高速铁路远动系统的应用

张蒙蒙

中铁十六局集团电气化工程有限公司，北京 100018

0 引言

高速铁路的运行受多种因素的影响，如电力基础、电力系统为高速铁路沿线的负载提供一定的电力。得益于信息技术的发展，应用远动系统可以在很大程度上实现高速铁路运行的信息化。随着信息技术的发展和能源的建设，远动系统得到了广泛的应用[1]。远动系统可以提高系统的使用性能，改善故障排除工作。因此，需要加强远动系统的应用及系统故障分析，确保高速铁路的高效运行[2]。

1 高速铁路远动系统的组成和作用

高速铁路远动系统的运行主要以计算机和通信系统为载体，可以结合电力系统的控制要求，对配电站、配电设施和线路进行系统性的监控[3]。远动系统可以监控系统的运行状态，动态监测供电电压、功率和功率因数等[4]。

1.1 远动系统的组成

高速铁路远动系统由主控站、被控站和通道组成[5]。以太崇铁路项目为例，太崇铁路项目远动系统由15处被控站和1处主控站组成；通道有主用、备用通道，通道由通信专业建立，建立基础是主控站和被控站的网络和服务器。项目主控站位于北京铁路局调度中心；被控站主要由RTU、微机保护、通信管理机等装置组成，可以通过远动通道监控系统的状态，接收主控站的指令，完成系统的相关操作。

1.1.1 主控站

主控站由主服务器、WEB服务器和接口站组成[6]。主服务器由多台服务器组成，可以处理接口的数据，并存储在数据库中；主服务器要负载均衡，以此动态分配负载，确保当某一台服务器故障时，业务运行不受影响。接口站可以执行程序，并预处理配电站和交换站的相关数据，以此实现监控功能。WEB服务器可以发布报表和存储数据。

1.1.2 被控站

被控站包括配电站和低压监测站，如车站的10/0.4 kV变电所、箱变、10 kV配电所综合自动化系统等[7]。其中，配电站可以采集设备的运行、故障、输入输出故障、电容补偿故障信号，以及开关量、功率单元信号等，并根据设备的调度和监控要求，控制输入线的电压和母线的输入电流、回路电流、有功功率、功率因数等。远动系统可以收集设备状态，如站内高低压设备的信息，信息处理后通过通道发送给控制站，控制站也可以通过通道接收控制指令，并根据指令执行相应的命令，控制相关设备的运行。

1.1.3 监控系统和通道

高速铁路远动系统的主节点包括输变电监控系统和通信通道。其中，输变电监控系统可以利用设备监控沿线的变压器，及时发现设备和线路运行中的问题和缺陷，控制、分析系统的运行；通信通道作为信息的传输媒介，负责连接控制站和终端信息。

1.2 远动系统的作用

1.2.1 提高电力系统的安全性

远动系统的应用具有自动化程度高和自动化测试的特点[8]。采用远动系统对沿线的电力系统进行管理和控制，可以降低电力系统的运行强度，减少沿线施工的数量，提高电力系统运行的安全性和减少故障风险。通过远动系统可以采集状态信息，监控线路的运行，判断线路是否正常。通过远动系统还可以及时监测沿线的信号，如果检测到故障或异常，将发出警报，并通过电力设备快速定位远程线路故障点，及时排除故障线路和设备，保证高速铁路的正常运行，以及保证停电后及时恢复供电，减少故障处理时间，提高系统供电的可靠性。

1.2.2 实现动态控制

远动系统可以监控电力运行，远程发送指令，保证列车按指令运行；系统可以连接多个节点，实现通畅的通信功能；系统收集的信息将发送到控制中心，可以节省信息的沟通成本。如今，大部分铁路系统使用多种技术，如计算机技术、网络和传输技术等，远程控制系统可监测和测量列车运行中的参数，并实现动态控制。

2 高速铁路远动系统的关键技术

2.1 遥测和遥控技术

（1）遥测技术。在电力系统中，遥测和遥控技术的应用较为广泛。其中，遥测技术可以监测变电站的电力和功率的相位，分析监测数据，然后根据分析结果了解工作情况，实现远程报警。遥测技术可以根据故障信号完成信号的采集，保证铁路信号监测的准确性；通过分析相关采集数据，合理地组织列车工作。

（2）遥控技术。在高速铁路中使用远动系统时会不可避免地出现一些故障，使用遥控技术可以及时发现运营中的故障。遥控技术可以基于电力系统中的电流检测结果和线路故障评估结果找出故障部位，并交由相关的部门处理。相关部门可以根据故障隔离故障点，在维修部完成维修分析后对故障区域恢复供电。结合高低压设备运行环境的实际情况，遥控技术可以减少环境因素对设备的影响，提高系统运行的稳定性。

2.2 屏蔽技术

远动系统应在稳定的环境中运行，需要消除干扰。为了增强控制系统的抗干扰能力，应采用合理的屏蔽技术抑制系统运行过程中的干扰，并重点关注硬件和软件屏蔽技术的科学应用。

3 高速铁路远动系统的应用

3.1 主控站

在高速铁路中，主控站一般位于路局调度中心，采用局域网结构，系统采用双机热备，以核心、节点等功能为系统架构。主控站包括工作站、维护站等。工作站用于监控系统状态，以此控制变电、配电等工作；维护站用于维护调试、系统开发和操作。为了保证高速铁路远动系统的可靠运行，避免因故障导致的运行中断，主控站需要配备外接电源线与UPS相连。UPS电源可以满足系统持续运行1 h的要求。

