铁路电力及自动化系统组网方式构建研究

刘坤

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

1 前言

铁路电力自动化系统是基于铁路电力运行需要而产生的一种控制手段，其能在计算机硬件设备、软件系统的基础上，结合自动检测与控制、现代通信等多种技术，实现铁路电力系统电源、电路的检测与控制，这为铁路运输控制创造了良好条件；并且其在减少大范围停电问题的基础上，有效地提升了铁路运输的效率与安全性。

2 铁路电力自动化系统的组网方式

2.1 现场总线

作为铁路电力自动化系统组网设计的重要方式，现场总线方式能为变配电所各内部单元和部分范围提供通信，具有全数字化、实时性及多节点性的特征。相比传统的电力系统控制方式，基于现场总线的电力自动化系统解决了模拟数字通信混合和系统封闭问题，其有效地满足了电力网络系统的控制需要。目前，铁路电力自动化系统现场总线方式同时支持多种电缆材料，即除双绞线、同轴电缆外，现场总线组网还可使用射频电缆以及红外线等材料，具有较强的适应性、抗干扰性和安全性。要注意的是，现场总线的标准要求较高，总线不能相互兼容，这限制了其在组网中的应用效果。

2.2 音频专线

音频专线以音频传输接入系统为基础，系统建立了铁路专用网络；该铁路专用网络不仅包含音频共线的专用通道，而且涉及铁路路程控制的电话交换网络。在音频专线组网方式下，铁路电路人员会在环形组网中设置通信中继器，这样在通信中继器的作用下，铁路系统的音频数据会逐单元传递下去，不仅减少了设备建设费用，而且有效地提升了音频数据传输的效率和准确性。此外，在音频专线下，若通信线路发生问题，则信号数据可从另一个方向进行传输，确保了信号数据传输的效率性。

2.3 数字通道

在通信传输接入系统的作用下，铁路电力自动化系统还可通过数字通道完成信息数据的传输，并实现系统组网工作。现阶段，在铁路电力自动化系统数字通道组网方式下，RS-232/V.24等型号数字接口的应用较为常见，其组网方式与音频转型中的星形组网较为相似，所不同之处在于，在数字通道组网方式下，整个电力自动化系统还需设置一个多路串口机。在一定程度上，串口机的使用会缩短通信之间的距离。在直连模式下，要求严格控制通信设备和电力设备两端的距离，要求其距离保持在16m以内；当超出这一距离规定时，需在MODEM的支撑下，延长系统的通信距离。同时串口机接口的传输效率多保持在64kibt/s，这限制了铁路电力自动化系统的应用效果，因此近年来，在使用数字通道时，人们需结合实际情况，对数字通道组网进行优化改造和升级。

2.4 以太网

铁路电力自动化系统中，以太网本身就是系统组网的方式之一，就铁路电力自动化系统以太网组网方式而言，其本身是一种工业组网方式。工业以太网在技术方面与以太网的标准具有兼容互通性，近年来，工业以太网在铁路电力自动化系统中的应用不断深入，从应用效果来看，其不仅具有宽带大、传输速度快的特点；而且传输过程的可靠性较强、拓展性较好，能有效实现信息传输过程中“视频、语音、数据”的结合统一；此外，铁路电力自动化系统以太网组网方式还侧重于TCP应用层协议的控制应用。就ModBus/TCP而言，其是在TCP应用层的基础上产生的一种协议，协议本身具有较强的开放性，具有较强的适用性，有效地提升了组网应用效益，保证了电力自动化系统的整体应用效果。

3 项目概况

安庆至九江铁路新建线路长度198.249km，全线新建车站6座，桥隧比例86.44%，设计时速为350km/h。工程项目建设中，铁路电力自动化系统是本项目施工的重要内容，本项目列车运行采用自动控制方式，对运行列车实施集中调度管理，这要求在电力自动化系统建设应用中，重视系统组网方式的设计与优化布局，确保铁路列车调度信号传输的效率性、准确性。项目建设区域内安九线新建安庆西35/10kV变配电所一座，太湖南、黄梅东10kV配电所各一座，接引两路独立地方35kV、10kV电源，配电所规模其中安庆西为二进十二出，其他两所为二进八出。新建电力自动化系统涉及四电集成范围、非四电集成范围，并且要求重视新建电力自动化系统与合安铁路的接口划分，规范开展这些区域铁路电力自动化系统建设，重视组网方式应用，有效地提升了项目电力信号传输的效率和质量。

