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摘要：铁路电力自动化就是利用先进的计算机软硬件技术、自动检测和控制技术、计算机通信和网络技术，对铁路电力系统的重要环节进行自动监视和控制，以提高运行管理及维护水平，保证铁路电力系统的安全、经济运行，并能够及时进行故障处理，缩小故障停电范围，迅速恢复供电，减少停电损失，提高供电可靠性，为列车安全、可靠地运行提供保障。
关键词：铁路电力自动化；监控；遥测；故障处理
中图分类号：TM715 文献标识码：A
文章编号：1674-1145（2009）14-0173-02
一、项目背景
洛湛铁路起于河南洛阳，经过湖北、湖南到广西岑溪后分两个走向，向西经玉林后沿现有黎湛线到湛江，向南经信宜、高州、茂名到湛江。2004年12月15日兴建，2008年12月31日铺通，2009年5月15日将开行货车，7月1日开行客车。洛湛铁路是国家八纵八横铁路干线之一，是国家铁路的主要运输通道。北起河南洛阳，南至广东湛江市，与京广、京沪、京九等干线一起构成我国纵向的铁路网骨干，是我国中西部地区及沿海地区深水港口的重要出海通道。
2004年国务院讨论并通过了《中长期铁路网规划》，描绘了铁路网至2020年的宏伟蓝图。2007年12月，铁道部对《中长期铁路网规划》进行了调整以下简称《调整方案》，《调整方案》将扩大铁路快速客运网，该网由客运专线、城际轨道交通和客货混跑快速线路组成，调整后的快速客运网总规模达5万公里以上，较原规划增加了2万公里。《调整方案》将进一步扩大西部路网规模、完善中东部路网结构，将规划建设新线由1.6万公里调整为4.1万公里。《调整方案》将增建二线建设规模由1.3万公里调整到1.9万公里，既有电气化建设规模由1.6万公里调整为2.5万公里。这标志着我国铁路新一轮大规模建设即将展开。铁路用户对电力系统的供电可靠性和电力调度水平提出了更高的要求，铁路电力自动化系统已经成为铁路电力建设的重要组成部分，电力自动化技术必定会得到更加深入、更加广泛的推广和应用。
随着铁路现代化的发展，自动闭塞信号、车站计算机联锁、调度集中、自动化驼峰、通信系统、工业电视等设备的使用，对铁路供电可靠性和供电质量提出了更高的要求。铁路运输系统重要的环节中任何一个环节如果突然停电，就可能造成运输阻塞，甚至造成列车颠覆、旅客伤亡等事故。根据事故停电所造成的后果，铁路用户负荷分为下列三级：
一级负荷：中断供电将造成人身伤亡事故，或在政治上、经济上造成重大损失、造成铁路运输秩序混乱，或影响具有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。属于此类负荷有：与行车密切相关的自动闭塞、信号机、电气集中、通信枢纽等；与站场相关的有调度集中、大站电气集中联锁、驼峰电气集中联锁、大型车站、消防设备，以及医院手术室、局电子计算中心等。
二级负荷：中断供电将在政治上、经济上造成较大损失，或影响重要用电单位正常工作、影响铁路正常运输。属于此类负荷有非自动闭塞区段中小站电气集中、通信机械室、给水所、编组站、区段站、红外线轴温探测设备、医院、道口信号等。二级负荷也应尽量采用两路电源供电，或“手拉手”环网供电方式。
三级负荷：不属于一、二级负荷的称为三级负荷。三级负荷可由一路电源供电。
二、铁路电力运行方式
从大的范围来看，铁路电力系统工作于公共电网的末端，属于电力系统发电、输电、供电三个环节中的供配电环节，但其对供电可靠性的要求却非常高。以沿线车站信号机为例，铁路部门为保证沿线信号灯不掉电，铁路电力系统的变配电所一般采用双电源供电方式，沿线每一个供电区间双端供电，供电区之间一般采用专门为自动闭塞信号机供电的10KV自闭电力线路（简称自闭线）和10KV贯通电力线路（简称贯通线），双路供电至低压双电源切换装置，两路电源互为备用，失压自动切换。下面简单介绍铁路电力系统各主要组成部分的运行方式。
（一）变配电所运行方式
铁路系统电源取自地方供电局的变电站，供电方式为专盘专线，电压等级一般为：110KV、35KV或10KV，少量使用220KV。35KV正逐步取消，10KV应用最广泛。铁路系统为了提高供电可靠性，一般采用双电源同时运行、母线母联分段供电方式。
1．系统结构。铁路电力自动化系统的监控对象主要包括：变配电所、贯通线路、信号电源及各种高低压开关等。按照功能和内容来分，铁路电力自动化系统主要包括：调度自动化主站、变配电所综合自动化、信号电源监控及贯通线路自动化系统。调度自动化主站实际以生产运营为主要任务的供电段调度自动化为主。系统结构如图所示：
2．系统介绍
