鐵路變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

1、鐵路變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)周嘉寧 （中鐵建柳州勘察設(shè)計(jì)院，工程師，廣西 柳州 545007）摘 要：鑒于綜合自動(dòng)化技術(shù)在鐵路變配電所的應(yīng)用，對(duì)提高貫通（自閉）線供電的可靠性，保障鐵路遠(yuǎn)輸安全起到了關(guān)鍵的作用，因此結(jié)合以往設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)單闡述鐵路變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成、功能特點(diǎn)，以足進(jìn)其在今后鐵路變配電所技術(shù)改造中得到推廣應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：變配電所；綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；貫通（自閉）線；以太網(wǎng)；現(xiàn)場(chǎng)總線從上個(gè)世紀(jì)九十年代末開(kāi)始，新建的鐵路變配電所己開(kāi)始使用微機(jī)監(jiān)控與微機(jī)保護(hù)裝置，由于受當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的限制，遠(yuǎn)程調(diào)度與各變配電所、變配電所后臺(tái)機(jī)與保護(hù)、測(cè)控之間的傳輸速度沒(méi)有達(dá)到預(yù)

2、想效果，不同廠家的設(shè)備甚至出現(xiàn)不能組網(wǎng)的現(xiàn)象。隨著高性能的32位單片機(jī)和嵌入式雙以太網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用，集保護(hù)、測(cè)控功能一體化裝置的推出，結(jié)合貫通（自閉）線小站測(cè)控裝置（FTU）及真空斷路器的配合使用，微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在不斷更新?lián)Q代，并逐步在鐵路變配電所得到了廣泛的應(yīng)用。變配電所網(wǎng)絡(luò)通訊由簡(jiǎn)單的串行通訊技術(shù)過(guò)渡到工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、到現(xiàn)在以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣，鐵路變配電所綜合自動(dòng)化程度有了很大提高，新建項(xiàng)目不但少占用土地，節(jié)約控制電纜，降低工程造價(jià)，而且能大量減少設(shè)備的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性及可維護(hù)性。并可通過(guò)路局（或供電段）調(diào)度中心，對(duì)布置在鐵路沿線變配電所的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、測(cè)量

3、、改變保護(hù)定值，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。1 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鐵路變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用成熟的全分布、開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由間隔層的分散保護(hù)測(cè)控單元和站控層的主控單元及后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)組成。各裝置可以不依賴網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立完成對(duì)主設(shè)備的各種保護(hù)、監(jiān)控，各個(gè)系統(tǒng)功能完全獨(dú)立，通過(guò)不同的通信網(wǎng)互聯(lián)，可組成性能特點(diǎn)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。近年最常用的有以下兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1.1間隔層通信采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1系統(tǒng)由后臺(tái)工控機(jī)（主控單元）、通信管理機(jī)、間隔層的分散保護(hù)測(cè)控單元組成（如圖1）。當(dāng)只需要單后臺(tái)機(jī)時(shí)，可以取消通信管理機(jī)。主控單元與間隔層設(shè)備之間的物理連接為總線型或星型。間隔層設(shè)備之間的通信連接可采用光纖也可是屏蔽雙絞

4、線。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)造價(jià)低。缺點(diǎn)是當(dāng)變電站的通訊接點(diǎn)超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，響應(yīng)速率會(huì)迅速下降，當(dāng)所內(nèi)某個(gè)測(cè)控單元發(fā)生故障后有可能影響全所系統(tǒng)的正常運(yùn)行。缺乏統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)出現(xiàn)不同廠家的設(shè)備聯(lián)不成一個(gè)統(tǒng)一的監(jiān)控網(wǎng)的可能，即使能聯(lián)成網(wǎng)，其遠(yuǎn)控功能的響應(yīng)速度也無(wú)法達(dá)到規(guī)范要求。系統(tǒng)主要用于開(kāi)關(guān)數(shù)量較少、不要求遠(yuǎn)方監(jiān)控的鐵路沿線配電所。通信管理機(jī)雙工控機(jī)+顯示器+打印機(jī)調(diào)度中心 智能設(shè)備接口全站公用單元（組屏安裝）10kv饋線保護(hù)測(cè)控裝置（安裝在高壓柜）變壓器保護(hù) 測(cè)控裝置（組屏安裝）35kv饋線保護(hù)測(cè)控裝置（組屏安裝）圖1 綜合自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1.2間隔層通信采

