遠(yuǎn)程切換電源屏及其在大秦線的應(yīng)用

閆貴青

*太原鐵路局電務(wù)處 工程師,030013 太原

大秦線是我國鐵路的主要運(yùn)煤專線,2004年和 2007年分別組織實(shí)施了 2億 t和 4億 t擴(kuò)能改造,將 9個車站改為中繼站,信號聯(lián)鎖設(shè)備全部改為計算機(jī)聯(lián)鎖,區(qū)間全部改為 ZPW-2000A四顯示自動閉塞,各站全部安裝了信號微機(jī)監(jiān)測并實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)已基本實(shí)現(xiàn)了日均開行 100對以上、日均運(yùn)量 100萬 t的運(yùn)輸組織模式。

目前大秦線共設(shè)有 24個車站,18個中繼站,平均站間距 27.2 km,其中最長的站間距為化稍營—涿鹿間 53.7 km。由于站間距較長,中繼站無人值守,且多處在山區(qū),交通不便,設(shè)備發(fā)生故障尤其是電源屏故障,會造成中繼站上下行 30多架信號機(jī)滅燈,故障延時長,影響范圍大,對運(yùn)輸生產(chǎn)干擾嚴(yán)重,直接影響運(yùn)輸任務(wù)的完成。因此,研究使用遠(yuǎn)程切換控制電源屏,快速恢復(fù)設(shè)備供電就成為提高電源屏工作質(zhì)量的必要前提。

1 遠(yuǎn)程切換電源屏的特點(diǎn)、原理和功能

遠(yuǎn)程切換電源屏是基于鐵路信號設(shè)備輸入、輸出斷路器自動控制及遠(yuǎn)動控制的新型遠(yuǎn)動產(chǎn)品,在安裝有主用和備用 (冷備)電源屏的無人值守車站,通過增設(shè)遠(yuǎn)程切換電源屏,利用通信傳輸通道,在有人值守站安裝操作控制設(shè)備,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程主、備電源屏的切換,迅速切除故障電源屏,壓縮故障延時,減少對運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

1.1 遠(yuǎn)程切換電源屏特點(diǎn)

1.實(shí)時監(jiān)測。遠(yuǎn)程控制中心可實(shí)時監(jiān)測切換電源屏的運(yùn)行工作狀態(tài),具有故障定位、存儲、報警等功能。

2.遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。切換電源屏可與微機(jī)監(jiān)測進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。

3.多種控制方式,可滿足現(xiàn)場人工手動切換和遠(yuǎn)程自動切換功能,以及切換屏輸出斷路器遠(yuǎn)程控制和自動合閘,包括由于偶然因素,如電源沖擊、外部負(fù)載瞬間短路等造成跳閘后的自動合閘。

4.遠(yuǎn)程切換控制單元采用 2路電源輸入,具有自動轉(zhuǎn)換功能和 UPS不間斷供電功能。

1.2 遠(yuǎn)程切換電源屏技術(shù)方案

遠(yuǎn)程切換電源屏技術(shù)方案框圖如圖 1所示。

遠(yuǎn)程切換電源屏采用 “整屏備用、遠(yuǎn)程切換”的應(yīng)用形式。正常情況下,主用電源屏處于工作狀態(tài),備用電源屏冷機(jī)備用。當(dāng)主用電源屏某支路故障后,輸出斷路器跳閘,遠(yuǎn)程切換控制功能先對此支路進(jìn)行自動合閘,若合閘成功,電源系統(tǒng)繼續(xù)對外供電;若合閘失敗,根據(jù)系統(tǒng)遠(yuǎn)程發(fā)出的切換指令進(jìn)行主、備電源屏的自動切換。先斷開主用電源屏輸入斷路器及輸出支路斷路器,經(jīng)一定時間延時后啟動備用電源屏,并閉合備用電源屏所有支路斷路器,由備用電源屏繼續(xù)對外供電。

圖1 遠(yuǎn)程切換電源屏技術(shù)方案框圖

1.3 遠(yuǎn)程切換技術(shù)原理

遠(yuǎn)程切換電源屏主要利用機(jī)械自動化原理,結(jié)合單片機(jī)技術(shù),實(shí)現(xiàn)主備電源系統(tǒng)輸入、輸出自動切換。除具有過流、短路等主要電氣故障的保護(hù)功能外,還同時具有故障識別、故障指示、過載延時、軟件升級等功能。斷路器采用美國 AIRPAX公司的遠(yuǎn)程遙控斷路器,具有自動控制功能。

遠(yuǎn)程切換電源屏動作過程為:當(dāng)主用電源屏某一支路故障,值班人員通過微機(jī)監(jiān)測判斷為電源屏故障后,聯(lián)系要點(diǎn)(防止斷開其他輸出電源的過程中影響行車),并通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),發(fā)送操作切換指令;遠(yuǎn)程切換單元收到指令后,自動斷開主用電源屏輸入斷路器和所有輸出支路斷路器,經(jīng)一定時間延時后,切換單元自動閉合備用電源屏輸入斷路器,再閉合備用電源屏所有輸出支路斷路器,從而使用備用電源屏繼續(xù)對外部信號設(shè)備進(jìn)行供電。

