饋線自動化在鐵路配電網(wǎng)的工程實踐

長園深瑞繼保自動化有限公司 趙 龍 黎海亮

鐵路是國民經(jīng)濟的大動脈，沿線自動化設(shè)備對供電可靠性要求非常高。鐵路電網(wǎng)屬于城市配電網(wǎng)，具有點多、線長等特性，貫通線供電臂長，自然災害如雷擊、樹倒等引發(fā)的供電故障較多。如何提高鐵路沿線的設(shè)備自動化水平，實現(xiàn)故障的快速解決，提高供電可靠性，是急需解決的重要課題。

城市配電網(wǎng)經(jīng)過大規(guī)模改造后，變電站、輸電線路的布局得到優(yōu)化，鐵路配電網(wǎng)也具備了實施配電自動化的基本條件。配電自動化的核心是饋線自動化，饋線自動化的本質(zhì)是故障定位、隔離以及非故障區(qū)域的恢復。實現(xiàn)饋線自動化，可以大幅提高供電可靠性，減少因供電問題，給鐵路運輸造成的巨大損失。

1 饋線自動化的主要控制方式

饋線自動化包括故障定位、隔離以及非故障區(qū)域的恢復。就其控制方式而言，主要有兩種，一種由無通信、無主站的就地控制方式；另一種，是當前普遍采用的遠方集中控制方式。

1.1 就地控制方式

就地控制方式，主要是指通過自動分合配電線路開關(guān)，實現(xiàn)饋線自動化。原理是饋線失壓時開關(guān)跳開，依時間延時順序，嘗試閉合分段開關(guān)，最后確定故障區(qū)段，再次隔離故障并恢復非故障區(qū)供電。

這種控制方式的優(yōu)點是投資少，無需通信系統(tǒng)，故障隔離和自動恢復由重合器自身完成，簡單易用。缺點是對一次設(shè)備要求較高，需將部分開關(guān)更換成斷路器；不能進行遠方監(jiān)控,且多次重合對系統(tǒng)及負荷沖擊較大；不具擴展性和通用性。其適用范圍主要是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單的農(nóng)村及郊區(qū)電網(wǎng)架空、輻射型線路。

1.2 集中控制方式

集中控制方式，主要是指由饋線終端（FTU/DTU）、通信網(wǎng)絡(luò)和主站控制系統(tǒng)組成，各饋線終端分別采集開關(guān)的運行情況，并將信息通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳至主站控制系統(tǒng)。故障發(fā)生時，由控制系統(tǒng)進行故障定位，確定故障區(qū)段，自動或人工發(fā)出對應開關(guān)的操作命令，隔離故障區(qū)段，恢復對非故障區(qū)段的供電。

采用這種方式的優(yōu)點是故障隔離、供電恢復時間快，一般在1min左右；且實現(xiàn)“三遙”，系統(tǒng)易于擴展。缺點是對終端裝置可靠性要求高，對主站控制系統(tǒng)要求高，且定位必須依賴通信系統(tǒng)，前期投資較大。

2 鐵路配電網(wǎng)饋線自動化的實現(xiàn)

鐵路配電網(wǎng)的自動化系統(tǒng)，目前已具備完善的SCADA調(diào)度主站功能，可以實時監(jiān)控斷路器、刀閘、配電變壓器等設(shè)備的運行狀態(tài)?；谡{(diào)度SCADA主站，增加饋線自動化軟件，可實現(xiàn)調(diào)度/配網(wǎng)一體化系統(tǒng)，節(jié)約大量費用。所以，鐵路配電網(wǎng)自動化的實現(xiàn)，首選“集中控制方式”的饋線自動化。

“集中式”的饋線自動化，從整個網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的角度出發(fā)，完成主站層故障處理功能。算法綜合考慮開關(guān)操作次數(shù)、線路容量、負荷大小等因素，分析出最優(yōu)恢復方案。它包括“故障信號采集”和“故障流程處理”兩部分。“故障信號采集”是指，饋線終端將開關(guān)狀態(tài)及故障信息(失壓、過流等信號)，在一定時間內(nèi)，通過通信系統(tǒng)送至配電主站；“故障信號處理”是指，主站系統(tǒng)根據(jù)配電網(wǎng)的實時拓撲結(jié)構(gòu)，按照“死/活島”邏輯算法確定故障區(qū)段，生成故障恢復方案，調(diào)度人員可以選擇自動或人工執(zhí)行方案。

