针对铁路10kV配电所综合自动化设计的研究

中国铁建电气化局集团第二工程有限公司 余经华

在铁路工程施工建设中，电气化已经成为主流建造理念，由于铁路工程自身有着线路长、所处环境条件差等特点，促使铁路电气配电网也有着线路冗长、电力设备及线路运行稳定性较高等特性。在铁路电力系统中，10kV配电所起到了至关重要的作用，10kV配电所能够对铁路沿线提供良好的电能供应，保证铁路各个部门之间的通信质量，各个隧道、桥梁等关键部位的监控持续性等等。从目前来看，我国科学技术水平的提升促进了铁路工程电气化、自动化建设速度，相应的要求也在逐渐提高，这种现状要求10kV配电所必须要进一步加强综合自动化设计水准，保证铁路各个设施、设备以及列车能够在高质量电能供应基础上稳定、可靠、安全的运行。

一、引言

在铁路工程中，配电所有着至关重要的作用和意义，其能够为列车和铁路设施设备的正常运行提供基础电力保障，如果配电所存在故障问题的话，就会严重影响铁路运输的正常运行，为社会和人们的出行造成阻碍。10kV配电所是铁路电力系统中的重要组成部分，其承载着大部分列车及设备、设施的电力供应工作，在信息化时代下，各种高新技术不断发明和应用，促使铁路相关部门必须要针对10kV配电所进行科学的设计和完善，尤其是其中的自动化设计工作。铁路10kV配电所的自动化设计能够有效提高铁路部门工作效率，降低人力成本的投入，提高电力供应稳定性，为列车运行及相关设施设备的正常运转创造了更好的基础条件。下文就是针对铁路10kV配电所综合自动化设计进行简要的分析和研究，并加以叙述。

二、铁路10kV配电所综合自动化的设计思路与比较

铁路10kV配电所综合自动化在进行设计的过程中，相关技术人员就是将计算机系统、网络信息技术、数据库等等先进的技术融合在一起，之后再根据配电所的实际需求进行重新划分、设计，进而获得一个全新的、对配电所全部电气设施、设备、线路等能够自动化管理、控制、保护的系统。总之，铁路10kV配电所综合自动化系统就是一个具有全面监管和控制功能的大型计算机网络系统。

配电所综合自动化系统的结构分为3个层，分别为站控层-调度端、当地监控单元；网络层-双环光纤网、以太网以及通信单元；间隔层-保护测控装置、同时交直流系统等智能设备通过通用通信装置纳入配电所的综合自动化系统中。变配电所自动化系统一般采用由间隔层和站控层组成的系统结构。间隔层装置面向一次设备完成数据采集、保护与监控功能，而站控层采用通信处理机装置与工业PC机完成与上级调度自动化主站通信及当地监控功能。

配电所自动化系统既可集中组屏，亦可分散布置。本文主要就集中布置结构和分布分散布置结构进行分析、阐述。集中式系统结构的特点是结构较为紧凑，实用性好。不过其存在调试繁琐、运行过程中不直观，检修和维护不方便，施工任务量及难度都较大等缺点。采用集中式结构是将测控、保护装置设置在控制室集中组屏后，在保护屏对相应回路实现各种模拟量、开关量采集，完成配电所的数据采集和实时监控和保护等功能。各开关柜与控制屏需要通过二次电缆相连接，测控、保护装置至后台主机通过通信电缆连接。

分布分散式结构的特点是按照配电所的元件、断路器间隔进行设计，间隔级控制单元的自动化、标准化使系统使用率更高。此结构是将配电所一个断路器间隔所需的全部数据采集、保护和控制功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可以直接安装在高压柜上，相互之间用光纤或特殊通讯电缆连接，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性在设备制造厂由厂家来完成。分散保护直接将需要进行保护的单元设置在高压开关柜上就地保护，仅仅通过通信光缆将其连接，不需要大量的二次电缆，这将降低工程投资，减少设备安装调试的工作量，降低运行维护人员的工作强度，发生故障便于查找，会大大缩短故障处理时间。

三、铁路10kV配电所综合自动化的应用分析

1、案例概述

某铁路10kV配电所中设置有26个高压柜、2路电源进线、17个断路器，该配电所的综合自动化系统布置的是分布式结构，设计及施工完成后，实际使用效果非常好，相比于集中式结构有着更好的特性，下文对几点特性进行简要分析。

2、施工方面

通过分布式结构对施工人员的平均工程量起到了降低作用，在进行线路连接的过程中，也省去了几个步骤，减少了施工时间，节省了施工材料，从而加强了企业对成本的控制效果。其次，使整个工程的施工建设更加方便、容易，提高了施工速度，这对于企业综合效益的提高有着很好的促进作用。第三，因为分布式结构中所需的电气设备有所减少，促使10kV配电所二次设备的调校更加便捷，总空间面积也有所降低。第四，通过对分布式结构的科学应用，与集中式结构比较的话，会在很大程度上节约施工建设及设备购买的综合成本。

