高速鐵路電力遠(yuǎn)動技術(shù)的應(yīng)用和思考分析

張松斌

（鄭州鐵路局鄭州供電段，河南 鄭州 450000）

1 高速鐵路電力遠(yuǎn)動技術(shù)

1.1 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)簡介

從我國目前的實(shí)際情況來看，高速鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)主要采用10 kV電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)為主。通過計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)的相互配合，從而達(dá)到對于鐵路沿線的整體電路進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。其中包括鐵路周圍的配電站、車站變配電設(shè)施和電力線路的全自動優(yōu)化管理。通過電力遠(yuǎn)動技術(shù)，對于鐵路沿線的電壓、電流、功率以及其他設(shè)備參數(shù)能夠進(jìn)行全天候的實(shí)時監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制。

電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)是一種不同于其他高壓電纜系統(tǒng)的電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)還有更多其他電纜電力系統(tǒng)沒有的功能，如電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)可以實(shí)時執(zhí)行監(jiān)測、減少故障發(fā)生的可能性和處理緊急故障，具備雄厚的技術(shù)和信息支持。與其他高速鐵路遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)相比，它具有相當(dāng)大的差異，比如遠(yuǎn)動系統(tǒng)配備了高速鐵路低壓配電裝置，它是普通鐵路的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)沒有的。

1.2 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)構(gòu)成

我國目前的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，包括調(diào)度端設(shè)備（主控站）、執(zhí)行端設(shè)備（被控站）及遠(yuǎn)動通道設(shè)備。

主控站（調(diào)度端設(shè)備）是由計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)兩部分組合而成的控制系統(tǒng)，類似于計算機(jī)局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式。主控站包括前置機(jī)、后臺處理機(jī)、值班工作站模擬屏等設(shè)備。

被控站（執(zhí)行端設(shè)備）能夠通過RTU對鐵路沿線的線路和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，是電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最基礎(chǔ)的設(shè)備。被控站主要安裝在鐵路沿線，處于一線位置，能夠及時收集并反饋鐵路沿線電路設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)和工作情況，起到上傳下達(dá)的作用，是電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)自動化調(diào)度必不可少的設(shè)備。

遠(yuǎn)動通道是連接主控站與被控站之間的紐帶。遠(yuǎn)動通道通過有線電波、無線電波網(wǎng)絡(luò)以及鐵路專線等各種現(xiàn)代科技實(shí)現(xiàn)主控站與被控站之間信息的傳播與聯(lián)系，從而形成完整的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)。

2 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的主要功能

2.1 遙控監(jiān)測

電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)通過對系統(tǒng)內(nèi)的各種線路進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，能夠快速的根據(jù)檢測結(jié)果來判斷各線路運(yùn)行的情況。

2.2 遠(yuǎn)程信號

電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)可以對所有被監(jiān)測的控制開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且能夠采集位置信息，進(jìn)行溫度測量，發(fā)出線路故障警告信號等。

2.3 遠(yuǎn)程控制

電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)能夠?qū)h(yuǎn)方發(fā)出控制指令，并且會進(jìn)行相應(yīng)故障處理等操作。

2.4 越限警報

電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控鐵路沿線的電路信號，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電路故障或者電壓異常的時候就會及時發(fā)出報警信號。

2.5 通信功能

電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)通過RTU和MODEM連接TMIS網(wǎng)絡(luò)之間的各個結(jié)點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)時通信。

3 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)在實(shí)際中的故障處理

3.1 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)對于故障的分析

在一般情況下，高速鐵路所采用的供電方式是“接力式”供電。在實(shí)際工作環(huán)境中，大部分的供電系統(tǒng)都具備一些簡單的功能，比如對于突發(fā)故障進(jìn)行簡單的應(yīng)急處理功能，對于電壓越限的情況進(jìn)行快速的保護(hù)功能，主要的目的就在于維持穩(wěn)定的電力供應(yīng)，保障高速鐵路列車的安全運(yùn)行。另外一方面，電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測各個線路之間的運(yùn)行狀況，對于有異常或者數(shù)值不穩(wěn)定、電壓不斷變化的情況能夠進(jìn)行及時的恢復(fù)和保護(hù)。在這些問題出現(xiàn)的情況下，電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)就會運(yùn)用既定程序來進(jìn)行緊急處理，通過失壓保護(hù)對電路進(jìn)行短暫維護(hù)，然后將電閘自動閉合，對故障自動處理，最后自動投入恢復(fù)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整個故障處理的流程。這一系列的處理操作都是在非人工的操作環(huán)境下進(jìn)行的，由此可見，我國的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)正在逐步朝著全自動化作業(yè)的方向發(fā)展。一旦高壓電路出現(xiàn)了系統(tǒng)故障或者因?yàn)榄h(huán)境、氣候變化產(chǎn)生的影響時，鐵路沿線的基礎(chǔ)設(shè)施都會出現(xiàn)數(shù)據(jù)變化從而導(dǎo)致參數(shù)發(fā)生變化。

