电气化铁路智能牵引变电所的应用浅析

电气化铁路智能牵引变电所的应用浅析

宋东海

中铁电气化局集团京沪高铁维护管理公司

摘要：在牵引供电系统的运行过程中，如果要应用智能变电站技术，需要变电站等相关二次设备全面收集和共享信息，保证系统各部分的快速响应和协调。因此，相关设计人员需要在充分了解智能变电站技术特点的基础上，在牵引供电系统中合理利用智能变电站，建立智能牵引变电站的网络架构，确保系统高效稳定运行。

关键词：电气化铁路；智能；牵引变电所；应用

1智能变电站技术的作用

在牵引供电系统中，通过应用智能变电站技术，可以建立一个智能化、标准化、网络化的信息处理平台。它主要以动力臂为单元，对动力臂单元进行实时保护和监控。平台主要设置在变电站内。同时，还需要在At和分区所建立远程模块，并利用网络技术将各个模块引入变电站平台。这样，调度中心只负责宏观管理和监督，起到后备作用，可以有效保证调度中心与牵引变电所平台分工的合理性。智能变电站技术主要应用先进的信息、智能、控制和通信技术。可实时同步采集广域信息，确保一次设备参数标准化、数字化。由此可见，通过智能变电站技术的应用，可以对供电臂单元进行全面监控，并对其运行进行自动控制，从而提高牵引供电系统的运行稳定性和可靠性。

2智能牵引变电所的设计原则

（1） 对于智能牵引变电所，接口定义、通信协议、数据传输和软硬件平台的配置应符合国际、国家标准和行业规定。与不同厂家生产的设备兼容，实现不同系统之间的信息共享和互联。

（2） 智能牵引变电所的硬件架构和系统功能有足够的余量，容量和功能可根据实际需求进行扩展。

（3） 变电所使用的软硬件设备及相关产品的性能应满足安全性和可靠性的要求。

（4） 传感器应具有较强的电磁干扰和环境适应性。当设备对外部或内置传感器没有绝对要求时，应尽可能使用外部传感器。如果必须使用内置式，则内置传感器应为无源型，其使用寿命不低于设备本体的使用寿命。使用外部传感器时，外部传感器的安装应满足美观、易于维护、无干扰和降低高压设备外部绝缘水平的要求。

（5） 保护测控装置应满足继电保护选择性、快速性、灵敏度和可靠性的基本要求。

3智能运维系统的搭建

3.1传统综合自动化系统智能运维系统的搭建

为了将对既有系统的影响降低至最小范围内，对既有综合自动化系统通信管理机进行软件升级，站内新增智能运维管理机。在运维管理中心设置智能运维后台机，后台机安装含有装置履历管理、综合诊断管理等模块的智能运维软件平台。

智能运维软件平台配置装置自诊断信息、回路电气量信息以及装置的基本信息的组合关系和诊断逻辑，生成对应装置的专家经验库。从通信层网络获取间隔层保护装置的自检告警信息、各类回路电气量信息以及状态量信息，与装置专家库中的诊断逻辑以及历史样本做最小对比分析得到最终匹配的分析结果，提示运维人员实施针对性维护维修操作。

在既有通信管理机中增配智能运维后台的通信模块，将运行监测信息、设备状态信息和故障动作告警信息等数据通过新增的运维管理机中转，发送给智能运维后台机。智能运维后台机通过对综合运维信息进行数据筛选分类，结合专家经验库和历史诊断样本，在智能运维后台机的HMI上显示生成的运维分析结果，提供给运维人员针对性的维护措施。

3.2智能综合自动化系统智能运维的搭建

智能牵引变电站综合自动化系统采用典型的数字化变电站结构，集过程层合并单元、智能终端与间隔层一体化设计。综合自动化系统增设一台运维管理机，接入综合自动化系统站控层网络，负责运维相关数据的收发；增设一台网络分析仪，接入站控层网络和过程层网络，负责网络数据采集与分析。所有数据由运维管理机发送到智能运维后台机，实现数据统一管理与分析。