5、用以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2系統(tǒng)由后臺(tái)工控機(jī)（主控單元）、以太網(wǎng)交換機(jī)、通信管理機(jī)、間隔層的分散保護(hù)測(cè)控單元組成（如圖2）。主控單元與間隔層設(shè)備之間的物理連接為環(huán)型或星型。間隔層設(shè)備之間的通信連接可采用光纖也可是屏蔽雙絞線（既可單網(wǎng)也可雙網(wǎng)）。該結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是克服了現(xiàn)場(chǎng)總線的缺點(diǎn)，給變配電所系統(tǒng)通信提供了一個(gè)高速、靈活、可靠、開(kāi)放的平臺(tái)，不同廠家設(shè)備與主保護(hù)廠家設(shè)備的運(yùn)行軟件嚴(yán)格分開(kāi)，所內(nèi)任何不同廠家的裝置發(fā)生故障或損壞，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將該裝置隔離，大大提高變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性及抗干擾性。該結(jié)構(gòu)形式近年在鐵路變配電所及地方變配電項(xiàng)目得到大量應(yīng)用。 缺點(diǎn)是相對(duì)于總線型結(jié)構(gòu)造價(jià)要高。該系統(tǒng)主要用于

6、通信接點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量大、需遠(yuǎn)方監(jiān)控的變配電所。以太網(wǎng)交換機(jī)調(diào)度中心雙工控機(jī)+顯示器+打印機(jī)通信管理機(jī)智能設(shè)備接口全站公用單元（組屏安裝）10kv饋線保護(hù)測(cè)控裝置（安裝在高）變壓器保護(hù)測(cè)控裝置（組屏安裝）35kv饋線保護(hù)測(cè)控裝置（組屏安裝）圖2 綜合自動(dòng)化以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2 系統(tǒng)主要組件的特點(diǎn)和功能保護(hù)測(cè)控裝置及后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)是變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要部件，以下就它們的主要特點(diǎn)和功能作系統(tǒng)介紹。2.1保護(hù)測(cè)控裝置2.1.1主要特點(diǎn)1(1)集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)視、控制、通信等多功能于一體，一臺(tái)裝置即可完成柜內(nèi)所有自動(dòng)化功能。(2)高性能的通用硬件平臺(tái)，采用32位微處理器加數(shù)字信號(hào)處理機(jī)（DSP）的雙

7、CPU結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力、很高的可靠性和抗靜電、抗干擾能力。既可分散安裝于開(kāi)關(guān)柜上，也可集中組屏安裝。(3)軟件平臺(tái)采用C語(yǔ)言編程，功能穩(wěn)定可靠，方便升級(jí)維護(hù)。模塊化程序設(shè)計(jì)使保護(hù)功能配置更靈活，可滿足不同用戶的個(gè)性化需求。具有完善的自診斷功能，無(wú)可調(diào)節(jié)器件，現(xiàn)場(chǎng)免維護(hù)。(4)使用開(kāi)放式的TCP/IP通信協(xié)議，嵌入式雙網(wǎng)接口靈活配置,任一接口可配置成以太網(wǎng)、CAN、RS485，支持IEC60870-5-103、MODBUS等通信規(guī)約。 2.1.2保護(hù)測(cè)控裝置的主要功能13(1)保護(hù)及自動(dòng)功能?，F(xiàn)有微機(jī)保護(hù)設(shè)備生產(chǎn)廠家的饋線保護(hù)裝置保護(hù)功能均比較齊全，具有電流III段、零序過(guò)流III段

