电气化铁路变电所自动化系统的现状及展望研究

电气化铁路变电所自动化系统的现状及展望研究

赵方超

天津凯发电气股份有限公司 天津 300392

摘要：电气化铁路变电所自动化系统的运用发挥了有效的作用，为电气系统的管控提供了帮助。为了发挥出自动化技术的优势，需要对其应用进行完善。通过对变配电所的运行方式的阐述，明确铁路自动化变电所技术应用的重要性，分析变电所自动化系统的应用现状，提出电气化铁路变电所自动化技术的发展趋势内容，为铁路电气系统的管控带来保证。

关键词：铁路；电气化；变电所；自动化系统

引言

随着铁路体系的建设，铁路覆盖范围逐步扩大，这对铁路电力系统提出了相应的要求，通过对变电所的优化，可铁路系统的整体运行得到有效的支持。当前，自动化技术的应用发挥了重要的作用，将其运用到铁路变电所中，可使变电所自身的运行及控制水平提升，为铁路建设提供了良好的条件。因此，应对电气铁路变电所中自动化系统的运用进行分析，加强对技术的创新，可使系统自身的性能增强，完善其功能。

1铁路变配电所的运行方式

铁路电力系统电源来自于地方变电站，供电方式主要为转盘专线，铁路系统点通常为10KV、110KV以及35KV，而220KV的电压的运用比较少，在铁路电力系统的创新发展下，35KV的电压也在逐渐淘汰，目前，常用的电压为10KV，为电力系统的运行提供了一定的保障，可使供电更加可靠。在电力系统中，通常采用双电源供电方式及母线母联分段供电的方式，在电力自动化系统监控体系中，包括了贯通电力线路、变配电所、高压低压开关等，当按照铁路电力自动化系统功能进行划分的时候，其中主要包括变配电所的综合自动化系统、调度自动化系统、信号电源监控系统等部分。铁路电力自动化系统调度自动化主站是结合生产运营为任务来进行供电调度的自动化系统。

2铁路自动化变电所技术应用的重要性

当前电气铁路电力系统运行中包括了直供加回流及AT供电等方式，不同的供电方式 采用的设备以及综合自动化保护系统相同，设备组成为传统形式，变电所设备运行情况检测主要为人工方式。综合自动化保护系统仅可对供电系统的电流及电压等进行监测，使故障及时切断，但是无法实现无人化的监测，这使人员的投入得不到有效控制。同时，变电所二次保护系统通过控制电缆及信号电缆采集设备的运行数据，变电所线缆比较多，在产生了故障之后排查比较困难。因此，自动化技术的优化对铁路电力系统的运行有着重要的意义，可使系统整体性能得到有效优化。

3变电所自动化系统的应用现状

3.1变电所自动化系统结构形式

在变电所自动化系统结构中，分层分布式结构作为常见的产品，其应用优势比较显著，但是分散是系统产品需要户外安装，电子元器件的性能要求比较高，成本也比较高，铁路设计及运营管理部门对产品可靠性、安装方式等有待进一步了解。同时，生产商开发了大量的具有不同功能的成套微机保护装置，结合研发难度、资金投入等方面因素来进行改善，使生产的效益水平得到提升。在进行变电所自动化研发的时候，多选择分层分布式结构，可使资源的利用率得到提升，使原本的成套微机保护装置组成单元层，之后以此为基础开发通信处理机、监控系统、维护分析系统等设备，再组成完整的分层分布自动化系统。集中式结构在部分厂家进行铁路变电所自动化改造的时候应用，厂家为了使改造更加便捷，对保护控制设备进行保留，使用集中式RTU来进行采集及处理变电所的数据，可使变电所实现远程监控功能，并且通过采样信息继电器辅助触电状态，对设备的动作情况进行监视。分散式结构铁路变电所自动化系统逐渐得到了开发，在铁路系统中逐步应用。但是针对这种结构还需进一步进行改善，经过实际的试验来发挥出其作用，同时，厂家的开发及设计等各项因素也会对其产生影响。

