铁路施工中的电气工程及其自动化技术探讨

赵 骏 中国铁路上海局集团有限公司上海东华地方铁路开发有限公司

1 前言

电气工程及其自动化技术是当今世界上较为先进工程技术，其广泛的应用于多个领域，为人们的生活和国家的建设带来了巨大的便利，我国早已认识到了电气工程及其自动化在工程中使用的重要性。本文旨在提升电气工程及其自动化的稳定性和安全性，针对电气工程及其自动化技术的各方面问题方面进行阐述，确保电气工程及其自动化技术能够更加深入地运用于铁路工程中，促进铁路工程的持续发展。

2 铁路施工中的电气工程及其自动化技术发展背景

我国对于铁路事业非常重视，并且在多次政策调整后逐渐加大了对铁路事业的扶助力度，我国的铁路事业也因此发展的越来越好，从而在铁路运输方面在世界前列。随着我国在科学技术方面的不断改进，电气工程和自动化技术也在不断的发展，建立起了更加具有规模和系统的运行结构与运行模式。在铁路施工中，相关的施工部门应该严格的遵照相关的规定，结合铁路工程的实际情况来对电气工程及其自动化进行探讨，提高铁路施工的自动化与科技化，提高铁路工程发展质量，保证铁路工程能够以高度自动化、系统化的形式进行，在这种背景下，铁路施工电气工程及其自动化技术的探讨具有非常重要的意义。

3 电气自动化的发展概述

步入21世纪，我国的电气自动化已经发展地较为深入，目前电气工程及其自动化可以分为三个层面，第一是电气自动化信息集成技术应用，其次是电气自动化系统检修便捷，第三是电气自动化分布控制技术的广泛应用。上述三个方面已经基本上覆盖了所有需要利用到电气工程及其自动化技术的领域，可以说我国在这方面的技术已经非常成熟，对我国的发展具有非常大的推动作用。电气自动化系统是一项较为复杂的系统，包含有多个组分，但是最终目的都是对设备的控制与电气设备的运行监督。

4 铁路施工中电气工程及其自动化技术应用存在的问题

4.1 企业成本提升受到需求影响

在铁路工程建设中，因为其包括有多个项目，所以电气工程及其自动化的建设涵盖方面也较为复杂，要使得电气工程及其自动化能够在铁路工程的多个环节中深入进去，需要技术人员以更高的技术和管理来进行，但是由于我国的电气工程及其自动化建设大都是依靠已存在的技术成果，在创新方面并没有取得很大进展，这样就导致了在铁路工程的进行中，技术缺乏独立性，成本也就随着重复增加，企业的预算负担加重，导致了资源浪费和成本损失。

4.2 工作效率相对不高

在铁路施工中进行电气工程和自动化建设的目的就是为了提高工程的效率和缩短工程进度，但是由于施工技术的独立性欠缺，导致了在实际的施工过程中工作效率较为低下，无法满足铁路工程施工建设中的综合性要求，而目前的电气工程及其自动化又无法完全实现自动化和整体化，很容易导致工作延期的情况，使得工程实际情况与预想情况出路较大，效果大打折扣，不仅电气工程及其自动化的优势得不到具体的体现，还会影响铁路的信用值。

4.3 数据传输安全性水平不高

数据传输是电气工程及其自动化中最重要的一项工作，几乎可以说在数据传输方面出现漏洞，就会导致电气自动化的全面崩盘，随着时代的发展，我国在铁路建设中已经较为广泛的使用了电气工程建设以及自动化技术，加强了数据传输。但是由于我国在电气工程及其自动化方面依然处于初级阶段，虽然施工人员对数据传输工作的重要性有所了解，但是依然在实际施工中缺乏数据传输设备与技术，造成了在数据通信的过程中传输效率不高，导致了数据传输安全性能的降低和施工成本的增加，导致了铁路施工质量的低下以及成本的浪费。

4.4 电气工程及其自动化技术建设不深入

上文说到了我国虽然重视电气工程及其自动化在铁路建设中的重要性，但是依然处于起步阶段，而电气工程及其自动化的建设情况并不容乐观，在许多的铁路工程中由于技术方面的老旧，导致了施工方面的问题，且因为制度的缺失，导致了许多施工人员并没有相关的工作规范约束，在工作中更多是以自身的知识理论储备甚至是经验来进行电气工程及其自动化的建设，这就不可避免的导致了电气自动化建设的缺失。

5 铁路施工中电气工程及其自动化技术的优化策略

5.1 形成有独立性的技术平台

铁路施工企业是需要根据实际情况来进行施工的，所以在技术上，需要有自己的独立技术平台才能方便铁路施工企业及时地调整施工技术与措施。为了有效地完成铁路电气自动化的方案，需要在工程进行前对其进行设计，在这个阶段需要技术人员对铁路性质和用户特征进行研究和理解，确定好研究策略。其次就是对方案的设计，关系到电气自动化工程的具体实施与相关的维护目标，技术人员对该过程中所用到的技术进行集成，形成独立性、统一性的技术平台。

因此，上海申铁建设管理有限公司联合东华地铁公司等单位针对上海轨道交通市域线机场联络线工程需求，建设面向市域铁路工程全生命期、各参与方协同的建立工程建设管理平台（以下简称BIM）应用为基础的项目群管理（图1）。充分发挥BIM应用价值，有效控制和协助管理工程建设的质量、进度、安全和投资控制，提升项目的精细化管理水平，提高工程管理和决策效率，减少返工浪费，保证工期，提高工程质量和投资效益。

