配電自動化技術(shù)在肯尼亞鐵路中的應(yīng)用探討

楊樹昌 丁世軍 高珍

摘 ?要：配電自動化技術(shù)已經(jīng)在中國電網(wǎng)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用和積極的推廣，近些年也已越來越廣泛的應(yīng)用到國內(nèi)鐵路電力供電系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)中。由于肯尼亞國內(nèi)電網(wǎng)系統(tǒng)和電氣化鐵路設(shè)施起步較晚，系統(tǒng)功能尚不夠完善，設(shè)備來源也較為龐雜，結(jié)合肯尼亞國內(nèi)實(shí)際情況在其鐵路電力供電系統(tǒng)中應(yīng)用配電自動化技術(shù)，是一個值得研究探討的課題。實(shí)現(xiàn)配電自動化，既有利于提高鐵路電力供電系統(tǒng)的工作效率，同時也有助于整個鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，從而促進(jìn)整個東非鐵路網(wǎng)的健康發(fā)展。本文將圍繞配電自動化技術(shù)和其在肯尼亞鐵路電力供電系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：配電自動化;鐵路供電;肯尼亞鐵路

中圖分類號：U224.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

當(dāng)前，由中國企業(yè)建設(shè)的肯尼亞共和國百年來首條鐵路——蒙巴薩至內(nèi)羅畢標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路已經(jīng)投入運(yùn)行，另一條鐵路——內(nèi)羅畢至馬拉巴標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路也在全面建設(shè)當(dāng)中，為當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展注入了新的動力。受制于投資規(guī)模和當(dāng)?shù)剌^為落后的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，肯尼亞鐵路供電系統(tǒng)的自動化水平還有較大的提升空間，大量流程繁瑣、重復(fù)性高、專業(yè)性強(qiáng)的工作若能形成系統(tǒng)的自動化體系，將為極大的促進(jìn)肯尼亞鐵路系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性發(fā)展。當(dāng)今科技發(fā)展迅速，肯尼亞鐵路系統(tǒng)也應(yīng)不斷探索發(fā)展，配電自動化技術(shù)的推行和應(yīng)用，將對整個肯尼亞交通網(wǎng)絡(luò)以及東非鐵路網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

1 肯尼亞鐵路電力供電系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較單一，需求的電壓等級低

肯尼亞電力供電系統(tǒng)負(fù)荷屬于終端負(fù)荷，用戶主要為站場及區(qū)間設(shè)備，電力線路主要由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)引入，經(jīng)變配電所后提供鐵路全線的供電。肯尼亞鐵路沿線電力貫通線路為單一敷設(shè)，且因供電結(jié)構(gòu)單一，受限于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)資源水平等因素，在抗干擾能力上存在一定欠缺。結(jié)合肯尼亞地方電網(wǎng)實(shí)際情況及鐵路系統(tǒng)實(shí)際用電需求，肯尼亞鐵路電力供電系統(tǒng)采用11k V配電所和33k V變配電所。肯尼亞鐵路電力供電系統(tǒng)終端的功能和應(yīng)用范圍基本一樣，因此變配電所的功能配置和設(shè)備采用大致相同，結(jié)合變配電所在鐵路系統(tǒng)中功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以后在鐵路供電系統(tǒng)進(jìn)行配電自動化設(shè)計時，可以將變配電所的功能設(shè)計工作實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2供電系統(tǒng)的接線形式比較簡單

肯尼亞鐵路電力系統(tǒng)接線方式與鐵路線路相對應(yīng)，供電線路沿鐵路線路進(jìn)行單一敷設(shè)，相鄰配電所之間是均勻分布的。受肯尼亞當(dāng)?shù)仉娏Y源匱乏和供電設(shè)施分布不均勻的實(shí)際現(xiàn)狀影響，肯尼亞鐵路電力供電系統(tǒng)往往需要綜合考慮工程施工和工程運(yùn)營的用電需求，采用永臨結(jié)合的供電方式，沿線的供電負(fù)荷點(diǎn)多、供電需求變化較大。

