鐵路電力及自動化系統組網方式構建研究

劉坤

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

1 前言

鐵路電力自動化系統是基于鐵路電力運行需要而產生的一種控制手段，其能在計算機硬件設備、軟件系統的基礎上，結合自動檢測與控制、現代通信等多種技術，實現鐵路電力系統電源、電路的檢測與控制，這為鐵路運輸控制創造了良好條件；并且其在減少大范圍停電問題的基礎上，有效地提升了鐵路運輸的效率與安全性。

2 鐵路電力自動化系統的組網方式

2.1 現場總線

作為鐵路電力自動化系統組網設計的重要方式，現場總線方式能為變配電所各內部單元和部分范圍提供通信，具有全數字化、實時性及多節點性的特征。相比傳統的電力系統控制方式，基于現場總線的電力自動化系統解決了模擬數字通信混合和系統封閉問題，其有效地滿足了電力網絡系統的控制需要。目前，鐵路電力自動化系統現場總線方式同時支持多種電纜材料，即除雙絞線、同軸電纜外，現場總線組網還可使用射頻電纜以及紅外線等材料，具有較強的適應性、抗干擾性和安全性。要注意的是，現場總線的標準要求較高，總線不能相互兼容，這限制了其在組網中的應用效果。

2.2 音頻專線

音頻專線以音頻傳輸接入系統為基礎，系統建立了鐵路專用網絡；該鐵路專用網絡不僅包含音頻共線的專用通道，而且涉及鐵路路程控制的電話交換網絡。在音頻專線組網方式下，鐵路電路人員會在環形組網中設置通信中繼器，這樣在通信中繼器的作用下，鐵路系統的音頻數據會逐單元傳遞下去，不僅減少了設備建設費用，而且有效地提升了音頻數據傳輸的效率和準確性。此外，在音頻專線下，若通信線路發生問題，則信號數據可從另一個方向進行傳輸，確保了信號數據傳輸的效率性。

2.3 數字通道

在通信傳輸接入系統的作用下，鐵路電力自動化系統還可通過數字通道完成信息數據的傳輸，并實現系統組網工作。現階段，在鐵路電力自動化系統數字通道組網方式下，RS-232/V.24等型號數字接口的應用較為常見，其組網方式與音頻轉型中的星形組網較為相似，所不同之處在于，在數字通道組網方式下，整個電力自動化系統還需設置一個多路串口機。在一定程度上，串口機的使用會縮短通信之間的距離。在直連模式下，要求嚴格控制通信設備和電力設備兩端的距離，要求其距離保持在16m以內；當超出這一距離規定時，需在MODEM的支撐下，延長系統的通信距離。同時串口機接口的傳輸效率多保持在64kibt/s，這限制了鐵路電力自動化系統的應用效果，因此近年來，在使用數字通道時，人們需結合實際情況，對數字通道組網進行優化改造和升級。

2.4 以太網

鐵路電力自動化系統中，以太網本身就是系統組網的方式之一，就鐵路電力自動化系統以太網組網方式而言，其本身是一種工業組網方式。工業以太網在技術方面與以太網的標準具有兼容互通性，近年來，工業以太網在鐵路電力自動化系統中的應用不斷深入，從應用效果來看，其不僅具有寬帶大、傳輸速度快的特點；而且傳輸過程的可靠性較強、拓展性較好，能有效實現信息傳輸過程中“視頻、語音、數據”的結合統一；此外，鐵路電力自動化系統以太網組網方式還側重于TCP應用層協議的控制應用。就ModBus/TCP而言，其是在TCP應用層的基礎上產生的一種協議，協議本身具有較強的開放性，具有較強的適用性，有效地提升了組網應用效益，保證了電力自動化系統的整體應用效果。

3 項目概況

安慶至九江鐵路新建線路長度198.249km，全線新建車站6座，橋隧比例86.44%，設計時速為350km/h。工程項目建設中，鐵路電力自動化系統是本項目施工的重要內容，本項目列車運行采用自動控制方式，對運行列車實施集中調度管理，這要求在電力自動化系統建設應用中，重視系統組網方式的設計與優化布局，確保鐵路列車調度信號傳輸的效率性、準確性。項目建設區域內安九線新建安慶西35/10kV變配電所一座，太湖南、黃梅東10kV配電所各一座，接引兩路獨立地方35kV、10kV電源，配電所規模其中安慶西為二進十二出，其他兩所為二進八出。新建電力自動化系統涉及四電集成范圍、非四電集成范圍，并且要求重視新建電力自動化系統與合安鐵路的接口劃分，規范開展這些區域鐵路電力自動化系統建設，重視組網方式應用，有效地提升了項目電力信號傳輸的效率和質量。

