祁廷海

中鐵十七局集團(tuán)電氣化工程有限公司 山西 太原 030000

引言

目前，鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)維水平普遍偏低，倒閘作業(yè)、線路檢查、故障維護(hù)、供電恢復(fù)等相關(guān)工作主要沿用傳統(tǒng)人工操作的方式，導(dǎo)致管理及操作失誤率較高，與此同時，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)鐵路供電系統(tǒng)已無法滿足社會需求，做好鐵路供電系統(tǒng)升級和裝備的革新已成為必然趨勢，鐵路10kV電力遠(yuǎn)動技術(shù)作為一種新型技術(shù)系統(tǒng)方式，在鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)維中起到積極的促進(jìn)作用，顯著降低故障發(fā)生頻率，提升供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，為鐵路行車安全提供可靠保證。

1 鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)組成與性能要求分析

1.1 鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)組成

目前的鐵路電力系統(tǒng)中為達(dá)到實時監(jiān)控的目標(biāo)，大范圍采用了SCADA系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中電力遠(yuǎn)動為核心技術(shù)，該技術(shù)本質(zhì)上就是綜合采用多種技術(shù)，集中監(jiān)控鐵路電力系統(tǒng)中的線路開關(guān)、變配電所、信號電源等關(guān)鍵要素，著力打造自動化管理模式，以保障鐵路電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行。鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)具有綜合性，其中融合了多種現(xiàn)代化技術(shù)，核心構(gòu)成為主站、通道、現(xiàn)場監(jiān)控自動化終端，如圖1所示。在不同構(gòu)成部分的相互配合下，系統(tǒng)功能多樣，比較突出的功能為運(yùn)行管理、WEB服務(wù)、綜合自動化。

圖1 鐵路電力供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)特點(diǎn)

鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的技術(shù)類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)備配置決定了該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①高度靈敏性、可靠性；②沿鐵路沿線分布有大量的監(jiān)控點(diǎn)，這些監(jiān)控點(diǎn)分布分散，故障率較高；③通信質(zhì)量不高，經(jīng)常有信號干擾或者通信中斷現(xiàn)象。

1.3 鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)性能要求

鐵路工程中為建立完善的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)，必須符合以下性能標(biāo)準(zhǔn)：①安全性。鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)并非獨(dú)立存在，與其他系統(tǒng)之間存在一定的連接關(guān)系，在不同系統(tǒng)相連接時，必須從安全性考慮，選擇恰當(dāng)?shù)倪B接方式，并設(shè)置防火墻、物理隔離層，以起到阻隔作用。②可靠性，鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)運(yùn)行期間可能出現(xiàn)各種故障，為避免局部故障引起更大范圍內(nèi)的問題，需遵循可靠性要求，采取故障隔離設(shè)計等措施，目前很多設(shè)備中均采用了備份冗余模式，即使設(shè)備運(yùn)行期間出現(xiàn)異常情況，也不會影響其他系統(tǒng)[1]。③開放性，電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)應(yīng)具有開放性與兼容性，在設(shè)計服務(wù)程序、信息格式、系統(tǒng)接口等方面需嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)規(guī)范，后續(xù)用戶有特殊需求時可直接在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)展。

2 10kV遠(yuǎn)程控制檢測的系統(tǒng)概況

以某鐵路為例，其線路全長213.9km，總共包含19個車站，列車運(yùn)行時速為160km/h。為在該鐵路中發(fā)揮10kV電力遠(yuǎn)動技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)行了以下分析與研究。

2.1 調(diào)度主站

10kV遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，調(diào)度主站為重要構(gòu)成，為發(fā)揮其作用，主要為計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)相結(jié)合的控制模式。在調(diào)度主站內(nèi)配備有高性能計算機(jī)，該計算機(jī)在運(yùn)行期間可分別將功能與節(jié)點(diǎn)看作模塊、單元，以根據(jù)實際需求合理調(diào)配。系統(tǒng)構(gòu)成較為復(fù)雜，主要有系統(tǒng)維護(hù)工作臺、前置通信處理機(jī)、調(diào)度員工作臺、畫面拷貝機(jī)等，不同部分相互配合，可保障系統(tǒng)功能及性能[2]。另外，系統(tǒng)中整合了大量資源，配備有UPS設(shè)備，該設(shè)備可在電源出現(xiàn)異常時啟用，避免電源中斷引發(fā)安全事故。調(diào)度主站中的各種關(guān)鍵設(shè)備，其中都配備有冗余裝置，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡分布。

