铁路电力自动化技术

铁路电力自动化技术编写陈雄飞第一章铁路电力自动化概述铁路自动化就是利用计算机硬件技术、自动检测和控制技术、计算机通信和网络技术，对铁路电力系统的重要环节，如变配电所、贯通自闭线路、信号电源（双电源）等，进行监视和控制，以提高运行管理及维护水平，保证铁路系统的安全、经济运行，并能及时处理故障，缩小故障停电范围，迅速恢复供电，减少停电损失，提高供电可靠性，为列车安全、可靠地运行提供保障。电力自动化系统又称为SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即监视控制与数据采集系统。SCADA平台包括实时数据采集和处理、告警处理、实时数据库管理、历史数据库管理、画面制作，以及显示、报表管理和打印、系统安全管理、远程诊断和维护等。电力自动化还可以称为电力远动，其系统不仅包含“遥信、遥测、遥控、遥调”等内容，还包含电力自动化所涉及到的其他内容，如变配电所自动化、信号电源监控、线路自动化等，以及变配电所视频监控（即“遥视”）。一、铁路电力自动化系统结构和主要内容㈠、系统结构铁路自动化系统的监控对象主要包括：变配电所、自闭/贯通电力线路、信号电源和电气集中以及各种高低压开关等。按照功能和内容来分，铁路电路自动化主要包括：调度自动化主站、变配电所综合自动化、信号电源监控以及自闭/贯通线路自动化系统。（RTU：远方终端单元，STU：铁路信号电源监控装置，FTU：馈线终端单元）二、电力远动系统1、遥信，即远程信号，习惯记作YX，是将被控站的设备状态信息，如开关位置信号、报警信号等，远距离传送给调度主站。①、位置信号不论位置在何种状态，所有被监控设备的分、合状态可以在显示器上进行显示。其中“分”用“绿色”表示，“合”用“红色”表示。②、故障信号当被监控系统发生故障时，事故信号优先送往控制中心，在显示器上提示：显示器上事故站主接线图自动调出，发生事故的地址灯闪烁，如有跳闸，相应的开关闪烁，并伴随有音响报警，同时在屏幕指定窗口显示事故内容细目，并有相关记录。当发生一般性故障，发出预告信号。2、遥测，即远程测量，习惯记作YC，是将被控站的运行参数，如电度量、电流、电压、有功功率、无功功率、温度、故障点参数等模拟信号传送给调度主站。①、随机遥测：用于故障时有关参数的测量。②、定时循环遥测：用于对电度量、功率、电压、电流的定时测量。③、统计测量：用于显示电流电压负荷曲线。④、人工召测：操作员在某被控变电所主接线画面下，可随时按遥测键向RTU发出召测命令，RTU将有关当前数据回送处理。⑤、超限告警：当某所的某种电量（如馈线电流等）超出正常值，而未达到保护的动作值时，将发出预告音响信号，并在显示器上提示地址名和超限电量。3、遥控，即远程控制，习惯记作YK，是从调度主站发出命令，以实现远方操作和切换，通常只取两种状态指令，如开关的“合”、“分”指令。遥控有以下几种：①、单控：就是对单个对象进行的遥控。②、程控：若干个单控的组合。③、复归遥控：指发生事故等而报警的被控站中事故指示灯和信号指示灯的远距离清除，使之复位，恢复正常。④、重合闸投切遥控⑤、通道切换遥控⑥、试验遥控：遥控对象为试验开关。4、遥调，即远程调节，习惯记作YT，是调度主站直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整，如变压器分接头位置。遥调功能实现有一个前提，就是相应设备本身有调整机构。以上四种功能不是各自独立的，而是相辅相存的。遥信和遥测信息是遥控和遥调的依据，而遥控和遥调又需要遥信和遥测信息来检查的证实。第二章变配电所自动化第一节铁路电力系统运行方式铁路电力系统其特殊性方面：1、负荷沿铁路线狭长分布，主要用电对象包括铁路沿线信号灯和其他自动装置，以及其他单位的生产、生活电源，负荷较小。2、供电可靠性要求极高。铁路变配电所一般采用双电源供电方式，沿线每一个供电区间双端供电，供电区间一般采用自闭线、贯通线双回路供电，自闭线只负责为信号供电，贯通线还包括其它生产、生活用电，双路供电至低压双电源切换装置，两路电源互为备用，失压自动切换。