鐵路10 kV配電所綜合自動化改造工程設(shè)計探討

陳鵬，劉富強

（中鐵西安勘察設(shè)計研究院有限責任公司，陜西 西安 710054）

0 前言

鐵路運輸中最重要的行車調(diào)度、列車控制、信息傳輸?shù)认到y(tǒng)的持續(xù)正常運行要依賴于可靠的電力供應(yīng)，配電所是鐵路電力供電系統(tǒng)的主要組成部分，直接影響整個鐵路電力供電系統(tǒng)的安全運行，也是鐵路運輸組織中的重要技術(shù)裝備。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，變電綜合自動化系統(tǒng)在鐵路新建的變配電所得到了廣泛的應(yīng)用，對既有鐵路10 kV配電所的改造擴建項目也越來越多。對既有配電所改造必須結(jié)合既有情況考慮設(shè)備選型及配置，在保證技術(shù)先進性的同時盡量兼顧經(jīng)濟性，所以對既有鐵路10 kV配電所綜合自動化改造工程設(shè)計中存在的問題進行探討是十分必要的。

1 鐵路10kV配電所改造的設(shè)計思路

既有鐵路10kV配電所保護裝置和自動裝置多為電磁型或晶體管型，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性、可靠性不高，大多數(shù)不具備調(diào)壓手段，對于諧波污染造成的危害，不能采取有力的解決措施，且缺乏科學的電能質(zhì)量考核辦法，供電質(zhì)量缺乏科學的保證，給平時的運行和維護帶來很大不便?，F(xiàn)在微機型保護裝置以其精度高、靈活性好、可靠性強、調(diào)試和維護方便以及易于實現(xiàn)綜合自動化等特點，逐漸取代了電磁型、晶體管型保護裝置，在鐵路10kV配電所電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

鐵路10kV配電所綜合自動化，就是廣泛采用微機保護和微機遠動技術(shù)，分別采集配電所的模擬量、脈沖量、開關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號，經(jīng)過功能的重新組合，按照預(yù)定的程序和要求實現(xiàn)配電所監(jiān)視、測量、協(xié)調(diào)和控制自動化的集合體和全過程，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源共享，提高配電所綜合自動化的整體效益。

它由當?shù)乇O(jiān)控微機、智能通信控制器、微機保護模塊、電子測量表計組成。監(jiān)控微機在后臺工作，智能通信控制器通過屏蔽雙絞線與保護模塊相連。目前鐵路配電所皆為有人值守，但是會預(yù)留遠動接口，遠期可實現(xiàn)無人值守功能。

2 綜合自動化改造設(shè)計常見問題及解決建議

2.1 微機保護裝置過壓問題

引起10kV 配電所微機保護裝置過壓問題最主要的原因是雷電，它入侵配電所的途徑主要有：通過10kV母線入侵；由通訊傳輸線路入侵以及從配電所直流電源入侵。解決10kV配電所微機保護裝置過壓問題的措施有：電源線路防雷；加裝浪涌保護器；系統(tǒng)接地；通信線路防雷等。

2.2 保護裝置的集中布置和分散布置

集中保護，是指將高壓室高壓開關(guān)柜需進行保護的單位設(shè)在控制室控保屏上集中保護；分散保護，是指將高壓室高壓開關(guān)柜需進行保護的單位設(shè)在高壓開關(guān)柜上就地保護，僅將各種數(shù)據(jù)傳輸至控制室。集中保護的不足有：系統(tǒng)信息過于集中處理，如果中央控制計算機故障，整個二次系統(tǒng)就癱瘓；需要敷設(shè)大量電纜，耗資和工程量大；系統(tǒng)內(nèi)信號采集后以模擬量傳輸為主，精度低、易受干擾；集中式裝置系統(tǒng)調(diào)試麻煩，維護工作量大；擴容靈敏性差且信息傳輸速度低等。

