智能牽引供電系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展

摘要：智能化已經(jīng)成為高速鐵路發(fā)展的重要趨勢(shì)，智能牽引供電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高鐵智能化發(fā)展的關(guān)鍵?；诖耍疚膶⒔Y(jié)合國(guó)內(nèi)智能電網(wǎng)發(fā)展探究智能牽引供電系統(tǒng)的總體架構(gòu)及層級(jí)，分析智能牽引供電系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)，并提出未來(lái)發(fā)展建議，希望能夠給智能牽引供電系統(tǒng)建設(shè)提供相關(guān)參考。

關(guān)鍵詞：智能;牽引供電系統(tǒng);架構(gòu);發(fā)展

隨著高鐵智能化趨勢(shì)越發(fā)明顯，鐵路牽引供電所增設(shè)了大量的電子設(shè)備，如何確保牽引供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行成為鐵路中心急需解決的問(wèn)題。智能高鐵意味著需要通過(guò)不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域形成高鐵信息系統(tǒng)，如結(jié)合電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)。其中，智能牽引供電系統(tǒng)是智能高鐵的重要組成部分，構(gòu)建全面感知基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)外環(huán)境的智能高鐵具有重要意義。

1.智能牽引供電系統(tǒng)

1.1總體架構(gòu)

智能牽引供電系統(tǒng)是以信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化為發(fā)展方向的系統(tǒng)，能夠自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、傳感、控制、通信等功能，從而為高鐵運(yùn)營(yíng)提供安全可靠的牽引動(dòng)力[1]。一般來(lái)說(shuō)，智能牽引供電系統(tǒng)包括牽引供電設(shè)施、智能供電調(diào)度、運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等功能和業(yè)務(wù)，不同業(yè)務(wù)功能將起到不同作用。其中，智能牽引供電設(shè)施包括牽引變電所、開(kāi)閉所、分區(qū)所及接觸網(wǎng)等設(shè)施，是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化系統(tǒng)的根本。智能供電調(diào)度系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對(duì)供電設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)量、控制的關(guān)鍵，能夠完成綜合告警、輔助調(diào)度決策、源端維護(hù)等高級(jí)管理功能。供電運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理系統(tǒng)能夠?qū)恳╇娤到y(tǒng)進(jìn)行檢修，完成各類(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測(cè)和采集，進(jìn)而了解牽引供電系統(tǒng)是否發(fā)生故障。

1.2層級(jí)劃分

牽引供電系統(tǒng)涉及到高鐵集團(tuán)、供電段、沿線(xiàn)智能牽引設(shè)施等層級(jí)，且在智能牽引供電系統(tǒng)中起到不同作用。其中，鐵路集團(tuán)起到路局層面的控制和決策管理，在獲取供電調(diào)度系統(tǒng)上傳的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)后，能夠及時(shí)下放相關(guān)控制和決策指令，并將各類(lèi)運(yùn)檢計(jì)劃下發(fā)到各供電段。該層級(jí)為監(jiān)管層。供電段為信息處理中心和指揮層，能夠接收牽引供電所合適和工區(qū)采集信息，并收集接觸網(wǎng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，再將相關(guān)數(shù)據(jù)下發(fā)到工區(qū)[2]。沿線(xiàn)設(shè)施和供電車(chē)間工區(qū)屬于執(zhí)行層，會(huì)通過(guò)檢修管理系統(tǒng)終端及時(shí)接收供電段下達(dá)的各類(lèi)計(jì)劃，并對(duì)采集到的供電設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。

1.3智能牽引供電設(shè)施

智能前沿供電設(shè)施包含接觸網(wǎng)、牽引變電所等智能設(shè)備，能夠自動(dòng)完成各種數(shù)據(jù)采集、測(cè)量及監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)層面的功能[3]。首先，智能牽引供電設(shè)施的基本功能有分層閉鎖控制、源端維護(hù)、外部系統(tǒng)交互信息等，能夠防止電氣誤操作，實(shí)現(xiàn)就地保護(hù)、站域保護(hù)、廣域維護(hù)等保護(hù)作業(yè)，還能通過(guò)提高各種可描述配置參數(shù)實(shí)現(xiàn)智能牽引供電調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)入。其次，智能牽引供電設(shè)施具有告警與分析、設(shè)備狀態(tài)可視化、系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化及重構(gòu)等高級(jí)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)供電設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)分析和推理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)告異常，為系統(tǒng)運(yùn)用優(yōu)化重構(gòu)提供處理指導(dǎo)意見(jiàn)，最后，智能牽引供電設(shè)施具有多種智能輔助功能，有助于建立統(tǒng)一的信息化平臺(tái)。例如，可以實(shí)現(xiàn)安全防范、視頻監(jiān)控等功能，及時(shí)接入、展示和上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.4智能牽引變電所

