饋線自動化在鐵路系統(tǒng)中的應用

韓 猛

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 鐵路自閉、貫通線

鐵路自閉、貫通線路是連通鐵路沿線兩個相鄰變（配）電所的10 kV 電力線路，主要用于沿線的車站和區(qū)間負荷供電。我國鐵路10 kV 自閉、貫通線路一般采用中性點非直接接地運行方式，屬于小電流接地系統(tǒng)。為實現(xiàn)系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的供電，鐵路自閉、貫通供電系統(tǒng)在結構和功能上與常規(guī)配電網(wǎng)系統(tǒng)有所區(qū)別，主要特點如下：

1）變（配）所結構單一，供電可靠性要求高；

2）供電線路長，負荷點多，但線路負荷較?。?/p>

3）系統(tǒng)接線形式簡單，但線路均為架空線路和電纜線路的混合線路；

4）線路所處位置較為偏遠，線路運行環(huán)境差，日常維護困難，一旦發(fā)生線路故障，維修較為困難；

5）保護系統(tǒng)通常會配置重合閘及備自投功能，以提高線路供電可靠性。

鐵路自閉、貫通線路長期戶外運行，且沿線環(huán)境相對比較惡劣，線路故障時有發(fā)生，尤其是在山區(qū)、叢林、戈壁灘、無人區(qū)等地一旦線路發(fā)生故障，故障查找和檢修都十分困難，通常需要幾小時到十幾小時。

在自閉、貫通線路發(fā)生故障后，通常由備供配電所進行備投，若備投失敗，再由主供配電所進行重合閘；部分線路由主供配電所先進行重合閘，若重合閘失敗，再由備供配電所進行備投。對于瞬時性故障，備供配電所備投后即可恢復供電；對于永久性故障，通常采用二分法確定故障區(qū)段，進而再通過逐級試合的方式確定最終故障區(qū)段。在整個故障查找過程中，逐級試合的方式可能會造成主供配電所多次跳閘，嚴重時可能損壞調(diào)壓器。

近幾年，隨著饋線自動化遠動技術的引入，一方面大幅度提高線路的自動化水平，另一方面也成為鐵路線路故障查找、隔離的重要手段之一。在線路正常運行時，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)線路的監(jiān)控；在線路發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障區(qū)段的定位、隔離以及非故障區(qū)域的復電，縮小停電范圍，減少停電時間，提高供電可靠性，有效保障鐵路的安全、高效運行。

2 饋線自動化系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

饋線自動化遠動系統(tǒng)由現(xiàn)場終端設備、通信系統(tǒng)和主站系統(tǒng)3 部分組成。系統(tǒng)集SCADA、配電自動化于一體，實現(xiàn)線路監(jiān)測、故障區(qū)段定位隔離和非故障區(qū)域復電。

1）現(xiàn)場終端設備中一次設備主要為：箱式變電站、分支箱和柱上開關。其中箱變和分支箱10 kV側(cè)多以負荷開關為主，而柱上開關多以斷路器為主。

二次設備主要為遠程測控終端（Remote Terminal Unit，RTU）和配電開關監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）。RTU 通 常 采 用鐵路系統(tǒng)專用光纖系統(tǒng)通信，多配合箱變和分支箱使用。FTU 多采用2G/3G/4G 無線通信，主要配合柱上開關使用。

遠動柱上開關以斷路器為主，自身具備故障切除功能。在饋線自動化系統(tǒng)中，通常通過遠動柱上開關自身邏輯功能，配合變（配）電所的重合閘及備投機制，可就地實現(xiàn)線路故障區(qū)段的自動隔離和非故障區(qū)域的復電。

2）主站系統(tǒng)主要實現(xiàn)SCADA 和配電自動化，實現(xiàn)線路的數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場終端設備的控制。整個系統(tǒng)拓撲如圖1 所示。

2.2 故障隔離過程

本文主要介紹就地型饋線自動化系統(tǒng)，整個故障隔離過程主要依賴FTU 的保護和邏輯功能實現(xiàn)線路故障區(qū)段的隔離和非故障區(qū)域的復電。在貫通、自閉線路中，遠動分支箱和遠動箱變以負荷開關為主，且部分RTU 不具備邏輯功能，遠動分支箱和遠動箱變不參與就地饋線自動化故障隔離。以K2和K3之間線路故障為例，系統(tǒng)簡圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)簡圖Fig.2 System schematic

1）先備投后重合閘

故障為瞬時性故障：配電所FCB1 跳閘，遠動柱上開關K1、K2、K3啟動失電分閘；FCB2 啟動備投，K3、K2、K1依次啟動得電合閘（時間級差根據(jù)主供配電所重合閘時間間隔調(diào)整），F(xiàn)CB1 重合閘返回，備投成功，線路恢復正常供電。

故障為永久性故障：配電所FCB1 跳閘，遠動柱上開關K1、K2、K3啟動失電分閘；FCB2 啟動備投，K3啟動得電合閘，合到故障，F(xiàn)CB2 跳閘；K2啟動殘壓閉鎖，K3啟動快速分閘閉鎖；FCB1 啟動重合閘，K1得電合閘，K1與K2之間恢復供電；FCB2 再次合閘，F(xiàn)CB2 與K3之間恢復供電。

2）先重合閘后備投

故障為瞬時性故障：配電所FCB1 跳閘，遠動柱上開關K1、K2、K3啟動失電分閘；FCB1 啟動重合閘，K1、K2、K3依次啟動得電合閘（時間級差根據(jù)備供配電所備投時間間隔調(diào)整），F(xiàn)CB2 備投返回，重合閘成功，線路恢復正常供電。

故障為永久性故障：配電所FCB1 跳閘，遠動柱上開關K1、K2、K3啟動失電分閘；FCB1 啟動重合閘，K1啟動得電合閘，合閘成功；K2啟動得電合閘，合到故障，F(xiàn)CB1 跳閘；K2啟動快速分閘閉鎖，K3啟動殘壓閉鎖；FCB2 啟動備投，備投成功，F(xiàn)CB2 與K3之間恢復供電；FCB1 再次合閘，F(xiàn)CB1 與K2之間線路恢復正常供電。

3 系統(tǒng)應用分析

就地型饋線自動化能夠最大限度配合鐵路變（配）電所的備投和重合閘機制，在保證原有運行機制的情況下，快速切除線路故障區(qū)段。與此同時，就地型饋線自動化與其他遠動系統(tǒng)相結合時，可根據(jù)遠動分支箱和遠動箱變的故障遙信，通過主站系統(tǒng)進一步縮小故障區(qū)段。

近幾年，就地型饋線自動化已在部分鐵路局使用并取得良好的效果。此外，鐵路饋線自動化系統(tǒng)可同時配合鐵路專用故障定位系統(tǒng)使用，實現(xiàn)鐵路自閉、貫通線路故障的快速查找，提高鐵路供電系統(tǒng)可靠性。