4 铁路电力自动化系统组网方式构建要点

4.1 电力自动化系统供电原则要求分析

本项目电力自动化系统组网建设初期阶段，规范化地开展系统用电原则和要求分析，对项目用电负荷分布、负荷等级、供电设计等要素提出全新要求。如在用电负荷分布中，要求满足沿线各车站、段及区间的功能需要，如信号中继站、信号基站、运营调度系统、空调通风、房屋照明等。同时，根据供电可靠性要求及中断供电所造成损失或影响的程度，将系统供电负荷分为三个等级，严格按照《铁路电力设计规范》的要求，开展用电负荷设计。此外，严格按照先进经济、合理安全、可靠、稳定的要求进行供电，并且要求在全新组网方式及电力自动化系统下，按要求10kV及以上变配电所实现无人值守的原则要求。

4.2 外部电源及电源线路组网

项目外部电源布网设计中，要求沿线各车站变配电所均由地方变电站接引两路独立的电源，以此为本线提供可靠的电源。其中，本项目安庆西35/10kV变配电所电力系统组网中，从地方独秀220kV变电站和金拱110kV变电站出发，各接引1路35kV专线。而在太湖南、黄梅东10kV配电所中，分别从熙湖110kV变电站、新仓35kV变电站、关山110kV变电站和砖都110kV变电站接引10kV专线。在外部电源线路接引过程中，与地方供电部门进行沟通与协调，确保供电的稳定与安全。此外，在电源线路设计中，采用混合线路接引方式，其中架空线路使用预应力钢筋混凝土电杆、铁横担两种类型的支撑，做好不同区域线路材料选择，如在空旷地区、林区分别采用钢芯铝绞线和架空绝缘线，并设置产权分界开关，确保电缆使用的安全性。

4.3 电缆供电系统组网方案

要进一步提升铁路电力自动化系统运行效率，在电力系统组网设计中，需要考虑电缆供电系统组网方案的合理设计。（1）本项目车站、场、段供电过程中，从铁路35kV（10kV）变配电所站馈回路接引综合电源，而在信号、通信专用电源控制汇总，从10kV综合电力贯通线和10kV一级负荷电力贯通线接引。（2）重视各区间负荷供电控制，如本项目桥隧比例86.44%，隧道较多，电力系统组网施工难度较大，对此，隧道单电源接引于10kV综合负荷贯通线，并且当隧道与区间通信基站、直放站距离较近时，要求共用箱变供电。（3）项目配电所电网配置中，要求做好变配电所分布及其主接线的控制，主接线采用单母线断路器分段接线方式；而在保护装置设置中，采用微机保护综合自动化系统，并实现给系统的集中组屏管理，此外，考虑电气设备布置、接地方式、无功功率集中补偿等隐私。（4）在条件允许情况下，项目实施电源线路的架空施工，防止实施电缆穿管或直埋敷设。将项目电力远动系统接入SCADA系统，进行电力线路火灾报警、照明的系统控制。最后，严格按照GB50057-2010、TB/T3074等文件的要求，进行电缆线路防雷接地施工，满足用电系统应用需要。

4.4 电气设备选型应用

规范化地安装、使用电气设备，能实现铁路电力自动化系统的最优控制，确保铁路运输的安全性、稳定性。首先，在10kV、35kV高压开关柜控制中，选择免维护、少维修的SF6气体绝缘开关柜，开关柜采用真空断路器，该断路器采用弹簧操动机构，操动机构的操作电压为DC220V。其次，本项目重视调压器和变压器控制，如在400kVA双绕组环氧浇注干式有载调压变压器应用中，要求其空载损耗保持在1350以内，阻抗电压维持在4%。同时，实施项目主流电源控制、接地，本项目直流电源额定频率保持在50±5%Hz，要求其稳压、温流精度不超过0.5%，综合效率保持在92%以上。接地管理中，规范安装隔离开关、接地电阻、电流互感器等单元，最大限度发挥小电阻接地装置作用。最后，进行综合自动化设备控制，通过微机继电保护装置、通信管理机、监控后台及系统软件等装置，实现自动化设备的系统管理，确保其满足实际的应用需要。

5 结语

铁路电力自动化系统的建设与应用对于电路运输效率与安全具有深刻影响。结合安庆至九江铁路电力自动化系统建设实际可知，铁路电力工作者只有深刻认识到电力自动化系统组网建设的必要性，掌握最电力自动化技术组网方式，然后，结合工程实际情况，进行铁路电力系统组网的系统布局和施工，这样才能确保电力组网设计应用的规范性，提升铁路电力自动化运作效率，促进铁路运输产业的持续、稳定发展。