淺談鐵路電力自動(dòng)化在洛湛鐵路中的應(yīng)用

摘要：鐵路電力自動(dòng)化就是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)和控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)鐵路電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視和控制，以提高運(yùn)行管理及維護(hù)水平，保證鐵路電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并能夠及時(shí)進(jìn)行故障處理，縮小故障停電范圍，迅速恢復(fù)供電，減少停電損失，提高供電可靠性，為列車安全、可靠地運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：鐵路電力自動(dòng)化；監(jiān)控；遙測(cè)；故障處理

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）14-0173-02

一、項(xiàng)目背景

洛湛鐵路起于河南洛陽，經(jīng)過湖北、湖南到廣西岑溪后分兩個(gè)走向，向西經(jīng)玉林后沿現(xiàn)有黎湛線到湛江，向南經(jīng)信宜、高州、茂名到湛江。2004年12月15日興建，2008年12月31日鋪通，2009年5月15日將開行貨車，7月1日開行客車。洛湛鐵路是國家八縱八橫鐵路干線之一，是國家鐵路的主要運(yùn)輸通道。北起河南洛陽，南至廣東湛江市，與京廣、京滬、京九等干線一起構(gòu)成我國縱向的鐵路網(wǎng)骨干，是我國中西部地區(qū)及沿海地區(qū)深水港口的重要出海通道。

2004年國務(wù)院討論并通過了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，描繪了鐵路網(wǎng)至2020年的宏偉藍(lán)圖。2007年12月，鐵道部對(duì)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》進(jìn)行了調(diào)整以下簡(jiǎn)稱《調(diào)整方案》，《調(diào)整方案》將擴(kuò)大鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)，該網(wǎng)由客運(yùn)專線、城際軌道交通和客貨混跑快速線路組成，調(diào)整后的快速客運(yùn)網(wǎng)總規(guī)模達(dá)5萬公里以上，較原規(guī)劃增加了2萬公里?！墩{(diào)整方案》將進(jìn)一步擴(kuò)大西部路網(wǎng)規(guī)模、完善中東部路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將規(guī)劃建設(shè)新線由1.6萬公里調(diào)整為4.1萬公里?！墩{(diào)整方案》將增建二線建設(shè)規(guī)模由1.3萬公里調(diào)整到1.9萬公里，既有電氣化建設(shè)規(guī)模由1.6萬公里調(diào)整為2.5萬公里。這標(biāo)志著我國鐵路新一輪大規(guī)模建設(shè)即將展開。鐵路用戶對(duì)電力系統(tǒng)的供電可靠性和電力調(diào)度水平提出了更高的要求，鐵路電力自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為鐵路電力建設(shè)的重要組成部分，電力自動(dòng)化技術(shù)必定會(huì)得到更加深入、更加廣泛的推廣和應(yīng)用。

隨著鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展，自動(dòng)閉塞信號(hào)、車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、調(diào)度集中、自動(dòng)化駝峰、通信系統(tǒng)、工業(yè)電視等設(shè)備的使用，對(duì)鐵路供電可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)重要的環(huán)節(jié)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)如果突然停電，就可能造成運(yùn)輸阻塞，甚至造成列車顛覆、旅客傷亡等事故。根據(jù)事故停電所造成的后果，鐵路用戶負(fù)荷分為下列三級(jí)：

一級(jí)負(fù)荷：中斷供電將造成人身傷亡事故，或在政治上、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失、造成鐵路運(yùn)輸秩序混亂，或影響具有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作。屬于此類負(fù)荷有：與行車密切相關(guān)的自動(dòng)閉塞、信號(hào)機(jī)、電氣集中、通信樞紐等；與站場(chǎng)相關(guān)的有調(diào)度集中、大站電氣集中聯(lián)鎖、駝峰電氣集中聯(lián)鎖、大型車站、消防設(shè)備，以及醫(yī)院手術(shù)室、局電子計(jì)算中心等。

二級(jí)負(fù)荷：中斷供電將在政治上、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失，或影響重要用電單位正常工作、影響鐵路正常運(yùn)輸。屬于此類負(fù)荷有非自動(dòng)閉塞區(qū)段中小站電氣集中、通信機(jī)械室、給水所、編組站、區(qū)段站、紅外線軸溫探測(cè)設(shè)備、醫(yī)院、道口信號(hào)等。二級(jí)負(fù)荷也應(yīng)盡量采用兩路電源供電，或“手拉手”環(huán)網(wǎng)供電方式。

