电气化铁道牵引供电故障信息系统的研究

黄淑君

0 引言

牵引供电系统是电气化铁道的重要组成部分，为电力机车提供电能。目前大部分电气化铁道的牵引供电系统都只是以监控为目的的远动系统。

牵引供电故障信息系统的提出为牵引供电故障信息管理提供了统一的分析平台，通过对牵引供电变电所和接触网故障信息的有效获取与管理，有利于调度端快速、简便、全面获取故障信息，快速提出事故处理方案，同时为故障定位提供更准确的信息。该系统优化了生产调度和管理决策，防止误判断可能造成的事故扩大，而且能够及时地掌握管内牵引供电设备的健康状态，由原来的周期修逐渐转变为状态修，实现供电设备的完善管理，提高设备的有效利用率和寿命，减少牵引供电的事故损失，为牵引供电系统的安全稳定运行提供保障[1]。

1 系统概述

牵引供电故障信息系统主要作为牵引供电系统事故分析和继电保护动作行为分析的手段。因此，作为事故分析的基础信息内容必须包含断路器跳闸信息、保护动作信息、故障录波器记录的模拟量信息等，同时实现与保护整定值信息的有机关联，以判断保护动作行为是否与预期的保护离线设置值相符。

该系统的价值主要体现在故障信息获取的全面性、及时性和准确性上，系统的作用体现在能够根据故障信息准确判断事故的性质，并根据所掌握的信息确定事故处理方案。

该系统主要完成广泛的故障信息接入和基于故障信息的综合应用。系统的功能主要体现在以下方面：一是事故决策支持；二是保护动作系统性分析；三是设备异常及时报警；四是基于故障信息的高级应用（如专家分析功能、保护动作行为分析等）[2]。

2 系统总体设计

2.1 系统总体结构

牵引供电故障信息系统由主站、子站和联系两者的通信网络组成。主站系统的主要作用是对故障信息规范化管理与存储，并且以恰当的方式将故障信息展示给供电运行分析人员，同时还包括其它的高级应用，如故障分析、专家系统等[2]。子站系统获取故障信息来源包括牵引变电所信息和部分接触网信息（电压突变、电流突变信息等），主要作用是收集故障信息，因此子站系统必须具备较强的信息采集、存储、处理、传输等功能。通信网络主要实现将子站采集的数据实时传送到主站系统中，实现故障信息的实时传输功能。

整个系统采用层次架构体系设计，见图1。

图1 故障信息系统层次架构图

2.2 子站系统与通信系统

该故障信息系统的子站建设采取与远动系统子站共建的方式来完成，即与远动系统共用一套子站系统。可针对故障信息系统需要的信息，实现对子站数据采集功能模块自由裁剪设计，从而达到丰富故障信息采集的目的。

通信网络负责主站与子站的连接。一般以光纤或专线为主，电话线为辅的广域网通信方式。通信规约采用标准化建设，目前采用电力通用的103规约来进行信息传输，远期规划与变电所综合自动化无缝接轨，在此预留IEC 61850规约接口，完成故障信息的统一建模。

2.3 与变电所综合自动化系统的信息交互

牵引供电故障信息系统的开发目标是为了使供电运行管理人员及时、全面地获取牵引供电系统故障信息，为分析解决故障提供技术支持和决策依据（包括变电所故障和接触网系统故障信息）。

要实现上述目标需要各种实时故障信息的支持，牵引变电所综合自动化的信息支持是很重要的一个方面。故障信息主站系统与变电所综合自动化系统的通信采用电力通用的103规约来进行传输，通信网络采用环形网络结构。

故障信息系统与综合自动化系统通信可以获得牵引供电系统设备运行状况、实时电量和保护动作等信息，在发生事故故障情况下可以为运行人员提供相关信息和决策依据。同时故障信息系统可以利用上述信息构造故障分析专家系统，实现故障的专家分析功能。

