自動(dòng)化技術(shù)在鐵路電氣工程中的應(yīng)用

尹亮民　修東凱　龐勝哲

摘要：基于鐵路電氣工程中，自動(dòng)化與電氣工程是工業(yè)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，分析鐵路供電的基本特點(diǎn)與常用自動(dòng)化技術(shù)，包括接線方式、配電站、饋線自動(dòng)化、通信與測(cè)控、短路故障的處理。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;鐵路工程;電氣工程

自動(dòng)化技術(shù)主要包括了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)等于一體的綜合技術(shù)，直接彼此的相互融合之后，最終就轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化技術(shù)。隨著自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷拓寬，這一技術(shù)越來(lái)越成熟。本文分析鐵路電氣工程中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。

1 鐵路電氣工程中自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)介

鐵路電氣工程自動(dòng)化技術(shù)主要有三種，分別為分布式控制技術(shù)、光纖通信和測(cè)控終端技術(shù)、集中式控制技術(shù)，每項(xiàng)技術(shù)都有優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。

分布式控制技術(shù)可以快速做出故障區(qū)域，并讓終端具有故障的排查和管理能力，可以提高鐵路電氣工程的穩(wěn)定性，讓故障及時(shí)得到排除。此項(xiàng)技術(shù)的組成是自動(dòng)化終端和開(kāi)關(guān)組合，這就造成在功能上較為單一，分段過(guò)多，控制過(guò)程存在一定的問(wèn)題。

光纖通信和監(jiān)控終端技術(shù)是所有自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)，能夠及時(shí)的反饋信息，保證了故障的及時(shí)反饋，所以在目前的電氣工程中的應(yīng)用也逐漸在普及。優(yōu)勢(shì)在于可以緩解主站的工作壓力，讓系統(tǒng)可以自檢，而不是有故障產(chǎn)生才會(huì)有作用，同時(shí)在工作的過(guò)程中外力影響較低，工作更加穩(wěn)定，但是缺點(diǎn)是工程建設(shè)成本較高。

集中式控制技術(shù)是一個(gè)整體性的自動(dòng)化技術(shù)，通過(guò)配電自動(dòng)化將信息傳輸給主站，然后通過(guò)主站分析進(jìn)行反饋，最后在將解決方案?jìng)黜灲o配電自動(dòng)化終端完成操作。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于故障可以精準(zhǔn)的判斷和控制，將故障的影響控制在一定范圍內(nèi)，使鐵路電氣工程還可以正常的運(yùn)行，同時(shí)故障的解決也更加徹底。但是缺點(diǎn)也較為明顯，有效的運(yùn)行需要主站系統(tǒng)、通信、配電終端系統(tǒng)都在良好的運(yùn)行，所以具有一定的局限性。

2 鐵路電氣化工程的特點(diǎn)

2.1 接線方式

鐵路供電系統(tǒng)基本上都是由單一的輻射網(wǎng)組成，配電所與變電所之間實(shí)現(xiàn)均勻分布和彼此連接之后，就可以形成對(duì)應(yīng)的供電模式。其中，在連接線方面又包含一級(jí)負(fù)荷貫通和綜合負(fù)荷貫通兩種類(lèi)型。一般情況下，在主要的鐵路干線供電系統(tǒng)之中會(huì)使用到這兩種連接方式。

2.2 供電系統(tǒng)電壓等級(jí)與配電站的結(jié)構(gòu)

基于對(duì)電力系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)鐵路負(fù)荷屬于終端負(fù)荷，在面對(duì)最終用戶(hù)的時(shí)候經(jīng)常會(huì)選擇 10 kV 配電所與 35 kV 的變配電站。針對(duì) 100 kV 級(jí)別，因?yàn)槠浣ㄔO(shè)資金耗費(fèi)較多，所以很少被使用。加上功能與應(yīng)用范圍基本相似，使得其基礎(chǔ)組成結(jié)構(gòu)是一致的，并且每一條線的設(shè)計(jì)類(lèi)型與功能配置都是基本相同的。

3 鐵路電氣工程的自動(dòng)化技術(shù)

3.1 饋線自動(dòng)化

（1）綜合控制。

綜合控制的饋線模式雖然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障準(zhǔn)確的定位與處理，但是在實(shí)際應(yīng)用中效率偏低，無(wú)法保障適用性。

（2）集中控制。

集中控制饋線模式是基于通信、終端設(shè)備以及主站建立和完善之后在相對(duì)平穩(wěn)的運(yùn)行模式之下。其中，主站需要通信系統(tǒng)的支持，當(dāng)終端設(shè)備的信息完成接收之后，通過(guò)路網(wǎng)拓?fù)鋪?lái)分析采集的信息，并且對(duì)其故障實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，將故障點(diǎn)落實(shí)。

然后，發(fā)布指令，再與遠(yuǎn)程遙控模式相互配合起來(lái)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)正常區(qū)域與故障區(qū)域之間的隔離處理，進(jìn)而防范其余區(qū)域受影響。

（3）分布式控制。

分布式控制可以短時(shí)間能夠?qū)⒐收蠀^(qū)域和非故障區(qū)域直接分割，獨(dú)立出主站與終端，將故障處理效率提升上去。

3.2 通信技術(shù)

通信技術(shù)作為鐵路電氣工程之中的重要組成，光纖通信技術(shù)是其關(guān)鍵之一，其信息的傳遞主要是利用光波來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且基于光導(dǎo)纖維，最終傳輸相應(yīng)的信號(hào)，能夠達(dá)到長(zhǎng)距離傳播光波的要求，并且也能夠讓信息接收變得及時(shí)有效。