2、场地实际应用

因为分布式结构的多个优点，促使铁路10kV配电所各个设备、线路的检修维护人员工作量大大降低，同时也可以相应减少工作人员的数量。分布式结构应用的分散保护方式非常科学，这种方式能够更好的完成自动化设计动作，在很大程度上提高配电所的整体运行稳定性和可靠性，在最大程度上减轻工作人员的负担。在分布式结构之中，采取的保护动作都是独立进行的，这样就能够在进行维修和养护的过程中对故障及问题的源头更加明确，避免出现误操作，影响配电所的运行质量，同时，也能够有效降低故障发生几率，积极、及时采取保护动作。此外，如果配电所相关设施设备出现故障问题，分布式结构保护措施也能够迅速的找到故障原因，并向维修人员作出提示。

四、综合自动化设计中存在问题及处理策略分析

1、微机保护装置过压

这个故障出现的次数比较少，造成该故障产生的重要因素就是雷击，夏季出现的情况相对较多，北方秋季和冬季不会出现该故障，南方各个城市出现该故障的较多，引起故障的原因是雷电击中线路母线或击中信息数据传送线路。处理办法包括以下几种：首先，应针对线路及重要设施设备进行雷电保护；其次，加装浪涌保护设施，增加接地处理；最后，应在数据传输及线路中安装避雷针等防雷设施。

2、保护装置的集中和分散

在铁路10kV配电所中，保护装置的设置非常必要，在关键时刻，保护装置能够对各个设备及线路进行有效的保护，防止由于其它设备出现故障问题而受到影响和损坏。集中保护就是把高压开关柜中可能受到危害的单位安置在控制室保屏上，这样就实现了集中保护；分散保护就是说对高压开关等需要被保护的装置、设施等直接进行单一保护。集中和分散保护模式在原理上存在不一致性，促使所实现的功能性也不同，两者存在较大的差异性。比如说，在使用集中保护装置时，因为所有设施设备的保护是统一在一起的，容易造成一个设备损坏影响其它设备、线路等也出现一定的损伤，甚至发生严重事故，而且，设备、设施的集中保护方式要使用更多的线缆，而且工程量非常大，铁路部门需要投入的人力、物力、财力都比较高，同时，也容易受到其它因素的影响。

3、组网方式选择

在对组网方式进行选择时，可以采用485总网线、现场总网线以及工业以太网三种，笔者在下面对这三种组网方式进行简要分析。首先，485总网线的使用范围较窄，一般都是应用于信息收集和传输量低、运行稳定性要求小和设施距离较远的条件下。其次，现场总网线一般情况下不建议使用，因为该网线线路市场参标参差不齐，虽然其有着良好的稳定性和信息传送质量，但是并不推荐使用。最后，工业以太网在三者中属于非常先进的，而且在目前铁路配电所电气自动化系统中的应用也非常广泛，因为其具备统一规范标准，在未来很长的一段时间里，其也会占据主要市场。

4、加设备用电源自动投入装置

在现阶段，我国的社会发展建设速度如此之快，促使铁路工程也在大力发展建设，从目前来看，铁路工程为适应社会及人们日益增长的需求，已经逐渐使用双电源模式，这样就能够确保在主电源发生故障时，备用电源能够接续上，从而保证铁路运输工作的安全、稳定、持续运行。除此之外，如果铁路工程施工建设的过程中，由于电力问题而造成停工，必然会影响铁路部门的综合效益，而加设备用电源后，则能够确保不会出现因为电力问题造成的停工等影响。

5、增设并完善消防系统

在铁路10kV配电所保护控制设备分散布置的高压室中应对消防系统进行加装或进一步完善，其能够根据设备的实际运行状况进行自动调整保护措施和动作，一旦出现故障或问题，消防系统首先介入采取保护动作，防止其它设施设备遭受损害。

6、防雷接地保护

因为铁路沿线比较长，雷电灾害又无法进行控制，这就造成铁路线路及沿线电力设施、设备等常常会受到雷击故障，针对该问题，铁路部门也采取了几种科学的处理策略，那就是避雷针、避雷器以及防雷保护三种。这三种方法都能够对雷电进行科学的预防，10kV变电所在容易受到雷电伤害的区域应设置防雷设施，从而提高配电所的运行质量和稳定性。

五、结语

在当代社会中，铁路运输对于人们的生活有着重要意义，其也能够有效促进各个城市之间的经济、文化等方面的沟通交流，由此可见，铁路运输对人类及社会的重要性显而易见。在铁路工程中，10kV配电所是铁路电力系统非常关键的组成部分，其运行稳定性及先进性能够直接对列车及相关设施设备安全运行产生影响，随着自动化技术在各个领域中的应用取得显著的效果，10kV配电所也逐渐进行综合自动化设计及改造。通过综合自动化对10kV配电所设计能够有效减少铁路电力系统故障问题的发生概率，能够减少人员的投入，提高电力系统工作效率，是一举多得的重要手段，综合自动化设计也是铁路10kV配电所今后发展的关键。