鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

牛海浪

中鐵建電氣化局集團(tuán)第三工程有限公司 河北 高碑店 074000

引言

牽引變電所作為鐵路供電系統(tǒng)的關(guān)鍵，能夠為車輛運行提供動力支持。鐵路沿線各種負(fù)荷均由線狀供電網(wǎng)絡(luò)提供電力。之前進(jìn)行的線路建設(shè)、倒閘作業(yè)、搶修故障、恢復(fù)供電，這些工作的開展，主要依靠沿線工區(qū)職工的作業(yè)來完成。高科技、現(xiàn)代化裝備伴隨著高速發(fā)展的鐵路被大量采用，SCADA系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用于鐵路的新建和改造。針對目前鐵路安全行車及行車密度要求越來越高以及SCADA系統(tǒng)功能的不斷完善都將成為下一步動力驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的課題。

1 鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)簡介

鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)是一種運用計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)對鐵路供電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、通信、監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)、輔助監(jiān)控的系統(tǒng)。借助供電調(diào)度系統(tǒng)功能可以采集系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確地對鐵路電力系統(tǒng)及配套設(shè)施運行情況進(jìn)行分析及有效監(jiān)控[1]。該系統(tǒng)功能種類豐富，包括線路檢測、采集、傳輸及處理數(shù)據(jù)；在線自檢顯示遠(yuǎn)動終端功能；實現(xiàn)在線修改、編輯和定義用戶圖片和用戶資料庫的功能；所有電腦均具備開機(jī)和恢復(fù)功能；具備自動切換和手動切換功能的冗余配置雙主機(jī)系統(tǒng)；在具備友好的人機(jī)界面、實現(xiàn)運行參數(shù)實時監(jiān)控、動態(tài)顯示電力網(wǎng)絡(luò)運行狀況的同時，可對操作者進(jìn)行模擬訓(xùn)練和演示功能。

2 鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)構(gòu)成

鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站采用國家鐵路集團(tuán)-局集團(tuán)公司-段三級架構(gòu)，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站總體結(jié)構(gòu)圖

SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由3部分組成：調(diào)度端、傳輸通道、被控端。

2.1 調(diào)度端的主要站點，也就是鐵路局的調(diào)度中心

調(diào)度中心作為控制鐵路系統(tǒng)運行的關(guān)鍵樞紐，電力相關(guān)系統(tǒng)所采集的信息都要經(jīng)過這里進(jìn)行分析處理，工作人員在對各項信息進(jìn)行分析處理后，在通過遠(yuǎn)程系統(tǒng)對車站、變電站及配電所的設(shè)備下達(dá)指令。

2.2 被控端，即變配電所在鐵路沿線的監(jiān)控系統(tǒng)[2]

該系統(tǒng)一般在鐵路內(nèi)部采用兩種方式，一是微機(jī)保護(hù)裝置在變電所設(shè)備和配電所設(shè)備的二次保護(hù)裝置中全面使用。全微機(jī)控制高壓設(shè)備的分合。二是繼電器保護(hù)裝置仍用于變配電所高壓設(shè)備的二次保護(hù)。同時在變電站和配電所增加了微型計算機(jī)監(jiān)控設(shè)備。

2.3 遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的傳遞通道

監(jiān)控系統(tǒng)通過通信通道向調(diào)度中心發(fā)送采集到的大量信息，再由調(diào)度中心統(tǒng)一調(diào)度調(diào)配，下達(dá)遠(yuǎn)程指令，發(fā)送遠(yuǎn)程指令。

3 遠(yuǎn)動系統(tǒng)功能

3.1 遙測、遙信及遙控功能[3]

當(dāng)前，遠(yuǎn)動系統(tǒng)對鐵路沿線重要供電線路及設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，其三遙功能比較突出，第一，遙測功能，具有遠(yuǎn)程測量特征，利用現(xiàn)代通信技術(shù)傳送被測變量的測量值；第二，遙信功能，對相關(guān)設(shè)備運行情況進(jìn)行實時的遠(yuǎn)程監(jiān)視；第三，遙控功能，在調(diào)度中心下達(dá)指令后，利用通信程序?qū)ο逻_(dá)指令的設(shè)備運行情況進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)指令進(jìn)行設(shè)備的開關(guān)操作。隨著我國鐵路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對遠(yuǎn)動系統(tǒng)功能的要求也更高，牽引變電所在三遙的基本功能上，又具備了遙調(diào)和遙視的功能。此外，還兼具了自我檢查及診斷等功能，能夠及時預(yù)警、診斷系統(tǒng)故障，提高了遠(yuǎn)動裝置維護(hù)的高效性。

3.2 線路故障檢測功能

由FTU檢測故障并報告主站，主站系統(tǒng)首先要完成故障的自動定位，對故障線段兩側(cè)的負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行自動遙控斷開，在確認(rèn)線路失電的情況下對故障點進(jìn)行隔離，然后對兩側(cè)配電所出現(xiàn)的開關(guān)自動下達(dá)遙控命令進(jìn)行閉合，沒有故障的線路要及時恢復(fù)電力供應(yīng)，針對具體的故障問題要提供詳細(xì)信息及處理報告，為調(diào)度人員提供參考。

