鐵路10kV電力遠動技術的工程應用

祁廷海

中鐵十七局集團電氣化工程有限公司 山西 太原 030000

引言

目前，鐵路供電系統運維水平普遍偏低，倒閘作業、線路檢查、故障維護、供電恢復等相關工作主要沿用傳統人工操作的方式，導致管理及操作失誤率較高，與此同時，現代科學技術持續發展，傳統鐵路供電系統已無法滿足社會需求，做好鐵路供電系統升級和裝備的革新已成為必然趨勢，鐵路10kV電力遠動技術作為一種新型技術系統方式，在鐵路供電系統運維中起到積極的促進作用，顯著降低故障發生頻率，提升供電系統的安全性和可靠性，為鐵路行車安全提供可靠保證。

1 鐵路電力遠動系統組成與性能要求分析

1.1 鐵路電力遠動系統組成

目前的鐵路電力系統中為達到實時監控的目標，大范圍采用了SCADA系統，在該系統中電力遠動為核心技術，該技術本質上就是綜合采用多種技術，集中監控鐵路電力系統中的線路開關、變配電所、信號電源等關鍵要素，著力打造自動化管理模式，以保障鐵路電力系統的高效運行。鐵路電力遠動系統具有綜合性，其中融合了多種現代化技術，核心構成為主站、通道、現場監控自動化終端，如圖1所示。在不同構成部分的相互配合下，系統功能多樣，比較突出的功能為運行管理、WEB服務、綜合自動化。

圖1 鐵路電力供電遠動系統結構示意圖

1.2 鐵路電力遠動系統特點

鐵路電力遠動系統的技術類型、結構特點、設備配置決定了該系統具有以下特點：①高度靈敏性、可靠性；②沿鐵路沿線分布有大量的監控點，這些監控點分布分散，故障率較高；③通信質量不高，經常有信號干擾或者通信中斷現象。

1.3 鐵路電力遠動系統性能要求

鐵路工程中為建立完善的電力遠動系統，必須符合以下性能標準：①安全性。鐵路電力遠動系統并非獨立存在，與其他系統之間存在一定的連接關系，在不同系統相連接時，必須從安全性考慮，選擇恰當的連接方式，并設置防火墻、物理隔離層，以起到阻隔作用。②可靠性，鐵路電力遠動系統運行期間可能出現各種故障，為避免局部故障引起更大范圍內的問題，需遵循可靠性要求，采取故障隔離設計等措施，目前很多設備中均采用了備份冗余模式，即使設備運行期間出現異常情況，也不會影響其他系統[1]。③開放性，電力遠動系統應具有開放性與兼容性，在設計服務程序、信息格式、系統接口等方面需嚴格執行行業規范，后續用戶有特殊需求時可直接在原有基礎上擴展。

2 10kV遠程控制檢測的系統概況

以某鐵路為例，其線路全長213.9km，總共包含19個車站，列車運行時速為160km/h。為在該鐵路中發揮10kV電力遠動技術的優勢，進行了以下分析與研究。

2.1 調度主站

10kV遠程控制系統中，調度主站為重要構成，為發揮其作用，主要為計算機局域網絡結構、分布式計算機控制系統相結合的控制模式。在調度主站內配備有高性能計算機，該計算機在運行期間可分別將功能與節點看作模塊、單元，以根據實際需求合理調配。系統構成較為復雜，主要有系統維護工作臺、前置通信處理機、調度員工作臺、畫面拷貝機等，不同部分相互配合，可保障系統功能及性能[2]。另外，系統中整合了大量資源，配備有UPS設備，該設備可在電源出現異常時啟用，避免電源中斷引發安全事故。調度主站中的各種關鍵設備，其中都配備有冗余裝置，當系統正常工作時網絡負載均衡分布。

調度工作站能為工作人員的實時控制與操作提供便捷性條件。在配電系統工作時，調度工作站能遠程、自動化監控，其監控過程不受時間和地點的限制，當采集到配電系統的各方面數據后，有關人員可準確判定和評估配電系統的運行狀態、設備工作情況，采取更為有效的調度措施；維護人員可根據工作需求選擇工作站，完成相應操作，以整合系統數據或者修改部分數據，自動生成報表。另外，系統維護工作站在接收到工作人員的工作請求后，可自動定義系統的運行參數，并同步管理歷史數據，在數據庫中進行數據的一系列操作；通信子系統中包含終端服務器、前置機、切換單元，在10kV電力遠動系統與其他部分之間有連接需求時，通信子系統能提供良好的線路條件，保障通信環境，在此條件下正常采集數據；數據后臺處理中配備有多種類型的服務器，這些服務器可方便歷史數據的存儲與管理，還能合理分配網絡節點資源。調度主站內一般有兩路外部電源，實際的工作中能依據需求選擇電源。當完成電源切換操作后，將其引至UPS電源設備，該設備蓄電池的儲能時間長；在調度主站內還配備有接地系統，該系統完全與其他子系統、設備獨立，接地電阻在1Ω以內。

2.2 被控站

以性質作為分類依據，被控站有三類，主要為開關站、低壓監控站、配電所，其負責監控的對象各有不同，開關站負責監控高低壓設備，而低壓監控站、配電所則分別監控低壓設備、所內全部的高低壓設備。因為為全天候監控，能及時、準確地發現設備問題，安排專人快速處理。