3、供电区间线路长，一般40~60公里，有的甚至上百公里，而且地形、气象条件复杂，故障多发，而故障查找和维修由于受自然条件等因素影响比较困难。一、变配电所运行方式图中配电所采用双母线分段，两路电源同时运行，通过母联开关连接（母线开关常开），互为备用，当一路电源故障时，母联开关闭合，由另一路电源供电，防止自闭线、贯通线或者其他重要负荷失电。装设高压调压变压器，可以保证安装在各信号点的自动闭塞信号变压器或贯通线信号变压器二次电压波动不超过额定电压的±10%，并起到隔离变压器的作用，阻止电力贯通（自动闭塞）线路接地故障影响公共电网。二、供电区间供电方式以甲所供电自闭线（贯通线）为例，自闭（贯通）高压馈出运行方式有下列几种：1、本所主送方式①、备投-重合乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，乙所出线开关瞬时投入送电（备投）；若备投不成功，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。②、重合-备投乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，乙所出线开关投入送电（备投）；若备投不成功，则线路永久失电。③、单备投乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，乙所出线开关瞬时投入送电（备投）；若不成功，则线路永久失电。④、单重合乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。2、本所备用送电方式①、备投-重合乙所处于主送状态。当乙所线路失电时，甲所出线开关瞬时投入送电（备投）；若备投不成功，乙所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。②、重合-备投乙所处于主送电状态。当乙所线路失电后，乙所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，甲所出线开关投入送电（备投）；若备投不成功，则线路永久失电。③、单备投乙所处于主送电状态。当乙所线路失电后，甲所出线开关瞬时投入送电（备投）；若不成功，则线路永久失电。3、本所自送、自备方式当供电区间开口作业或乙所检修而不能备用送电时，甲所处于自送、自备方式。当线路失电时，甲所瞬间重合送电。4、跨所送电方式当相邻两所的电源同时停电，或本所自送自备方式本所电源停电时，采用跨所供电方式。第二节变配电所综合自动化功能与模式变配电所综合自动化系统是铁路电力自动化系统的基本单元，是将微机监控、测量、保护、通信、防误等功能通过通信网络集成为一个整体的计算机监控系统，即可集中组屏也可分散布置。一、变配电所综合自动化系统的主要功能1、继电保护功能。保护的类型有线路保护、出线保护、自闭/贯通线路保护、电容器保护、变压器保护、备自投等。常用的保护内容有：速断保护、过电流保护、过电压保护、重合闸、备用电源自动投切、同期检查、零序保护、低频减载等。2、变配电所实时监视和控制功能（SCADA）。包括遥测、遥信、遥控和遥调，以及故障报警、SoE（顺序事件记录）、数据统计和计算、图形、生产报表、曲线等。3、管理功能。变配电所运行管理功能，包括运行状态、信息、变量、事件的监视、记录、存档、打印等功能。保护管理功能，包括保护方式字和运行参数的读取、修改、存储、下载等。操作管理功能，包括操作闭锁、操作记录、操作记录、操作票管理、“五防”功能。设备管理功能，包括变配电所一、二次设备台帐管理、涉笔运行状态监视和统计及维修记录等。4、运行控制功能，如所内电压无功控制调节，无功补偿控制。5、通信功能。所内通信；向段调度中心转发变电所和附近车站自动化的实时数据，实现遥测、遥信、遥控、遥调，事项或故障上报等；与车站开关监控配合完成线路自动化功能，如故障定位、故障隔离、快速恢复供电等。