地鐵供電變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能探討

劉嘉

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程速度的加快，導(dǎo)致對(duì)電力能源的需求量越來(lái)越大，尤其是城市地鐵的運(yùn)營(yíng)實(shí)際的需電量和耗電量也是非常大的，因此變電站系統(tǒng)工程建設(shè)成了目前所要關(guān)注的首要問題。地鐵變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)功能的強(qiáng)弱，直接關(guān)系到整個(gè)地鐵系統(tǒng)使用的安全、平穩(wěn)，因此必須在了解變電站工作系統(tǒng)構(gòu)成的同時(shí)，更加準(zhǔn)確地分析系統(tǒng)的功能。

現(xiàn)代城市的發(fā)展一日都離不開電，對(duì)電的需求量也在不斷攀升，這就要求變電站供電系統(tǒng)能夠有效地供應(yīng)足夠的電力資源，并且能夠保障所有電力設(shè)備的正常運(yùn)行。由于目前電網(wǎng)的覆蓋面積比較大，自身的結(jié)構(gòu)也結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，接入變電站的設(shè)備種類和數(shù)量也在不斷增多，因此對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展到了今天，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)上已經(jīng)日趨成熟，能夠完成對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的智能化遠(yuǎn)程管理和控制，不但大大節(jié)省了相應(yīng)的人力資源，而且也很大程度上增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

一、地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成

地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成比較復(fù)雜，雖然還沒有完全統(tǒng)一確定為同樣的一種模式，但是除了一些結(jié)合具體情況而采用的特殊設(shè)計(jì)方案外，通常不會(huì)有太大構(gòu)成和功能上的差別，因此本文以北京地鐵二號(hào)線的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要介紹地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成。它主要利用的是分層分布式的結(jié)構(gòu)，從縱向分布排列上看包括了網(wǎng)絡(luò)管理層級(jí)、數(shù)據(jù)的傳輸層級(jí)與基礎(chǔ)的設(shè)備層級(jí)。網(wǎng)絡(luò)管理層級(jí)上的所有設(shè)備都是利用開放分布的設(shè)計(jì)理念，相互協(xié)調(diào)來(lái)完成對(duì)地鐵站的內(nèi)部實(shí)施全程監(jiān)控，對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中所處的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行詳細(xì)的記錄和分析，確保一旦發(fā)生故障或者出現(xiàn)相應(yīng)的故障危險(xiǎn)，設(shè)備可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靈活合理的處理，以更好地確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶蛹?jí)上的設(shè)備主要利用的是開放分類的設(shè)計(jì)理念，對(duì)于一些關(guān)鍵性的核心設(shè)備利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和具體的通信服務(wù)器來(lái)連接，將基礎(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)為雙網(wǎng)的信息，從而更好地實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)行信息的傳輸。位于系統(tǒng)最底端的基礎(chǔ)設(shè)備層級(jí)主要采用的是間隔分布的配置方式，為了縮減對(duì)二次接線電纜的使用數(shù)量和節(jié)省具體的資金投入，所有的設(shè)備在各自相互獨(dú)立的情況下都與大地直接的接觸，同時(shí)也與通信網(wǎng)絡(luò)管理保持聯(lián)系，從而避免了在主控室內(nèi)重復(fù)連接監(jiān)控和保護(hù)電纜的投入。大體上我們可以根據(jù)功能分類將變電站系統(tǒng)分割為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)據(jù)通信、保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)等幾個(gè)主要的組成部分。

二、地鐵供電變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

對(duì)于地鐵供電變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施，目前還沒有形成一套統(tǒng)一并且適用于所有地方的標(biāo)準(zhǔn)方案或者實(shí)施模式，只是能夠滿足系統(tǒng)本身所具有的功能與其實(shí)際的性能要求而已。從邏輯意義上講變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可分為變電站本身層、各部分的間隔層和運(yùn)行過程層，還包含了如時(shí)鐘同步和自檢的支撐功能，參數(shù)配置和測(cè)試的維護(hù)功能，如全程遙控的控制功能，如數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化處理功能，如聯(lián)鎖的自動(dòng)化支撐功能，如電壓控制的自動(dòng)化功能等。大體上地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要包含了遙控功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、繼電保護(hù)功能這三種典型基本功能。