三級(jí)負(fù)荷：不屬于一、二級(jí)負(fù)荷的稱為三級(jí)負(fù)荷。三級(jí)負(fù)荷可由一路電源供電。

二、鐵路電力運(yùn)行方式

從大的范圍來看，鐵路電力系統(tǒng)工作于公共電網(wǎng)的末端，屬于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、供電三個(gè)環(huán)節(jié)中的供配電環(huán)節(jié)，但其對(duì)供電可靠性的要求卻非常高。以沿線車站信號(hào)機(jī)為例，鐵路部門為保證沿線信號(hào)燈不掉電，鐵路電力系統(tǒng)的變配電所一般采用雙電源供電方式，沿線每一個(gè)供電區(qū)間雙端供電，供電區(qū)之間一般采用專門為自動(dòng)閉塞信號(hào)機(jī)供電的10KV自閉電力線路（簡(jiǎn)稱自閉線）和10KV貫通電力線路（簡(jiǎn)稱貫通線），雙路供電至低壓雙電源切換裝置，兩路電源互為備用，失壓自動(dòng)切換。下面簡(jiǎn)單介紹鐵路電力系統(tǒng)各主要組成部分的運(yùn)行方式。

（一）變配電所運(yùn)行方式

鐵路系統(tǒng)電源取自地方供電局的變電站，供電方式為專盤專線，電壓等級(jí)一般為：110KV、35KV或10KV，少量使用220KV。35KV正逐步取消，10KV應(yīng)用最廣泛。鐵路系統(tǒng)為了提高供電可靠性，一般采用雙電源同時(shí)運(yùn)行、母線母聯(lián)分段供電方式。

1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。鐵路電力自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象主要包括：變配電所、貫通線路、信號(hào)電源及各種高低壓開關(guān)等。按照功能和內(nèi)容來分，鐵路電力自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括：調(diào)度自動(dòng)化主站、變配電所綜合自動(dòng)化、信號(hào)電源監(jiān)控及貫通線路自動(dòng)化系統(tǒng)。調(diào)度自動(dòng)化主站實(shí)際以生產(chǎn)運(yùn)營為主要任務(wù)的供電段調(diào)度自動(dòng)化為主。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：

2．系統(tǒng)介紹

（1）變電所綜合自動(dòng)化。變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是鐵路電力自動(dòng)化系統(tǒng)的基本單元，主要完成變配電所內(nèi)部的自動(dòng)化功能，包括保護(hù)、監(jiān)視、控制以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。主要功能包括：變配電所綜合自動(dòng)化，如常規(guī)保護(hù)、SCADA監(jiān)控、就地自動(dòng)化監(jiān)控等；與車站開關(guān)監(jiān)控配合完成線路自動(dòng)化功能，如故障定位、故障隔離、備自投快速恢復(fù)供電等；向段調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)配電所和附近車站自動(dòng)化裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并結(jié)束主站下發(fā)的遙控、遙調(diào)命令。

（2）信號(hào)電源監(jiān)控。信號(hào)電源是鐵路系統(tǒng)的最重要的負(fù)荷，采用雙電源供電。信號(hào)電源不僅供電可靠性要求高，而且管理復(fù)雜，高壓側(cè)由電力專業(yè)負(fù)責(zé)，低壓側(cè)由信號(hào)專業(yè)負(fù)責(zé)。信號(hào)電源監(jiān)控由信號(hào)電源監(jiān)控裝置（STU，Semaphore Terminal Unit）來完成。STU主要完成信號(hào)電源日常運(yùn)行監(jiān)視、失壓報(bào)警、開關(guān)狀態(tài)控制、故障錄波等功能。

（3）車站開關(guān)監(jiān)控裝置（也叫貫通線路自動(dòng)化）。貫通線路自動(dòng)化以車站為單位，用開關(guān)進(jìn)行分段，對(duì)每臺(tái)分段開關(guān)安裝開關(guān)監(jiān)控器（FTU Feeder Terminal Unit ），由FTU對(duì)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，與調(diào)度主站配合完成線路故障檢測(cè)、故障定位、故障線段自動(dòng)隔離以及非故障線段的快速恢復(fù)供電功能。STU與FTU的配合：STU通常安裝在車站信號(hào)樓內(nèi)，可以直接連至通信機(jī)械室，完成與上級(jí)主站的通信。FTU一般安裝在室外線桿上，在實(shí)施電力自動(dòng)化時(shí)STU與FTU一般作為一個(gè)整體考慮。洛站鐵路FTU采用光纖與工業(yè)以太網(wǎng)連接，STU通過雙絞線與工業(yè)以太網(wǎng)連接，以太網(wǎng)再和通信機(jī)械室的通信機(jī)連接。采用以太網(wǎng)連接車站自動(dòng)化終端是一種技術(shù)先進(jìn)、性能良好的解決方案。

（二）線路故障檢測(cè)技術(shù)和定位技術(shù)