1.3肯尼亞本地電力供應(yīng)穩(wěn)定性較差

供電可靠性是鐵路系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，停電時間過長將影響鐵路信號燈的正常工作，從而影響鐵路系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此鐵路系統(tǒng)對于的負(fù)荷斷電時間要求極為嚴(yán)格。為保證肯尼亞鐵路系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，采取安裝備用電源的方式來保障鐵路供電系統(tǒng)的可靠性，并且在線路保護(hù)裝置上增加失壓自投裝置，以保障主供配電所斷電時可以自動投切到備用電源，迅速恢復(fù)供電。

2 配電自動化技術(shù)解析

配電自動化技術(shù)是在傳統(tǒng)的集成電路保護(hù)與電磁保護(hù)基礎(chǔ)上，增加相應(yīng)的通信、計算及控制設(shè)備和軟件，使電力供電系統(tǒng)更加自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，從而增強(qiáng)整個鐵路供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測、通訊、保護(hù)和控制功能。

2.1監(jiān)測方式

2.1.1注入信號法

信號注入法是在供電線路的一端加上一個測量信號源，然后檢測供電線路有無輸出信號來診斷線路故障的技術(shù)。在鐵路的供電系統(tǒng)，當(dāng)一個頻率相對較為穩(wěn)定的信號發(fā)生改變的時候，可以通過對這個信號檢測結(jié)果進(jìn)行分析，從而可以對故障發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行精確定位，如諧振接地故障。注入信號法所注入的電流相比于故障電流非常小，同時也遠(yuǎn)小于負(fù)荷電流。在對于接地故障中，只需將信號電源加入故障系統(tǒng)，采集加入信號電源后探測到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理和分析，完成故障信號的選線和定位，在完成檢測后即可將信號電源撤出。這種方式對于電力供電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)人員的安全提供了可靠保障，同時也非常便利和快捷。

2.1.2零序電流法

零序電流法，是通過對零序電流的檢測結(jié)果進(jìn)行分析處理，精確定位故障源，是供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測的重要方法。肯尼亞鐵路供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一，對于零序電流的大小和頻率的監(jiān)測相對較為容易，同時數(shù)據(jù)的分析處理相對容易操作，效率較高，是肯尼亞鐵路供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測的優(yōu)勢所在。尤其適用于配電線路供電距離較長時，故障發(fā)生難以快速反應(yīng)，采用零序電流法可以迅速定位故障位置，從而進(jìn)行后續(xù)的處理。

2.2控制方式

2.2.1分布式控制

分布式控制技術(shù)指通過實(shí)現(xiàn)配電自動化終端的故障診斷、故障定位、故障隔離等功能，加強(qiáng)各終端處理故障的自主性，從而進(jìn)一步發(fā)展成為依靠系統(tǒng)間配合完成對整個鐵路供電系統(tǒng)的重組的成套技術(shù)。目前，應(yīng)用在鐵路供電系統(tǒng)中的分布試控制技術(shù)分為電流技術(shù)型、電壓時間型兩種。

2.2.2集中式控制

配電自動化的集中式控制技術(shù)是指主站采集配電系統(tǒng)終端的故障信息，通過分析計算獲得相應(yīng)的恢復(fù)方案，并由配電系統(tǒng)終端進(jìn)方案的處理執(zhí)行。供電系統(tǒng)通過信息指令和命令高速傳遞，完成對于變配電所故障的迅速定位及處理，其高可靠性是保障集中控制方式運(yùn)行的重要條件，主要功能包括：系統(tǒng)監(jiān)測、信息傳遞、信息處理、故障定位、制定方案等，對整個供電系統(tǒng)的控制和管理，保證供電系統(tǒng)的安全可靠性具有十分重要的意義。

3肯尼亞鐵路配電自動化應(yīng)用

蒙內(nèi)和內(nèi)馬鐵路電力供電系統(tǒng)的變配電所二次側(cè)均采用了微機(jī)綜合自動化裝置，一定程度上實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立供電區(qū)段的控制、保護(hù)、監(jiān)測，同時在技術(shù)方案上為未來的系統(tǒng)升級預(yù)留了接入條件（如圖1）。系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，縱向分為后臺管理層、通信層和間隔層。