4 鐵路電力自動化系統組網方式構建要點

4.1 電力自動化系統供電原則要求分析

本項目電力自動化系統組網建設初期階段，規范化地開展系統用電原則和要求分析，對項目用電負荷分布、負荷等級、供電設計等要素提出全新要求。如在用電負荷分布中，要求滿足沿線各車站、段及區間的功能需要，如信號中繼站、信號基站、運營調度系統、空調通風、房屋照明等。同時，根據供電可靠性要求及中斷供電所造成損失或影響的程度，將系統供電負荷分為三個等級，嚴格按照《鐵路電力設計規范》的要求，開展用電負荷設計。此外，嚴格按照先進經濟、合理安全、可靠、穩定的要求進行供電，并且要求在全新組網方式及電力自動化系統下，按要求10kV及以上變配電所實現無人值守的原則要求。

4.2 外部電源及電源線路組網

項目外部電源布網設計中，要求沿線各車站變配電所均由地方變電站接引兩路獨立的電源，以此為本線提供可靠的電源。其中，本項目安慶西35/10kV變配電所電力系統組網中，從地方獨秀220kV變電站和金拱110kV變電站出發，各接引1路35kV專線。而在太湖南、黃梅東10kV配電所中，分別從熙湖110kV變電站、新倉35kV變電站、關山110kV變電站和磚都110kV變電站接引10kV專線。在外部電源線路接引過程中，與地方供電部門進行溝通與協調，確保供電的穩定與安全。此外，在電源線路設計中，采用混合線路接引方式，其中架空線路使用預應力鋼筋混凝土電桿、鐵橫擔兩種類型的支撐，做好不同區域線路材料選擇，如在空曠地區、林區分別采用鋼芯鋁絞線和架空絕緣線，并設置產權分界開關，確保電纜使用的安全性。

4.3 電纜供電系統組網方案

要進一步提升鐵路電力自動化系統運行效率，在電力系統組網設計中，需要考慮電纜供電系統組網方案的合理設計。（1）本項目車站、場、段供電過程中，從鐵路35kV（10kV）變配電所站饋回路接引綜合電源，而在信號、通信專用電源控制匯總，從10kV綜合電力貫通線和10kV一級負荷電力貫通線接引。（2）重視各區間負荷供電控制，如本項目橋隧比例86.44%，隧道較多，電力系統組網施工難度較大，對此，隧道單電源接引于10kV綜合負荷貫通線，并且當隧道與區間通信基站、直放站距離較近時，要求共用箱變供電。（3）項目配電所電網配置中，要求做好變配電所分布及其主接線的控制，主接線采用單母線斷路器分段接線方式；而在保護裝置設置中，采用微機保護綜合自動化系統，并實現給系統的集中組屏管理，此外，考慮電氣設備布置、接地方式、無功功率集中補償等隱私。（4）在條件允許情況下，項目實施電源線路的架空施工，防止實施電纜穿管或直埋敷設。將項目電力遠動系統接入SCADA系統，進行電力線路火災報警、照明的系統控制。最后，嚴格按照GB50057-2010、TB/T3074等文件的要求，進行電纜線路防雷接地施工，滿足用電系統應用需要。

4.4 電氣設備選型應用

規范化地安裝、使用電氣設備，能實現鐵路電力自動化系統的最優控制，確保鐵路運輸的安全性、穩定性。首先，在10kV、35kV高壓開關柜控制中，選擇免維護、少維修的SF6氣體絕緣開關柜，開關柜采用真空斷路器，該斷路器采用彈簧操動機構，操動機構的操作電壓為DC220V。其次，本項目重視調壓器和變壓器控制，如在400kVA雙繞組環氧澆注干式有載調壓變壓器應用中，要求其空載損耗保持在1350以內，阻抗電壓維持在4%。同時，實施項目主流電源控制、接地，本項目直流電源額定頻率保持在50±5%Hz，要求其穩壓、溫流精度不超過0.5%，綜合效率保持在92%以上。接地管理中，規范安裝隔離開關、接地電阻、電流互感器等單元，最大限度發揮小電阻接地裝置作用。最后，進行綜合自動化設備控制，通過微機繼電保護裝置、通信管理機、監控后臺及系統軟件等裝置，實現自動化設備的系統管理，確保其滿足實際的應用需要。

5 結語

鐵路電力自動化系統的建設與應用對于電路運輸效率與安全具有深刻影響。結合安慶至九江鐵路電力自動化系統建設實際可知，鐵路電力工作者只有深刻認識到電力自動化系統組網建設的必要性，掌握最電力自動化技術組網方式，然后，結合工程實際情況，進行鐵路電力系統組網的系統布局和施工，這樣才能確保電力組網設計應用的規范性，提升鐵路電力自動化運作效率，促進鐵路運輸產業的持續、穩定發展。