牵引变电所综合信息采集系统研究

毛锐，熊列彬，陈诚

(西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)

1 引言

随着电气化铁路的发展，牵引变电站也迎来了发展的机遇。我国铁路的发展使得供电的规模越来越大，结构越来越复杂，不同区域之间的互联也越来越紧密，能量管理系统和数据采集监控系统在变电站中得到了广泛的应用，这就使得系统中所发生的故障对系统本身的影响也随之扩大，因此牵引供电系统故障诊断研究具有重要的现实意义。为了适应各种简单和复杂事故情况下故障的快速、准确识别，需要牵引供电系统故障诊断系统进行决策参考。牵引变电所综合信息采集系统作为牵引变电所内部电气参数和动态过程记录的重要设备，它不仅可以记录短路故障时所内电流、电压、有功无功的全过程变化现象，也可以记录牵引变电所正常运行时的有关电气参数和非电气参数。

信息采集系统所记录的录波数据为牵引变电所内故障分析及对各种保护动作行为的分析和评价提供了主要依据，在事故的调查和分析中将发挥重要的作用。另外，信息采集装置还可用于了解牵引供电系统暂态过程中系统各电气参数的变化过程，以及检验牵引供电系统计算程序及模型参数的正确性。

基于IEC61850标准通信协议的牵引变电所数字化故障录波装置是数字变电站信息采集系统的核心装置。而国内大部分地区的铁路系统还没有像电力系统一样的变电所综合信息故障处理系统，故障原因得不到解决将造成保护装置误动、拒动影响铁路系统稳定性、安全性。

2 系统功能及结构

多数变电站已安装或即将建设各类自动化子系统，如:综合自动化系统、电能计量系统、故障信息管理系统、电能质量监测系统、火灾报警系统、防误操作闭锁系统、图像监控系统和在线监测系统等，智能变电站需要全部或部分接入这些系统。而将这些系统信息统一起来集中处理就是综合信息采集系统的主要功能。牵引变电所控制系统框图如图1所示。

3 牵引供电系统与电力系统录波的区别

在电力系统中，录波器是状态显示、信息分析和处理的重要设备，通过对电力系统中各电量的实时波形进行监测与分析可以准确反映出系统的运行状态，对预防、分析和处理故障等有及其重要的意义。为保证电力系统的安全稳定运行，故障录波装置已经成为电力系统自动化控制与管理系统的重要组成部分。

图1 牵引变电所控制系统框图

而在牵引供电系统中录波器的应用时间较电力系统中更短，特别是国内铁路应用只是在近几年才开始。牵引供电系统与一般供电系统相比，具有以下明显特点:①所供负载是一个单相、移动而且是直流的负载。单相负荷将造成电力系统负荷不平衡，产生较大的负序电流和负序电压;直流负载会产生大量的高次谐波，给电力系统带来谐波危害;并且还会产生严重的电磁干扰;②供电电压不同于国家电网规定的额定电压。(BT－27.5kV，AT－55kV);③供电网不同于电力网，它是通过与电力机车接触而供电－接触网;④具有独特的回流通路(架空回流、轨回流和地回流)。以上特点导致牵引供电系统在正常运行时发生故障的概率要比电力系统中大，因此牵引供电系统中实时记录故障数据更为重要，牵引供电系统不能直接使用电力系统的故障录波器，而需要设计符合自身特点的录波方案。

4 故障录波系统研究

以一个简单的牵引变电所为例，两台变压器，一台供机车用电，一台自用电，两路进线，四路馈线，主接线用外桥式接线方式。综合信息采集系统要求故障录波器不仅采集电压、电流等电量信息，还要采集一些非电量信息。系统总体框图如图2所示。

图2 综合信息采集系统总体框图

故障录波系统中下位机硬件部分由通信采集模块和数据分析模块构成，其中通信采集模块是整个装置的核心，基于IEC61850通信协议，硬件结构如图3所示。

图3 录波器通信采集模块硬件框图

其中，LAN1采集模拟量;LAN2采集开关量;LAN3为GPS时钟对时;LAN4完成其他信息管理系统的通信;LAN5完成网络存储器的交互。而数据分析模块的主要功能是完成故障启动定值管理、故障数据格式转换、故障录波波形分析及数据通信等功能。

故障录波系统中上位机硬件部分主要由PC机构成，软件部分为了增强对故障信息的分析能力，我们可以应用LabWindws/CVI或LabView来编写上位机分析软件，对输入信号的有效值、功率、谐波分量、相位角和对称分量分析，以此来确定故障原因制定解决方案。上位机软件部分要实现的功能有:通信功能、采样功能、文件存储与管理功能和界面显示功能。软件系统结构框图如4所示。

图4 上位机软件系统结构框图

5 结束语

本文主要对牵引变电所故障信息处理系统进行研究，阐述了牵引变电系统对故障录波系统的特殊要求并结合其特点提出了下位机硬件结构方案和上位机软件结构方案。未来的一段时间，牵引变电所将迎来大的发展，数字化和智能化水平将不断提高。故障录波系统方面我们需要借鉴电力系统的成熟技术，灵活应用到牵引变电所，提高牵引变电所的安全系数，为真正实现数字化牵引变电站奠定基础。

［1］张颖.电力系统便携式录波分析软件的设计与实现［D］.北京交通大学，2008.

［2］苏永春，汪晓明.智能变电站全景数据采集方案［J］.电力系统保护与控制，2011，39(2):75 －79.

［3］杨小磊.基于IEC61850牵引变电所数字录波装置研究［D］.西南交通大学，2011.5.

［4］李建民，董黎生.变电所综合信息采集测量系统［J］.仪表技术与传感器，2008.1.