在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所面對的工作壓力，準(zhǔn)確監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)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(qiáng)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(yùn)行穩(wěn)定,、安全，及時檢測電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各類問題,，幫助技術(shù)人員及時排查系統(tǒng)的運(yùn)行故障,，進(jìn)一步增強(qiáng)鐵路變配電系統(tǒng)運(yùn)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(fù)責(zé)對末端數(shù)據(jù)進(jìn)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?fù)浞治?，由主站設(shè)備對故障位置,、故障類型進(jìn)行判斷，用通信系統(tǒng)將控制信號傳送至執(zhí)行機(jī)構(gòu),，將系統(tǒng)的故障區(qū)域準(zhǔn)確實時地#行隔離,，并全程為系統(tǒng)的安全區(qū)域進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)行準(zhǔn)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(yùn)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(hù)裝置與控制測控裝置安裝在鄰近高壓室的控制室內(nèi),，進(jìn)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(hù)、監(jiān)控鐵路10kV變配電所的數(shù)據(jù)信息以及設(shè)備的運(yùn)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(jìn)一步實現(xiàn)集中化,、綜合化的戰(zhàn)略目標(biāo),，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(jī)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(qiáng)的服務(wù),。主站控制中心在系統(tǒng)中主要承擔(dān)信息傳輸功能,，推動系統(tǒng)終端設(shè)備的交流互動，對各運(yùn)行模塊的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)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(yùn)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(yùn)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(jī),，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)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(yuǎn)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(dú)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(kuò)充和友好的人機(jī)界面,，性能價格比*,，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(jī)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(yùn)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(yùn)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(hù)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(rèn)一次報警,。報警一旦確認(rèn)，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(jìn)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(jī)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(yùn)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(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能,，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實施監(jiān)護(hù),，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(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)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(jìn)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(yuǎn)方/站控層的切換,。
第四級控制,，遠(yuǎn)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(hù)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(jìn)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(jī)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(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)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(jìn)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,。控制輸出的接點(diǎn)為無源接點(diǎn),，接點(diǎn)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(hù)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(yùn)行、維護(hù),、管理提供可靠的保障,。
4 系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護(hù)功能 |
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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(luò)運(yùn)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(yùn)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(jìn)行用能分析和能效管理 |
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網(wǎng)關(guān) | 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?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、XML,、JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,、支持標(biāo)準(zhǔn)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(hù) | ARB5-M | 
| 主控單元,，可接20路弧光信號或4個擴(kuò)展單元，配置弧光保護(hù)（8組）,、失靈保護(hù)（4組）,、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； |
ARB5-E | 擴(kuò)展單元,，多可以插接6塊擴(kuò)展插件,，每個擴(kuò)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(guān)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(jìn)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(diǎn)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(hù)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(diǎn)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(yuǎn)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(diǎn)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(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,； |
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(kuò)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(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(jìn)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,； |
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ATE400 | 
| 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 | 
| 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 | 
| 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(diǎn);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(jìn)一步推動系統(tǒng)的自動化、智能化發(fā)展,。
安科瑞侯文莉
