自動化技術(shù)在鐵路電氣工程中的實踐探討

邢挺

作為我國交通運輸領(lǐng)域中的重要組成部分，鐵路系統(tǒng)的運輸水平與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展之間存在密切關(guān)聯(lián)。結(jié)合對自動化技術(shù)的有效應(yīng)用，不僅可以保證電氣工程的高效化利用，同時亦可讓電氣工程始終處于安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)。鑒于此，為充分發(fā)揮出自動化技術(shù)在電氣工程建設(shè)中的作用，依據(jù)對鐵路電氣要求的分析，將自動化技術(shù)合理應(yīng)用于電氣工程中，繼而為鐵路系統(tǒng)的可靠運行提供技術(shù)支撐。

一、鐵路電氣工程特點

（一）接線方式

縱觀當(dāng)前鐵路電氣工程的建設(shè)，主要借助輻射網(wǎng)進(jìn)行供電系統(tǒng)建構(gòu)，同時以變電所、配電所為支撐實現(xiàn)對鐵路整體進(jìn)行有效供電。對于線路連接而言，主要類型劃分為一級負(fù)荷、綜合負(fù)荷貫通兩種。通常情況下，需依據(jù)施工條件、現(xiàn)場情況的分析來合理選擇上述接線方式，以保證核心鐵路干線供電符合穩(wěn)定、可靠的要求。同時，為進(jìn)一步提升鐵路連接線的運行穩(wěn)定性，需在保證各變電所可靠連接的前提下，以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為參照來控制信號電源的供應(yīng)。

（二）供電系統(tǒng)電壓等級與配電站結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段鐵路電氣工程的建設(shè)需以終端負(fù)荷的考慮為前提，在明確用戶實際需求的基礎(chǔ)上，對配電所與變配電站的負(fù)荷等級加以確定。通常情況下，可將變配電站、配電所的電壓負(fù)荷分別控制在35KV、10KV左右，而110KV的變配電所在鐵路電氣工程建設(shè)中的應(yīng)用相對少見，主要原因在于110KV等級變配電所建設(shè)涉及大量資金的投入。

二、鐵路電氣工程自動化系統(tǒng)要求

為保證電氣工程能夠助力鐵路運輸業(yè)務(wù)的有效開展，需在構(gòu)建自動化系統(tǒng)時遵循以下要求：

一是安全性、高效性要求。要想最大化體現(xiàn)出自動化技術(shù)在電氣工程中的功能與作用，需在構(gòu)建自動化系統(tǒng)時囊括電力調(diào)度、變電所綜合自動化、在線監(jiān)測、MIS、安全監(jiān)控等模塊。同時，供電自動化系統(tǒng)的可靠運行，離不開對系統(tǒng)平行層、上下層的協(xié)調(diào)運行，并將運、工、機(jī)、電維持在分工運作狀態(tài)。另外，為保證自動化系統(tǒng)的建構(gòu)符合高效、安全要求，需依據(jù)實際運輸需求來應(yīng)用自動化技術(shù)，實現(xiàn)將電氣工程自動化系統(tǒng)能維持在長期穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

二是可靠性要求。盡管供電系統(tǒng)對于電壓等級控制要求不高，且變配電所的構(gòu)成不復(fù)雜，但自動化系統(tǒng)的建構(gòu)面臨較高的可靠性要求。在實際運行期間，需以自動閉塞信號為前提，按規(guī)定要求將供電中斷時間控制在≯150ms范圍內(nèi)，避免鐵路系統(tǒng)的穩(wěn)定運行受到自動閉塞信號燈全部變紅的影響。鑒于此，為保證自動化系統(tǒng)的運行符合可靠性需求，一方面可在供電系統(tǒng)中設(shè)置雙電源機(jī)制，并結(jié)合對自動投入裝置的安設(shè)來維持鐵路可靠供電。另一方面則可借助貫通線、自閉線對相鄰配電所進(jìn)行連接，以保證線路連接符合可靠性需求。