（1）变电所综合自动化。变电所综合自动化系统是铁路电力自动化系统的基本单元，主要完成变配电所内部的自动化功能，包括保护、监视、控制以及数据转发等。主要功能包括：变配电所综合自动化，如常规保护、SCADA监控、就地自动化监控等；与车站开关监控配合完成线路自动化功能，如故障定位、故障隔离、备自投快速恢复供电等；向段调度中心转发配电所和附近车站自动化装置的实时数据，并结束主站下发的遥控、遥调命令。
（2）信号电源监控。信号电源是铁路系统的最重要的负荷，采用双电源供电。信号电源不仅供电可靠性要求高，而且管理复杂，高压侧由电力专业负责，低压侧由信号专业负责。信号电源监控由信号电源监控装置（STU，Semaphore Terminal Unit）来完成。STU主要完成信号电源日常运行监视、失压报警、开关状态控制、故障录波等功能。
（3）车站开关监控装置（也叫贯通线路自动化）。贯通线路自动化以车站为单位，用开关进行分段，对每台分段开关安装开关监控器（FTU Feeder Terminal Unit ），由FTU对开关设备进行自动化监控，与调度主站配合完成线路故障检测、故障定位、故障线段自动隔离以及非故障线段的快速恢复供电功能。STU与FTU的配合：STU通常安装在车站信号楼内，可以直接连至通信机械室，完成与上级主站的通信。FTU一般安装在室外线杆上，在实施电力自动化时STU与FTU一般作为一个整体考虑。洛站铁路FTU采用光纤与工业以太网连接，STU通过双绞线与工业以太网连接，以太网再和通信机械室的通信机连接。采用以太网连接车站自动化终端是一种技术先进、性能良好的解决方案。
（二）线路故障检测技术和定位技术
线路故障检测，包括相间短路故障、小电流接地系统单相接地故障和断相故障的检测，这是实现线路自动化功能的基础。
1．相间短路故障。相间短路故障发生时，短路电流非常大，特征明显，容易检测。相间短路故障一般判断线路电流是否超过整定值来检测故障。定位原理：在同一次故障中，相间短路故障点位于FTU感受到的故障次数不同的两个相邻车站之间。
2．单相接地故障。铁路电力线路一般采用中性点不接地方式。当发生单相接地故障时，由于接地电流等原因，单相接地故障检测一直是一个难点。利用不接地电网中故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点。缺点是当某一线路远远长于其他线路，即其分布电容与系统总的分布电容相差不大时，或接地点过渡电阻较大时，装置可能拒动；不适用于谐振接地电网。
铁路电力线路沿线多为架空线或架空电缆混合线路，有大量导线接头，长期户外运行氧化腐蚀会使接头的接触电阻逐渐增大，电流通过时会发热，温度升高又促使接触电阻进一步增大，恶性循环，导致接头烧熔，发生断线故障。
3．断线故障监测的基本原理是当故障发生时三相电压会发生严重不平衡现象。具体的做法是：
（1）高压断相监测和定位的前提条件是在同一个供电区间内，FTU能够检测三相电压的大小。
（2）高压断相故障的检测和启动条件是：主站系统根据FTU上报的线路电压数据，检测到线路上某相电压低于整定上限值（如：小于180V），而且大于整定的下限值（如：大于30V）时，就认为发生了断相故障。
（3）这样在已知供电方向的情况下，在某个供电区间上，高压断相故障的位置应该在第一个出现任意线电压或电压低于断相故障电压上限门槛值，而且大于断相电压下限门槛值的开关和与其相邻的上游开关之间。
三、洛湛铁路电力自动化安装中的经验和建议
洛站铁路广西段长滩到玉林之间共有车站21个，统一由柳州供电段调度管理。主要供货厂家：电力远动开关厂（华仪电气），FTU（南京恒星自动化设备有限公司），STU（成都四为电子信息有限公司），通信机柜（北京华夏网新），配电所自动化（上海申瑞和重庆新世纪）。根据现场安装经验：
1．首先在众多的设备厂家中要在技术文件中对各设备厂家的接口进行明确，是采用RJ45接口还是485通信接口，还是232接口。
2．由于铁路运行部门特殊的管理模式，电力远动要在招标前提前协调好水电段与铁通公司是提供64通道还是2M通道。
3．运动开关与FTU之间连接端子，STU从信号电源双电源屏采集的电压、电流、控制信号等端子，由于牵扯不同厂家，在技术文件中要明确要求各端子的统一定义。
四、结语
洛湛铁路电力线路沿线铁路线狭长分布，供电距离长，环境恶劣，事故多发，特别是遇到山区、丛林及河网地带，交通十分不便，一旦线路发生故障，故障点查找和维护都十分困难，劳动强度大，恢复供电时间长，严重影响供电可靠性。实施铁路电力自动化可提高现有铁路管理水平，提高供电质量，降低劳动强度，为高速安全运行的铁路提供更高的可靠性保证。
作者简介：吕秋生（1971- ），男，铁道部宜万铁路建设指挥部工程师，研究方向：工程合同管理。 |
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发表于 2022-2-27 19:47:01