3.2系统网络通信技术

一开始铁路变电所自动化系统在通讯方面采用的为以太网，运用现场总线技术来实现对成本的控制，厂家使用的现场总线中包括了FDK -BUS、串行通讯方式(RS232、RS485)、CAN网等形式，具有物理界面一致的特点。运用串行通讯形式的时候，节点数量比较少，难以实现多主冗余，会产生问题。而CAN网和Lon-works网有着点对点、一点对多点传输数据的特点，相比其他的技术应用效果更好。在选择总线形式的时候，需要根据厂家的技术熟悉情况进行，通常在设计过程中使用双重网络可避免故障问题带来影响。现场总线技术通讯速率比较低，标准多，在传输故障录波等方面效果不理想，因此逐渐被淘汰。在以太网的应用发展过程中，其应用效果逐渐加强，配合传输率高以及性能良好的软硬件，可使以太网技术的应用优势更加显著。当前，在大部分铁路变电所自动化产品在站级、间隔级采用了100Mbps /10Mbps以太网方式组网，通信网络使用TCP /IP协议通信规约，可在保证传输效果的同时发挥出系统兼容性有点。通过对其有效结合，可使变电所自动化系统的通信规约得到高速及灵活的平台，同时，为了使兼容功能得到保障，一般将串行接口保留下来。

3.3抗干扰能力及通信介质

变电所中有着强大的电磁场干扰，光纤有着良好的电磁兼容性特点，可使网络的抗干扰水平得到提升。在FDK -BUS、串行通讯、CAN网等通信介质条件的选择中，可使用光纤通信方式，可使网络远距离通信问题得到改善。同时，光纤有着较大的带宽，通过对以太网的运用，可使其扩充得到更大的空间。因此，当前大部分厂家使用光纤作为通信介质，可使生产的效果显著加强。

4电气化铁路变电所自动化技术的发展趋势

首先，电力化铁路变电所会向着自动化变电所方向发展，这使变电所的管理实现无人化目标，为人员的投入控制带来帮助，符合变电所发展的要求。在技术的快速发展下，自动化设备价格会呈现出下降的趋势特点，这使成本方面的问题得到了解决，通过对变电所自动化系统的优化，可使铁路电力系统的运行及发展得到有效保障。其次，铁路变电所自动化从分层分布式向着分散式方向发展，我国已经运用分层分布式结构来实现对变电所的自动化概述，这种结构可使集中式系统功能集中的问题得到改善，但是二次设备功能集中设施，接线情况比较复杂，这使维护出现了不方便的特点，在电力系统中逐渐被淘汰。使用分散式系统可使成本得到控制，也可降低施工的难度，有着较多的优势。同时，微处理器、电子元器件温度性能有所提升，这些技术的应用可为分散式自动化系统的开发及应用提供有效的技术支持。在电力系统变电所自动化实现分散式发展的情况下，变电所自动化性能可得到显著提升，为我国的铁路电气化系统的运行提供有效的支持。最后，人工智能技术等应用可为铁路变电所的管控提供相应的技术条件，实现对设备的在线监测，借助人工智能技术等可使自动化系统的模块功能完善，可进行继电保护及断路器故障诊断，并且实现对设备的监控，为电气设备的运行安全性带来保障，及时处理其中的故障问题，可使电气系统的整体运行水平得到提升。

结语

电气化铁路变电所的管控需要技术的支持，通过对自动化系统的运用，可使变电所运行效果得到改善，为整体系统的运行带来良好的条件。应对变电所自动化系统结构形式进行改善，合理运用系统网络通信技术，并且考虑到抗干扰能力及通信介质的需求，通过对自动化系统的优化，使铁路电气设备运行更加稳定。

参考文献

[1]田震. 高原电气化铁路长距离供电方案优化设计研究[D].西南交通大学,2019.

[2]黄硕. 高速铁路牵引供电系统可靠性评价研究[D].北京交通大学,2019.

[3]马会亮.铁路牵引变电设备安全稳定性提升措施探讨[J].设备管理与维修,2020(04):122-123.

[4]李超. 电气化铁路电能质量实测数据管理与数据分析[D].北京交通大学,2020.

[5]葛骏翔.基于大数据分析的电气化铁路牵引供变电系统设计[J].电子设计工程,2021,29(07):16-19+24.