铁路10kV电力远动技术的工程应用

祁廷海

中铁十七局集团电气化工程有限公司 山西 太原 030000

引言

目前，铁路供电系统运维水平普遍偏低，倒闸作业、线路检查、故障维护、供电恢复等相关工作主要沿用传统人工操作的方式，导致管理及操作失误率较高，与此同时，现代科学技术持续发展，传统铁路供电系统已无法满足社会需求，做好铁路供电系统升级和装备的革新已成为必然趋势，铁路10kV电力远动技术作为一种新型技术系统方式，在铁路供电系统运维中起到积极的促进作用，显著降低故障发生频率，提升供电系统的安全性和可靠性，为铁路行车安全提供可靠保证。

1 铁路电力远动系统组成与性能要求分析

1.1 铁路电力远动系统组成

目前的铁路电力系统中为达到实时监控的目标，大范围采用了SCADA系统，在该系统中电力远动为核心技术，该技术本质上就是综合采用多种技术，集中监控铁路电力系统中的线路开关、变配电所、信号电源等关键要素，着力打造自动化管理模式，以保障铁路电力系统的高效运行。铁路电力远动系统具有综合性，其中融合了多种现代化技术，核心构成为主站、通道、现场监控自动化终端，如图1所示。在不同构成部分的相互配合下，系统功能多样，比较突出的功能为运行管理、WEB服务、综合自动化。

图1 铁路电力供电远动系统结构示意图

1.2 铁路电力远动系统特点

铁路电力远动系统的技术类型、结构特点、设备配置决定了该系统具有以下特点：①高度灵敏性、可靠性；②沿铁路沿线分布有大量的监控点，这些监控点分布分散，故障率较高；③通信质量不高，经常有信号干扰或者通信中断现象。

1.3 铁路电力远动系统性能要求

铁路工程中为建立完善的电力远动系统，必须符合以下性能标准：①安全性。铁路电力远动系统并非独立存在，与其他系统之间存在一定的连接关系，在不同系统相连接时，必须从安全性考虑，选择恰当的连接方式，并设置防火墙、物理隔离层，以起到阻隔作用。②可靠性，铁路电力远动系统运行期间可能出现各种故障，为避免局部故障引起更大范围内的问题，需遵循可靠性要求，采取故障隔离设计等措施，目前很多设备中均采用了备份冗余模式，即使设备运行期间出现异常情况，也不会影响其他系统[1]。③开放性，电力远动系统应具有开放性与兼容性，在设计服务程序、信息格式、系统接口等方面需严格执行行业规范，后续用户有特殊需求时可直接在原有基础上扩展。

2 10kV远程控制检测的系统概况

以某铁路为例，其线路全长213.9km，总共包含19个车站，列车运行时速为160km/h。为在该铁路中发挥10kV电力远动技术的优势，进行了以下分析与研究。

2.1 调度主站

10kV远程控制系统中，调度主站为重要构成，为发挥其作用，主要为计算机局域网络结构、分布式计算机控制系统相结合的控制模式。在调度主站内配备有高性能计算机，该计算机在运行期间可分别将功能与节点看作模块、单元，以根据实际需求合理调配。系统构成较为复杂，主要有系统维护工作台、前置通信处理机、调度员工作台、画面拷贝机等，不同部分相互配合，可保障系统功能及性能[2]。另外，系统中整合了大量资源，配备有UPS设备，该设备可在电源出现异常时启用，避免电源中断引发安全事故。调度主站中的各种关键设备，其中都配备有冗余装置，当系统正常工作时网络负载均衡分布。

调度工作站能为工作人员的实时控制与操作提供便捷性条件。在配电系统工作时，调度工作站能远程、自动化监控，其监控过程不受时间和地点的限制，当采集到配电系统的各方面数据后，有关人员可准确判定和评估配电系统的运行状态、设备工作情况，采取更为有效的调度措施；维护人员可根据工作需求选择工作站，完成相应操作，以整合系统数据或者修改部分数据，自动生成报表。另外，系统维护工作站在接收到工作人员的工作请求后，可自动定义系统的运行参数，并同步管理历史数据，在数据库中进行数据的一系列操作；通信子系统中包含终端服务器、前置机、切换单元，在10kV电力远动系统与其他部分之间有连接需求时，通信子系统能提供良好的线路条件，保障通信环境，在此条件下正常采集数据；数据后台处理中配备有多种类型的服务器，这些服务器可方便历史数据的存储与管理，还能合理分配网络节点资源。调度主站内一般有两路外部电源，实际的工作中能依据需求选择电源。当完成电源切换操作后，将其引至UPS电源设备，该设备蓄电池的储能时间长；在调度主站内还配备有接地系统，该系统完全与其他子系统、设备独立，接地电阻在1Ω以内。

2.2 被控站

以性质作为分类依据，被控站有三类，主要为开关站、低压监控站、配电所，其负责监控的对象各有不同，开关站负责监控高低压设备，而低压监控站、配电所则分别监控低压设备、所内全部的高低压设备。因为为全天候监控，能及时、准确地发现设备问题，安排专人快速处理。

