牽引變電所綜合自動化系統探討
2014-06-14 12:39:17雍枝銳洪宇
中國高新技術企業 2014年8期
雍枝銳 洪宇
摘要：文章闡述了牽引變電所自動化系統的發展、典型結構形式，分析了現代綜合自動化系統的特點及功能，并與傳統自動化系統做了比較。最后展望了其發展方向。
關鍵詞：牽引變電所；綜合自動化系統；特點功能
中圖分類號：U223 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）12-0110-03
電氣化鐵路具有高速、重載、對環境污染小等特點，已成為鐵路發展的必然選擇。作為電氣化鐵路“心臟”的牽引變電所綜合自動化系統，在保證供電系統的穩定性、可靠性等方面，有著不可替代的作用。因此，探討這一課題，具有十分重要的意義。
1 自動化系統的發展
1.1 分立原件的自動化裝置階段
20世紀70年代前，以晶體管等分立原件組成的模擬電路等裝置被研制出來，運用到了供電系統中，比如自動重合閘、備用電源自投等裝置，提高了供電系統的綜合運行水平。但是各裝置獨立運行，不具備故障自診斷能力，綜合運行水平還很有限。
1.2 智能自動裝置階段
70年代，集成電路和微處理器逐漸代替了分立元件裝置，出現了微機保護、遠動裝置。這類裝置計算能力強，有一定的智能水平和故障自診斷能力，進一步提高了測量的準確性、監控的可靠性和供電系統自動化水平。但仍存在多數裝置獨立運行，資源不能共享等有待改進的缺點。
1.3 綜合自動化系統階段
70年代中后期，英、法、意等歐美發達國家陸續開發出了一系列綜合自動化系統。但日本后來居上，于1975年研制出了第一套用于配變電所的數字式控制系統SDCS-1，并于1980年商品化生產。至此以后，越來越多的國家和公司開始研究這一系統，例如西門子、ABB、GE、AGE、西屋以及阿爾斯通等行業領軍企業。
我國在這方面的研究起步較晚，始于上世紀80年代中期。首次引進的德國西門子公司的LSA綜合自動化系統，應用在了京鄭線的豐臺變電所，實現了全所自動化。1998年3月，該系統通過了西門子公司的檢查和調試，標志著我國在牽引變電所綜合自動化領域邁出了重要的一步。
到目前，我國的綜合自動化系統的發展階段可以用如下的四個典型結構形式圖來表示。
圖1所示系統未涉及繼電保護，還保留了傳統的控制屏臺。圖2和圖3所示系統，其核心就是在變電所控制室內設置的計算機系統，對數據進行采集、處理，實現自動控制的功能。圖4所示系統是現在廣泛應用的，它將整個變電所設備分為了三層：變電所層、單元層和設備層，該系統又分為集中組屏模式和分散安裝模式。
2 綜合自動化系統的特點及功能
牽引變電所綜合自動化系統是利用現代電子、通信、信號處理及計算機技術，經過優化組合和設計，對變電所全所自動監測、測量控制和協調的綜合性自動化系統。它通過遙信、遙測、遙控、遙調、遙視等五大功能，保證了供電系統的穩定性、可靠性及自動化水平，為實現無人值班、無人值守提供了技術支持。
我國電氣化鐵路標準比較統一，無論是大秦、侯月這樣的貨運干線，還是京滬、武廣這樣的高鐵，牽引變電所綜合自動化系統的主要特點及功能都比較固定。
主要特點：
（1）由間隔層、設備和電纜共同實現五遙功能；
（2）所有的間隔單元集保護、控制、測量于一體；
（3）具有視頻監視功能的，應滿足無人值班、無人值守的要求。
主要子系統的主要功能：