图1 建设管理信息化平台

5.2 施工成本的控制

上述中说到了施工前的设计过程，在该过程中需要工程造价人员对铁路工程中所需要用到的工程资源进行整体的管理，对不必要的工程环节进行简化，并对工程进度进行优化。此外，需要管理人员设计好财务管理制度，对财务人员的财务工作进行监督，确保铁路电气自动化工程的成本在保证工程质量的情况下有效地减小。

BIM系统中因而建立了投资控制环节，其中包括项目概算、投资控制、投资计划、投资统计、合同管理、验工计价、以及资金拨付等。

5.3 落实电气工程及其自动化技术运行网络系统

电气工程及其自动化技术在某种层面上来说是一种信息化技术，所以铁路施工部门在进行过施工过程中需要对实际问题进行管理，对系统的层级与理念进行优化，提高网络运行安全与效率。一般来说，铁路建设部门首先要对铁路施工资源进行优化，建立施工模型来保证铁路工程的有效建设，构建每一个施工项目的施工网络体系，形成一体化的管理体系，将不同运行系统关联起来并进行有效地梳理作用，带动运行网络机制的梳理与健全。

5.4 强化运行数据对接系统

施工与管理人员需要在铁路工程施工过程中对铁路工程的实际情况进行了解，结合工程建设的实际情况来构建一个高效的数据对接系统，因为铁路施工过程需要非常精密的计算过程以及数据整个过程，而电气工程及其自动化的技术优势就在于对数据的对接与处理，保证数据可以在各终端上共享，具有时效性，所以在建设电气工程及其自动化的过程中可以将数据对接系统强化，并保证数据运行的安全性能，确保各项目进度与成本都能够符合工程需求与工程方案。另外，因为铁路工程所涉及到的数据资料关乎我国的机密技术，所以电气工程项目可以提高铁路工程数据的安全，保证整体运行的完整度（图2）。

图2 BIM系统对机场联络线复杂跨越区段的模型数据

5.5 分布控制技术的运用

分布控制系统就是在铁路施工过程中的自动化建设作业时，需要铁路部门针对铁路电气工程及其自动化的配电系统自动化终端具备自我故障诊断以及隔离的能力，铁路部门加强对分布控制技术的应用将可以实现铁路系统的良好运行，加强铁路系统的运行质量。一般来说，分布控制技术分为两类，第一类是电压-时间模型与电流计数模型，都是借助配电子站以及开关组合形成的分段器实现的，该分段器具有一定的重合能力。

5.6 集中控制技术的运用

集中控制技术不同于分布控制技术，是通过建立一种连贯有效的故障维修模式进行的一类通过主机的技术，而通俗来讲，就是通过现场的电气子站终端把故障部分的信息数据上传到主站中，主站会立即地进行分析和计算，将所接收到的各种信息数据进行整合，并传递到处理器中，这也是与分布控制技术的不同之处，其需要由处理器来判断故障情况并得出维修方案。一般来说，集中控制技术是分层控制的，从配电终端与信息传输工作到配电子站对铁路系统进行管理最后再到中枢处理器制定故障处理策略并下达解决命令，所以利用集中控制系统将有着更精密更有效的解决特点。

5.7 上传变化数据

为了保证电气自动化系统以较高的运行效率和运行质量运转，需要施工人员首先要对数据传输的模式进行改变，因为无法对数据传输通道进行扩张，所以只能够采取数据优先的形式来进行信息传输，通过推行变化数据优先传送的模式来提高传输效率。在这种模式中，电气自动化系统将会对传递变化幅度较大的信息数据进行传输，并且当该数据传递到主站后可以将其储存起来，电气自动化会绘制动态曲线并对其分析，得到数据信息的变化趋势，也有效地保证了系统数据的周期性监控，保证电气自动化系统的安全稳定运行。

6 电子工程系统的组成结构与通信结构设计

6.1 自动化控制系统的组成结构

在铁路工程中采用自动化控制系统就是为了提升供电的安全性与可靠性，所以自动化控制系统的组成一般就包括计算机软件、计算机通讯技术、自动化技术等多个领域内容，在工程中对网络电力调整系统信息、监控信息、管理信息等工程各方面信息进行有效的衔接，保证对工程各项信息进行有效地管理。另外，在构建自动化控制系统的时候，需要技术人员使用到IEC61850/61970/61968为主体的IEC新标准体系供电自动化系统结构进行相关的工作，保证系统可以有效地运行。

6.2 铁路通信系统的结构设计

上述已经说到信息传输在铁路施工中电气工程及其自动化的建设必要性，而铁路通信系统则是其中的重要环节，我国的铁路供电系统发展至今虽然已经较为完善，但是依然缺乏相关的通信设备，所以在工作中会导致工作效率的损失。为了保证铁路的有效运行，需要相关部门加强对铁路中公共通信设施的构建，从而提升数据传输的流畅性。因为公共通讯系统的服务对象是整个铁路部门，所以在一般情况下，RTU与调度端之间的信息传递速率为2 Mbit/s，但是远程终端控制系统与调度端之间的信息传递速率为64 Mbit/s，所以相关部门应针对铁路通讯系统不断地优化（图3）。

图3 数据传输结构

7 结束语

在铁路工程的施工过程中，电气工程及其自动化技术的应用将可以有效的推进工程进度，确保工程高效安全地进行，促进我国铁路事业的发展，并且随着电气工程及其自动化的应用深化以及科学技术的快速发展，电气工程及其自动化将会逐渐形成一个相对完整且独立的系统，帮助我国在铁路事业上越走越远，为铁路事业的发展提供了保证。