智能牽引變電所的基礎(chǔ)組成設(shè)施為層間通信通道、輔助監(jiān)控系統(tǒng)、智能高壓設(shè)備等，能夠?qū)崟r(shí)采集高壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)為廣域保護(hù)測(cè)控和監(jiān)控提供幫助。其中，廣域保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)具有分層閉鎖、重構(gòu)自愈等功能。例如，能夠讓所亭內(nèi)的電源、斷路器實(shí)現(xiàn)重構(gòu)自愈，通過(guò)在接觸網(wǎng)上進(jìn)行接觸線(xiàn)、正饋線(xiàn)快速隔離實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu)自愈。

1.5智能供電調(diào)度系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要組成部分為供電調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)和智能遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)（SCADA），兩者都起到至關(guān)重要的作用。其中，SCADA系統(tǒng)能夠完成遙

控、遙測(cè)、源端維護(hù)、全景化信息展示、告警綜合分析等功能，有著監(jiān)視、顯示、控制和復(fù)視等常規(guī)功能。供電調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)能夠?qū)χ悄芄╇娮鳂I(yè)進(jìn)行管理，能夠自動(dòng)生成全流程管理或調(diào)度命令，并實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令與SCADA系統(tǒng)自動(dòng)連接。

2.工程案例分析

2.1工程概況

本次分析的工程為京張鐵路，該鐵路是連接北京和張家口的高速鐵路，全長(zhǎng)約174km，共設(shè)有10個(gè)車(chē)站。京張高鐵采用的智能牽引供電系統(tǒng)，主要有智能調(diào)度系統(tǒng)、智能牽引供電設(shè)備、運(yùn)行檢修管理等結(jié)構(gòu)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)智能判定故障及分析原因，滿(mǎn)足智能告警和重構(gòu)自愈等基本要求。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將自動(dòng)識(shí)別故障位置及類(lèi)型，并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行隔離，通過(guò)自動(dòng)切換保護(hù)運(yùn)行定值區(qū)的方式進(jìn)行供電模式重構(gòu)與自愈。

2.2試驗(yàn)情況

2019年4月1日-11月30日對(duì)京張高鐵的智能牽引供電智能系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)結(jié)論如下：第一，該高鐵智能牽引供電系統(tǒng)參試設(shè)備性能穩(wěn)定，能夠滿(mǎn)足使用環(huán)境條件。第二，在層次化保護(hù)方面，該系統(tǒng)繼電保護(hù)動(dòng)作邏輯正確，能夠快速定位故障并切除，有效實(shí)現(xiàn)保護(hù)牽引供電系統(tǒng)的作用。第三，采用的分層閉鎖和系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)，能夠進(jìn)行多層次的開(kāi)關(guān)閉鎖和快速切換運(yùn)行方式，減少故障停電范圍及時(shí)間，提升牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行效率。第四，智能牽引變電所采用的三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)站控層、間隔層、過(guò)程層及間隔層網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)。第五，智能供電調(diào)度系統(tǒng)滿(mǎn)足源端維護(hù)、信息綜合分析及共享的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)全景化展示相關(guān)過(guò)程，提高牽引供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.發(fā)展建議

3.1結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定合理的方案設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)在推動(dòng)智能電網(wǎng)方面重視程度較高，相關(guān)部門(mén)需要加強(qiáng)智能牽引供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。具體可參照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家電網(wǎng)智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化及基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)要求設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、規(guī)范化的系統(tǒng)，促進(jìn)鐵路智能牽引供電系統(tǒng)進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，要結(jié)合基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)等具體要求合理設(shè)計(jì)，并保證全過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)haul設(shè)計(jì)，保證施工、調(diào)試、驗(yàn)收等方面的嚴(yán)格實(shí)施。

3.2提升智能設(shè)備的集成化程度

設(shè)備是建立系統(tǒng)的基本要素，做好智能設(shè)備挑選、構(gòu)架、調(diào)試等工作，才能保證高鐵供電系統(tǒng)的智能化程度。一般來(lái)說(shuō)，需要結(jié)合高鐵速度、環(huán)境條件等要素合理選擇智能設(shè)備、傳感器等牽引變得設(shè)備，并做好接觸網(wǎng)、絕緣開(kāi)關(guān)柜、真空斷路器的構(gòu)建方案，推進(jìn)小型化智能設(shè)備，提高系統(tǒng)的集約化程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣先國(guó)，陳興強(qiáng).智能牽引供電系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)鐵路，2019（9）：14-21.

[2]董文哲，郭晨曦，楊斯泐.高速鐵路智能牽引供電系統(tǒng)研究[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018，27（11）：43-47+55.

[3]中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司.Q/CR721-2019智能牽引變電所及智能供電調(diào)度系統(tǒng)總體技術(shù)要求[S].2019.

作者簡(jiǎn)介：植克一，廣西容縣，漢族，1981.10.26，中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司調(diào)度所，科室，供電室，助理工程師（現(xiàn)有），大學(xué)本科，研究方向，智能牽引供電系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展。