3.3 測(cè)控終端技術(shù)

測(cè)控終端技術(shù)屬于鐵路電氣工程之中的技術(shù)層面，其對(duì)于運(yùn)行壓力的分配主要是通過(guò)主站與子站來(lái)實(shí)現(xiàn)，針對(duì)故障實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)檢測(cè)，就能夠隔離其故障。外界因素不會(huì)對(duì)這一技術(shù)產(chǎn)生太大的影響，就算是惡劣天氣情況依舊可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提供持續(xù)的、可靠的供電保障。

4 線路自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

鐵路線路自動(dòng)化（FA）主要是利用相關(guān)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)線路分段開(kāi)關(guān)的故障定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及隔離，從而記錄故障信息。在鐵路電力調(diào)度系統(tǒng)中，F(xiàn)A作為自動(dòng)化子系統(tǒng)，其具有的功能在于準(zhǔn)確定位、故障隔離以及遠(yuǎn)程“三遙”。這一系統(tǒng)能檢測(cè)并定位短路、小電流接地等故障，實(shí)現(xiàn)故障的隔離處理，使非故障區(qū)恢復(fù)供電。該系統(tǒng)的具體應(yīng)用還可以大幅度減小故障停電的實(shí)際范圍，同時(shí)準(zhǔn)確定位故障，將巡視檢查的時(shí)間大大縮短，有效處理故障，減輕對(duì)鐵路安全運(yùn)行產(chǎn)生的影響。

4.1 短路故障的處理

線路短路故障的隔離與供電恢復(fù)主要包含了現(xiàn)場(chǎng)控制與遠(yuǎn)程控制兩種方式。現(xiàn)場(chǎng)的控制處理主要是選擇利用重合器與分段器來(lái)滿(mǎn)足要求，但是通信這一塊得不到支持;遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)則需要主站遙控，不過(guò)其信號(hào)傳輸需要通信信道的支持。

如針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制直接選擇 V-T 的方式，其本身屬于電壓-時(shí)間。在實(shí)際的控制中：如果遇到線路失壓的問(wèn)題，就會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)分段器跳閘，一旦電壓存在于一側(cè)，那么就會(huì)延遲其合閘需要的時(shí)間，加入可以在預(yù)先所設(shè)定好的時(shí)間范圍內(nèi)，那么就會(huì)立刻出現(xiàn)跳閘，并且實(shí)現(xiàn)自鎖處理。同時(shí)，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)控制不需要通信的支持，所以也不需要太大的投資，并且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不過(guò)多次重合的支持中，難免會(huì)對(duì)用戶(hù)設(shè)備產(chǎn)生一定的影響。

4.2 小電流故障的處理

在線路之中存在小電流故障，就會(huì)從故障點(diǎn)兩側(cè)出發(fā)，讓零序電流逐漸流向故障點(diǎn)，而這與初始極性本身是完全相反的。如果在線路的末端出現(xiàn)故障點(diǎn)，那么對(duì)于 FTU 所測(cè)得的零序電流值就是最大值的一個(gè)狀態(tài)，基于這一情況來(lái)分析，就可以判斷出具體的小電流故障位置。

4.3 遠(yuǎn)程遙控

遠(yuǎn)程遙控主要是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)的配合，依靠遙控線路之中的負(fù)荷開(kāi)關(guān)滿(mǎn)足故障隔離的實(shí)際需求。同時(shí)，也可以恢復(fù)非故障區(qū)域供電。如 A 點(diǎn)屬于永久性的短路故障，需要針對(duì)遠(yuǎn)程遙控的具體控制情況進(jìn)行分析。一旦故障出現(xiàn)，會(huì)讓重合器1直接跳開(kāi)，設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的 RTU 以及 FTU 通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)的使用就會(huì)傳遞 FA 控制在主站檢測(cè)的結(jié)果;如果分段器 1 與重合器 1 位置的開(kāi)關(guān)檢測(cè)到故障電流，其余的開(kāi)關(guān)則沒(méi)有故障電流通過(guò)，這就可以判定在分段器 1 和 2 之間出現(xiàn)了故障，這個(gè)時(shí)候主站利用遙控就能同時(shí)跳開(kāi)分段器 1 和 2，并且合并重合器 1 和 2，隔離故障區(qū)域，這樣對(duì)于非故障區(qū)域的供電需求也可以得到滿(mǎn)足。在分析闡述之后，這一類(lèi)型的控制是非常簡(jiǎn)單的，并且也不會(huì)出現(xiàn)太多次的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，不會(huì)造成太大的系統(tǒng)沖擊，但是考慮到遠(yuǎn)程通信的需求，所以，也會(huì)花費(fèi)較多的資金。

5 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前的鐵路電氣工程建設(shè)與運(yùn)作中，合理利用自動(dòng)化技術(shù)有利于全面提升技術(shù)水平，也可以滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性的要求，同時(shí)也可以提供條件服務(wù)其安全運(yùn)行。所以，在未來(lái)的時(shí)間里，還需要考慮到研究其自動(dòng)化技術(shù)，除開(kāi)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的完善與改進(jìn)之外還要懂得加強(qiáng)對(duì)新自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)，更好地服務(wù)于鐵路工程建設(shè)，提高其運(yùn)行效果。

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（作者單位：臨沂大學(xué)）