1.4 遠(yuǎn)程切換電源屏主要功能

1.自動合閘功能。主用或備用電源屏工作過程中,某支路短路導(dǎo)致切換電源屏斷路器跳閘后,系統(tǒng)會開始進(jìn)行 1～3次的自動合閘操作。

2.自動合閘失敗報警。系統(tǒng)在自動合閘失敗的情況下,自動鎖定,并進(jìn)行蜂鳴報警及 LED顯示報警,同時在電源屏內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)顯示報警。

3.錯誤操作報警提示。因人為錯誤操作而導(dǎo)致備用電源屏輸出斷路器閉合,系統(tǒng)能自動給出錯誤操作提示報警,直至人工解決錯誤操作。

4.主、備電源屏遠(yuǎn)程切換。主用電源屏因外部原因或自身原因故障后,遠(yuǎn)程操作人員可針對實(shí)際情況,發(fā)送遠(yuǎn)程切換指令。此時,遠(yuǎn)程切換系統(tǒng)將關(guān)閉主用電源屏輸入及輸出斷路器,經(jīng)過一定時間延時后,啟動備用電源屏,繼續(xù)為外部設(shè)備進(jìn)行供電。

5.手動/自動 2種控制方式。選擇手動方式時,系統(tǒng)不受遠(yuǎn)程指令控制,可進(jìn)行人工操作;選擇自動方式時,系統(tǒng)將可以實(shí)現(xiàn)自動合閘及遠(yuǎn)程切換操作。

6.組網(wǎng)與通信功能。采用 “切換屏—本地 PC機(jī)采集端—遠(yuǎn)程 PC機(jī)控制端組網(wǎng)”方式,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。

7.不間斷供電特性。外部輸入斷電后,切換控制系統(tǒng)采用 UPS供電,不間斷供電時間大于15min。

1.5 遠(yuǎn)程切換控制單元

該單元是以 MCS-51微處理器 (AT89S52)為CPU的單片機(jī)自動控制系統(tǒng)。其原理框圖如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程單元切換控制單元原理圖

通過對采集到的斷路器接點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷,根據(jù)程序設(shè)置,輸出相應(yīng)的控制信號,驅(qū)動繼電器對斷路器進(jìn)行斷開或閉合操作,從而達(dá)到主、備電源屏系統(tǒng)的斷路器切換。

2 遠(yuǎn)程切換電源屏的操作

1.維護(hù)工區(qū)的遠(yuǎn)程操作。為解決大秦線中繼站電源屏個別支路瞬間短路問題,造成輸出開關(guān)跌落以及局部電源故障的快速恢復(fù)問題,采取 “整屏備用,遠(yuǎn)程 (遠(yuǎn)程自動)切換”的中繼站遠(yuǎn)程電源屏解決方案。首先在中繼站安裝 1套冷備電源屏和 1套遠(yuǎn)程主備切換電源屏,并對電源屏和微機(jī)監(jiān)測進(jìn)行升級,全面監(jiān)測電源屏的運(yùn)行情況,包括各種模擬量、開關(guān)量、電源屏模塊運(yùn)行狀態(tài),以及故障報警提示等,并進(jìn)行逐一顯示,同時開通微機(jī)監(jiān)測站間透明功能,使維護(hù)工區(qū)及時遠(yuǎn)程察看電源屏的運(yùn)行狀態(tài);在此基礎(chǔ)上在有人站增加控制操作終端,利用本站微機(jī)監(jiān)測和中繼站微機(jī)監(jiān)測通道傳輸控制命令,實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程主備切換電源屏的切換操作,迅速切除故障電源屏,啟用備用電源屏,恢復(fù)設(shè)備供電,壓縮故障延時。操作終端可顯示主備電源屏和切換屏內(nèi)各種開關(guān)的工作狀態(tài)。遠(yuǎn)程切換控制原理框圖如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程操作控制原理圖

2.電務(wù)段、車間、維護(hù)工區(qū)的遠(yuǎn)程操作。為了實(shí)現(xiàn)電務(wù)段、車間對遠(yuǎn)程操作切換電源屏的控制和管理,需在電務(wù)段增設(shè) 1套操作控制服務(wù)器,通過微機(jī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與各站微機(jī)監(jiān)測和中繼站切換電源屏連接,采取密碼控制、權(quán)限設(shè)置等管理措施,防止人為的誤操作,使正在使用的電源屏發(fā)生切換,影響設(shè)備的正常使用。同時通過服務(wù)器遠(yuǎn)程監(jiān)視所有切換電源屏的工作狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異狀,預(yù)防故障的發(fā)生。

3 實(shí)施效果

通過運(yùn)用遠(yuǎn)程切換技術(shù),在大秦線組織安裝了冷備電源屏和遠(yuǎn)程切換電源屏,為減少電源屏故障,壓縮電源屏故障延時發(fā)揮了重要作用。經(jīng)統(tǒng)計,電源屏故障延時由過去的平均 90 min壓縮為15 min,為確保完成大秦線運(yùn)量提供了技術(shù)支持和保證。隨著我國鐵路大面積提速,站間距延長,中繼站增多,對設(shè)備的不間斷運(yùn)用提出了更高的要求,該技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)雙套冗余和最小故障延時創(chuàng)造了有利條件。

[1］ 鐵路信號遠(yuǎn)程電源屏技術(shù)條件 .運(yùn)基信號〔2005〕458號