調(diào)度工作站能為工作人員的實時控制與操作提供便捷性條件。在配電系統(tǒng)工作時，調(diào)度工作站能遠(yuǎn)程、自動化監(jiān)控，其監(jiān)控過程不受時間和地點(diǎn)的限制，當(dāng)采集到配電系統(tǒng)的各方面數(shù)據(jù)后，有關(guān)人員可準(zhǔn)確判定和評估配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備工作情況，采取更為有效的調(diào)度措施；維護(hù)人員可根據(jù)工作需求選擇工作站，完成相應(yīng)操作，以整合系統(tǒng)數(shù)據(jù)或者修改部分?jǐn)?shù)據(jù)，自動生成報表。另外，系統(tǒng)維護(hù)工作站在接收到工作人員的工作請求后，可自動定義系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，并同步管理歷史數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)的一系列操作；通信子系統(tǒng)中包含終端服務(wù)器、前置機(jī)、切換單元，在10kV電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)與其他部分之間有連接需求時，通信子系統(tǒng)能提供良好的線路條件，保障通信環(huán)境，在此條件下正常采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)后臺處理中配備有多種類型的服務(wù)器，這些服務(wù)器可方便歷史數(shù)據(jù)的存儲與管理，還能合理分配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源。調(diào)度主站內(nèi)一般有兩路外部電源，實際的工作中能依據(jù)需求選擇電源。當(dāng)完成電源切換操作后，將其引至UPS電源設(shè)備，該設(shè)備蓄電池的儲能時間長；在調(diào)度主站內(nèi)還配備有接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全與其他子系統(tǒng)、設(shè)備獨(dú)立，接地電阻在1Ω以內(nèi)。

2.2 被控站

以性質(zhì)作為分類依據(jù)，被控站有三類，主要為開關(guān)站、低壓監(jiān)控站、配電所，其負(fù)責(zé)監(jiān)控的對象各有不同，開關(guān)站負(fù)責(zé)監(jiān)控高低壓設(shè)備，而低壓監(jiān)控站、配電所則分別監(jiān)控低壓設(shè)備、所內(nèi)全部的高低壓設(shè)備。因為為全天候監(jiān)控，能及時、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，安排專人快速處理。

2.2.1 開關(guān)站。開關(guān)站內(nèi)安裝有各種專業(yè)化設(shè)備，如高低壓開關(guān)、RTU設(shè)備，在不同設(shè)備的高度配合下，開關(guān)站能整合配電系統(tǒng)中不同來源、格式的數(shù)據(jù)，并采用專業(yè)的方式處理這些數(shù)據(jù)，將最終數(shù)據(jù)傳送給調(diào)度主站。開關(guān)站同樣接收來自調(diào)度主站的操作指令，在此指令指導(dǎo)下，由開關(guān)站內(nèi)的有關(guān)模塊自動監(jiān)測、控制設(shè)備[3]。當(dāng)然，開關(guān)站也具有其他部分無法比擬的故障錄波功能。以上述鐵路工程為例，其開關(guān)站高低壓設(shè)備均屬室內(nèi)設(shè)備，布置在室內(nèi)指定區(qū)域，這些開關(guān)站高低壓設(shè)備大部分與信號樓距離較近，空間資源利用率高，各種設(shè)備也具有相對穩(wěn)定的運(yùn)行條件，后續(xù)的維護(hù)檢修相對便捷。

2.2.2 低壓監(jiān)控站。低壓監(jiān)控站中的設(shè)備與開關(guān)站設(shè)備高度相似，在其中需合理配備低壓開關(guān)與設(shè)備，且需遵循安裝操作規(guī)范。低壓監(jiān)控站內(nèi)的有關(guān)設(shè)備具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，可高效、自動處理供電系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，將處理結(jié)果上傳到調(diào)度主站。與此同時，低壓監(jiān)控站同樣接收調(diào)度主站所發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果判定低壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到實時監(jiān)管的目的。低壓監(jiān)控站系統(tǒng)與RTU的結(jié)構(gòu)、原理等高度一致，但其監(jiān)控對象各有不同，前者僅能監(jiān)控低壓設(shè)備，因此，接口容量遠(yuǎn)低于RTU。

2.3 遠(yuǎn)動通道

該項目的遠(yuǎn)動通道選擇的是鐵路生產(chǎn)網(wǎng)，這一特殊的通道條件下，不僅呈現(xiàn)出高度的可靠性特點(diǎn)，還能提高傳輸速率、安全。結(jié)合實際經(jīng)驗，遠(yuǎn)動系統(tǒng)如為網(wǎng)絡(luò)通道，在整個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸速率高，操作簡單，前期投資低且后續(xù)維護(hù)成本低。

