馈线自动化在铁路配电网的工程实践

长园深瑞继保自动化有限公司 赵 龙 黎海亮

铁路是国民经济的大动脉，沿线自动化设备对供电可靠性要求非常高。铁路电网属于城市配电网，具有点多、线长等特性，贯通线供电臂长，自然灾害如雷击、树倒等引发的供电故障较多。如何提高铁路沿线的设备自动化水平，实现故障的快速解决，提高供电可靠性，是急需解决的重要课题。

城市配电网经过大规模改造后，变电站、输电线路的布局得到优化，铁路配电网也具备了实施配电自动化的基本条件。配电自动化的核心是馈线自动化，馈线自动化的本质是故障定位、隔离以及非故障区域的恢复。实现馈线自动化，可以大幅提高供电可靠性，减少因供电问题，给铁路运输造成的巨大损失。

1 馈线自动化的主要控制方式

馈线自动化包括故障定位、隔离以及非故障区域的恢复。就其控制方式而言，主要有两种，一种由无通信、无主站的就地控制方式；另一种，是当前普遍采用的远方集中控制方式。

1.1 就地控制方式

就地控制方式，主要是指通过自动分合配电线路开关，实现馈线自动化。原理是馈线失压时开关跳开，依时间延时顺序，尝试闭合分段开关，最后确定故障区段，再次隔离故障并恢复非故障区供电。

这种控制方式的优点是投资少，无需通信系统，故障隔离和自动恢复由重合器自身完成，简单易用。缺点是对一次设备要求较高，需将部分开关更换成断路器；不能进行远方监控,且多次重合对系统及负荷冲击较大；不具扩展性和通用性。其适用范围主要是网络结构简单的农村及郊区电网架空、辐射型线路。

1.2 集中控制方式

集中控制方式，主要是指由馈线终端（FTU/DTU）、通信网络和主站控制系统组成，各馈线终端分别采集开关的运行情况，并将信息通过通信网络上传至主站控制系统。故障发生时，由控制系统进行故障定位，确定故障区段，自动或人工发出对应开关的操作命令，隔离故障区段，恢复对非故障区段的供电。

采用这种方式的优点是故障隔离、供电恢复时间快，一般在1min左右；且实现“三遥”，系统易于扩展。缺点是对终端装置可靠性要求高，对主站控制系统要求高，且定位必须依赖通信系统，前期投资较大。

2 铁路配电网馈线自动化的实现

铁路配电网的自动化系统，目前已具备完善的SCADA调度主站功能，可以实时监控断路器、刀闸、配电变压器等设备的运行状态。基于调度SCADA主站，增加馈线自动化软件，可实现调度/配网一体化系统，节约大量费用。所以，铁路配电网自动化的实现，首选“集中控制方式”的馈线自动化。

“集中式”的馈线自动化，从整个网络优化的角度出发，完成主站层故障处理功能。算法综合考虑开关操作次数、线路容量、负荷大小等因素，分析出最优恢复方案。它包括“故障信号采集”和“故障流程处理”两部分。“故障信号采集”是指，馈线终端将开关状态及故障信息(失压、过流等信号)，在一定时间内，通过通信系统送至配电主站；“故障信号处理”是指，主站系统根据配电网的实时拓扑结构，按照“死/活岛”逻辑算法确定故障区段，生成故障恢复方案，调度人员可以选择自动或人工执行方案。

铁路配电网要实现馈线自动化，须满足以下几方面的条件。

2.1 网络结构要求

图1

馈线自动化要求铁路配电网实现手拉手环网供电，电源布点合理，配电网主干网架已形成，并具备环网供电开环运行的条件。对于电缆型配电网络，要求采用环网开关柜构成开环运行的网络结构。

2.2 自动化设备要求

馈线自动化要求开关必须动作可靠，运行稳定；馈线终端单元(FTU/DTU)不仅要求具有远方操作功能，能采集线路正常电流，而且能检测和识别故障电流。为适应户外恶劣的运行环境，FTU/DTU必须具有完善的不间断电源系统，在线路失电情况下也能正常工作。

2.3 通讯要求

馈线自动化要求必须建立可靠的自动化通信网。由于铁路配电网测点多、覆盖面广，配电网通信方式的选择应根据实际情况综合考虑，采用有线、无线等多种组合方式。

3 运行案例

丹大快速铁路是东北铁路的重要组成部分，线路自大连北站接轨，经过大连市甘井子区、金州新区、花园口经济区和庄河市，后经东港市抵达丹东，线路全长292公里。丹大铁路配电自动化系统，目前已成功部署馈线自动化功能，处理完成多起停电事故，快速恢复供电（图1）。

3.1 线路故障

当庄大区间一级贯通侧庄大04号箱变1YG 2与庄大05号箱变1YG1之间发生永久故障时，大孤山配电所的131开关会事故跳闸，庄大05的1YG1、1YG2,庄大06的1YG1、1YG2，庄大07的1YG1、1YG2，大孤山信号变的1YG1、1YG2上报故障信号到主站，其他庄大04到庄河北129的开关不会上报故障信号到主站，主站定位算法根据这些信号和短路故障原理，判断故障点为一级贯通侧庄大04号箱变与庄大05号箱变之间。

3.2 支线故障

一级贯通侧庄大05的变压器侧发生故障时，大孤山配电所的131开关会事故跳闸，庄大05的1YG2、1YG3，庄大06的1YG1、1YG2，庄大07的1YG1、1YG2，大孤山信号变的1YG1、1YG2上报故障信号到主站，庄大05的1YG1不发送故障信号，其他庄大04到庄河北129的开关不会上报故障信号到主站，主站定位算法根据这些信号和短路故障原理，判断故障点为庄大05号箱变一级贯通侧变压器侧发生故障。

4 结语

“集中式”的馈线自动化处理，基于配电网全局的拓扑信息，分析给出最优恢复方案，能够适应配电网架结构的变化和扩展。馈线自动化系统在丹大铁路配电网中的应用，极大提高了铁路运输的供电可靠性，优势及特点如下：

（1）减少故障处理过程中，开关等一次设备的操作次数，有效地提高设备利用率，延长设备使用寿命；

（2）和单纯的故障指示器定位相比，主站定位可以处理各种线路故障（如瞬时故障、永久故障、多条线路同时发生故障等）；

（3）故障处理过程中，提供声光、语音、打印事件等报警形式，通过网络动态拓扑着色的方式明确地表示出故障区段。