2.2.1 开关站。开关站内安装有各种专业化设备，如高低压开关、RTU设备，在不同设备的高度配合下，开关站能整合配电系统中不同来源、格式的数据，并采用专业的方式处理这些数据，将最终数据传送给调度主站。开关站同样接收来自调度主站的操作指令，在此指令指导下，由开关站内的有关模块自动监测、控制设备[3]。当然，开关站也具有其他部分无法比拟的故障录波功能。以上述铁路工程为例，其开关站高低压设备均属室内设备，布置在室内指定区域，这些开关站高低压设备大部分与信号楼距离较近，空间资源利用率高，各种设备也具有相对稳定的运行条件，后续的维护检修相对便捷。

2.2.2 低压监控站。低压监控站中的设备与开关站设备高度相似，在其中需合理配备低压开关与设备，且需遵循安装操作规范。低压监控站内的有关设备具有极强的数据处理能力，可高效、自动处理供电系统的各种数据，将处理结果上传到调度主站。与此同时，低压监控站同样接收调度主站所发送的数据，通过数据分析结果判定低压设备的运行状态，达到实时监管的目的。低压监控站系统与RTU的结构、原理等高度一致，但其监控对象各有不同，前者仅能监控低压设备，因此，接口容量远低于RTU。

2.3 远动通道

该项目的远动通道选择的是铁路生产网，这一特殊的通道条件下，不仅呈现出高度的可靠性特点，还能提高传输速率、安全。结合实际经验，远动系统如为网络通道，在整个系统中的数据传输速率高，操作简单，前期投资低且后续维护成本低。

2.4 视频监控系统

针对上述铁路工程，有关人员需结合实际需求增设视频监控系统，全线范围内5个配电所均安装有视频监控系统，将这些系统作为电力远动系统的一部分，在系统正常运行时，视频监控系统可自动监控配电所设备，此监控过程具有实时性，由于结果以视频方式呈现，具有直观性。相关人员利用视频监控系统的结果，不仅能在短时间内评估设备是否存在异常，还能进行设备异常原因分析，制定最佳的解决措施。为发挥视频监控系统的功能优势，可为该系统配备1∶N集中监控型计算机系统，该类系统中包含通信通道、主控站、被控站，在每一配电所中，相关人员都需结合其配电工作需求，安装终端设备，以主站作为基准布设监控主机。另外，在配电所视频终端中同样包含云台、摄像机等专业设备，每一设备都有其独特功能，实际的工作中需规范安装每一设备，并建立不同设备之间的连接关系。

3 改进对策

3.1 自闭、贯通线路故障测距问题

现阶段技术发展的过程中，铁路10kV电力远动技术取得了良好的应用效果，但自闭、贯通线路故障测距问题较为突出，仅能完成故障区域的判断任务。一旦未解决故障区域的问题，将影响其他区域的运行。考虑这一方面，未来有关人员需结合技术发展现状，增大在铁路自闭、贯通线路行波故障测距系统方面的技术研究力度。自闭、贯通线路故障测距利用了电压行波信号、双端法测距方式，由行波综合分析系统、通信网络与行波采集与处理系统相互配合完成小电流接地故障、线路短路故障等的分析。

3.2 抗干扰设计

铁路10kV电力远动系统中涉及了多种专业化设备，在该系统投入使用后续实时监测多种设备，工作期间受内外部因素的干扰较大，如回路中电气设备操作、雷电下的浪涌电流、电气设备周边磁场等，如未及时消除这些干扰源，远动设备的运行中面临较大风险，极易造成安全事故或者其他问题。为优化铁路10kV电力远动系统，有关人员必须针对系统的干扰源、类型及原因，采取更有针对性的抗干扰设计，以提高系统的抗干扰能力，减小内外部因素对系统的干扰。比较常用的抗干扰设计主要有以下几种。

3.2.1 屏蔽措施。在高压设备与远动设备之间存在连接关系，为符合抗干扰要求，在二者之间可使用带有屏蔽层的电缆，使该电缆发挥其屏蔽作用。当然，在具体的工作中电缆钢铠两端同样需做好接地处理，从源头上预防高压设备产生耦合感应电压，因为此电压对远动设备运行的干扰较大。配电所、开关站、低压监控站在选择电力设备时，应优先选择抗干扰性好的设备，对比同类型设备的抗干扰性能及其他性能，并分析价格，遵循安装标准，保障安装质量，发挥设备的抗干扰作用。

3.2.2 系统接地。通过这一抗干扰措施，能有效减小外部环境因素对系统的干扰，主要需做好开关柜一次系统接地和二次接地。对于系统中的诸多电力设备，其接地线路与接地母线应经接地扁铁、接地极完成连接，以预防接地网中瞬变电位差对远动设备造成的负面影响。为达到远动设备的接地目标，主要需注意STU、RTU设备电源接地、数字接地不与设备外壳连接。

4 结束语

目前铁路电力系统中广泛应用了10kV电力远动技术，此技术具有显著优势，但依据其技术应用情况，尚存在诸多的技术问题，未来的工作中相关人员需从技术发展和应用现状出发，不断优化技术路径，构建科学的技术体系。