浅谈铁路供电系统中配电自动化技术的应用

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摘要：铁路运输是我国最常见的运输形式之一，在我国社会和经济发展中发挥了相当重要的作用。铁路供电系统的主要任务是为铁路的生活、生产、供水、车站及电源系统提供相
应的电力服务。因此，铁路供电系统的可靠性不仅影响铁路运输系统的安全，还关系到铁路部门其他工作的正常进行。本文分别阐述了铁路供电系统的特点、配电自动化的具体应用及应用的常见问题和措施。
关键词：铁路；供电系统；配电自动化
前言
铁路供电系统不同于其他任何供电系统，铁路供电系统为运行中的火车不间断提供电力，因而我国的铁路供电系统相比于其他系统的供电系统更加重要。随着科学技术的发展，为了满足铁路供电系统的供电可靠性要求，铁路部门将配电自动化技术应用到了供电系统中，形成了配电自动化系统，显著提高了铁路供电系统的稳定性和可靠性，保证了铁路运输系统能够正常、稳定、有序地运行。
1铁路供电系统的特点
1.1铁路供电系统结构简单
从电力系统方面分析，铁路负荷是终端负荷，最终用户是直接对象，因此铁路供电系统的负荷状况及电源情况决定了大部分都是lOKV配电所和35KV变电所，只有在就地负荷较大的情况下配有少量的110KV变电所。由于功能要求和应用范围基本相同，铁路供电系统中的变（配）电所的构成基本相同，功能配置也变化不大。根据铁路变（配）电所结构与功能标准化的特点，在进行铁路供电系统配网自动化设计时，可以考虑将变（配）电所的功能实行标准化的统一。
1.2系统接线方式简单
铁路供电系统的接线方式和铁路线相对应，在铁路沿线进行单一敷设，各个变配电所的接线基本均匀分布，并且通过互相连接形成了手拉手式的特殊供电方式。连接线分为自闭线，和贯通线。在铁路供电系统系统中，两者同时存在。连接线除了实现相邻所之间的电气连接外，还为铁路供电最重要的负荷（自动闭塞信号）提供电源，其接线形式如下图所示。
1.3供电可靠性要求高
铁路供电系统对供电可靠性要求较高，其自动闭塞信号负荷的供电中断时间应在145ms之内，如果超过范围，将会导致供电区间的自动闭塞信号灯变为红灯，对铁路的正常运输带来严重影响。由于铁路供电系统远离城市，检修费时费力，没有准确的故障定位也给检修工作带来很大困难，因而配电自动化技术可以很好地解决这一问题。
由于上述供电的重要性，在应用配电自动化技术之前，铁路供电系统已经采取了多种方法来保证供电的可靠性。通过采用双电源供电和安装备用电源投入装置来保证电源的供电可靠性。相邻配电所之间的连接线尽可能实现自闭线和贯通线两种连接方式，从一次设备的角度提高连接的可靠性在一次设备保护回路装设自投保护装置，当线路失压时，自动投入相邻各用所线路开关，迅速恢复供电。
2配电自动化技术在铁路供电系统中的应用
2.1分布控制方式
配电自动化的分布控制主要是指配电自动化终端能够自行完成诊断、定位及隔离故障，它能通过系统之间的相互配合，在不需要主站参与的前提下，完成整个铁路供电系统的重组。配电自动化终端具有两种分段器，分别为电压时间型与电流计数型，且这两种结合开关都具有重合功能。由于控制原理的限制，配电自动化的分布控制方式存在一些缺陷，一是当采用该种方式时，需要改变变电站的重合闸动作方式和出线保护定值；二是如果分段较多，则系统之间的配合相对困难，动作保护缺乏选择性。因此，该种配电自动化的控制方式只适合于接线相对简单的铁路供电系统，而对供电可靠性要求较高的铁路供电系统不适用。
2.2集中控制方式