综合自动化系统与管理信息系统的信息交互主要包括实时电量信息、实时状态信息、故障录波和保护动作信息等。

3 主站系统的设计与关键技术

主站系统的设计采用分层分布，实现数据与功能分离。在故障信息建模上，采用IEC 61970公共信息模型（Common Information Model，简称CIM）进行数据结构的统一设计，并设计基于CIM标准的故障信息数据库。在图形界面上，采用W3C推荐的标准化图形格式—可缩放矢量图形（Scalable Vector Graphic，简称SVG），用于结构化信息的交换和显示。

3.1 主站系统软件层次架构

主站系统软件设计采用浏览器/服务器（Browser/Server，简称B/S）3层架构：Web表现层、应用层和数据层。如图2所示。

3.2 IEC 61970 CIM数据标准化

故障信息数据模型建立的基本思路：遵循国际标准IEC 61970，采用公共信息模型（CIM）/组件接口规范（CIS）作为数据交换的模型和接口规范，以牵引供电故障信息综合管理主站功能为主线，整合数据采集及监视控制（Supervisory Control And Data Acquisition，简称SCADA）系统中与故障分析有关的资源，建立基于开放数据接口的牵引供电故障信息CIM数据模型[3]。

图2 故障信息主站系统层次结构

主站数据库实现与CIM映射，描述主站数据库总体上可以简单分为2部分：

（1）描述变电所系统结构和配置相关表部分。

（2）与各设备相关的量测量（定值、遥测、遥信、故障报告、自检报告等）部分。

采用基于IEC 61970 CIM标准来对牵引供电故障信息进行系统建模，建立一个通用的故障信息数据模型，解决牵引供电故障信息的通用性问题，有利于第三方开发基于故障信息的高级应用软件。

3.3 图形标准化SVG

SVG是一个标准开放的矢量图像格式，具有任意缩放，文件尺寸较小，适合网络传输，超强的显示效果和色彩控制等特性。另外，由于SVG是基于XML的应用，符合IEC 61970标准中数据交互的标准，基于SVG的种种优势，国际电力标准委员会推荐SVG作为监控画面的标准图形格式。

在该系统中，采用SVG制作了牵引供电网地理接线图和变电站一次、二次连接图，同时还采用SVG在故障报告中嵌入了故障波形图。

4 主站功能

铁路牵引供电故障信息主站系统是对牵引供电系统故障信息管理的基础数据平台，运行于供电段牵引供电调度中心，属于铁路牵引供电管理系统的应用功能软件，该系统具有实时监控、数据管理、统计分析、故障分析、安全管理等功能[4]。而数据管理功能包括：静态库管理、动态库管理、历史库管理、故障模型管理等功能；统计分析功能包括：报表管理、故障信息分析统计、保护动作统计分析、设备安全状况分析等功能；故障分析功能包括：人工分析和专家系统分析功能；安全管理功能包括：数据安全和用户访问安全功能。

5 结束语

目前电气化铁道牵引供电故障信息系统已经完成了初期的基本建设，并且已在运行站段进行了模拟现场测试，取得了比较好的效果。实现了故障信息在调度端的迅速收集，避免了过去依靠电话汇报或者在海量数据中寻找有效信息的局面，并且已经具有一定的故障信息采集和管理分析平台，提高了故障分析的效率，为故障抢修争取了宝贵的时间。但是该系统还存在一些不足，例如子站信息采集不够丰富，造成主站分析故障时信息缺失以及故障信息专家系统建设不足等问题，这些问题尚需进一步完善和改进。

[1]孙昕，江涛.衢州电网故障信息系统的设计与实现[J].继电器，2007，（35）：315-318.

[2]高翔，张沛超，章坚民.电网故障信息系统应用技术[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]毛鹏，魏晋雁，茹锋.基于IEC 61970的电力系统二次设备CIM建模初探[J].继电器，2007，35（11）：65-68.

[4]翁芳芳.基于CIM的电网故障信息主站系统的研究[D].北京：华北电力大学，2004.