廣域保護在鐵路牽引供電系統中的應用

劉天奇　盧茜

【摘? 要】廣域保護測控系統將保護控制功能分為就地層、站域層、廣域層，是在數字化變電站技術的基礎上、利用數據共享實現，是變電所自動化技術和數字化變電站技術的進一步提升。介紹廣域保護的具體功能，同時論述廣域保護系統在鐵路供電系統中起到的作用及對供電系統的保護作用。同時論述廣域保護的可推廣性及發展方向。

【關鍵詞】廣域保護;數字化;信息;智能

引言

京沈高鐵綜合試驗段從阜新北到黑山北區間的變電所亭采用全數字化設計，共設置阜新北牽引變電所，新邱AT所，申德營子分區所，下石土AT所，黑山北牽引變電所共5個所亭。

數字化變電站相比現有綜自系統有很多優點，數字化變電站的主要特點是“一次設備智能化、二次設備網絡化”，為提高鐵路牽引供電系統的技術水平，數字化牽引變電所的建設必不可少。

1? 與傳統變電所的區別

對于傳統變電所一次設備通過電纜與二次設備連接，數字化變電站對過程層的改變有兩種方式，一種方式是采用智能一次設備;另一種方式是對傳統一次設備進行數字化改造，使其具有數字化接口。從物理形態和邏輯功能上智能一次設備可理解為“一次設備本體+智能組件（合并單元）”。現階段智能組件基本上作為一次設備的智能化接口，與一次設備本體間采用傳統電纜連接，與保護、測量、控制等二次設備間采用光纜連接交換信息。如下圖：

一次設備智能化以后，由于和二次設備鏈接采用光纖鏈接，帶來了諸多優點：

可保證采樣數據的唯一性，方便實現信息共享。通過就地數字化采集，電壓、電流的瞬時值數據僅由合并單元輸出，不僅實現了數據共享，同時在源頭上保證了數據的唯一性，當有多個保護或者測控裝置需要相同的模擬量，不再需要像傳統綜自需要多個采樣線圈單獨接線，或者由于線圈數量的限制，需要串接電流來實現采樣（這樣會帶來安全隱患），由于數據共享方便，相對于傳統綜自，數字化變電所更容易實現全所的保護功能冗余，以保證系統的可靠性。

由于一二次設備之間采用光纖，節省了大量的二次電纜，在以后技術成熟后完全考慮取消電纜溝的設計，同時不再需要像傳統綜自一樣設置大量的防雷端子，只需要在電源處設置少量的浪涌保護器即可實現全所保護測控裝置的防雷。

數字化變電所由于大量的工作是在設備廠家進行調試，現場只需要實現光纖鏈接和功能測試，可以節約工程現場大量的調試時間。

由于通訊都是基于IEC61850標準實現，可以很方便的實現設備互換，不會受限于必須用哪個廠家的設備。

在全所實現全數字化以后，相當于建立了一個通用的技術平臺，容易在后期實現功能升級，同時不需要對現場系統的硬件部分進行調整或者更換，只需要對軟件和配置進行升級。

當前在京沈的數字化方案已經在電力系統驗證多年，是在電力系統的基礎上新增了更貼合于鐵路系統的部分功能，比如廣域測控保護中的供電臂保護（已通過短路實驗驗證），自愈重構功能等等。

比如供電臂保護可實現接觸網故障時，上下行分開跳閘，可減少跳閘次數和提高跳閘速度（跳閘出口時間為20ms），比如上行饋線故障時，可迅速跳開上行饋線的3個斷路器（變電所饋線，AT和分區所的上行并聯斷路器），而下行饋線可保持正常供電。如果是瞬時性故障，上行饋線3個斷路器可以正常重合，如果是永久性故障，也只有上行3個斷路器再次跳開，不會影響下行供電。

自愈重構則是在永久性故障后通過故障定位后，自動分開相關斷路器和網開關來切除故障區段，從而保證非故障區段的供電。

智能綜合輔助系統包含視頻監控子系統、環境監控子系統、安全防范子系統、動力照明子系統、火災報警子系統、門禁子系統和在線監測子系統等七個子系統，通過對子系統的集中整合、統一管理，實現對變電站視頻、環境量、安全報警信息、火災報警信息、在線監測數據等輔助信息進行統一采集、編碼、存儲、上傳，并由監控平臺完成整個系統的全面監控、一體展示、統一管理和維護功能，并能通過系統預置的規則進行各個子系統間的智能聯動。

牽引變電系統PHM系統主要是將PHM系統的數據平臺與牽引變電所各個關鍵設備的現有監測裝置或未來可能增設的監測裝置對接，有效收集并管理設備的各種實時狀態數據、環境數據以及非實時記錄數據，并依據大量數據實現牽引變電系統及其關鍵設備的故障預測、健康評估、可靠性及風險評估和維修決策等，為牽引變電系統的安全可靠、高效經濟運營維護提供決策依據，同時積累復雜服役環境下高速鐵路的數據和技術成果，形成高鐵基礎設施大數據體系建設的樣板試驗段。

2? 廣域保護簡介

廣域保護測控系統將保護控制功能分為就地層、站域層、廣域層，是在數字化變電站技術的基礎上、利用數據共享實現，是變電所自動化技術和數字化變電站技術的進一步提升。

就地層保護控制完成了既有綜自系統的全部功能，一次設備和二次系統通過光纜連接，實現了一二次設備電氣隔離，解決二次系統防雷問題。

站域層保護利用整個變電所的共享數據，通過GOOSE和SV通信，實現了裝置之間的實時數據交互（所內任意兩個裝置之間通信<4ms），一方面解決了全所的保護功能的冗余和優化;另一方面實現了快速母線保護、快速后備保護、斷路器失靈保護等新功能，實現了保護的全覆蓋，提高了保護的可靠性。同時，還具備間隔間的開關邏輯閉鎖和所內供電重組等功能，提高了控制的安全性。

廣域層保護以供電臂為單元，基于高速廣域通信網絡（供電臂任意兩個裝置之間通信<10ms），實現了供電臂選擇性快速跳閘。當牽引網發生故障時只跳故障區段，縮小了停電區域，減少了開關動作次數，提高了供電可靠性;同時，還具備以供電臂為單元的開關邏輯閉鎖關系和供電臂自愈重組等功能。

JDA-3000數字化變電站依托鐵總“牽引供電自動化關鍵技術深 實現了就地層、站域層、廣域層的保護測控功能，所有功能均可部署在就地級保護測控裝置和站域保護測控裝置上完成。

綜上所述，廣域保護測控系統中數字化變電站是基礎，站域保護功能和廣域保護功能才能體現數字化變電站技術的優勢，并最終實現智能牽引供電系統。，智能供電系統的出現將會大大減少鐵路后期運營的故障，同時也為后期的維護提供了有效的保障。

3 結語

隨著數字化時代的到來，基于數字化基礎的智能化系統越來越多的被應用到人們的生活中。隨著智能高鐵的推廣，智能供電系統的研究與開發也在高速的發展。

廣域保護系統作為智能化供電系統的重要組成部分，在京沈客專得到了初步的應用，同時也得到了各界的關注與支持。廣域保護系統在京沈客專的成功案例為智能供電系統的推廣打下了良好的基礎，同時也得到了認可。在今后的高鐵建設中智能供電系統將會逐步代替傳統的供電系統。

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