鐵路配電網(wǎng)要實現(xiàn)饋線自動化，須滿足以下幾方面的條件。

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求

圖1

饋線自動化要求鐵路配電網(wǎng)實現(xiàn)手拉手環(huán)網(wǎng)供電，電源布點合理，配電網(wǎng)主干網(wǎng)架已形成，并具備環(huán)網(wǎng)供電開環(huán)運行的條件。對于電纜型配電網(wǎng)絡(luò)，要求采用環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜構(gòu)成開環(huán)運行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.2 自動化設(shè)備要求

饋線自動化要求開關(guān)必須動作可靠，運行穩(wěn)定；饋線終端單元(FTU/DTU)不僅要求具有遠方操作功能，能采集線路正常電流，而且能檢測和識別故障電流。為適應戶外惡劣的運行環(huán)境，F(xiàn)TU/DTU必須具有完善的不間斷電源系統(tǒng)，在線路失電情況下也能正常工作。

2.3 通訊要求

饋線自動化要求必須建立可靠的自動化通信網(wǎng)。由于鐵路配電網(wǎng)測點多、覆蓋面廣，配電網(wǎng)通信方式的選擇應根據(jù)實際情況綜合考慮，采用有線、無線等多種組合方式。

3 運行案例

丹大快速鐵路是東北鐵路的重要組成部分，線路自大連北站接軌，經(jīng)過大連市甘井子區(qū)、金州新區(qū)、花園口經(jīng)濟區(qū)和莊河市，后經(jīng)東港市抵達丹東，線路全長292公里。丹大鐵路配電自動化系統(tǒng)，目前已成功部署饋線自動化功能，處理完成多起停電事故，快速恢復供電（圖1）。

3.1 線路故障

當莊大區(qū)間一級貫通側(cè)莊大04號箱變1YG 2與莊大05號箱變1YG1之間發(fā)生永久故障時，大孤山配電所的131開關(guān)會事故跳閘，莊大05的1YG1、1YG2,莊大06的1YG1、1YG2，莊大07的1YG1、1YG2，大孤山信號變的1YG1、1YG2上報故障信號到主站，其他莊大04到莊河北129的開關(guān)不會上報故障信號到主站，主站定位算法根據(jù)這些信號和短路故障原理，判斷故障點為一級貫通側(cè)莊大04號箱變與莊大05號箱變之間。

3.2 支線故障

一級貫通側(cè)莊大05的變壓器側(cè)發(fā)生故障時，大孤山配電所的131開關(guān)會事故跳閘，莊大05的1YG2、1YG3，莊大06的1YG1、1YG2，莊大07的1YG1、1YG2，大孤山信號變的1YG1、1YG2上報故障信號到主站，莊大05的1YG1不發(fā)送故障信號，其他莊大04到莊河北129的開關(guān)不會上報故障信號到主站，主站定位算法根據(jù)這些信號和短路故障原理，判斷故障點為莊大05號箱變一級貫通側(cè)變壓器側(cè)發(fā)生故障。

4 結(jié)語

“集中式”的饋線自動化處理，基于配電網(wǎng)全局的拓撲信息，分析給出最優(yōu)恢復方案，能夠適應配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化和擴展。饋線自動化系統(tǒng)在丹大鐵路配電網(wǎng)中的應用，極大提高了鐵路運輸?shù)墓╇娍煽啃?，?yōu)勢及特點如下：

（1）減少故障處理過程中，開關(guān)等一次設(shè)備的操作次數(shù)，有效地提高設(shè)備利用率，延長設(shè)備使用壽命；

（2）和單純的故障指示器定位相比，主站定位可以處理各種線路故障（如瞬時故障、永久故障、多條線路同時發(fā)生故障等）；

（3）故障處理過程中，提供聲光、語音、打印事件等報警形式，通過網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓撲著色的方式明確地表示出故障區(qū)段。