3.3 越限偵測報警

一旦被提取一相電流或電壓越限（包含兩個級過流、兩個級過壓、欠壓、失壓、越限時間等）時，由20周波的有效數(shù)值記錄兩路信號電源各相電壓、電流信號，從而產(chǎn)生對應(yīng)的報警信息。

3.4 故障探測和報警

記錄兩個電源的各相電壓和電流的波形，作為任一路信號電源出現(xiàn)過流故障（引起開關(guān)跳閘）或某些遙信變位時的事故分析基礎(chǔ)[4]。故障波形能反映出在故障之前，穩(wěn)態(tài)和故障暫態(tài)到故障后穩(wěn)態(tài)的各個階段的變化特征。在故障發(fā)生點前5周波點后，10周波點的數(shù)據(jù)可以自動記載。在報警資料里自動生成超限溫度和高壓線路接地故障信息。

3.5 參數(shù)整定

利用RTU通信端口和M型模組，與TMIS生產(chǎn)網(wǎng)相連，可以完成點對點或1點對多點的通信關(guān)系。

3.6 供電異常

有源報告功能被監(jiān)控到的任何干擾信號發(fā)生供電的異常時，設(shè)備則會向主要的網(wǎng)站報告（越限、失效等）。

3.7 本地維護(hù)功能

應(yīng)用代碼的下載，故障的判斷都可以通過設(shè)備的本地維護(hù)端口實現(xiàn)。

4 鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)應(yīng)用及思考

4.1 鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用

就京沈客專鐵路調(diào)度端建設(shè)和調(diào)試分析，在北京鐵路局調(diào)度新系統(tǒng)中數(shù)據(jù)全部完成后，測試系統(tǒng)各功能正常。首先進(jìn)行沿線各配電所、電力箱變等電力設(shè)備單體調(diào)試，調(diào)試完成后根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試數(shù)據(jù)，在調(diào)度端針對每一個被控站生成相對應(yīng)的調(diào)度數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行遠(yuǎn)動調(diào)試，遠(yuǎn)動測試主要是驗證通道連通無掉包和調(diào)度端調(diào)度數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)保持一致。

以京沈客專承德南站以東提前開通段為例，保證遠(yuǎn)動調(diào)度數(shù)據(jù)接入后的準(zhǔn)確可靠，在調(diào)度數(shù)據(jù)正式接入前期，先進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)試及整合。受北京鐵路局調(diào)度中心管控，施工調(diào)試人員嚴(yán)禁進(jìn)入正式調(diào)度中心，在北京鐵路局設(shè)立臨時調(diào)度端，配置和正式調(diào)度端完全一致，利用臨時調(diào)度端對京沈客專前期開通段的配電所、變電所及箱變等電力設(shè)施進(jìn)行調(diào)試。

進(jìn)行遠(yuǎn)動調(diào)試之前，向供電部、調(diào)度所、供電段、通訊段及相關(guān)部門提交調(diào)試工作的申請，并提供相關(guān)調(diào)試方案。將傳輸通道跳接到臨時系統(tǒng)中，測試通道正常，確保本體調(diào)試完成方可進(jìn)行遠(yuǎn)動調(diào)試。電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)主要針對配電所、變電所及箱變等電力設(shè)備的三遙功能進(jìn)行測試。

4.1.1 遙控的測試主要是為對變電所、亭、站的開關(guān)進(jìn)行分、合操作，并對操作完成后的開關(guān)位置信號與實際是否一致進(jìn)行確認(rèn)；現(xiàn)場的調(diào)試人員主要是進(jìn)行開關(guān)的狀態(tài)確認(rèn)，調(diào)度中人員進(jìn)行遠(yuǎn)方操作指令下達(dá)，通過通道傳輸指令及后臺程序控制開關(guān)的狀態(tài)。這也是后期運維中是否能正確遠(yuǎn)方分合開關(guān)最重要的調(diào)試，通過遠(yuǎn)方遙控可以對無人所進(jìn)行停送電作業(yè)。

4.1.2 遙信的測試主要是對變電所、亭、站內(nèi)的開關(guān)量信號、預(yù)告信號、事故信號進(jìn)行測試；其中開關(guān)量信號在作遙控調(diào)試一起確認(rèn)，而預(yù)告信號和事故信號等相關(guān)信號在整個調(diào)試過程中進(jìn)行驗證；現(xiàn)場調(diào)試人員進(jìn)行開關(guān)量的模擬工作，通過相關(guān)的模擬故障信號通過通道反饋到調(diào)度中，調(diào)度員通過后臺提示可以清晰地看到故障信號所在，通過分析可以快速地判斷故障的等級，并通過站段的復(fù)視終端同時顯示，有利于檢修人員進(jìn)行現(xiàn)場處理，及時恢復(fù)故障，確保供電安全。客專鐵路的保護(hù)也越來越準(zhǔn)確，通過智能化和廣域化進(jìn)行全方位的判斷，使得保護(hù)故障的切除更加準(zhǔn)確，有效保障了列車的安全運行。

