劉天奇　盧茜

【摘? 要】廣域保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)將保護(hù)控制功能分為就地層、站域?qū)印V域?qū)?，是在?shù)字化變電站技術(shù)的基礎(chǔ)上、利用數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)，是變電所自動(dòng)化技術(shù)和數(shù)字化變電站技術(shù)的進(jìn)一步提升。介紹廣域保護(hù)的具體功能，同時(shí)論述廣域保護(hù)系統(tǒng)在鐵路供電系統(tǒng)中起到的作用及對(duì)供電系統(tǒng)的保護(hù)作用。同時(shí)論述廣域保護(hù)的可推廣性及發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】廣域保護(hù);數(shù)字化;信息;智能

引言

京沈高鐵綜合試驗(yàn)段從阜新北到黑山北區(qū)間的變電所亭采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，共設(shè)置阜新北牽引變電所，新邱AT所，申德?tīng)I(yíng)子分區(qū)所，下石土AT所，黑山北牽引變電所共5個(gè)所亭。

數(shù)字化變電站相比現(xiàn)有綜自系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字化變電站的主要特點(diǎn)是“一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”，為提高鐵路牽引供電系統(tǒng)的技術(shù)水平，數(shù)字化牽引變電所的建設(shè)必不可少。

1? 與傳統(tǒng)變電所的區(qū)別

對(duì)于傳統(tǒng)變電所一次設(shè)備通過(guò)電纜與二次設(shè)備連接，數(shù)字化變電站對(duì)過(guò)程層的改變有兩種方式，一種方式是采用智能一次設(shè)備;另一種方式是對(duì)傳統(tǒng)一次設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造，使其具有數(shù)字化接口。從物理形態(tài)和邏輯功能上智能一次設(shè)備可理解為“一次設(shè)備本體+智能組件（合并單元）”?，F(xiàn)階段智能組件基本上作為一次設(shè)備的智能化接口，與一次設(shè)備本體間采用傳統(tǒng)電纜連接，與保護(hù)、測(cè)量、控制等二次設(shè)備間采用光纜連接交換信息。如下圖：

一次設(shè)備智能化以后，由于和二次設(shè)備鏈接采用光纖鏈接，帶來(lái)了諸多優(yōu)點(diǎn)：

可保證采樣數(shù)據(jù)的唯一性，方便實(shí)現(xiàn)信息共享。通過(guò)就地?cái)?shù)字化采集，電壓、電流的瞬時(shí)值數(shù)據(jù)僅由合并單元輸出，不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，同時(shí)在源頭上保證了數(shù)據(jù)的唯一性，當(dāng)有多個(gè)保護(hù)或者測(cè)控裝置需要相同的模擬量，不再需要像傳統(tǒng)綜自需要多個(gè)采樣線圈單獨(dú)接線，或者由于線圈數(shù)量的限制，需要串接電流來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣（這樣會(huì)帶來(lái)安全隱患），由于數(shù)據(jù)共享方便，相對(duì)于傳統(tǒng)綜自，數(shù)字化變電所更容易實(shí)現(xiàn)全所的保護(hù)功能冗余，以保證系統(tǒng)的可靠性。

由于一二次設(shè)備之間采用光纖，節(jié)省了大量的二次電纜，在以后技術(shù)成熟后完全考慮取消電纜溝的設(shè)計(jì)，同時(shí)不再需要像傳統(tǒng)綜自一樣設(shè)置大量的防雷端子，只需要在電源處設(shè)置少量的浪涌保護(hù)器即可實(shí)現(xiàn)全所保護(hù)測(cè)控裝置的防雷。

數(shù)字化變電所由于大量的工作是在設(shè)備廠家進(jìn)行調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)只需要實(shí)現(xiàn)光纖鏈接和功能測(cè)試，可以節(jié)約工程現(xiàn)場(chǎng)大量的調(diào)試時(shí)間。

由于通訊都是基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)設(shè)備互換，不會(huì)受限于必須用哪個(gè)廠家的設(shè)備。

在全所實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化以后，相當(dāng)于建立了一個(gè)通用的技術(shù)平臺(tái)，容易在后期實(shí)現(xiàn)功能升級(jí)，同時(shí)不需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行調(diào)整或者更換，只需要對(duì)軟件和配置進(jìn)行升級(jí)。

當(dāng)前在京沈的數(shù)字化方案已經(jīng)在電力系統(tǒng)驗(yàn)證多年，是在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增了更貼合于鐵路系統(tǒng)的部分功能，比如廣域測(cè)控保護(hù)中的供電臂保護(hù)（已通過(guò)短路實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證），自愈重構(gòu)功能等等。

比如供電臂保護(hù)可實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)故障時(shí)，上下行分開(kāi)跳閘，可減少跳閘次數(shù)和提高跳閘速度（跳閘出口時(shí)間為20ms），比如上行饋線故障時(shí)，可迅速跳開(kāi)上行饋線的3個(gè)斷路器（變電所饋線，AT和分區(qū)所的上行并聯(lián)斷路器），而下行饋線可保持正常供電。如果是瞬時(shí)性故障，上行饋線3個(gè)斷路器可以正常重合，如果是永久性故障，也只有上行3個(gè)斷路器再次跳開(kāi)，不會(huì)影響下行供電。