隨著自動化、電氣化技術(shù)在鐵路中的不斷發(fā)展，配電所綜合自動化系統(tǒng)要能根據(jù)鐵路配電運行的特點實現(xiàn)其無人值班高可靠性，要求配置更加靈活、自動化程度更高、網(wǎng)絡(luò)功能更強，保護裝置分散式布置能較好地解決上述集中保護的問題，并且符合設(shè)計規(guī)范的要求?！惰F路電力設(shè)計規(guī)范》第5.4.2條“10 kV變電所、10 kV配電所、35 kV及以上變電所控制保護設(shè)備可采用就地分散布置?！彪m然在條文說明里解釋：傳統(tǒng)的控制保護設(shè)備由于受高壓開關(guān)設(shè)備震動影響，一般不設(shè)在高壓柜上，但是隨著高壓電器技術(shù)的發(fā)展，高壓開關(guān)一般都采用了真空斷路器等無油化設(shè)備，分合閘不會造成控制保護設(shè)備的誤動，因此可采用就地分散布置在高壓開關(guān)柜上，以減少占地面積并且控制電纜的用量。

2.3 組網(wǎng)方式選擇

綜合自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)目前主要應(yīng)用的有485總線網(wǎng)、現(xiàn)場總線網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)3種。485總線在現(xiàn)場設(shè)備間距離遠、信息量小、可靠程度相對較低的場合應(yīng)用廣泛；現(xiàn)場總線傳輸速率較高，通信連接可靠，但是現(xiàn)場總線存在多種標準，阻礙了其發(fā)展。隨著嵌入式以太網(wǎng)微處理器的發(fā)展，以太網(wǎng)已十分便利地應(yīng)用于配電所綜合自動化系統(tǒng)，以太網(wǎng)技術(shù)成為綜合自動化系統(tǒng)組網(wǎng)的主流趨勢，它具有高可靠、高速率的傳輸特性，而規(guī)范的標準化及開放性使其優(yōu)勢更加明顯，大數(shù)據(jù)量傳輸無任何瓶頸，因此建議在設(shè)計中采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行組網(wǎng)。

2.4 安裝備用電源自動投入裝置

現(xiàn)在鐵路10 kV配電所均采用雙電源供電（一用一備），安裝備用電源自動投入裝置（APD）在工作主電源線路突然斷電時，利用失壓保護裝置使該線路的斷路器跳閘，而備用電源線路的斷路器則在APD的作用下迅速合閘，使備用電源投入運行。從而大大提高供電的可靠性；提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性；減少因停電而造成的經(jīng)濟損失。

2.5 保護控制設(shè)備分散布置的高壓室增設(shè)消防系統(tǒng)

將微機保護設(shè)備分散安裝在高壓開關(guān)柜上，布置于高壓室，為防范安全隱患，應(yīng)在高壓室設(shè)置消防系統(tǒng)。在《鐵路電力設(shè)計規(guī)范》第5.5.10中要求“變配電所的火災(zāi)報警及滅火裝置應(yīng)滿足現(xiàn)行消防規(guī)范”。結(jié)合工程實際，認為應(yīng)該在保護控制設(shè)備分散布置的高壓室設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、布置相應(yīng)感溫感煙探測器，以便在出現(xiàn)狀況時能夠報警并采取一定措施。

2.6 防雷接地保護

雷電帶來的危害很大，雷電所產(chǎn)生的熱效應(yīng)足可以摧毀各種設(shè)備和線路，釀成重大事故。因此，要通過正確的防雷措施避免和減少事故的發(fā)生。主要的防雷措施有：避雷針、避雷器、防雷保護等。要避免變配電所的建筑物遭到雷擊，一般情況下可采取避雷針進行預(yù)防，如果變配電所的地理位置處于附近高大建筑物避雷針的安全保護范圍內(nèi)，就不必考慮再裝設(shè)避雷針。10 kV變配電所并不需要太復(fù)雜的防雷裝置，只要在線路上裝設(shè)避雷器就可以避免雷電波入侵變電所。

3 結(jié)語

鐵路10 kV配電所對鐵路安全、正點運營起著重要作用，隨著自動化、電氣化水平的不斷發(fā)展，以前采用常規(guī)保護的鐵路配電所，已遠遠不能滿足現(xiàn)代化鐵路控制的需求，加之國家對基礎(chǔ)建設(shè)和改造的投資不斷加大，對鐵路10 kV配電所的改造項目也日趨增多，自動化系統(tǒng)取代常規(guī)保護也是未來發(fā)展的趨勢。將新技術(shù)合適的運用于改造工程，既能保證配電所技術(shù)先進性，又能合理利用既有資源，節(jié)約成本的設(shè)計成為我們設(shè)計者重點關(guān)注之所在。

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