（1）監控子系統：數據采集、事件順序記錄、故障記錄、故障錄波和測距、操作控制、安全監視、人機聯系、實時打印遠方各類報表、數據處理與記錄、諧波分析與監視等功能。
（2）微機保護子系統：這是整個系統的關鍵部分，應滿足快速性、選擇性、靈敏性和可靠性要求。具備故障記錄、存儲多種保護整定值、統一時鐘對時、當地和遠方顯示保護整定值、修改整定值、授權對各保護單元的管理、通信自診斷、自閉鎖和自恢復等功能。
（3）備用電源自投子系統：當備用回路有壓、工作回路失壓和斷開后，自動投入備用回路功能。但在手動斷開工作回路時，不應動作，且備自投裝置只應動作一次。
（4）通信子系統：滿足系統內部和上級調度的通信需求。采集實時運行信息，實現遠動功能。
（5）視頻監控等其他子系統：視頻監控對全所實時監控，滿足無人值班、無人值守要求。其他子系統的應用，使整個系統更安全可靠、抗干擾性更強，其開放性和使用便利性都得到了提高。
3 與傳統自動化系統的比較
從最初的自動化系統到如今的分層分布式綜合自動化系統，經過長時間的改進、研究，其綜合性能得到了極大提高，具備了通信便捷、資源共享、故障自診等多方面的功能。與傳統自動化系統比較，優勢明顯。
4 綜合自動化系統發展方向
綜合自動化系統的發展，大大提升了牽引變電所的現代化水平。尤其是在這幾年快速發展的高速鐵路中，確保了牽引變電所供電系統的安全性、可靠性、穩
定性。
但技術的發展永無止境，隨著計算機智能技術、高速網絡的進一步發展，我認為，綜合自動化系統的發展方向就是數字化的自動化系統，未來這一系統將至少具備如下的“六化”功能。
（1）一次設備智能化。微處理器和光電技術廣泛應用到一次設備的各回路中，簡化了傳統機電式繼電器和控制回路結構。
（2）二次設備網絡化。先進的、抗干擾信號網絡將很大程度取代傳統的導線連接，所內電纜數量減少，便于網絡共享、資源共享。
（3）控制技術遠程化。故障遠程診斷、處理，遠程修改定值和檢修，控制更精準、高效。
（4）占地面積微型化。高壓組合電器、高壓柜式裝置、成套設備廣泛應用，控制室組屏數量減少，值班室、值守室變小甚至沒有。
（5）人員配置縮減化。無人值班、無人值守變電所將成為發展方向，從而降低運營成本，提升鐵路在交通運輸領域的競爭力。
（6）整所運行自動化。“系統的判斷”取代“人的判斷”，系統自動發出常規檢修報告、記錄運行數據、分析故障原因、給出處理意見。同時，為正在研發的行車指揮自動化系統提供技術支持。
5 結語
在我國，國土跨度大、人口眾多，導致了運輸壓力很大，在未來一段時間，鐵路還將是緩解這一壓力的首要選擇。近幾年，電氣化鐵路取得很大發展，但人均里程還很低，這就決定了電氣化鐵路還有很大的發展空間。通過以上的分析探討，旨在希望我們抓住這難得的實踐機遇，加快技術研發、加快研發向應用的轉換，在牽引變電所綜合自動化系統的未來發展中確立領先
地位。
參考文獻
[1] 賀威俊，高仕斌，張淑琴，王勛.電力牽引供變電技術[D].成都：西南交通大學，2005.
[2] 西南交通大學電氣工程學院.牽引供電專業培訓教材[D].成都：西南交通大學，2008.
[3] 蔣年德，魏育成.變電站綜合自動化系統體系結構研究[J].電網技術，2003，（10）：48-51.
[4] 鄧武，楊鑫華，趙慧敏.牽引變電所綜合自動化系統的設計與實現[J].鐵道工程學報，2006，（8）.
[5] 柯迪民.牽引變電所綜合自動化系統功能探討[J].繼電器，2006，（16）.