配电自动化的集中控制建立在功能强大的主站控制系统纸上，对于各种复杂的供电网络结构和故障状况，该控制方式下的配电自动化应用模块能够进行处理。在这种方式下，由现场配电自动化终端将采集到的故障信息传输到供电系统主站的控制中心，由主站的应用模块经过分析和计算后，判断该供电系统存在故障的区段，然后得出相应的故障隔离方案以及恢复供电方案，并下达指令传递给配电自动化终端执行。配电自动化的集中控制主要功能包括三个方面：（1）配电自动化终端通过对供电系统进行监测，将采集的信息上传到铁路供电系统主站的控制中心；（2）供电系统主站的控制中心对配电自动化终端上传的信息进行分析、处理，然后判断系统发生故障的位置，并制定相应的解决方案，以此控制故障的传播，尽可能地降低故障对供电系统造成的损害；（3）供电系统主站完成全网的管理与优化，保证其能够正常、稳定地运行。
集中控制方式对通信系统的可靠性和速率要求较高，因为在其故障处理过程中需要高速传递故障信息和控制指令。其是以功能强大的主站系统为中心建立和实施的，专用高级应用模块可以处理应对复杂的网络结构和故障情况。铁路供电系统是以供电段为基础单位运行，所以配电自动化系统也应以供电段为单位建立和实施。此外，该种方式在铁路供电系统中的应用，需要配置性能良好的通信系统，但是铁路供电系统自身没有通信系统，需要利用铁路系统的公共通信系统进行数据信息的传输，而铁路系统的公共通信系统受环境因素的影响相对较大，必须采取相应的措施进行处理。
3铁路供电系统设计
牵引供电系统与配电供电系统构成铁路供电系统，其核心内容主要有两部分构成。
3.1系统设计与构成
配电主站主要由服务器、通讯调度员、通讯柜和前置机构成，配电主站系统主要实现都是传统“三遥”、故障信息采集处理分析以及实时监测等功能。配电主站还配置了智能化一体开关，它作为配电自动化系统的基础设备，能够准确地检测实时发生的故障信息，并及时上报，从而让配电主站的故障处理效率大大增加。
3.2通信系统设计
铁路供电系统本身没有任何通信设施，必须使用铁路系统的公共通信系统来传输数据，也正是这一点使得其通信受到铁路环境的限制比较大，有时可能通信条件达不到比较理想的状况。在这种情况下通信系统便无能为力，因而在通信系统的设计与灵活配置方面还需要进行深入的研究才能够满足铁路供电系统的通信需求。
4配电自动化技术在铁路供电系统中应用的常见问题和解决措施
由于铁路供电系统受环境因素的制约，配电自动化技术在铁路供电系统应用的过程中，经常会出现一些问题。目前，我国通常采用小电流接地故障定位方法来检测和解决常见的问题，小电流接地故障定位检测方法主要包括：
4.1暂态功率方向法
铁路供电系统中配电自动化终端通过利用暂态零模电压计算故障的方向，然后对故障方向进行比较和分析，选择故障区段，进行准确的定位。这种方法法不需要在中性点投入电阻，也不需要向系统注入信号，并且不受中性点运行方式以及间歇性电弧的影响。
4.2零序电流法
零序电流法能够检测到铁路供电系统中的稳态零序电流幅值，进而判断故障存在的区段，该种故障定位检测方法的优点在于操作简单、快捷。
4.3注入信号法
当铁路供电系统中的变电所向配电自动化系统施加特定频率的信号时，可以采用固定或者移动的信号检测装置来判断故障发生的区段，注入信号法可用于检测谐振接地故障。
5结语
综上所述，铁路供电系统实际上是电力供电系统的一种简化形式，电力系统中的成熟、先进技术完全能够在铁路供电系统中应用。当前铁路供电系统的自动化水平正在不断提高，不断吸取电力系统的成熟经验和技术，还应加快铁路供电系统的自动化改造，不但能够大大改进铁路供电系统自身的运行和管理水平，提高劳动生产率，而且也对整个铁路系统的运行大有益处。
参考文献：
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[2]杨立.配电自动化工程应用于铁路供电系统的分析[J].黑龙江科技信息，2008（08）