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

針對上述鐵路工程，有關(guān)人員需結(jié)合實際需求增設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，全線范圍內(nèi)5個配電所均安裝有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將這些系統(tǒng)作為電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的一部分，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可自動監(jiān)控配電所設(shè)備，此監(jiān)控過程具有實時性，由于結(jié)果以視頻方式呈現(xiàn)，具有直觀性。相關(guān)人員利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)果，不僅能在短時間內(nèi)評估設(shè)備是否存在異常，還能進(jìn)行設(shè)備異常原因分析，制定最佳的解決措施。為發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能優(yōu)勢，可為該系統(tǒng)配備1∶N集中監(jiān)控型計算機(jī)系統(tǒng)，該類系統(tǒng)中包含通信通道、主控站、被控站，在每一配電所中，相關(guān)人員都需結(jié)合其配電工作需求，安裝終端設(shè)備，以主站作為基準(zhǔn)布設(shè)監(jiān)控主機(jī)。另外，在配電所視頻終端中同樣包含云臺、攝像機(jī)等專業(yè)設(shè)備，每一設(shè)備都有其獨(dú)特功能，實際的工作中需規(guī)范安裝每一設(shè)備，并建立不同設(shè)備之間的連接關(guān)系。

3 改進(jìn)對策

3.1 自閉、貫通線路故障測距問題

現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展的過程中，鐵路10kV電力遠(yuǎn)動技術(shù)取得了良好的應(yīng)用效果，但自閉、貫通線路故障測距問題較為突出，僅能完成故障區(qū)域的判斷任務(wù)。一旦未解決故障區(qū)域的問題，將影響其他區(qū)域的運(yùn)行?？紤]這一方面，未來有關(guān)人員需結(jié)合技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，增大在鐵路自閉、貫通線路行波故障測距系統(tǒng)方面的技術(shù)研究力度。自閉、貫通線路故障測距利用了電壓行波信號、雙端法測距方式，由行波綜合分析系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)與行波采集與處理系統(tǒng)相互配合完成小電流接地故障、線路短路故障等的分析。

3.2 抗干擾設(shè)計

鐵路10kV電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)中涉及了多種專業(yè)化設(shè)備，在該系統(tǒng)投入使用后續(xù)實時監(jiān)測多種設(shè)備，工作期間受內(nèi)外部因素的干擾較大，如回路中電氣設(shè)備操作、雷電下的浪涌電流、電氣設(shè)備周邊磁場等，如未及時消除這些干擾源，遠(yuǎn)動設(shè)備的運(yùn)行中面臨較大風(fēng)險，極易造成安全事故或者其他問題。為優(yōu)化鐵路10kV電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)，有關(guān)人員必須針對系統(tǒng)的干擾源、類型及原因，采取更有針對性的抗干擾設(shè)計，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，減小內(nèi)外部因素對系統(tǒng)的干擾。比較常用的抗干擾設(shè)計主要有以下幾種。

3.2.1 屏蔽措施。在高壓設(shè)備與遠(yuǎn)動設(shè)備之間存在連接關(guān)系，為符合抗干擾要求，在二者之間可使用帶有屏蔽層的電纜，使該電纜發(fā)揮其屏蔽作用。當(dāng)然，在具體的工作中電纜鋼鎧兩端同樣需做好接地處理，從源頭上預(yù)防高壓設(shè)備產(chǎn)生耦合感應(yīng)電壓，因為此電壓對遠(yuǎn)動設(shè)備運(yùn)行的干擾較大。配電所、開關(guān)站、低壓監(jiān)控站在選擇電力設(shè)備時，應(yīng)優(yōu)先選擇抗干擾性好的設(shè)備，對比同類型設(shè)備的抗干擾性能及其他性能，并分析價格，遵循安裝標(biāo)準(zhǔn)，保障安裝質(zhì)量，發(fā)揮設(shè)備的抗干擾作用。

3.2.2 系統(tǒng)接地。通過這一抗干擾措施，能有效減小外部環(huán)境因素對系統(tǒng)的干擾，主要需做好開關(guān)柜一次系統(tǒng)接地和二次接地。對于系統(tǒng)中的諸多電力設(shè)備，其接地線路與接地母線應(yīng)經(jīng)接地扁鐵、接地極完成連接，以預(yù)防接地網(wǎng)中瞬變電位差對遠(yuǎn)動設(shè)備造成的負(fù)面影響。為達(dá)到遠(yuǎn)動設(shè)備的接地目標(biāo)，主要需注意STU、RTU設(shè)備電源接地、數(shù)字接地不與設(shè)備外殼連接。

4 結(jié)束語

目前鐵路電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了10kV電力遠(yuǎn)動技術(shù)，此技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，但依據(jù)其技術(shù)應(yīng)用情況，尚存在諸多的技術(shù)問題，未來的工作中相關(guān)人員需從技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，不斷優(yōu)化技術(shù)路徑，構(gòu)建科學(xué)的技術(shù)體系。