作者簡介：雍枝銳（1982—），男，四川綿陽人，中鐵電氣化局集團有限公司工程師，碩士，研究方向：牽引變電的綜合自動化。
摘要：文章闡述了牽引變電所自動化系統的發展、典型結構形式，分析了現代綜合自動化系統的特點及功能，并與傳統自動化系統做了比較。最后展望了其發展方向。
關鍵詞：牽引變電所；綜合自動化系統；特點功能
中圖分類號：U223 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）12-0110-03
電氣化鐵路具有高速、重載、對環境污染小等特點，已成為鐵路發展的必然選擇。作為電氣化鐵路“心臟”的牽引變電所綜合自動化系統，在保證供電系統的穩定性、可靠性等方面，有著不可替代的作用。因此，探討這一課題，具有十分重要的意義。
1 自動化系統的發展
1.1 分立原件的自動化裝置階段
20世紀70年代前，以晶體管等分立原件組成的模擬電路等裝置被研制出來，運用到了供電系統中，比如自動重合閘、備用電源自投等裝置，提高了供電系統的綜合運行水平。但是各裝置獨立運行，不具備故障自診斷能力，綜合運行水平還很有限。
1.2 智能自動裝置階段
70年代，集成電路和微處理器逐漸代替了分立元件裝置，出現了微機保護、遠動裝置。這類裝置計算能力強，有一定的智能水平和故障自診斷能力，進一步提高了測量的準確性、監控的可靠性和供電系統自動化水平。但仍存在多數裝置獨立運行，資源不能共享等有待改進的缺點。
1.3 綜合自動化系統階段
70年代中后期，英、法、意等歐美發達國家陸續開發出了一系列綜合自動化系統。但日本后來居上，于1975年研制出了第一套用于配變電所的數字式控制系統SDCS-1，并于1980年商品化生產。至此以后，越來越多的國家和公司開始研究這一系統，例如西門子、ABB、GE、AGE、西屋以及阿爾斯通等行業領軍企業。
我國在這方面的研究起步較晚，始于上世紀80年代中期。首次引進的德國西門子公司的LSA綜合自動化系統，應用在了京鄭線的豐臺變電所，實現了全所自動化。1998年3月，該系統通過了西門子公司的檢查和調試，標志著我國在牽引變電所綜合自動化領域邁出了重要的一步。
到目前，我國的綜合自動化系統的發展階段可以用如下的四個典型結構形式圖來表示。
圖1所示系統未涉及繼電保護，還保留了傳統的控制屏臺。圖2和圖3所示系統，其核心就是在變電所控制室內設置的計算機系統，對數據進行采集、處理，實現自動控制的功能。圖4所示系統是現在廣泛應用的，它將整個變電所設備分為了三層：變電所層、單元層和設備層，該系統又分為集中組屏模式和分散安裝模式。
2 綜合自動化系統的特點及功能
牽引變電所綜合自動化系統是利用現代電子、通信、信號處理及計算機技術，經過優化組合和設計，對變電所全所自動監測、測量控制和協調的綜合性自動化系統。它通過遙信、遙測、遙控、遙調、遙視等五大功能，保證了供電系統的穩定性、可靠性及自動化水平，為實現無人值班、無人值守提供了技術支持。
我國電氣化鐵路標準比較統一，無論是大秦、侯月這樣的貨運干線，還是京滬、武廣這樣的高鐵，牽引變電所綜合自動化系統的主要特點及功能都比較固定。
主要特點：
（1）由間隔層、設備和電纜共同實現五遙功能；
（2）所有的間隔單元集保護、控制、測量于一體；
（3）具有視頻監視功能的，應滿足無人值班、無人值守的要求。
主要子系統的主要功能：
