試論牽引供電系統(tǒng)的智能化變電所技術(shù)

摘 要：黨的十九大報(bào)告提出新發(fā)展理念加快創(chuàng)新型建設(shè)，決勝全面建成小康社會(huì)的奮斗目標(biāo)，鐵路作為交通體系中的重要組成部分，承擔(dān)著為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供可靠運(yùn)力的重要職責(zé)。隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，運(yùn)量需求不斷增加，對(duì)牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：牽引供電系統(tǒng);智能變電所

近年來我國鐵路飛速發(fā)展，截至2019年年底營業(yè)里程突破13.9萬公里，其中高鐵3.5萬公里，2019年完成貨物發(fā)送量31.15億噸。既有的牽引變電所供電模式無法適應(yīng)新時(shí)代智能化發(fā)展需求，增強(qiáng)信息實(shí)時(shí)性是牽引供電系統(tǒng)安全的保障。為保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牽引供電系統(tǒng)狀態(tài)，恢復(fù)供電及檢修安全功能需求，需要二次設(shè)備全方位采集信息，協(xié)調(diào)配合。

1.牽引供電系統(tǒng)智能化變電所技術(shù)的發(fā)展

牽引供電系統(tǒng)是列車運(yùn)行的動(dòng)力來源，精準(zhǔn)控制重要設(shè)備相關(guān)參數(shù)尤為重要。牽引供電系統(tǒng)中包含眾多設(shè)備，牽引供電系統(tǒng)中各種設(shè)備產(chǎn)生大量復(fù)雜數(shù)據(jù)信息，如何存儲(chǔ)海量信息，如何根據(jù)數(shù)據(jù)快速查詢判斷設(shè)備運(yùn)行狀況，根據(jù)分析結(jié)果做出預(yù)估是牽引供電系統(tǒng)急需解決的問題[1]。

目前鐵路牽引供電系統(tǒng)信息化智能化程度低，系統(tǒng)可靠性要求高，牽引供電系統(tǒng)迫切需要具有較高的信息化水平、具有自動(dòng)分析預(yù)判故障的能力、可根據(jù)設(shè)備動(dòng)作情況給一線維護(hù)人員及管理人員提供設(shè)備檢修維建議等。通過云計(jì)算虛擬化技術(shù)形成服務(wù)模式。將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于牽引供電系統(tǒng)分析中，為實(shí)現(xiàn)智慧鐵路提供可能。

牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過十多年的發(fā)展，在變電所整體運(yùn)行的可靠性所有提高，既有的保護(hù)裝置多基于“一對(duì)一”相關(guān)間獨(dú)立配置，存在二次接線復(fù)雜、保護(hù)裝置冗余、信息共享不實(shí)時(shí)、通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、設(shè)備系統(tǒng)互不兼容、整體聯(lián)動(dòng)性較差、投資造價(jià)大、升級(jí)更新較為困難、運(yùn)營維護(hù)成本高、技術(shù)力量搭配不合理等問題。隨時(shí)信息化、5G通信、電子技術(shù)、智能傳感器等技術(shù)的飛速發(fā)展以及IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的分布實(shí)施，智能化變電所技術(shù)日益成熟，將智能變電所從理論到落地實(shí)施變?yōu)榭赡堋?/p>

鐵路牽引變電所智能化是牽引供電系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢(shì)，體現(xiàn)在鐵路迅猛發(fā)展，牽引供電系統(tǒng)必須要自動(dòng)化程度更高，更加智能化[2]。我國供電方式普遍采用全并聯(lián)AT及直供加回流的模式，越區(qū)供電等功能需要完善適應(yīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的牽引變電所。隨著電子技術(shù)及5G技術(shù)的迅猛發(fā)展，為研制智能變壓器、斷路器、智能傳感器等設(shè)備提供了技術(shù)支撐。建設(shè)智能鐵路是國內(nèi)外大勢(shì)所趨，鐵路牽引變電所智能化方案研究是智能鐵路快速發(fā)展的關(guān)鍵要素。成熟的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于智能變電站建設(shè)中，包括5G通信、智能傳感器、信息化系統(tǒng)、虛擬仿真等，為智能變電站建設(shè)實(shí)現(xiàn)軟硬件支持保障，為牽引變電所智能化建設(shè)方案研究奠定了基礎(chǔ)。

2.智能牽引變電所技術(shù)特點(diǎn)

智能變電所技術(shù)通過先進(jìn)的傳感器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備參量數(shù)字化同步實(shí)時(shí)采集，是具備統(tǒng)一模型的信息平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)供電系統(tǒng)安全高效運(yùn)行[3]。智能變電所技術(shù)可以設(shè)置以供電臂為單元的智能化信息處理平臺(tái)，平臺(tái)位于變電所，在AT所等建立遠(yuǎn)程模塊，調(diào)度中心作宏觀管理，形成調(diào)度中心級(jí)與牽引變電所平臺(tái)合理分工。

