城市軌道交通智能供電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與研究

張凌雁

中鐵二院地鐵院電化處 四川 成都 610031

正文：

1 城市軌道交通智能供電網(wǎng)絡(luò)研究的必要性和緊迫性

目前城市軌道交通牽引和降壓變電所采用基于工業(yè)自動控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的綜合自動化系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和鐵路牽引變電所的綜合自動化系統(tǒng)還有很大差別，這一系統(tǒng)的缺點(diǎn)是接口轉(zhuǎn)換設(shè)備多、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不統(tǒng)一、數(shù)字化程度低、傳輸信息量少、不支持所間通信，因此可靠性低、故障率高、安全閉鎖困難、調(diào)試周期長，不利于電力調(diào)度的高效管理和運(yùn)營維護(hù)管理自動化程度的提高。

同時，城市軌道交通工程采用直流牽引供電系統(tǒng)向列車提供電能，各牽引變電所之間的牽引網(wǎng)采用雙邊供電模式，使得整個直流側(cè)母線為一個整體，在保護(hù)動作和閉鎖聯(lián)動上有大量的信息交換，目前均采用電纜硬接線的方式來實現(xiàn)，還未有針對整個直流牽引供電系統(tǒng)實現(xiàn)牽引變電所之間直流側(cè)設(shè)備的互聯(lián)互通、信息交換，在不影響目前各牽引變電所獨(dú)立設(shè)備實現(xiàn)常規(guī)的保護(hù)功能的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字通信技術(shù)，實現(xiàn)各牽引變電所之間直流側(cè)基于數(shù)字通信的信息交互，實現(xiàn)變電所之間直流側(cè)設(shè)備的信息采集、閉鎖、聯(lián)動等功能的完整的解決方案。

2 城市軌道交通智能供電網(wǎng)絡(luò)的主要研究內(nèi)容

利用現(xiàn)有電力系統(tǒng)成熟技術(shù)，研制基于實現(xiàn)城市軌道交通工程智能電網(wǎng)管理的智能化變電所。通過站控層、間隔層、過程層的智能設(shè)備，實現(xiàn)變電二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，在變電所內(nèi)部及外部采用Goose光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)字高速通信技術(shù)，在實現(xiàn)變電所內(nèi)部常規(guī)功能需求的基礎(chǔ)上，同時實現(xiàn)各變電所之間保護(hù)動作的匹配關(guān)系，以及主變電所或開閉所之間支援供電時，相互間的邏輯判斷及閉鎖關(guān)系，以及在直流保護(hù)配置方面，相鄰牽引變電所之間的保護(hù)聯(lián)動及閉鎖關(guān)系。重點(diǎn)研究在不同的變電所間傳輸過程層數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能中壓電網(wǎng)的保護(hù)、控制等功能，以簡化中壓供電網(wǎng)絡(luò)配置，節(jié)約中壓供電網(wǎng)絡(luò)投資，提高調(diào)度自動化水平，減少故障恢復(fù)時間。

站控層設(shè)備實現(xiàn)變電所設(shè)施運(yùn)行信息的顯示、控制、歷史信息記錄、報表管理等功能，實現(xiàn)變電所供電設(shè)備信息的接入、與調(diào)度信息、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安監(jiān)系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、五防系統(tǒng)的信息交互；間隔層設(shè)備實現(xiàn)部分所域智能后備保護(hù)、備自投、全所故障錄波、電能質(zhì)量監(jiān)測、在線監(jiān)測等功能，直接接收網(wǎng)絡(luò)的IEC61850-9-2數(shù)據(jù)，接收及發(fā)送GOOSE報文；過程層設(shè)備包括各智能保護(hù)測控單元及合并單元、智能終端及智能互感器接入等裝置，實現(xiàn)保護(hù)測控就地下放、戶外安裝。 智能變電所是伴隨著城市軌道交通工程智能電網(wǎng)管理功能的概念需求而出現(xiàn)的。智能變電所采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全所信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持城市軌道交通工程供電電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰變電所、變電所與控制中心之間等互動的新一代智能變電所。如圖1所示。

圖1 城市軌道交通智能供電網(wǎng)絡(luò)信息交互流動網(wǎng)絡(luò)示意圖

按照IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)，利用現(xiàn)有電力系統(tǒng)成熟技術(shù)，研制適用于城市軌道交通供電系統(tǒng)的智能變電所和供電網(wǎng)絡(luò)。通過站控層、間隔層、過程層的智能設(shè)備，實現(xiàn)變電二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，在變電所內(nèi)部及外部采用Goose光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)字高速通信技術(shù)，在實現(xiàn)變電所內(nèi)部常規(guī)功能需求的基礎(chǔ)上，同時實現(xiàn)各變電所之間保護(hù)動作的匹配關(guān)系，以及主變電所或開閉所之間相互支援供電時，相互間的邏輯判斷及閉鎖關(guān)系，以及在直流保護(hù)配置方面，相鄰牽引變電所之間的保護(hù)聯(lián)動及閉鎖關(guān)系，實現(xiàn)城市軌道交通供電系統(tǒng)智能電網(wǎng)管理的相關(guān)功能，研發(fā)智能變電所系統(tǒng)。

3、城市軌道交通智能供電網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會效益

基于實現(xiàn)城市軌道交通工程供電系統(tǒng)智能電網(wǎng)管理的智能變電所系統(tǒng)采用下述技術(shù)實現(xiàn)：

1）采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息平臺供變電所站控層及高級應(yīng)用，各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模；2）采用智能終端和一次設(shè)備組成智能一次系統(tǒng)，實現(xiàn)保護(hù)、測控、計量功能；3）可采用電子式互感器實現(xiàn)二次系統(tǒng)模擬量采集的數(shù)字化；4）采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測；5）采用智能輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)之間聯(lián)動及對環(huán)境監(jiān)測功能。6）采用采用Goose光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)字高速通信技術(shù)。

以上技術(shù)在國內(nèi)外城市軌道交通領(lǐng)域均是首次應(yīng)用，可填補(bǔ)國內(nèi)空白?；谏鲜黾夹g(shù)，智能變電所的經(jīng)濟(jì)及社會效益主要體現(xiàn)在下述方面：

1）設(shè)備高度集成、二次設(shè)備就地安裝，可節(jié)約占地面積；2）屏柜布置緊湊可節(jié)約建筑面積，節(jié)省土石方量、鋼材、電纜數(shù)量等；3）采用狀態(tài)監(jiān)測功能，減少了主要設(shè)備的檢修維護(hù)次數(shù)和時間；4）采用智能一次設(shè)備，可簡化二次回路設(shè)計，減少二次設(shè)備接線，智能二次設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息傳遞，節(jié)省電纜；5）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺可解決變電所系統(tǒng)多、接口多、數(shù)據(jù)共享程度差，數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用困難的問題。增強(qiáng)了變電所安全運(yùn)行和可靠供電。6）實現(xiàn)城市軌道交通供電系統(tǒng)智能電網(wǎng)管理的功能需求，提高其自動化管理水平。7）實現(xiàn)真正意義的大環(huán)網(wǎng)供電，可減少環(huán)網(wǎng)電纜數(shù)量、節(jié)省工程投資。

隨著智能化技術(shù)的提高及技術(shù)發(fā)展，智能一次設(shè)備的價格逐漸降低，智能變電所所實現(xiàn)的城市軌道交通供電系統(tǒng)智能電網(wǎng)管理的經(jīng)濟(jì)及社會效益將越來越突出，社會效益顯著。