6、所内电量抄表计费、负荷管理及用户电能采集计费等功能。7、站内电源管理功能，远程诊断和维护等。视频监控系统是变配电所自动监控和管理的必要补充。二、变配电所自动化系统的模式分布式保护监控装置通常有两种安装方式：一种是在主控室集中组屏安装，这种方式便于设备的统一维护和管理，缺点是需要连接大量的二次电缆；另一种是直接在配电间隔或开关柜上分散布置，这种方式可以节省连接电缆，缺点是维护和管理比较麻烦。分布式系统中的当地监控系统又称当地功能，如用于有人值班变配电所作为当地功能，可以适当加强人机界面功能，配备打印机，并负责向上级调度主站转发数据；如用于无人值班变配电所，则可以将当地监控系统更换为自动化通信处理机。第三节变配电所自动化当地监控系统一、数据采集1、SCADA系统采用多线程技术实时采集遥测、遥信、电度、微机保护等数据，同时向各自动化装置发送各种数据信息及控制命令。采集的信息包括：1、模拟量：包括电压、电流、主变油温等；2、状态量：断路器及隔离开关位置、有载调压器抽头位置、预告信号、事故总信号等；3、保护及综合自动化信息；4、脉冲量：电网周波、脉冲电度等二、数据处理SCADA系统采集数据后，立即进行数据处理，并对重要数据存盘。包括：1、模拟量数据处理：超限检查、数字滤波、工程转换、统计计算；2、状态量处理：状态取反等；3、保护故障信息：显示、整定等；4、脉冲量：基值设定、脉冲增加。三、计算机与检索功能1、对实时和历史的模拟量、数字量及状态量进行计算与检索。计算中各种计算类型，电力系统的通用计算均可完成。可检索实时数据、一段时间内（时、日、月、年）的历史数据和资料性数据，可以定义检索条件，检索结果可显示、存储，可供图表调用。四、电网控制控制功能包括：1、开关量输出（遥控）；2、变压器分接头控制（遥调）；3、保护复归、信号复归。五、微机保护远方监视和整定通过人机界面召唤现有定值，在线修改保护定值并存储至数据库，设定保护功能投切压板。六、信息与报警报警方式包括：文字（光字牌）报警、声音报警、打印报警；报警类型包括：超限告警、变位报警、事故报警、保护故障信息、自动化系统故障告警等。七、时间同步及事件顺序记录（SoE）系统自动保护装置时间同步，并能保存事件顺序记录。八、历史数据库管理历史数据自动保存在硬盘上（也可转移），需要时可方便地调入系统进行分析。九、人机接口1、图形显示基本功能：各种图形，包括综合图、主接线图、负荷曲线图、趋势曲线、历史曲线等，以及报表的生成、编辑和打印。2、事件顺序记录（SoE）显示与打印。3、故障滤波数据的显示与打印。4、模拟光字牌显示。5、综合图、主接线图、单线图、地理图等图形的分层显示。十、报表管理日、月、年生产报表的生成、打印和管理。十一、设备信息查询可以录入、编辑、查询变压器和开关等设备的参数、运行及检修情况；查询各种保护设备的参数（定值等）及运行情况。十二、操作记录功能对于进入操作系统的用户的遥控等操作步骤记录入历史数据库，便于查询。十三、模拟操作台功能十四、故障录波及显示在发生故障上保护监控装置自动进行录波，并将信息送当地功能。当地功能系统对录波数据进行存储、分析，将录波波形显示出来。十五、系统自检功能在线自诊断各保护装置、RTU等。设备运行异常时告警，并将结果送至当地功能，以便显示和打印。该功能用于配电所交接班或对保护单元的保护功能的动态测试。十六、WatchDog功能具有“看门狗”功能，当出现异常死机时，看门狗能自动复位CPU，重启系统。十七、数据转发功能按规约有选择地向调度主站转发数据。十八、远程维护利用网络可以远程对当地功能进行维护和维修。第四节远方终端（RTU）远方终端（RTU）是电力系统自动化系统的重要组成单元，主要安装在变电所内，负责电力系统的数据采集和操作命令的执行。RTU主要功能：1、远动功能，即遥信、遥测、遥控、遥调。2、事件顺序记录（SoE）3、系统对时各RTU时钟与主站的时钟严格同步。方法有GPS直接对时和主站软件对时。4、电能采集5、通信6、当地显示和整定7