4.1.3 遙測的測試主要是在調(diào)度工作站顯示界面上的數(shù)據(jù)與變電所、亭的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行驗證。遙測主要是對數(shù)據(jù)的采集，包括電流電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，現(xiàn)場調(diào)試人員通過實驗設(shè)備進(jìn)行加載電流和電壓，反饋到調(diào)度中心對比是否與現(xiàn)場一致，可以確保運營過程中數(shù)據(jù)真實可靠，并對相關(guān)的保護(hù)定值進(jìn)行遠(yuǎn)方修改，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)下發(fā)并應(yīng)用。

如果通道不正常，或測試中出現(xiàn)異常情況，則及時通知相關(guān)配合單位進(jìn)行問題處理。確保調(diào)度系統(tǒng)的各項正常工作。

遠(yuǎn)動系統(tǒng)調(diào)試中不僅僅是針對開關(guān)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)動調(diào)試，結(jié)合目前高鐵的快速發(fā)展，所亭內(nèi)無人值守相關(guān)的輔助監(jiān)控系統(tǒng)也在調(diào)試范圍內(nèi)，主要包括環(huán)境監(jiān)控、視頻、消防、門禁、智能巡檢機(jī)器人等都納入了遠(yuǎn)動調(diào)度系統(tǒng)?，F(xiàn)場相關(guān)的實時數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度中心，工作人員可以隨時監(jiān)控所亭的運行狀態(tài)，進(jìn)行設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)及發(fā)生故障后能及時通過智能巡檢機(jī)器人和監(jiān)控設(shè)備準(zhǔn)確的故障設(shè)備及原因，通知維管人員進(jìn)行現(xiàn)場處理，大大減少了巡檢人員的巡檢次數(shù)，有利于設(shè)備的維護(hù)和成本的控制。

遠(yuǎn)動調(diào)試完成后確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。京沈客專鐵路設(shè)置一個調(diào)度端，因承德南站以東為提前開通段和承德南站至北京朝陽站為后期開通段分段開通，所以需要進(jìn)行兩部分調(diào)試完成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，利用高鐵天窗，將兩部分?jǐn)?shù)據(jù)在正式調(diào)度端數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整合，由正式調(diào)度端完成全線鐵路的電力調(diào)度控制系統(tǒng)，至此完成京沈客專高速鐵路電力調(diào)度系統(tǒng)的全部工作。

4.2 鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

遠(yuǎn)動系統(tǒng)功能在一定程度上決定了車輛調(diào)動工作的準(zhǔn)確定，為進(jìn)一步保證鐵路運行安全，應(yīng)根據(jù)電氣化系統(tǒng)特點及運行要求，建立高效的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)，應(yīng)積極引進(jìn)自動化技術(shù)，將其與各類系統(tǒng)相結(jié)合，提高軟硬件設(shè)計的自動化及智能化水平。通過軟硬件的配合完成信號的接收和處理，在故障產(chǎn)生后，立即為工作人員提供資料，并著手處理。

4.3 針對電磁干擾的產(chǎn)生和防止措施

電磁是以一種形式存在的一種高頻電流的磁場輻射，這種輻射通過磁場和電場同時存在。由于大量電器的使用，在空間中幾乎同時存在著極少的單純磁場或電場與磁場的分量，因此在屏蔽電磁干擾時也要同時兼顧到這一點，根據(jù)電磁場原理，利用屏蔽體來減少或阻礙電磁的能量傳遞，一個過程就是讓電磁波在通過屏蔽層時降低其能量，整個屏蔽體就會產(chǎn)生衰減電磁波的效果，這也就是在屏蔽電磁干擾的同時，利用屏蔽體降低RTU和FTU是主要安裝在配電所內(nèi)部的鐵路系統(tǒng)中的遠(yuǎn)動監(jiān)視裝置。機(jī)殼外殼與微機(jī)源、數(shù)位地、FTU及RTU均不可連接，此外，通過對噪音和訊號實施接地操作，可以提高系統(tǒng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)運行更安全可靠。

5 結(jié)束語

綜上所述，鐵路供電調(diào)動系統(tǒng)作為鐵路智能化和自動化發(fā)展的關(guān)鍵，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)θ€電力系統(tǒng)的運行展開全面、實時的跟蹤監(jiān)控，幫助管理人員掌握線路具體運行狀態(tài)，降低了故障發(fā)生率。在新時期，還應(yīng)重視這一系統(tǒng)的不斷完善，電力系統(tǒng)運行復(fù)雜，影響因素眾多，要加大對軟硬件設(shè)計的投入，推動我國鐵路事業(yè)穩(wěn)步邁進(jìn)。