自愈重構(gòu)則是在永久性故障后通過(guò)故障定位后，自動(dòng)分開(kāi)相關(guān)斷路器和網(wǎng)開(kāi)關(guān)來(lái)切除故障區(qū)段，從而保證非故障區(qū)段的供電。

智能綜合輔助系統(tǒng)包含視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、安全防范子系統(tǒng)、動(dòng)力照明子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)、門(mén)禁子系統(tǒng)和在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等七個(gè)子系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)子系統(tǒng)的集中整合、統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站視頻、環(huán)境量、安全報(bào)警信息、火災(zāi)報(bào)警信息、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等輔助信息進(jìn)行統(tǒng)一采集、編碼、存儲(chǔ)、上傳，并由監(jiān)控平臺(tái)完成整個(gè)系統(tǒng)的全面監(jiān)控、一體展示、統(tǒng)一管理和維護(hù)功能，并能通過(guò)系統(tǒng)預(yù)置的規(guī)則進(jìn)行各個(gè)子系統(tǒng)間的智能聯(lián)動(dòng)。

牽引變電系統(tǒng)PHM系統(tǒng)主要是將PHM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)與牽引變電所各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備的現(xiàn)有監(jiān)測(cè)裝置或未來(lái)可能增設(shè)的監(jiān)測(cè)裝置對(duì)接，有效收集并管理設(shè)備的各種實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及非實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，并依據(jù)大量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)牽引變電系統(tǒng)及其關(guān)鍵設(shè)備的故障預(yù)測(cè)、健康評(píng)估、可靠性及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和維修決策等，為牽引變電系統(tǒng)的安全可靠、高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供決策依據(jù)，同時(shí)積累復(fù)雜服役環(huán)境下高速鐵路的數(shù)據(jù)和技術(shù)成果，形成高鐵基礎(chǔ)設(shè)施大數(shù)據(jù)體系建設(shè)的樣板試驗(yàn)段。

2? 廣域保護(hù)簡(jiǎn)介

廣域保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)將保護(hù)控制功能分為就地層、站域?qū)印V域?qū)?，是在?shù)字化變電站技術(shù)的基礎(chǔ)上、利用數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)，是變電所自動(dòng)化技術(shù)和數(shù)字化變電站技術(shù)的進(jìn)一步提升。

就地層保護(hù)控制完成了既有綜自系統(tǒng)的全部功能，一次設(shè)備和二次系統(tǒng)通過(guò)光纜連接，實(shí)現(xiàn)了一二次設(shè)備電氣隔離，解決二次系統(tǒng)防雷問(wèn)題。

站域?qū)颖Ｗo(hù)利用整個(gè)變電所的共享數(shù)據(jù)，通過(guò)GOOSE和SV通信，實(shí)現(xiàn)了裝置之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互（所內(nèi)任意兩個(gè)裝置之間通信<4ms），一方面解決了全所的保護(hù)功能的冗余和優(yōu)化;另一方面實(shí)現(xiàn)了快速母線保護(hù)、快速后備保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)等新功能，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的全覆蓋，提高了保護(hù)的可靠性。同時(shí)，還具備間隔間的開(kāi)關(guān)邏輯閉鎖和所內(nèi)供電重組等功能，提高了控制的安全性。

廣域?qū)颖Ｗo(hù)以供電臂為單元，基于高速?gòu)V域通信網(wǎng)絡(luò)（供電臂任意兩個(gè)裝置之間通信<10ms），實(shí)現(xiàn)了供電臂選擇性快速跳閘。當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)只跳故障區(qū)段，縮小了停電區(qū)域，減少了開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)，提高了供電可靠性;同時(shí)，還具備以供電臂為單元的開(kāi)關(guān)邏輯閉鎖關(guān)系和供電臂自愈重組等功能。

JDA-3000數(shù)字化變電站依托鐵總“牽引供電自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)深 實(shí)現(xiàn)了就地層、站域?qū)?、廣域?qū)拥谋Ｗo(hù)測(cè)控功能，所有功能均可部署在就地級(jí)保護(hù)測(cè)控裝置和站域保護(hù)測(cè)控裝置上完成。

綜上所述，廣域保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)中數(shù)字化變電站是基礎(chǔ)，站域保護(hù)功能和廣域保護(hù)功能才能體現(xiàn)數(shù)字化變電站技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并最終實(shí)現(xiàn)智能牽引供電系統(tǒng)。，智能供電系統(tǒng)的出現(xiàn)將會(huì)大大減少鐵路后期運(yùn)營(yíng)的故障，同時(shí)也為后期的維護(hù)提供了有效的保障。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，基于數(shù)字化基礎(chǔ)的智能化系統(tǒng)越來(lái)越多的被應(yīng)用到人們的生活中。隨著智能高鐵的推廣，智能供電系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)也在高速的發(fā)展。

廣域保護(hù)系統(tǒng)作為智能化供電系統(tǒng)的重要組成部分，在京沈客專(zhuān)得到了初步的應(yīng)用，同時(shí)也得到了各界的關(guān)注與支持。廣域保護(hù)系統(tǒng)在京沈客專(zhuān)的成功案例為智能供電系統(tǒng)的推廣打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也得到了認(rèn)可。在今后的高鐵建設(shè)中智能供電系統(tǒng)將會(huì)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供電系統(tǒng)。

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