电气化铁道牵引变电所综合自动化装置

王天夫

摘 要：牵引变电所传统监控是铁道控制系统的重要组成部分，主要依靠监控与信号电路的各种元件，对设备在不同运行状态时显示出来的数据进行监控，从而完成铁道自动化控制。该系统是一个分层分布式微机系统，本文对电气化铁道牵引变电所综合自动化装置设计方案进行分析和探讨。

关键词：牵引变电所；综合自动化；电气控制

中图分类号：U224 文献标识码：A

关于变电所综合自动化的研究时间较长，主要集中在西方发达国家，20世纪70年代末，日本研制出世界上第一套综合数字式保护控制系统SDCS-1，与此同时，其他国家也积极加强对变电所的自动化研究，而且在很多领域中都有十分广泛的應用。从20世纪开始，我国已经开始着手对变电所自动化技术的研究，并且取得了很多成就，当前变电所自动化技术在我国的应用领域正在不断拓展，电力系统、冶金行业等领域已经开始广泛应用变电所自动化技术，自动控制技术可以提高系统控制效率，通过电力系统调度自动化以及配网自动化技术，可以促进我国社会经济建设水平的快速提升。

一、牵引变电所监控与保护

从20世纪90年代开始，我国已经对电气化铁道牵引变电所的继电保护装置进行改进，从微机保护转变为电磁型继电保护，在新的系统中，可以通过数据采集系统对各种模拟信号进行采集，并且能够对模拟信号进行转变，将其转换成为数字信号，再输入到中央处理单元中。在中央控制单元经过计算以及逻辑判断，再通过输出/输入开关输出相应的控制信号，从而实现对继电装置的保护。传统的继电保护装置采用电磁型保护，其稳定性相对于微机保护而言稍逊一些。微机保护都是通过各种程序实现控制的，尤其是能够对电磁保护中的各种复杂问题进行解决。

需要注意的是，牵引变电所的保护是一个独立的单元，在开关的选择过程中，应该要采用KK操作把手，对于控制室中的各种设备，应该要采用分立式设备。就当前我国实际情况而言，我国针对微机技术在牵引变电所监控系统中的研究还不够深入，在技术上还存在一些问题，例如在控制室内，有各种复杂的设备，控制室内的设备的重复率较高，设备的占地面积也比较大，设施设备的电线电缆较多，而且各种设施设备的智能化程度较低，所以在系统运行过程中，现场控制单元以及保护单元无法及时将各种信息传输到远程控制中心，导致远程控制中心不能及时做出应对。牵引变电所综合自动化则是对传统技术的升级和更新，利用计算机技术、现代通信技术以及各种功能的优化，可以对变电所进行自动监控、测量、控制和协调，是一种综合性控制系统，其中集成了自动化技术、计算机技术、通信技术，将这几种技术同时应用在变电所研究过程中，能够为牵引变电所自动化发展提供必要的支持。

二、牵引变电所综合自动化系统的功能

从当前的研究来看，变电所综合自动化系统的功能在不断完善，其中最主要的两个功能是保护、监控，为了提高自动化系统的可靠性、灵敏性以及实时性，在牵引变电所综合自动化系统的设置过程中必须要对各种功能进行科学合理的设置，从而使得系统在运行的时候能够对牵引网运行及设备的运行状况进行实时监控，当故障发生的时候也能及时对故障进行判断，并且采取相应的措施对故障进行切除，使得故障能够控制在最小的范围之内，提高故障处理水平。在未来的发展过程中还应该要对牵引网的功能进行完善，例如实现在线计算、故障测距、滤波、信息远距离传输、智能控制等。在牵引变电所综合自动化系统中，监控部分是一个十分关键的部分，监控部分的系统构成及配置决定了系统的功能性。例如有的变电所采用前后台机模式，前台机主要负责各个测控单元、直流系统以及电度表装置的数据采集，并且要对这些数据进行传输，初步处理等，后台机则主要负责各种信息的存储、打印等功能。根据不同规模的变电所，其配置方式也不相同，前台机采用一台主控机装在屏幕上，从而实现与后台机的信息数据传输是一种最常见的方式。前台机在与后台机或者调度端进行串行通信的时候还要对物理层进行设置。

三、牵引变电所自动化方案

牵引变电所自动化控制系统是一种分层分布式系统，其中包括设备层、间隔层、站控层、调度层4个部分。

（一）调度层

调度层是最关键的部位，是对电气化铁道进行调度控制的中心，调度曾包括以计算机为主题的数据采集系统和监控系统，通过远程监控和遥控功能，可以实现对数据信息的采集以及传输，当数据被传输到调度中心之后，调度中心的工作人员会根据信息情况对牵引变电所的运行状态进行了解，一旦发现变电所运行过程中出现故障，则应该要及时对其进行解决。与传统的控制系统相比，综合自动化控制系统的远动中心功能更加强大，而且功能得到了很大的拓展，尤其是对传统系统的保护功能以及智能控制功能实现了远程监控，可以提高监控效率。例如保护定值远方监视、切换与修改、故障录入、故障间距测量等，而且在新系统中也增加了遥视功能，可以替代传统变电所运行时巡逻人员的巡视工作，直接对设备进行观察和监控，减少工作人员的工作量。例如在对变电所的运行情况进行监测的时候，工作人员不需要到现场，只需要通过自动控制系统就可以实现对变电所工作现场的观察，对刀闸的位置进行确定，看刀闸的位置是否出现改变，变压器中是否有漏油的现象出现，不用亲自到现场就可以实现度现场的监控管理。

（二）站控层

站控层包括几个部分，分别是后台监控机、通信管理机、GPS接受器，其中最核心的部分是通信管理机，通过多种类型的标准通信接口，对各个智能单元、后台之间的数据交换过程进行控制，一方面，通信管理机与数据采集装置以及保护装置之间可以进行通信，从而对牵引变电所运行过程中产生的各种信息进行传输，便于控制中心对变电所的各个设备的运行情况进行掌握。另一方面，通信管理机可以对监控系统中传出的各种操作指令进行接收以及转发，从而实现对变电所的遥控。为了实现同步控制，通信管理机还可以通过RS232标准接口与GPS对时系统进行通信，对系统进行采样的同时也可以进行同步传输、故障分析以及动态监测。后台监控机则主要负责人机交互功能控制、各种信息的汇总与处理、设备的运行管理以及优化控制等，后台监控机一般都安装于牵引变电所的主控室内。

（三）间隔层

间隔层包括保护测控单元模块、智能仪表两个部分，可以实现对各种测控装置的有效配置。在间隔层的设计过程中，应该要配备两套主变压器与主保护测控装置，能够实现对二次谐波制动的比率差动保护。另外，要根据主变压器的规格，采取不同的设置方式，如果主变压器为110kV，则应该要配备两套主变压器侧后备保护测控装置，从而实现对主变压器的保护。如果主变压器规格为27.5kV，则主变压器侧后备保护测控装置也要配置两套，应该要具备电压启动时的三相过流保护功能。

结语

综上所述，电气化铁道牵引变电所自动化设置可以提高变电所的工作效率，实现智能化和自动化控制。在牵引变电所自动化方案设计过程中，应该要实现对分层系统的规范化设计，提高系统稳定性与可靠性。

参考文献

[1]麻生.电气化铁路牵引变电所微机自投装置的研制[J].电站设备自动化，2003（2）：8-12.

[2]邓武，杨鑫华，赵慧敏.牵引变电所综合自动化系统的设计与实现[J].铁道工程学报，2006（8）：93-95.