3.1后臺管理層

肯尼亞鐵路電力供電系統(tǒng)綜合自動化裝置后臺管理層由當(dāng)?shù)乇O(jiān)控計算機(jī)、人機(jī)交互設(shè)備、顯示設(shè)備和相關(guān)軟件共同組成，以實(shí)現(xiàn)對變配電所整體的監(jiān)控、測量、控制、管理、記錄和報警等功能，采集間隔層設(shè)備上傳的模擬量、開關(guān)量、脈沖量、數(shù)據(jù)量等信息，在對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理并制定方案后，由間隔層設(shè)備發(fā)送到相關(guān)執(zhí)行設(shè)備上。后臺管理層主機(jī)預(yù)留了通信處理設(shè)備接口，便于便攜式監(jiān)控維護(hù)設(shè)備和計算機(jī)接入。后臺管理層軟件采用全組態(tài)模塊化設(shè)計，便于用戶使用，功能擴(kuò)充非常方便。

3.2通信層

肯尼亞鐵路電力供電系統(tǒng)綜合自動化裝置通信層由通訊管理主機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)等組成，主要收集測控單元、保護(hù)設(shè)備以及綜合自動化設(shè)備的上傳信息，傳遞給當(dāng)?shù)乇O(jiān)控設(shè)備和未來可能擴(kuò)展的上級調(diào)度中心，并下達(dá)由當(dāng)?shù)乇O(jiān)控設(shè)備和調(diào)度中心反饋的控制和參數(shù)修正命令，同時起到規(guī)約轉(zhuǎn)換作用。通訊管理主機(jī)預(yù)留有與第三方提供的遠(yuǎn)動系統(tǒng)進(jìn)行全面信息交換的接口，通信網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線或者兩者相結(jié)合的組網(wǎng)方式，支持多種通訊協(xié)議和以太網(wǎng)協(xié)議。

3.3電氣間隔層

肯尼亞鐵路電力供電系統(tǒng)綜合自動化裝置電氣間隔層按照變配電所內(nèi)一次設(shè)備情況進(jìn)行配置，主要設(shè)計功能為保護(hù)、監(jiān)控和電量采集，并將所采集信息通過通訊接口傳遞到綜合自動化系統(tǒng)。間隔層的保護(hù)測量控制一體化裝置的交、直流回路均先通過防干擾措施后再接入裝置，各裝置互相獨(dú)立、不互相影響，各裝置的運(yùn)行不依賴網(wǎng)絡(luò)、后臺管理層設(shè)備的正常與否，即使網(wǎng)絡(luò)或后臺管理層故障，保護(hù)測控裝置仍然可以正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，綜合考慮肯尼亞國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)情況、工程投資規(guī)模和運(yùn)營情況，即刻實(shí)現(xiàn)肯尼亞整個鐵路供電系統(tǒng)的高度自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化既不現(xiàn)實(shí)也不經(jīng)濟(jì)，中國企業(yè)在對蒙內(nèi)、內(nèi)馬鐵路電力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中，充分考慮了肯尼亞的現(xiàn)狀和未來發(fā)展需要，制訂了可靠、適用、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的方案，不過隨著肯尼亞鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步提高鐵路供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和易操作性必定會成為業(yè)內(nèi)人士的共同認(rèn)識。鐵路供電系統(tǒng)與電力供電系統(tǒng)之間有一些共性，除了一些比較特殊的保護(hù)功能之外，其他的很多功能都是相通的，因此未來對肯尼亞鐵路供電系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)建和升級的過程中，應(yīng)以國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)為參照，并結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w電網(wǎng)及工程特點(diǎn)，制定與當(dāng)?shù)厍闆r相契合的方案，推動肯尼亞鐵路供電系統(tǒng)配電自動化的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-05-28

作者簡介：楊樹昌（1984—），男，漢族，甘肅白銀人，本科，工程師，研究方向：電氣工程。