3.2 被控站

被控站可以配备可远程控制的高低压开关和RTU遥控终端等，还可以下载高低压系统信息，以及接收和执行指令，对设备进行监控和切换管理。为了保证故障信息采集的准确性，并提供准确的故障点，被控站控制设备需要具有故障分析功能，为故障评估提供依据。被控站远动设施的测量信息包括设施状态信息、设备报警信息、避雷器报警信息、UPS电源状态信息，以及线路电流、电压和有功功率等信息。

为了保证系统的可靠、稳定运行，被控站采用16位RTU微处理器。RTU微处理器具有模块化、高可靠性和高抗干扰等特点，可以满足铁路电力系统稳定运行的要求。RTU预留多个通信接口，为扩展系统的控制功能提供了必要的条件。为了保证配电站、控制站和低压监控站等的运行准确性，要在控制站安装GPS作为NTP服务器，确保系统与控制器的运行协调。

3.3 视频监控系统

为了动态控制电力系统，需要建立远程控制视频监控系统，实时监控电力系统运行状态，为故障分析、反馈确认提供必要的依据，同时为无人监管创造有利条件，提高系统管理水平。视频监控系统采用“1+N”的模式，在实际应用中，可根据需要增加配电站、监控站的监控屏。每个被控站可以将采集的图像存储在本地，然后上传到控制站，控制站配备阵列硬盘，可以存储历史监控图像。监控系统具有云台遥控、语音对讲等功能，可以配合远动系统进行系统操作、故障排除。

随着线路的增加和网络传输数据的增加，线路扩容成本也在不断提高，一些系统的运行无法满足监控要求。分析监控数据带宽，监控系统需要至少需要1.5 MB的带宽才能满足传输要求。随着设备的增加，视频质量会影响其他业务通信。在传输监控数据时，可以同时访问视频监控数据，从而降低重建成本。

3.4 抗干扰设计

电力远动系统受设备运行、周围电场和配电线路等的影响，如电磁干扰的影响。电磁干扰包括电容性干扰、通信干扰、一般群干扰和辐射干扰等，在干扰因素的影响下，可能导致设备运行不稳定、数据精度降低、元件损坏、故障和事故发生等。针对这一问题，需要进行相应的抗干扰设计，包括系统接地设计、滤波器及数据的干扰保护设计，以确保电力远动系统的安全稳定运行。

在高压设备与设备之间可以采用屏蔽层电缆，电缆两端接地，以减少感应电压对设备的影响；在选择配电站和监测站的设备时，应防止高频干扰的影响，在设备输出端接电容，可以抑制高频干扰；设备的地线和母线通过接地电极连接，可以减少接地瞬态电位差，减少对设备的运行干扰。

数据采集的准确性是远程控制的基础。当出现干扰时，信号可能会出现误差、失灵等，可以使用低通滤波去除谐波。当干扰严重时，采用电容和电阻抑制瞬态干扰。在对数据采集进行干扰保护时，优先选择保护效率高的设备，可以提高终端设备的抗噪能力，防止电路受到干扰。

4 高速铁路远动系统的故障排除

高速铁路远动系统可以处理简单的故障。例如，对于超限电压可以实现快速保护，以维持供电的稳定性和铁路的正常运行。远动系统可以监控线路，提供相应的保护，并通过编程进行应急处理。目前，远动系统已经实现自动化，一旦出现故障，系统就会自动改变相关运行参数。线路一旦发生故障，主对象将停机并切换电缆，以此确定故障类型。

通常，基础设施在发生故障后会受到保护，远动系统会根据故障实际情况进行处理。如果无法评估或纠正故障，需要重新设置重接点，以防止系统故障损坏其他正常线路。如果电缆存在永久性故障，可以通过线路中的电流来判断故障。由于停电存在延迟，必须执行相关的步骤来确认故障点。基于电力系统历史数据及故障原因，可以采用神经网络预测系统及设备的运行故障，建立线路故障分析模型。然后通过分析设备故障类型、周期等，制订电气设备的预防性维护计划，以此提高设备维护和维修的水平，并提高系统的运行效率。在输电线路中，单一的故障评估无法检测接地故障，若要确定故障位置，可以结合GPS定位实现更精准的故障定位。

4.1 根据故障信息判断故障位置

当电流流过设备时，可以用备用设备设置测量值，此时监控设备会将数据传输给系统。当主控站收到错误信息时，可以分析相关的运行信息和数据，计算出故障发生的时间，以此确定系统故障的位置。例如，高速铁路线路发生行波故障时，可以根据行波的传播速度来确定断点的位置，远动系统可以采集电流分布信息，为行波故障定位提供必要依据。

4.2 优化设备及其维护

在设备层面，市场上有大量的设备生产厂家，不同厂家在产品设计上存在差异。因此，在应用远动系统时有必要统一设备的规格和型号，以此确保设备的通用性，为进一步开展维护工作提供便利。设备的使用需要大量的硬件，这也意味着大量的维护工作。从技术上讲，需要不断扩展软件功能，优化软件，使用模块化功能，减少对硬件设备的投资，以方便后续的维护。

5 结束语

综上所述，随着高速铁路的发展，对电力系统的运行要求也在提高，远动系统在高速铁路的运行中发挥着重要作用。远动系统的应用和发展为我国高速铁路的自动化发展提供了技术支撑，为提高高速铁路的整体发展水平奠定了良好的基础。远动系统实现了信息与系统的结合，提高了铁路电力系统运行及管理的自动化水平，保障了高速铁路的安全运行。对于远动系统技术研发，需要引进先进的技术，不断为高速铁路的发展贡献技术力量。