線路故障檢測(cè)，包括相間短路故障、小電流接地系統(tǒng)單相接地故障和斷相故障的檢測(cè)，這是實(shí)現(xiàn)線路自動(dòng)化功能的基礎(chǔ)。

1．相間短路故障。相間短路故障發(fā)生時(shí)，短路電流非常大，特征明顯，容易檢測(cè)。相間短路故障一般判斷線路電流是否超過整定值來檢測(cè)故障。定位原理：在同一次故障中，相間短路故障點(diǎn)位于FTU感受到的故障次數(shù)不同的兩個(gè)相鄰車站之間。

2．單相接地故障。鐵路電力線路一般采用中性點(diǎn)不接地方式。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于接地電流等原因，單相接地故障檢測(cè)一直是一個(gè)難點(diǎn)。利用不接地電網(wǎng)中故障線路零序電流比非故障線路零序電流大的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是當(dāng)某一線路遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于其他線路，即其分布電容與系統(tǒng)總的分布電容相差不大時(shí)，或接地點(diǎn)過渡電阻較大時(shí)，裝置可能拒動(dòng)；不適用于諧振接地電網(wǎng)。

鐵路電力線路沿線多為架空線或架空電纜混合線路，有大量導(dǎo)線接頭，長期戶外運(yùn)行氧化腐蝕會(huì)使接頭的接觸電阻逐漸增大，電流通過時(shí)會(huì)發(fā)熱，溫度升高又促使接觸電阻進(jìn)一步增大，惡性循環(huán)，導(dǎo)致接頭燒熔，發(fā)生斷線故障。

3．?dāng)嗑€故障監(jiān)測(cè)的基本原理是當(dāng)故障發(fā)生時(shí)三相電壓會(huì)發(fā)生嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象。具體的做法是：

（1）高壓斷相監(jiān)測(cè)和定位的前提條件是在同一個(gè)供電區(qū)間內(nèi)，F(xiàn)TU能夠檢測(cè)三相電壓的大小。

（2）高壓斷相故障的檢測(cè)和啟動(dòng)條件是：主站系統(tǒng)根據(jù)FTU上報(bào)的線路電壓數(shù)據(jù)，檢測(cè)到線路上某相電壓低于整定上限值（如：小于180V），而且大于整定的下限值（如：大于30V）時(shí)，就認(rèn)為發(fā)生了斷相故障。

（3）這樣在已知供電方向的情況下，在某個(gè)供電區(qū)間上，高壓斷相故障的位置應(yīng)該在第一個(gè)出現(xiàn)任意線電壓或電壓低于斷相故障電壓上限門檻值，而且大于斷相電壓下限門檻值的開關(guān)和與其相鄰的上游開關(guān)之間。

三、洛湛鐵路電力自動(dòng)化安裝中的經(jīng)驗(yàn)和建議

洛站鐵路廣西段長灘到玉林之間共有車站21個(gè)，統(tǒng)一由柳州供電段調(diào)度管理。主要供貨廠家：電力遠(yuǎn)動(dòng)開關(guān)廠（華儀電氣），F(xiàn)TU（南京恒星自動(dòng)化設(shè)備有限公司），STU（成都四為電子信息有限公司），通信機(jī)柜（北京華夏網(wǎng)新），配電所自動(dòng)化（上海申瑞和重慶新世紀(jì)）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)驗(yàn)：

1．首先在眾多的設(shè)備廠家中要在技術(shù)文件中對(duì)各設(shè)備廠家的接口進(jìn)行明確，是采用RJ45接口還是485通信接口，還是232接口。

2．由于鐵路運(yùn)行部門特殊的管理模式，電力遠(yuǎn)動(dòng)要在招標(biāo)前提前協(xié)調(diào)好水電段與鐵通公司是提供64通道還是2M通道。

3．運(yùn)動(dòng)開關(guān)與FTU之間連接端子，STU從信號(hào)電源雙電源屏采集的電壓、電流、控制信號(hào)等端子，由于牽扯不同廠家，在技術(shù)文件中要明確要求各端子的統(tǒng)一定義。

四、結(jié)語

洛湛鐵路電力線路沿線鐵路線狹長分布，供電距離長，環(huán)境惡劣，事故多發(fā)，特別是遇到山區(qū)、叢林及河網(wǎng)地帶，交通十分不便，一旦線路發(fā)生故障，故障點(diǎn)查找和維護(hù)都十分困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，恢復(fù)供電時(shí)間長，嚴(yán)重影響供電可靠性。實(shí)施鐵路電力自動(dòng)化可提高現(xiàn)有鐵路管理水平，提高供電質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，為高速安全運(yùn)行的鐵路提供更高的可靠性保證。

作者簡(jiǎn)介：呂秋生（1971- ），男，鐵道部宜萬鐵路建設(shè)指揮部工程師，研究方向：工程合同管理。