（1）監控子系統：數據采集、事件順序記錄、故障記錄、故障錄波和測距、操作控制、安全監視、人機聯系、實時打印遠方各類報表、數據處理與記錄、諧波分析與監視等功能。
（2）微機保護子系統：這是整個系統的關鍵部分，應滿足快速性、選擇性、靈敏性和可靠性要求。具備故障記錄、存儲多種保護整定值、統一時鐘對時、當地和遠方顯示保護整定值、修改整定值、授權對各保護單元的管理、通信自診斷、自閉鎖和自恢復等功能。
（3）備用電源自投子系統：當備用回路有壓、工作回路失壓和斷開后，自動投入備用回路功能。但在手動斷開工作回路時，不應動作，且備自投裝置只應動作一次。
（4）通信子系統：滿足系統內部和上級調度的通信需求。采集實時運行信息，實現遠動功能。
（5）視頻監控等其他子系統：視頻監控對全所實時監控，滿足無人值班、無人值守要求。其他子系統的應用，使整個系統更安全可靠、抗干擾性更強，其開放性和使用便利性都得到了提高。
3 與傳統自動化系統的比較
從最初的自動化系統到如今的分層分布式綜合自動化系統，經過長時間的改進、研究，其綜合性能得到了極大提高，具備了通信便捷、資源共享、故障自診等多方面的功能。與傳統自動化系統比較，優勢明顯。
4 綜合自動化系統發展方向
綜合自動化系統的發展，大大提升了牽引變電所的現代化水平。尤其是在這幾年快速發展的高速鐵路中，確保了牽引變電所供電系統的安全性、可靠性、穩
定性。
但技術的發展永無止境，隨著計算機智能技術、高速網絡的進一步發展，我認為，綜合自動化系統的發展方向就是數字化的自動化系統，未來這一系統將至少具備如下的“六化”功能。
（1）一次設備智能化。微處理器和光電技術廣泛應用到一次設備的各回路中，簡化了傳統機電式繼電器和控制回路結構。
（2）二次設備網絡化。先進的、抗干擾信號網絡將很大程度取代傳統的導線連接，所內電纜數量減少，便于網絡共享、資源共享。
（3）控制技術遠程化。故障遠程診斷、處理，遠程修改定值和檢修，控制更精準、高效。
（4）占地面積微型化。高壓組合電器、高壓柜式裝置、成套設備廣泛應用，控制室組屏數量減少，值班室、值守室變小甚至沒有。
（5）人員配置縮減化。無人值班、無人值守變電所將成為發展方向，從而降低運營成本，提升鐵路在交通運輸領域的競爭力。
（6）整所運行自動化。“系統的判斷”取代“人的判斷”，系統自動發出常規檢修報告、記錄運行數據、分析故障原因、給出處理意見。同時，為正在研發的行車指揮自動化系統提供技術支持。
5 結語
在我國，國土跨度大、人口眾多，導致了運輸壓力很大，在未來一段時間，鐵路還將是緩解這一壓力的首要選擇。近幾年，電氣化鐵路取得很大發展，但人均里程還很低，這就決定了電氣化鐵路還有很大的發展空間。通過以上的分析探討，旨在希望我們抓住這難得的實踐機遇，加快技術研發、加快研發向應用的轉換，在牽引變電所綜合自動化系統的未來發展中確立領先
地位。
參考文獻
[1] 賀威俊，高仕斌，張淑琴，王勛.電力牽引供變電技術[D].成都：西南交通大學，2005.
[2] 西南交通大學電氣工程學院.牽引供電專業培訓教材[D].成都：西南交通大學，2008.
[3] 蔣年德，魏育成.變電站綜合自動化系統體系結構研究[J].電網技術，2003，（10）：48-51.
[4] 鄧武，楊鑫華，趙慧敏.牽引變電所綜合自動化系統的設計與實現[J].鐵道工程學報，2006，（8）.
[5] 柯迪民.牽引變電所綜合自動化系統功能探討[J].繼電器，2006，（16）.
