城市轨道交通智能供电网络的发展与研究

张凌雁

中铁二院地铁院电化处 四川 成都 610031

正文：

1 城市轨道交通智能供电网络研究的必要性和紧迫性

目前城市轨道交通牵引和降压变电所采用基于工业自动控制网络构成的综合自动化系统，与传统电力系统和铁路牵引变电所的综合自动化系统还有很大差别，这一系统的缺点是接口转换设备多、网络协议不统一、数字化程度低、传输信息量少、不支持所间通信，因此可靠性低、故障率高、安全闭锁困难、调试周期长，不利于电力调度的高效管理和运营维护管理自动化程度的提高。

同时，城市轨道交通工程采用直流牵引供电系统向列车提供电能，各牵引变电所之间的牵引网采用双边供电模式，使得整个直流侧母线为一个整体，在保护动作和闭锁联动上有大量的信息交换，目前均采用电缆硬接线的方式来实现，还未有针对整个直流牵引供电系统实现牵引变电所之间直流侧设备的互联互通、信息交换，在不影响目前各牵引变电所独立设备实现常规的保护功能的基础上，采用数字通信技术，实现各牵引变电所之间直流侧基于数字通信的信息交互，实现变电所之间直流侧设备的信息采集、闭锁、联动等功能的完整的解决方案。

2 城市轨道交通智能供电网络的主要研究内容

利用现有电力系统成熟技术，研制基于实现城市轨道交通工程智能电网管理的智能化变电所。通过站控层、间隔层、过程层的智能设备，实现变电二次设备网络化，在变电所内部及外部采用Goose光纤网络数字高速通信技术，在实现变电所内部常规功能需求的基础上，同时实现各变电所之间保护动作的匹配关系，以及主变电所或开闭所之间支援供电时，相互间的逻辑判断及闭锁关系，以及在直流保护配置方面，相邻牵引变电所之间的保护联动及闭锁关系。重点研究在不同的变电所间传输过程层数据，实现智能中压电网的保护、控制等功能，以简化中压供电网络配置，节约中压供电网络投资，提高调度自动化水平，减少故障恢复时间。

站控层设备实现变电所设施运行信息的显示、控制、历史信息记录、报表管理等功能，实现变电所供电设备信息的接入、与调度信息、视频监控系统、安监系统、环境控制系统、五防系统的信息交互；间隔层设备实现部分所域智能后备保护、备自投、全所故障录波、电能质量监测、在线监测等功能，直接接收网络的IEC61850-9-2数据，接收及发送GOOSE报文；过程层设备包括各智能保护测控单元及合并单元、智能终端及智能互感器接入等装置，实现保护测控就地下放、户外安装。 智能变电所是伴随着城市轨道交通工程智能电网管理功能的概念需求而出现的。智能变电所采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全所信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持城市轨道交通工程供电电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电所、变电所与控制中心之间等互动的新一代智能变电所。如图1所示。

图1 城市轨道交通智能供电网络信息交互流动网络示意图

按照IEC61850的标准，利用现有电力系统成熟技术，研制适用于城市轨道交通供电系统的智能变电所和供电网络。通过站控层、间隔层、过程层的智能设备，实现变电二次设备网络化，在变电所内部及外部采用Goose光纤网络数字高速通信技术，在实现变电所内部常规功能需求的基础上，同时实现各变电所之间保护动作的匹配关系，以及主变电所或开闭所之间相互支援供电时，相互间的逻辑判断及闭锁关系，以及在直流保护配置方面，相邻牵引变电所之间的保护联动及闭锁关系，实现城市轨道交通供电系统智能电网管理的相关功能，研发智能变电所系统。

3、城市轨道交通智能供电网络的技术、经济及社会效益

基于实现城市轨道交通工程供电系统智能电网管理的智能变电所系统采用下述技术实现：

1）采用统一的数据信息平台供变电所站控层及高级应用，各子系统数据基于IEC61850标准统一建模；2）采用智能终端和一次设备组成智能一次系统，实现保护、测控、计量功能；3）可采用电子式互感器实现二次系统模拟量采集的数字化；4）采用设备状态监测系统，实现设备状态监测；5）采用智能辅助系统，实现视频系统、消防系统之间联动及对环境监测功能。6）采用采用Goose光纤网络数字高速通信技术。

以上技术在国内外城市轨道交通领域均是首次应用，可填补国内空白。基于上述技术，智能变电所的经济及社会效益主要体现在下述方面：

1）设备高度集成、二次设备就地安装，可节约占地面积；2）屏柜布置紧凑可节约建筑面积，节省土石方量、钢材、电缆数量等；3）采用状态监测功能，减少了主要设备的检修维护次数和时间；4）采用智能一次设备，可简化二次回路设计，减少二次设备接线，智能二次设备之间通过网络实现信息传递，节省电缆；5）统一的数据平台可解决变电所系统多、接口多、数据共享程度差，数据综合应用困难的问题。增强了变电所安全运行和可靠供电。6）实现城市轨道交通供电系统智能电网管理的功能需求，提高其自动化管理水平。7）实现真正意义的大环网供电，可减少环网电缆数量、节省工程投资。

随着智能化技术的提高及技术发展，智能一次设备的价格逐渐降低，智能变电所所实现的城市轨道交通供电系统智能电网管理的经济及社会效益将越来越突出，社会效益显著。