1、遙控功能

自動(dòng)化的供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)變電站系統(tǒng)的功能要求包含了遙控、遙測(cè)和自檢等六項(xiàng)基本的內(nèi)容，地鐵變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以按照所控制的具體對(duì)象而被分成單控，即只針對(duì)一個(gè)控制對(duì)象的控制，還可以分成程控，即針對(duì)整個(gè)運(yùn)行過程中的多個(gè)對(duì)象進(jìn)行控制這樣兩種類型，二者均包含了聯(lián)鎖和控制這樣兩個(gè)部分。單控聯(lián)鎖功能的實(shí)現(xiàn)主要由被控制的各個(gè)不同間隔層完成，如合閘出口的繼電器在正式的投入使用前，必須檢測(cè)開關(guān)的分位情況、手車的運(yùn)行情況、合閘閉鎖信號(hào)有無(wú)情況等，還要對(duì)線路進(jìn)行檢測(cè)無(wú)誤后才能合閘。程控功能的實(shí)現(xiàn)主要通過判斷操對(duì)象與聯(lián)鎖情況判斷來(lái)完成，它們可以在一個(gè)或者多個(gè)變電站的內(nèi)部，當(dāng)變電站的動(dòng)力變壓器進(jìn)行停電或恢復(fù)，就需要依靠對(duì)不同的斷路器進(jìn)行操作。如果要對(duì)接觸網(wǎng)或接觸軌進(jìn)行越區(qū)供電，那么就需將不同的直流斷路器進(jìn)行分段的隔離操控。

2、網(wǎng)絡(luò)通信功能

它是地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能，也是區(qū)別于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備的重要標(biāo)準(zhǔn)，更是將來(lái)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主推方向，目前各大城市的地鐵建設(shè)都具備了這種功能，無(wú)論是通信的硬件技術(shù)還是軟件技術(shù)的應(yīng)用都已經(jīng)達(dá)到了一定的程度。地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能與普通的大型電網(wǎng)之間有很大的分別，由于各種原因還不能完全做到大型電網(wǎng)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，只能利用系統(tǒng)中的間隔設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸功能，來(lái)支撐各類網(wǎng)絡(luò)通信所需的硬件與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

3、繼電保護(hù)功能

繼電保護(hù)設(shè)備是地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)一項(xiàng)非常關(guān)鍵的核心設(shè)備，也是發(fā)揮系統(tǒng)繼電保護(hù)功能的主要設(shè)備。IEC 60870-5-103的問世已經(jīng)將二者融為一個(gè)統(tǒng)一體，地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)中除了牽引變電站的繼電保護(hù)功能是采用直流饋線而比較特殊以外，其他如降壓變電站等與大型電網(wǎng)的繼電保護(hù)功能基本是完全一致。地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的繼電保護(hù)所使用的直流斷路器，一定要實(shí)施大電流流脫扣保護(hù)安裝和逆流保護(hù)以及框架保護(hù)，并且還需根據(jù)實(shí)際情況合理選配其他保護(hù)裝置。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展以及高新科學(xué)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，城市地鐵的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能也逐步越來(lái)越完善，并且正在朝向全自動(dòng)智能化的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展，在總體的系統(tǒng)功能配置方面也越發(fā)成熟，未來(lái)的地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)將給地鐵的使用帶來(lái)巨大的方便，在保障整個(gè)變電站供電安全的同時(shí)，一定會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益，加快城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。由于變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)功能質(zhì)量的高低，直接影響了變電站為地鐵的實(shí)際供電效果，因此必須采取一系列合理的措施，更大限度地提升和完善系統(tǒng)功能，不斷探索出新的發(fā)展出路。

（作者單位：中鐵二十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司）