作者簡介：雍枝銳（1982—），男，四川綿陽人，中鐵電氣化局集團有限公司工程師，碩士，研究方向：牽引變電的綜合自動化。
摘要：文章闡述了牽引變電所自動化系統的發展、典型結構形式，分析了現代綜合自動化系統的特點及功能，并與傳統自動化系統做了比較。最后展望了其發展方向。
關鍵詞：牽引變電所；綜合自動化系統；特點功能
中圖分類號：U223 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）12-0110-03
電氣化鐵路具有高速、重載、對環境污染小等特點，已成為鐵路發展的必然選擇。作為電氣化鐵路“心臟”的牽引變電所綜合自動化系統，在保證供電系統的穩定性、可靠性等方面，有著不可替代的作用。因此，探討這一課題，具有十分重要的意義。
1 自動化系統的發展
1.1 分立原件的自動化裝置階段
20世紀70年代前，以晶體管等分立原件組成的模擬電路等裝置被研制出來，運用到了供電系統中，比如自動重合閘、備用電源自投等裝置，提高了供電系統的綜合運行水平。但是各裝置獨立運行，不具備故障自診斷能力，綜合運行水平還很有限。
1.2 智能自動裝置階段
70年代，集成電路和微處理器逐漸代替了分立元件裝置，出現了微機保護、遠動裝置。這類裝置計算能力強，有一定的智能水平和故障自診斷能力，進一步提高了測量的準確性、監控的可靠性和供電系統自動化水平。但仍存在多數裝置獨立運行，資源不能共享等有待改進的缺點。
1.3 綜合自動化系統階段
70年代中后期，英、法、意等歐美發達國家陸續開發出了一系列綜合自動化系統。但日本后來居上，于1975年研制出了第一套用于配變電所的數字式控制系統SDCS-1，并于1980年商品化生產。至此以后，越來越多的國家和公司開始研究這一系統，例如西門子、ABB、GE、AGE、西屋以及阿爾斯通等行業領軍企業。
我國在這方面的研究起步較晚，始于上世紀80年代中期。首次引進的德國西門子公司的LSA綜合自動化系統，應用在了京鄭線的豐臺變電所，實現了全所自動化。1998年3月，該系統通過了西門子公司的檢查和調試，標志著我國在牽引變電所綜合自動化領域邁出了重要的一步。
到目前，我國的綜合自動化系統的發展階段可以用如下的四個典型結構形式圖來表示。
圖1所示系統未涉及繼電保護，還保留了傳統的控制屏臺。圖2和圖3所示系統，其核心就是在變電所控制室內設置的計算機系統，對數據進行采集、處理，實現自動控制的功能。圖4所示系統是現在廣泛應用的，它將整個變電所設備分為了三層：變電所層、單元層和設備層，該系統又分為集中組屏模式和分散安裝模式。
2 綜合自動化系統的特點及功能
牽引變電所綜合自動化系統是利用現代電子、通信、信號處理及計算機技術，經過優化組合和設計，對變電所全所自動監測、測量控制和協調的綜合性自動化系統。它通過遙信、遙測、遙控、遙調、遙視等五大功能，保證了供電系統的穩定性、可靠性及自動化水平，為實現無人值班、無人值守提供了技術支持。
我國電氣化鐵路標準比較統一，無論是大秦、侯月這樣的貨運干線，還是京滬、武廣這樣的高鐵，牽引變電所綜合自動化系統的主要特點及功能都比較固定。
主要特點：
（1）由間隔層、設備和電纜共同實現五遙功能；
（2）所有的間隔單元集保護、控制、測量于一體；
（3）具有視頻監視功能的，應滿足無人值班、無人值守的要求。
主要子系統的主要功能：
（1）監控子系統：數據采集、事件順序記錄、故障記錄、故障錄波和測距、操作控制、安全監視、人機聯系、實時打印遠方各類報表、數據處理與記錄、諧波分析與監視等功能。