三、自動化技術(shù)在鐵路電氣工程中的實踐應(yīng)用

（一）信號電源監(jiān)控

現(xiàn)階段鐵路電氣工程建設(shè)中信號電源監(jiān)控應(yīng)用較為常見，主要是對自動閉塞信號裝置借助網(wǎng)絡(luò)通信、微電子、計算機(jī)等技術(shù)的集成應(yīng)用來達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控目的，其具體監(jiān)控內(nèi)容涉及故障異常發(fā)現(xiàn)、運行狀態(tài)監(jiān)測等。從某種角度而言，信號電源監(jiān)控的建構(gòu)需以SCADA技術(shù)為本質(zhì)。盡管鐵路電氣工程中信號電源監(jiān)控的組成至關(guān)重要，并且因故障錄波的高要求控制，促使信號電源監(jiān)控實現(xiàn)獨立運行。另外，對于信號電源監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建是否符合要求的判斷，除了分析遠(yuǎn)程監(jiān)視內(nèi)容是否涉及電壓、開關(guān)、電流等方面之外，還需檢查高低壓開關(guān)能否具備遠(yuǎn)程控制功能，并分析電壓異常自動報警、故障錄波、過流檢測等方面。對于信號電源監(jiān)控建構(gòu)的分析，具體表現(xiàn)為：

一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為最大化發(fā)揮出自動化技術(shù)的功能作用，可視情況對信號電源監(jiān)控與SCADA技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。在實際系統(tǒng)運行期間，自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠為相關(guān)人員提供更為準(zhǔn)確、全面的信號供電裝置運行信息，且人員可依據(jù)信息數(shù)據(jù)分析來確定運行狀態(tài)，避免因盲目管理影響到電氣工程的有效運行。同時，相關(guān)人員可借助監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行隱藏故障、問題的發(fā)掘，通過及時解決來提升電氣工程運行可靠性。另外，在出現(xiàn)電氣故障時，系統(tǒng)可自動對電壓、電流波形記錄，在人員故障分析時可將故障錄波作為參考，通過故障的及時發(fā)掘與消除來加強(qiáng)鐵路供電穩(wěn)定性控制。此外，可借助信號電源監(jiān)控對電氣系統(tǒng)是否存在越級跳閘情況進(jìn)行監(jiān)管，不僅為電氣工程的安全、可靠運行提供技術(shù)支撐，亦可借助自動化技術(shù)來促進(jìn)人員工作效率的顯著提升。

二是主站功能。在現(xiàn)代化電力調(diào)度中，信號電源監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)置呈現(xiàn)出多樣化的特點，主要包括：一是運行監(jiān)視功能。即運行期間以計算機(jī)屏幕為載體，清晰呈現(xiàn)信號電源接線圖，可幫助管理人員明確掌握電氣系統(tǒng)運行狀態(tài)，并對開關(guān)、電壓、電流狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)分析。同時，可以曲線的形式來體現(xiàn)信號電源電流、電壓變化趨勢，并借助順序表格對開關(guān)位置變換事件加以記錄。二是事件報警功能。系統(tǒng)運行期間能夠自動接收來自現(xiàn)場監(jiān)控裝置發(fā)出的電壓、電流信息，并通過信息自動分析來判斷是否存在異常，以計算機(jī)屏幕為載體自動顯示警告信息，結(jié)合對聲光效果的增設(shè)來達(dá)到警示工作人員目的。同時，利用系統(tǒng)進(jìn)行事件警報，還能以動態(tài)化的形式來體現(xiàn)電流、電壓情況。三是故障錄波功能。即系統(tǒng)支持對過流故障錄波的檢索，并通過故障顯示為維修方案的制定提供參考。同時，可利用該功能來客觀體現(xiàn)出波形移動、大小，對波形利用光標(biāo)移動的方式對選定點瞬時值的有效測量，并通過對指示命令的下達(dá)來實現(xiàn)人工錄波。四是圖形管理功能。圖形管理構(gòu)成中第一級、第二級、第三級分別為布局圖管理、供電臂式示意圖管理、車站圖管理，運行期間可在遵循簡單、便捷原則的基礎(chǔ)上，借助第一二級圖像進(jìn)行圖標(biāo)繪制。另外，可以第二級為基準(zhǔn)來實現(xiàn)高壓側(cè)開關(guān)控制。五是參數(shù)讀取與整定功能。主要是以信號電源監(jiān)控系統(tǒng)為載體，設(shè)置錄波啟動整定值與監(jiān)測限定值遠(yuǎn)距離測試功能等。

