城市軌道交通智能供電網絡的發展與研究

張凌雁

中鐵二院地鐵院電化處 四川 成都 610031

正文：

1 城市軌道交通智能供電網絡研究的必要性和緊迫性

目前城市軌道交通牽引和降壓變電所采用基于工業自動控制網絡構成的綜合自動化系統，與傳統電力系統和鐵路牽引變電所的綜合自動化系統還有很大差別，這一系統的缺點是接口轉換設備多、網絡協議不統一、數字化程度低、傳輸信息量少、不支持所間通信，因此可靠性低、故障率高、安全閉鎖困難、調試周期長，不利于電力調度的高效管理和運營維護管理自動化程度的提高。

同時，城市軌道交通工程采用直流牽引供電系統向列車提供電能，各牽引變電所之間的牽引網采用雙邊供電模式，使得整個直流側母線為一個整體，在保護動作和閉鎖聯動上有大量的信息交換，目前均采用電纜硬接線的方式來實現，還未有針對整個直流牽引供電系統實現牽引變電所之間直流側設備的互聯互通、信息交換，在不影響目前各牽引變電所獨立設備實現常規的保護功能的基礎上，采用數字通信技術，實現各牽引變電所之間直流側基于數字通信的信息交互，實現變電所之間直流側設備的信息采集、閉鎖、聯動等功能的完整的解決方案。

2 城市軌道交通智能供電網絡的主要研究內容

利用現有電力系統成熟技術，研制基于實現城市軌道交通工程智能電網管理的智能化變電所。通過站控層、間隔層、過程層的智能設備，實現變電二次設備網絡化，在變電所內部及外部采用Goose光纖網絡數字高速通信技術，在實現變電所內部常規功能需求的基礎上，同時實現各變電所之間保護動作的匹配關系，以及主變電所或開閉所之間支援供電時，相互間的邏輯判斷及閉鎖關系，以及在直流保護配置方面，相鄰牽引變電所之間的保護聯動及閉鎖關系。重點研究在不同的變電所間傳輸過程層數據，實現智能中壓電網的保護、控制等功能，以簡化中壓供電網絡配置，節約中壓供電網絡投資，提高調度自動化水平，減少故障恢復時間。

站控層設備實現變電所設施運行信息的顯示、控制、歷史信息記錄、報表管理等功能，實現變電所供電設備信息的接入、與調度信息、視頻監控系統、安監系統、環境控制系統、五防系統的信息交互；間隔層設備實現部分所域智能后備保護、備自投、全所故障錄波、電能質量監測、在線監測等功能，直接接收網絡的IEC61850-9-2數據，接收及發送GOOSE報文；過程層設備包括各智能保護測控單元及合并單元、智能終端及智能互感器接入等裝置，實現保護測控就地下放、戶外安裝。 智能變電所是伴隨著城市軌道交通工程智能電網管理功能的概念需求而出現的。智能變電所采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全所信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持城市軌道交通工程供電電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能，實現與相鄰變電所、變電所與控制中心之間等互動的新一代智能變電所。如圖1所示。

圖1 城市軌道交通智能供電網絡信息交互流動網絡示意圖

按照IEC61850的標準，利用現有電力系統成熟技術，研制適用于城市軌道交通供電系統的智能變電所和供電網絡。通過站控層、間隔層、過程層的智能設備，實現變電二次設備網絡化，在變電所內部及外部采用Goose光纖網絡數字高速通信技術，在實現變電所內部常規功能需求的基礎上，同時實現各變電所之間保護動作的匹配關系，以及主變電所或開閉所之間相互支援供電時，相互間的邏輯判斷及閉鎖關系，以及在直流保護配置方面，相鄰牽引變電所之間的保護聯動及閉鎖關系，實現城市軌道交通供電系統智能電網管理的相關功能，研發智能變電所系統。

3、城市軌道交通智能供電網絡的技術、經濟及社會效益

基于實現城市軌道交通工程供電系統智能電網管理的智能變電所系統采用下述技術實現：

1）采用統一的數據信息平臺供變電所站控層及高級應用，各子系統數據基于IEC61850標準統一建模；2）采用智能終端和一次設備組成智能一次系統，實現保護、測控、計量功能；3）可采用電子式互感器實現二次系統模擬量采集的數字化；4）采用設備狀態監測系統，實現設備狀態監測；5）采用智能輔助系統，實現視頻系統、消防系統之間聯動及對環境監測功能。6）采用采用Goose光纖網絡數字高速通信技術。

以上技術在國內外城市軌道交通領域均是首次應用，可填補國內空白。基于上述技術，智能變電所的經濟及社會效益主要體現在下述方面：

1）設備高度集成、二次設備就地安裝，可節約占地面積；2）屏柜布置緊湊可節約建筑面積，節省土石方量、鋼材、電纜數量等；3）采用狀態監測功能，減少了主要設備的檢修維護次數和時間；4）采用智能一次設備，可簡化二次回路設計，減少二次設備接線，智能二次設備之間通過網絡實現信息傳遞，節省電纜；5）統一的數據平臺可解決變電所系統多、接口多、數據共享程度差，數據綜合應用困難的問題。增強了變電所安全運行和可靠供電。6）實現城市軌道交通供電系統智能電網管理的功能需求，提高其自動化管理水平。7）實現真正意義的大環網供電，可減少環網電纜數量、節省工程投資。

隨著智能化技術的提高及技術發展，智能一次設備的價格逐漸降低，智能變電所所實現的城市軌道交通供電系統智能電網管理的經濟及社會效益將越來越突出，社會效益顯著。