鐵路是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施,是國內(nèi)各地區(qū)開展交通運(yùn)輸活動的主體,而供電工程是保障鐵路穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)?;诖?,對于鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應(yīng)用的探究有著重要意義。
1 鐵路供電系統(tǒng)特點(diǎn)
1.1電壓等級不高
鐵路的電力系統(tǒng)的主要職責(zé)在于為鐵路站點(diǎn)的照明、空調(diào)維修、信號、通信、貨運(yùn)進(jìn)行負(fù)荷供電。通常會從地方電網(wǎng)系統(tǒng)中引入10kV電源并設(shè)置變配電所,并為各站點(diǎn)的低壓變電所供給電源?,F(xiàn)階段,鐵路的電力系統(tǒng)主要以10kV電壓為主,電壓等級相對較低,保護(hù)裝置配置也較為簡單,有益于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鐵路10kV變配電所的智能化、自動化,有助于提升鐵路電力系統(tǒng)的運(yùn)營效率、建設(shè)效率以及管理效率。
1.2 接線方式較為簡單
鐵路電力系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)在于接線方式較為簡單,由于系統(tǒng)的斷路器主要采取分段運(yùn)行模式,從地方電網(wǎng)系統(tǒng)中引入10kV電源,并分別給配電所內(nèi)兩條母線進(jìn)行供電,將母聯(lián)開關(guān)設(shè)置在兩條母線間。通常情況下,鐵路供電系統(tǒng)兩條母線在運(yùn)行過程中互相獨(dú)立,若一條母線電源出現(xiàn)停電,通過母聯(lián)開關(guān)控制斷路器合閘,將變電所的全部負(fù)荷轉(zhuǎn)移到另一母線電源上,這種運(yùn)行方式在電力系統(tǒng)中常見。這種較為簡單的接線方式也使得鐵路變配電所具有更為穩(wěn)定、可靠的線路布置,通常每隔50km設(shè)置配電所,使用10kV貫通線連接兩座相鄰的配電所,使用探索供電模式進(jìn)一步增強(qiáng)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。這種結(jié)構(gòu)單一、接線簡單的配電所并無明顯的功能差異,有助于進(jìn)一步推動變配電所的智能化、自動化發(fā)展。
2 鐵路10kV變配電所自動化系統(tǒng)的應(yīng)用
2.1 分控制方式
作為鐵路10kV變配電所應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)的主要技術(shù)分布控制借助終端測控自動化控制斷路器,收集數(shù)據(jù)信息,保護(hù)數(shù)據(jù)信息,并對各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行控制。通常情況下,技術(shù)人員主要采取直接安裝的方式,將測控終端安裝在高壓柜上,接入光纖或電纜,傳遞控制信息,采集信息,降低電磁干擾對信息傳遞的影響,進(jìn)一步推動鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的自動化。在鐵路自動化變配電系統(tǒng)中,各測控終端均屬于獨(dú)立的運(yùn)行模塊,一旦某個測控終端模塊在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障,很難影響系統(tǒng)中的其余模塊。此外,自動化系統(tǒng)借助分布控制連接高壓柜與控制后臺,使用光纜實(shí)現(xiàn)就地保護(hù),避免控制電纜出現(xiàn)二次鋪設(shè)問題進(jìn)而降低鐵路變配電所的運(yùn)營維護(hù)成本,有助于鐵路技術(shù)人員開展運(yùn)行維護(hù)與故障排查工作,進(jìn)一步推動鐵路變配電系統(tǒng)的自動化。
測控終端自動化技術(shù)應(yīng)用于鐵路10kV變配電所系統(tǒng)中能夠產(chǎn)生顯著優(yōu)勢,有效分擔(dān)變配電主站、子站在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所面對的工作壓力,準(zhǔn)確監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各類故障及時開展故障隔離作業(yè)。同時,測控終端具有較強(qiáng)的天氣適應(yīng)能力,能夠在惡劣的天氣環(huán)境下,保障鐵路電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定、安全,及時檢測電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各類問題,幫助技術(shù)人員及時排查系統(tǒng)的運(yùn)行故障,進(jìn)一步增強(qiáng)鐵路變配電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、可靠性。
2.2 集中控制方式