8、、過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓、低電壓等保護(hù)和三相（多次）重合閘功能。向鐵路貫通（自閉）線供電的變（配）電所饋線保護(hù)裝置除需滿足以上保護(hù)功能外，還必須具有備自投功能。鐵路變（配）電所向貫通（自閉）線供電分主供所、備供所，由主供所向貫通（自閉）線供電。備供所作備供。當(dāng)貫通（自閉）線發(fā)生臨時(shí)故障，主供所斷路器跳閘，線路失壓。備供所檢測(cè)到貫通（自閉）線失壓，在備供所母線有壓的情況下，備供所斷路器快速自動(dòng)投入，貫通（自閉）線帶電。主供所檢測(cè)到線路有壓，則重合閘放電，閉鎖重合閘，由備供所向線路供電。這時(shí)備供所自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞴┧?，原主供所自?dòng)變?yōu)閭涔┧．?dāng)貫通（自閉）線發(fā)生永久故障，主供所斷路器跳閘，線路失壓。備供所檢測(cè)

9、到貫通（自閉）線失壓，在備供所母線有壓的情況下，備供所斷路器快速自動(dòng)投入，斷路器合閘送電到故障線路上，備供所保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，通過(guò)沿線小站測(cè)控裝置（FTU），將離故障點(diǎn)最近的真空斷路器（跳閘后）閉鎖，備供所起動(dòng)重合閘，向無(wú)故障一段線路恢復(fù)供電。主供所經(jīng)重合閘控制回路延時(shí)，在檢測(cè)到母線有壓、線路無(wú)壓時(shí)，一次重合閘動(dòng)作，斷路器合閘送電到永久故障線路上，斷路器加速跳閘，同時(shí)通過(guò)沿線小站測(cè)控裝置（FTU），將離故障點(diǎn)最近的真空斷路器（跳閘后）閉鎖，主供所起動(dòng)二次重合閘，向無(wú)故障的另一段線路恢復(fù)供電。通過(guò)主、備供所的重合閘和備自投的相互配合，能在最短的時(shí)間內(nèi)將故障線路區(qū)段定位、隔離，由主、備供所分別

10、向非故障區(qū)段線路恢復(fù)供電。(2)測(cè)量及計(jì)算功能。能測(cè)量電流、頻率、有功（無(wú)功）功率、功率因數(shù)、電壓動(dòng)態(tài)值，計(jì)算有功（無(wú)功）積分電度值。(3)控制功能?？刂茢嗦菲鞣趾祥l，包括就地/遠(yuǎn)方操作及閉鎖、分/合閘線圈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)輸出、外部聯(lián)動(dòng)控制、防誤操作、相關(guān)回路的電氣聯(lián)鎖、防越級(jí)跳閘；功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償、變（調(diào)壓）器分接頭自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)切換。(4)監(jiān)視功能。監(jiān)視斷路器觸頭位置、接地刀、隔離開(kāi)關(guān)、手車工作、試驗(yàn)位置；顯示彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)、SF6氣體壓力，溫度、瓦斯、電氣聯(lián)鎖信號(hào)；控制電源失電、合閘/跳閘回路斷線、CT/PT斷線、裝置自檢，發(fā)生異常告警。(5)統(tǒng)計(jì)功能。統(tǒng)計(jì)斷路器運(yùn)行時(shí)間及分合閘次數(shù)、分合閘動(dòng)