2.2.1 開關站。開關站內安裝有各種專業化設備，如高低壓開關、RTU設備，在不同設備的高度配合下，開關站能整合配電系統中不同來源、格式的數據，并采用專業的方式處理這些數據，將最終數據傳送給調度主站。開關站同樣接收來自調度主站的操作指令，在此指令指導下，由開關站內的有關模塊自動監測、控制設備[3]。當然，開關站也具有其他部分無法比擬的故障錄波功能。以上述鐵路工程為例，其開關站高低壓設備均屬室內設備，布置在室內指定區域，這些開關站高低壓設備大部分與信號樓距離較近，空間資源利用率高，各種設備也具有相對穩定的運行條件，后續的維護檢修相對便捷。

2.2.2 低壓監控站。低壓監控站中的設備與開關站設備高度相似，在其中需合理配備低壓開關與設備，且需遵循安裝操作規范。低壓監控站內的有關設備具有極強的數據處理能力，可高效、自動處理供電系統的各種數據，將處理結果上傳到調度主站。與此同時，低壓監控站同樣接收調度主站所發送的數據，通過數據分析結果判定低壓設備的運行狀態，達到實時監管的目的。低壓監控站系統與RTU的結構、原理等高度一致，但其監控對象各有不同，前者僅能監控低壓設備，因此，接口容量遠低于RTU。

2.3 遠動通道

該項目的遠動通道選擇的是鐵路生產網，這一特殊的通道條件下，不僅呈現出高度的可靠性特點，還能提高傳輸速率、安全。結合實際經驗，遠動系統如為網絡通道，在整個系統中的數據傳輸速率高，操作簡單，前期投資低且后續維護成本低。

2.4 視頻監控系統

針對上述鐵路工程，有關人員需結合實際需求增設視頻監控系統，全線范圍內5個配電所均安裝有視頻監控系統，將這些系統作為電力遠動系統的一部分，在系統正常運行時，視頻監控系統可自動監控配電所設備，此監控過程具有實時性，由于結果以視頻方式呈現，具有直觀性。相關人員利用視頻監控系統的結果，不僅能在短時間內評估設備是否存在異常，還能進行設備異常原因分析，制定最佳的解決措施。為發揮視頻監控系統的功能優勢，可為該系統配備1∶N集中監控型計算機系統，該類系統中包含通信通道、主控站、被控站，在每一配電所中，相關人員都需結合其配電工作需求，安裝終端設備，以主站作為基準布設監控主機。另外，在配電所視頻終端中同樣包含云臺、攝像機等專業設備，每一設備都有其獨特功能，實際的工作中需規范安裝每一設備，并建立不同設備之間的連接關系。

3 改進對策

3.1 自閉、貫通線路故障測距問題

現階段技術發展的過程中，鐵路10kV電力遠動技術取得了良好的應用效果，但自閉、貫通線路故障測距問題較為突出，僅能完成故障區域的判斷任務。一旦未解決故障區域的問題，將影響其他區域的運行。考慮這一方面，未來有關人員需結合技術發展現狀，增大在鐵路自閉、貫通線路行波故障測距系統方面的技術研究力度。自閉、貫通線路故障測距利用了電壓行波信號、雙端法測距方式，由行波綜合分析系統、通信網絡與行波采集與處理系統相互配合完成小電流接地故障、線路短路故障等的分析。

3.2 抗干擾設計

鐵路10kV電力遠動系統中涉及了多種專業化設備，在該系統投入使用后續實時監測多種設備，工作期間受內外部因素的干擾較大，如回路中電氣設備操作、雷電下的浪涌電流、電氣設備周邊磁場等，如未及時消除這些干擾源，遠動設備的運行中面臨較大風險，極易造成安全事故或者其他問題。為優化鐵路10kV電力遠動系統，有關人員必須針對系統的干擾源、類型及原因，采取更有針對性的抗干擾設計，以提高系統的抗干擾能力，減小內外部因素對系統的干擾。比較常用的抗干擾設計主要有以下幾種。

3.2.1 屏蔽措施。在高壓設備與遠動設備之間存在連接關系，為符合抗干擾要求，在二者之間可使用帶有屏蔽層的電纜，使該電纜發揮其屏蔽作用。當然，在具體的工作中電纜鋼鎧兩端同樣需做好接地處理，從源頭上預防高壓設備產生耦合感應電壓，因為此電壓對遠動設備運行的干擾較大。配電所、開關站、低壓監控站在選擇電力設備時，應優先選擇抗干擾性好的設備，對比同類型設備的抗干擾性能及其他性能，并分析價格，遵循安裝標準，保障安裝質量，發揮設備的抗干擾作用。

3.2.2 系統接地。通過這一抗干擾措施，能有效減小外部環境因素對系統的干擾，主要需做好開關柜一次系統接地和二次接地。對于系統中的諸多電力設備，其接地線路與接地母線應經接地扁鐵、接地極完成連接，以預防接地網中瞬變電位差對遠動設備造成的負面影響。為達到遠動設備的接地目標，主要需注意STU、RTU設備電源接地、數字接地不與設備外殼連接。

4 結束語

目前鐵路電力系統中廣泛應用了10kV電力遠動技術，此技術具有顯著優勢，但依據其技術應用情況，尚存在諸多的技術問題，未來的工作中相關人員需從技術發展和應用現狀出發，不斷優化技術路徑，構建科學的技術體系。