（2）微機保護子系統：這是整個系統的關鍵部分，應滿足快速性、選擇性、靈敏性和可靠性要求。具備故障記錄、存儲多種保護整定值、統一時鐘對時、當地和遠方顯示保護整定值、修改整定值、授權對各保護單元的管理、通信自診斷、自閉鎖和自恢復等功能。
（3）備用電源自投子系統：當備用回路有壓、工作回路失壓和斷開后，自動投入備用回路功能。但在手動斷開工作回路時，不應動作，且備自投裝置只應動作一次。
（4）通信子系統：滿足系統內部和上級調度的通信需求。采集實時運行信息，實現遠動功能。
（5）視頻監控等其他子系統：視頻監控對全所實時監控，滿足無人值班、無人值守要求。其他子系統的應用，使整個系統更安全可靠、抗干擾性更強，其開放性和使用便利性都得到了提高。
3 與傳統自動化系統的比較
從最初的自動化系統到如今的分層分布式綜合自動化系統，經過長時間的改進、研究，其綜合性能得到了極大提高，具備了通信便捷、資源共享、故障自診等多方面的功能。與傳統自動化系統比較，優勢明顯。
4 綜合自動化系統發展方向
綜合自動化系統的發展，大大提升了牽引變電所的現代化水平。尤其是在這幾年快速發展的高速鐵路中，確保了牽引變電所供電系統的安全性、可靠性、穩
定性。
但技術的發展永無止境，隨著計算機智能技術、高速網絡的進一步發展，我認為，綜合自動化系統的發展方向就是數字化的自動化系統，未來這一系統將至少具備如下的“六化”功能。
（1）一次設備智能化。微處理器和光電技術廣泛應用到一次設備的各回路中，簡化了傳統機電式繼電器和控制回路結構。
（2）二次設備網絡化。先進的、抗干擾信號網絡將很大程度取代傳統的導線連接，所內電纜數量減少，便于網絡共享、資源共享。
（3）控制技術遠程化。故障遠程診斷、處理，遠程修改定值和檢修，控制更精準、高效。
（4）占地面積微型化。高壓組合電器、高壓柜式裝置、成套設備廣泛應用，控制室組屏數量減少，值班室、值守室變小甚至沒有。
（5）人員配置縮減化。無人值班、無人值守變電所將成為發展方向，從而降低運營成本，提升鐵路在交通運輸領域的競爭力。
（6）整所運行自動化。“系統的判斷”取代“人的判斷”，系統自動發出常規檢修報告、記錄運行數據、分析故障原因、給出處理意見。同時，為正在研發的行車指揮自動化系統提供技術支持。
5 結語
在我國，國土跨度大、人口眾多，導致了運輸壓力很大，在未來一段時間，鐵路還將是緩解這一壓力的首要選擇。近幾年，電氣化鐵路取得很大發展，但人均里程還很低，這就決定了電氣化鐵路還有很大的發展空間。通過以上的分析探討，旨在希望我們抓住這難得的實踐機遇，加快技術研發、加快研發向應用的轉換，在牽引變電所綜合自動化系統的未來發展中確立領先
地位。
參考文獻
[1] 賀威俊，高仕斌，張淑琴，王勛.電力牽引供變電技術[D].成都：西南交通大學，2005.
[2] 西南交通大學電氣工程學院.牽引供電專業培訓教材[D].成都：西南交通大學，2008.
[3] 蔣年德，魏育成.變電站綜合自動化系統體系結構研究[J].電網技術，2003，（10）：48-51.
[4] 鄧武，楊鑫華，趙慧敏.牽引變電所綜合自動化系統的設計與實現[J].鐵道工程學報，2006，（8）.
[5] 柯迪民.牽引變電所綜合自動化系統功能探討[J].繼電器，2006，（16）.
作者簡介：雍枝銳（1982—），男，四川綿陽人，中鐵電氣化局集團有限公司工程師，碩士，研究方向：牽引變電的綜合自動化。
