電氣化鐵道牽引變電所綜合自動化裝置

王天夫

摘 要：牽引變電所傳統監控是鐵道控制系統的重要組成部分，主要依靠監控與信號電路的各種元件，對設備在不同運行狀態時顯示出來的數據進行監控，從而完成鐵道自動化控制。該系統是一個分層分布式微機系統，本文對電氣化鐵道牽引變電所綜合自動化裝置設計方案進行分析和探討。

關鍵詞：牽引變電所；綜合自動化；電氣控制

中圖分類號：U224 文獻標識碼：A

關于變電所綜合自動化的研究時間較長，主要集中在西方發達國家，20世紀70年代末，日本研制出世界上第一套綜合數字式保護控制系統SDCS-1，與此同時，其他國家也積極加強對變電所的自動化研究，而且在很多領域中都有十分廣泛的應用。從20世紀開始，我國已經開始著手對變電所自動化技術的研究，并且取得了很多成就，當前變電所自動化技術在我國的應用領域正在不斷拓展，電力系統、冶金行業等領域已經開始廣泛應用變電所自動化技術，自動控制技術可以提高系統控制效率，通過電力系統調度自動化以及配網自動化技術，可以促進我國社會經濟建設水平的快速提升。

一、牽引變電所監控與保護

從20世紀90年代開始，我國已經對電氣化鐵道牽引變電所的繼電保護裝置進行改進，從微機保護轉變為電磁型繼電保護，在新的系統中，可以通過數據采集系統對各種模擬信號進行采集，并且能夠對模擬信號進行轉變，將其轉換成為數字信號，再輸入到中央處理單元中。在中央控制單元經過計算以及邏輯判斷，再通過輸出/輸入開關輸出相應的控制信號，從而實現對繼電裝置的保護。傳統的繼電保護裝置采用電磁型保護，其穩定性相對于微機保護而言稍遜一些。微機保護都是通過各種程序實現控制的，尤其是能夠對電磁保護中的各種復雜問題進行解決。

需要注意的是，牽引變電所的保護是一個獨立的單元，在開關的選擇過程中，應該要采用KK操作把手，對于控制室中的各種設備，應該要采用分立式設備。就當前我國實際情況而言，我國針對微機技術在牽引變電所監控系統中的研究還不夠深入，在技術上還存在一些問題，例如在控制室內，有各種復雜的設備，控制室內的設備的重復率較高，設備的占地面積也比較大，設施設備的電線電纜較多，而且各種設施設備的智能化程度較低，所以在系統運行過程中，現場控制單元以及保護單元無法及時將各種信息傳輸到遠程控制中心，導致遠程控制中心不能及時做出應對。牽引變電所綜合自動化則是對傳統技術的升級和更新，利用計算機技術、現代通信技術以及各種功能的優化，可以對變電所進行自動監控、測量、控制和協調，是一種綜合性控制系統，其中集成了自動化技術、計算機技術、通信技術，將這幾種技術同時應用在變電所研究過程中，能夠為牽引變電所自動化發展提供必要的支持。

二、牽引變電所綜合自動化系統的功能

從當前的研究來看，變電所綜合自動化系統的功能在不斷完善，其中最主要的兩個功能是保護、監控，為了提高自動化系統的可靠性、靈敏性以及實時性，在牽引變電所綜合自動化系統的設置過程中必須要對各種功能進行科學合理的設置，從而使得系統在運行的時候能夠對牽引網運行及設備的運行狀況進行實時監控，當故障發生的時候也能及時對故障進行判斷，并且采取相應的措施對故障進行切除，使得故障能夠控制在最小的范圍之內，提高故障處理水平。在未來的發展過程中還應該要對牽引網的功能進行完善，例如實現在線計算、故障測距、濾波、信息遠距離傳輸、智能控制等。在牽引變電所綜合自動化系統中，監控部分是一個十分關鍵的部分，監控部分的系統構成及配置決定了系統的功能性。例如有的變電所采用前后臺機模式，前臺機主要負責各個測控單元、直流系統以及電度表裝置的數據采集，并且要對這些數據進行傳輸，初步處理等，后臺機則主要負責各種信息的存儲、打印等功能。根據不同規模的變電所，其配置方式也不相同，前臺機采用一臺主控機裝在屏幕上，從而實現與后臺機的信息數據傳輸是一種最常見的方式。前臺機在與后臺機或者調度端進行串行通信的時候還要對物理層進行設置。

三、牽引變電所自動化方案

牽引變電所自動化控制系統是一種分層分布式系統，其中包括設備層、間隔層、站控層、調度層4個部分。

（一）調度層

調度層是最關鍵的部位，是對電氣化鐵道進行調度控制的中心，調度曾包括以計算機為主題的數據采集系統和監控系統，通過遠程監控和遙控功能，可以實現對數據信息的采集以及傳輸，當數據被傳輸到調度中心之后，調度中心的工作人員會根據信息情況對牽引變電所的運行狀態進行了解，一旦發現變電所運行過程中出現故障，則應該要及時對其進行解決。與傳統的控制系統相比，綜合自動化控制系統的遠動中心功能更加強大，而且功能得到了很大的拓展，尤其是對傳統系統的保護功能以及智能控制功能實現了遠程監控，可以提高監控效率。例如保護定值遠方監視、切換與修改、故障錄入、故障間距測量等，而且在新系統中也增加了遙視功能，可以替代傳統變電所運行時巡邏人員的巡視工作，直接對設備進行觀察和監控，減少工作人員的工作量。例如在對變電所的運行情況進行監測的時候，工作人員不需要到現場，只需要通過自動控制系統就可以實現對變電所工作現場的觀察，對刀閘的位置進行確定，看刀閘的位置是否出現改變，變壓器中是否有漏油的現象出現，不用親自到現場就可以實現度現場的監控管理。

（二）站控層

站控層包括幾個部分，分別是后臺監控機、通信管理機、GPS接受器，其中最核心的部分是通信管理機，通過多種類型的標準通信接口，對各個智能單元、后臺之間的數據交換過程進行控制，一方面，通信管理機與數據采集裝置以及保護裝置之間可以進行通信，從而對牽引變電所運行過程中產生的各種信息進行傳輸，便于控制中心對變電所的各個設備的運行情況進行掌握。另一方面，通信管理機可以對監控系統中傳出的各種操作指令進行接收以及轉發，從而實現對變電所的遙控。為了實現同步控制，通信管理機還可以通過RS232標準接口與GPS對時系統進行通信，對系統進行采樣的同時也可以進行同步傳輸、故障分析以及動態監測。后臺監控機則主要負責人機交互功能控制、各種信息的匯總與處理、設備的運行管理以及優化控制等，后臺監控機一般都安裝于牽引變電所的主控室內。

（三）間隔層

間隔層包括保護測控單元模塊、智能儀表兩個部分，可以實現對各種測控裝置的有效配置。在間隔層的設計過程中，應該要配備兩套主變壓器與主保護測控裝置，能夠實現對二次諧波制動的比率差動保護。另外，要根據主變壓器的規格，采取不同的設置方式，如果主變壓器為110kV，則應該要配備兩套主變壓器側后備保護測控裝置，從而實現對主變壓器的保護。如果主變壓器規格為27.5kV，則主變壓器側后備保護測控裝置也要配置兩套，應該要具備電壓啟動時的三相過流保護功能。

結語

綜上所述，電氣化鐵道牽引變電所自動化設置可以提高變電所的工作效率，實現智能化和自動化控制。在牽引變電所自動化方案設計過程中，應該要實現對分層系統的規范化設計，提高系統穩定性與可靠性。

參考文獻

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