高速鐵路沿線的線路是非常容易出現(xiàn)故障的，如果線路發(fā)生故障，那么它就會自動采取斷電保護(hù)措施來保證電力運(yùn)輸?shù)陌踩腿松戆踩Ｒ朐谶@樣的情況下恢復(fù)電力運(yùn)輸，就要通過主控站進(jìn)行自動的開關(guān)重合電閘，或者將備用設(shè)施投入供電系統(tǒng)中。在正常情況下，主設(shè)備和備用設(shè)備都能在發(fā)生故障之后進(jìn)入自動保護(hù)措施，而且根據(jù)故障形式的不同采取的保護(hù)措施也是不盡相同的。如果線路故障造成損害或者自動保護(hù)程序產(chǎn)生持續(xù)的影響或者永久故障的時候，主用設(shè)備和備用設(shè)備不能進(jìn)行自動故障判斷和自動恢復(fù)的情況時，我們應(yīng)該設(shè)置重合閘的故障點(diǎn)，讓其兩次經(jīng)過電路，這樣就保證故障線路不對正常線路產(chǎn)生影響。

3.2 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)故障判斷舉例

如果高速鐵路電線發(fā)生永久性短路故障，無論是在鐵路沿線的任何位置，都可以通過電流經(jīng)過的快慢先后來對于故障進(jìn)行感知。這樣就可以快速的對故障位置進(jìn)行實(shí)地定位。為了確保高速鐵路沿線的RTU誤差小于標(biāo)準(zhǔn)要求，就要在第一次電流經(jīng)過和第二次電流合閘之間的延時進(jìn)行提前判斷。結(jié)合被控站的反饋數(shù)據(jù)分析，故障點(diǎn)位置就可以輕易的確定下來。

故障分析步驟大概分為以下幾步：

（1）高速鐵路出現(xiàn)故障，主要配電設(shè)施第一時間做出自動斷電的保護(hù)措施，所有電線重合跳閘，或者設(shè)備端產(chǎn)生一系列反饋動作之后，可以快速的為故障判斷提供判斷條件和啟動條件。

（2）當(dāng)快速的電流通過監(jiān)控設(shè)備之時，備用設(shè)備會進(jìn)行自動投置措施，這樣監(jiān)控設(shè)備就會記錄并反饋快速跳閘所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

（3）當(dāng)故障持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)的時間，或者線路自動保護(hù)措施所設(shè)定的時間以后，主控站就會判斷該區(qū)域發(fā)生了延時故障。

（4）主控站接收到故障信息之后，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計和各個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)反饋，針對每個RTU故障產(chǎn)生時間進(jìn)行數(shù)值精確，達(dá)到毫秒級別，這樣就要求RTU誤差時間不超過50 m／s。

通過上述一系列的故障分析和判斷可以基本確定故障位置并且進(jìn)行故障鎖定。

3.3 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的自動處理標(biāo)準(zhǔn)

以上每一步操作可以通過手動或自動模式完成，所有的操作步驟需要一個提示和記錄。監(jiān)控系統(tǒng)的短路故障間隔隔離的背景是基于句子方式，要求高度溝通。

由于所需的時間信息更嚴(yán)格，主站應(yīng)定期與被控站通信，如果被控站配備了GPS定位系統(tǒng)，效果會更好。

3.4 高鐵電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

遠(yuǎn)動系統(tǒng)可以收集通過短路電流的分布值，線路阻抗短路點(diǎn)保護(hù)的前提是根據(jù)電纜線路阻抗的單位計算故障距離。

連接線路行波故障定位技術(shù)可以作參考和使用。行波故障定位是當(dāng)電路發(fā)生故障時，以故障點(diǎn)的線路兩端的電壓，電流行波作為虛擬電源，通過波傳播速度和行波到達(dá)時間，計算故障點(diǎn)的位置。

管理系統(tǒng)、行波系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)和全面分析通信網(wǎng)絡(luò)4部分組成遠(yuǎn)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動測試故障距離，人工波形分析，計算機(jī)輔助波形分析等。線開路故障，和小電流接地故障是可以測量的，同時具有較高的可靠性和靈敏度，測距誤差能夠控制在±300 mm。

4 對遠(yuǎn)動系統(tǒng)的一點(diǎn)思考

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的不斷進(jìn)步，高速鐵路系統(tǒng)的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用，電路的穩(wěn)定性、安全性也進(jìn)一步增強(qiáng)。為了找出故障點(diǎn)，更好的保護(hù)線路，可以通過短路電流的分布計算和測量，計算斷層的距離，從而確定故障點(diǎn)和標(biāo)簽。高速動力操作技術(shù)與線行波故障定位技術(shù)相結(jié)合，可以根據(jù)波傳播速度和故障點(diǎn)的延遲時間準(zhǔn)確的定位。

高速鐵路運(yùn)輸技術(shù)的不斷發(fā)展，規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鐵路電力遠(yuǎn)動技術(shù)肯定會在鐵路電力系統(tǒng)發(fā)展中發(fā)揮日益重要的角色，將鐵路電力系統(tǒng)推向更科學(xué)、自動化、安全的方向發(fā)展。

［1］ 鐵建設(shè)［2007］47號，新建時速300～350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.2007.

［2］ TB10008－2006鐵路電力設(shè)計規(guī)范［S］.2006.

［3］ 李 焱.德國鐵路電力技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)［J］.中國鐵路，2006，（1）：.