（二）鐵路線路自動化

鐵路線路自動化（LA）已然是實現(xiàn)現(xiàn)代化鐵路建設(shè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，是指以線路分段開關(guān)為基準(zhǔn)，借助自動化技術(shù)來實現(xiàn)隔離、故障定位與遠(yuǎn)程監(jiān)控，并按照規(guī)定要求對故障信息自動化記錄分析。作為電力調(diào)度系統(tǒng)中的重要組成，LA的主要功能涉及遠(yuǎn)程控制、故障區(qū)域隔離、故障線路定位等。在實際運營期間，可借助LA對小電流接地、短路等故障進(jìn)行精準(zhǔn)定位與全面檢測，并通過對故障區(qū)域的第一時間隔離來保證非故障區(qū)域的可靠、穩(wěn)定供電。同時，可利用LA來轉(zhuǎn)變以往線路巡視檢查工作模式，依托于自動化技術(shù)對故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)、及時定位，避免鐵路安全運行受到故障處理不及時問題的影響。在鐵路電氣工程中應(yīng)做到對LA技術(shù)合理應(yīng)用，運行期間相關(guān)人員可分別利用遠(yuǎn)距離遙控、現(xiàn)場控制手段進(jìn)行故障隔離，盡可能在短時間內(nèi)快速恢復(fù)供電。其中現(xiàn)場控制手段的應(yīng)用，主要是依托于自動重合器、分段器的應(yīng)用，在現(xiàn)場對故障區(qū)域加以控制。遠(yuǎn)距離遙控則是以系統(tǒng)主站為載體，借助通信渠道完成信號傳輸，相關(guān)人員能夠遠(yuǎn)程控制線路開關(guān)，以期對故障區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)、快速隔離。例如X點出現(xiàn)永久性短路故障，其遠(yuǎn)程嚴(yán)控實施流程表現(xiàn)為：現(xiàn)場傳感器對故障數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集并傳輸至控制主站。在判斷出故障發(fā)生位置后，主站可對分段器以遙控的方式進(jìn)行控制，以保證故障、非故障區(qū)得到有效隔離，降低非故障區(qū)供電受到故障問題的影響。

（三）集中控制技術(shù)

該控制技術(shù)在鐵路電氣工程中的應(yīng)用，主要是以主站為對象，借助配電自動化終端進(jìn)行故障信息的傳輸，信息接收后自動進(jìn)行信息分析計算，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫提供內(nèi)容制定科學(xué)解決方案。經(jīng)人員確定后對配電自動化終端下達(dá)方案。通常情況下，集中控制技術(shù)的應(yīng)用涉及以下層次：一是在采集故障信息的基礎(chǔ)上，為主站及時傳遞相關(guān)信息。二是對故障區(qū)域進(jìn)行臨時性控制。三是主站制定解決方案后，配電終端需按照方案自動執(zhí)行。要想最大化發(fā)揮出集中控制在鐵路電氣工程運行中的最大效用，需保證通信系統(tǒng)的應(yīng)用符合可靠性要求。同時，在自動化技術(shù)應(yīng)用過程中需重視對主站賦予多種功能，以保證其故障問題得到有效解決。

四、結(jié)語

綜上所述，自動化技術(shù)的靈活應(yīng)用不僅可為鐵路電氣工程的可靠、安全運行提供保障，同時關(guān)乎著電氣工程自動化、智能化控制的實現(xiàn)。鑒于此，為最大化體現(xiàn)出自動化技術(shù)在鐵路電氣工程建設(shè)中的作用，需在明確認(rèn)知對自動化技術(shù)應(yīng)用重要性的前提下，以信號電源監(jiān)控、線路自動化、集中控制等為切入點來優(yōu)化對自動化技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合自動化運行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建構(gòu)、加強(qiáng)自動化技術(shù)研發(fā)、優(yōu)化自動化監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用等措施實施，在充分展現(xiàn)自動化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢的同時，為我國鐵路電氣工程的自動化、智能化發(fā)展提供技術(shù)支撐。

（作者單位：中國鐵路青藏集團(tuán)有限公司供電部）