4智能牵引变电所的功能设计

4.1顶层设计

顶层设计中，牵引变电所就地维护模式为1对1，综合考虑高速铁路at牵引供电需求，综合数字化变电站、实时通讯和数据同享技术提出。不同维护设备之间的数据传输和资源同享能够有用地完成站间维护操控。为了有用进步供电体系的维护能力，增强其操控能力和可靠性，供电体系中不同维护设备之间的数据通讯需求依托站间通讯的方式。

4.2体系结构

智能牵引变电所采用三层两网测量维护体系。三层为站控层、距离层和进程层，两层为光纤通讯网络，分布在进程层和站控层。在进程层设置设备搜集SV网络，设备变电站goose网络（通用面向目标）。智能牵引变电所进程层由智能组件组成，包含合并单元、就地维护和智能终端。智能元件与就地维护设备之间的数据传输首要经过光纤完成。当部件被雷电损坏时，不会影响其他维护设备。

基于直接发掘和直接跳转组网的智能变电站就地维护测控体系经过光纤直接衔接进程层完成数据传输。基于网络发掘和网络跃点组网的站区维护测控，能够有用进步数据同享功用，进步数据传输的可靠性；广域通讯采用网络跳数完成广域维护。

4.3广域维护测量和操控

4.3.1站区维护

当牵引变电所低压母线或其辅佐设备发生故障时，低压侧维护设备的呼应时间为0.7~1s，然后发动维护设备。在呼应时间内，电源设备将受到过载电流的影响，并遭受巨大的损坏。智能变电站的站区维护依托光纤传输数据，确保通讯的实时性。一旦设备检测到故障电流，将发动goose体系下的电源母线维护设备。

智能变电站的站区维护功用是维护非故障部分不受故障电流的影响。假如故障方位在母线或其辅佐设备上，故障电流只出现在低压侧，不影响其他方位，可维护供电设备不受故障电流的影响。故障发生在馈线上，至少有一个馈线维护元件能够维护馈线。

4.3.2电源臂维护

当所选at牵引供电体系的供电臂发生故障时，将直接影响at所和分区所的电流值。故障点的方位与电流变化特性密切相关。电流变化特性随故障点方位的不同而不同。经过剖析at柱和分区所邻近的电流特性，判别故障点，提供电源臂维护的相关数据。

经过比较牵引变电所维护元件周围上下游回路发生的电流，剖析电流的巨细和流向，满足维护元件至少一段，故障测距可施行堆叠维护。当维护设备的维护元件发动时，光纤通讯将故障信息（goose跳闸信息）发送至同一方位段的电源臂上的其他维护设备。故障电源臂将自动快速切断电源，其他电源臂中的维护设备不会受到影响。此外，当at牵引供电体系的供电臂发生故障时，在确认供电臂故障方位时，采用剖析at变电站、牵引变电站和分区阻抗特性的方法。

4.3.4就地液位维护测控设备

就地维护测控设备可直接依据被控目标自身进行独立判别，快速可靠地阻隔或排除故障，完成被控目标的测量、操控和距离内开关的逻辑闭锁，包含但不限于主变测控、主变维护、馈线维护、故障定位等。

4.4.1牵引变压器

主变维护和主变测控设备是牵引变压器的首要装备，首要担任变压器维护、测量、操控、备用自动切换等功用。主变维护设备不只完成高低压侧的差动、过流、过载维护功用，还接收智能元件的goose信号，记载非电量维护。主变测控设备不只完成变压器高低压侧的电气测量和相关断路器、阻隔开关的操控，还完成了主变故障备用变自动切换、进线失压备用电源自动切换等备用自动切换功用和开关操控逻辑闭锁功用。

4.4.2馈线

每条馈线有一套相应的维护测控设备，首要担任完成过电流增量维护、电流速断和自动重合闸功用，完成馈线距离内一个馈线断路器和两个电气阻隔开关的操控和闭锁功用，以及测量和搜集距离中的电流和电压值。

结论

综上所述，将先进的大数据技术应用于铁路牵引供变电系统，不仅可以实现数据信息可视化的效果，而且可以有效整合多维数据信息，实现挖掘相关业务系统的目的。受大数据技术在铁路牵引供电中深入应用的影响，充分发挥了其良好的作用，使大数据技术有效地应用于铁路供电系统的开发建设，取得了良好的应用效果。

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