11、作時(shí)間、合閘出口動(dòng)作到斷路器的觸點(diǎn)返回時(shí)間等。(6)事件記錄及故障錄波。其具有事件記錄、故障錄波功能，停電不丟失。任何原因啟動(dòng)錄波后，記錄8個(gè)周波的采樣值，啟動(dòng)前3個(gè)周波，啟動(dòng)后5個(gè)周波，每周16點(diǎn)采樣。2.2后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)12.2.1 特點(diǎn) 采用工控機(jī)作為硬件平臺(tái)，操作系統(tǒng)采用Windows，監(jiān)控主機(jī)的應(yīng)用軟件采用集成化保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，該平臺(tái)具有強(qiáng)大的、靈活的組態(tài)能力，對(duì)間隔層的各種智能化設(shè)備具有完全的防問(wèn)和控制能力。2.2.2 主要功能(1)對(duì)管理的設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)，與間隔層的各種智能化設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信互連及數(shù)據(jù)交換，完成上級(jí)調(diào)度、站控層、間隔層之間所有通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換，給上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)提供標(biāo)

12、準(zhǔn)的IEC60870-5-103、MODBUS等通信規(guī)約。(2)采集一次系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量、摸擬量、脈沖量、數(shù)字量及其它非電氣量，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算、處理、保存、顯示。(3)發(fā)送控制操作命令，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)各自動(dòng)化設(shè)備的出口繼電器控制各可控開(kāi)關(guān)的分合，調(diào)節(jié)有栽調(diào)壓器分接頭、自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償、變壓器冷卻風(fēng)扇的啟停。(4)實(shí)時(shí)顯示電力系統(tǒng)各種圖形，包括一次系統(tǒng)主接線圖、潮流圖、負(fù)荷曲線圖、捧圖、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表格以及定值參數(shù)表等，并提供相應(yīng)智能軟件對(duì)各種圖形進(jìn)行編輯。(5)記錄操作事件、事故、運(yùn)行參數(shù)、定值修改等，能自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表，并可由值班人員自由設(shè)置報(bào)表。(6)采用不同的顏色標(biāo)識(shí)不同的報(bào)

13、警記錄和對(duì)象，各類型報(bào)警可分為：操作變位、事故變位、事件記錄、遙控操作、遙測(cè)越限、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、保護(hù)事件等，并提供優(yōu)先級(jí)的語(yǔ)音報(bào)警和自動(dòng)推出事故處理參考意見(jiàn)。(7)防誤操作：斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘之間的相互閉鎖；具有操作返校功能；具有可設(shè)置掛牌閉鎖操作斷路器分、合閘功能；外部信號(hào)閉鎖分、合閘，SF6氣壓信號(hào)、彈簧操作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能信號(hào)、液壓信號(hào)等。(8)安全子系統(tǒng)：對(duì)不同值班人員按其級(jí)別賦予不同的權(quán)限，任何操作前都需用戶進(jìn)行身份確認(rèn)，不具備該權(quán)限的人員禁止其操作。在用戶進(jìn)行操作結(jié)束后自動(dòng)將其操作內(nèi)容記錄入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查詢時(shí)使用。(9)打印功能：分正常打印和異常打印，啟動(dòng)方式為定時(shí)、人工啟動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)經(jīng)設(shè)置后自動(dòng)或手動(dòng)打印各類告警事件、報(bào)表、圖形、歷史記錄等。(10)能完成操作票的生成、預(yù)演及打印。(11)歷史查詢：可自行編輯查詢條件對(duì)歷史事件記錄進(jìn)行檢索。(12)具備軟件、硬件（GPS）對(duì)時(shí)的功能。3結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這幾年對(duì)現(xiàn)有變配電所綜合自動(dòng)化技術(shù)改造升級(jí)，使得路局供電部門安全生產(chǎn)、技術(shù)管理水平、供電質(zhì)量都有大幅提高。在今后新項(xiàng)目系統(tǒng)選型時(shí)，一方面應(yīng)考慮產(chǎn)品的實(shí)用性、適應(yīng)性、安全性、可靠性，另一方面更應(yīng)考慮系統(tǒng)是否具有先進(jìn)性、開(kāi)放性、容錯(cuò)性、擴(kuò)展性，使得綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電所可靠、合理、完善的監(jiān)視、測(cè)量、控制、運(yùn)行管理，并具有遙測(cè)、遙信