智能牽引變電所技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在一次設(shè)備智能化，運(yùn)行管理系統(tǒng)智能化。非磁性光型電壓傳感器等元件與斷路器等高壓設(shè)備有機(jī)結(jié)合，形成智能化斷路器，避雷器等。將高電壓就地變換成光纖數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，通過光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)輸送到智能斷路器操作模塊數(shù)字端口。

智能變電所中，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)具備開放性，通過各設(shè)備信息交互實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備到信息冗余。智能變電所技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)不同于早期103規(guī)約，建立系統(tǒng)數(shù)字化變電所平臺(tái)，充分利用IEC61850面向?qū)ο髽?gòu)建，實(shí)現(xiàn)智能化一次設(shè)備與二次設(shè)備數(shù)字化通信，確保二次設(shè)備互通。智能變電所持續(xù)監(jiān)視所內(nèi)電氣設(shè)備，發(fā)生故障時(shí)提供診斷分析報(bào)告，發(fā)生安防等情況時(shí)，根據(jù)預(yù)案啟動(dòng)措施。要求變電所具備智能化數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)故障信息綜合分析等功能。

3.新建智能牽引變電所網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智能化牽引變電所架構(gòu)包括站控層、間隔層與過程層。站控層提供變電所運(yùn)行人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理層間隔層管理，站控層采用SNTP對(duì)時(shí)，間隔層通過交換式光線以太網(wǎng)通信，北斗提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的IRIG-B信號(hào)，確保間隔層設(shè)備有效信息傳輸。

智能設(shè)備共同協(xié)助完成自動(dòng)化功能應(yīng)用場(chǎng)合增多，完成功能的前提是IED數(shù)據(jù)通信可靠性。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義通用變電所GSE模型，GSE分為面向通用對(duì)象變電所事件GOOSE，通用變電所狀態(tài)事件GSSE，GOOSE通用面向?qū)ο笞冸娝录强焖賵?bào)文傳輸機(jī)制，GOOSE服務(wù)基礎(chǔ)是高速PZP通信，智能電子設(shè)備與其他智能電子設(shè)備相連，GOOSE可作為發(fā)動(dòng)端為前提智能電子設(shè)備提供數(shù)據(jù)。

4.既有牽引供電系統(tǒng)智能化改造

以傳統(tǒng)牽引變電所為例，110kv配電裝置為戶外單體設(shè)備，中壓側(cè)27.5kv配電裝置通常戶內(nèi)安裝。控制二次設(shè)備通常安裝在牽引變電所控制室內(nèi)，二次設(shè)備與一次設(shè)備端子箱采用大量電纜連接。

鐵路牽引變電所智能化建設(shè)投運(yùn)是不斷遞進(jìn)的過程，保障鐵路牽引供電系統(tǒng)安全下，需從設(shè)計(jì)建設(shè)等方面研究如何實(shí)現(xiàn)變電所智能化方案，智能牽引變電所設(shè)計(jì)要求基于現(xiàn)有智能變電站技術(shù)發(fā)展水平，系統(tǒng)與設(shè)備選擇設(shè)計(jì)應(yīng)考慮開放性，牽引變電所智能化方案以安全性為首要目標(biāo)，牽引供電采用供電臂為單元的區(qū)域供電模式，考慮各所協(xié)同互動(dòng)高級(jí)應(yīng)用。

一次設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造是改造關(guān)鍵，需根據(jù)多方面比選確定最優(yōu)改造方案。一次設(shè)備智能化改造可選用非磁性互感器+智能合并單元。利用電磁式電流電壓互感器+智能與合并單元。前者方案造價(jià)較高，目前產(chǎn)品成熟度不夠，需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)。后者方案較成熟，非磁性互感器數(shù)據(jù)光纖傳輸具有延時(shí)，通常主變壓器與低壓側(cè)跨間隔保護(hù)設(shè)備改造采取常規(guī)互感器。如牽引變電所采用遠(yuǎn)動(dòng)RTU自動(dòng)化系統(tǒng)，完成站控層綜合自動(dòng)化數(shù)字化改造，依照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備軟件升級(jí)。

結(jié) 語

智能牽引變電所技術(shù)應(yīng)用新建，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備信息就地采集上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)變電所等基礎(chǔ)信息數(shù)字化，使得相關(guān)智能化所間系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能斷路器，新型非磁性互感器，及以太網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)供電臂單元智能設(shè)備間互聯(lián)，是變電所建設(shè)，運(yùn)維管理模式的升級(jí)，實(shí)現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)智能化運(yùn)維。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊斯泐，李強(qiáng)，董文哲.智能牽引供電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)評(píng)估技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2019，63（01）：128-132.

[2] 錢清泉，高仕斌，何正友，陳奇志，吳積欽.中國高速鐵路牽引供電關(guān)鍵技術(shù)[J].中國工程科學(xué)，2015，17（04）：9-20.

作者簡(jiǎn)介：劉陽飛（1984—），男，漢，陜西榆林市，本科，助理工程師，包神鐵路集團(tuán)神朔鐵路分公司，智能變電所。