集中控制作為相對有效的鐵路10kV配電系統(tǒng)自動化控制方式,主要借助通信系統(tǒng)、終端設(shè)備、主站設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動化控制終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)對末端數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,由通信系統(tǒng)將采集到的末端數(shù)據(jù)信息傳遞到集中控制模式的主站設(shè)備,借助網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?,由主站設(shè)備對故障位置、故障類型進(jìn)行判斷,用通信系統(tǒng)將控制信號傳送至執(zhí)行機(jī)構(gòu),將系統(tǒng)的故障區(qū)域準(zhǔn)確實(shí)時地#行隔離,并全程為系統(tǒng)的安全區(qū)域進(jìn)行供電。集中控制對于系統(tǒng)的主站控制功能存在一定要求,需要系統(tǒng)的主站可以準(zhǔn)確、快速、實(shí)時地分析判斷終端設(shè)備,傳遞各類數(shù)據(jù)信息,發(fā)出相應(yīng)控制指令,并對故障進(jìn)行準(zhǔn)確快速地解除處理"。為確保鐵路10kV變配電站系統(tǒng)的主站控制設(shè)備能夠穩(wěn)定、正常地運(yùn)營,需要將終端設(shè)備收集到的各類數(shù)據(jù)信息傳遞到電力系統(tǒng)的各應(yīng)用模塊,為后續(xù)的故障判斷工作提供有力的數(shù)據(jù)支持。
鐵路10kV變配電所在應(yīng)用集中控制方式時,主要將保護(hù)裝置與控制測控裝置安裝在鄰近高壓室的控制室內(nèi),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集中組屏。這種安裝方法不僅能夠有效采集模擬量、開關(guān)量,還可以實(shí)時保護(hù)、監(jiān)控鐵路10kV變配電所的數(shù)據(jù)信息以及設(shè)備的運(yùn)行情況。在使用集中控制模式時,尤其要注意主站設(shè)備控制屏以及開關(guān)柜的二次電纜連接作業(yè),若二次電纜連接使用較多電纜很有可能引發(fā)接線錯誤。相比于分布控制模式,集中控制模式在一定程度上增加了投資額與施工難度,但集中控制模式也有助于鐵路10kV自動化變配電系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)集中化、綜合化的戰(zhàn)略目標(biāo),有益于推動自動化變配電所的智能化發(fā)展。
2.3 通信傳輸系統(tǒng)
若鐵路10kV變配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障,需要依靠通信傳輸系統(tǒng)將故障信息傳遞至主站設(shè)備中,并由主站設(shè)備將相應(yīng)的控制指令傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。基于此,系統(tǒng)的通信傳輸系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用,鐵路10kV自動化變配電系統(tǒng)需要具備密碼管理以及智能模擬功能,確保為鐵路單位提供針對性更強(qiáng)的服務(wù)。主站控制中心在系統(tǒng)中主要承擔(dān)信息傳輸功能,推動系統(tǒng)終端設(shè)備的交流互動,對各運(yùn)行模塊的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確判斷、分析。為充分發(fā)揮上述功能,系統(tǒng)需要提高通信傳輸系統(tǒng)的配置?,F(xiàn)階段,大部分鐵路10kV的通信傳輸系統(tǒng)難以滿足自動化變配電所的通信需求,如果系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)各類問題,很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效通信。因此,相關(guān)技術(shù)部門在設(shè)計(jì)通信傳輸系統(tǒng)時,應(yīng)著重提升通信傳輸系統(tǒng)的靈活性,滿足鐵路10kV變配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需求。
3 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)
3.1方案綜述
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成,并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī),提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面,實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能,形成全站監(jiān)控,并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信;間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成,在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下,仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況,設(shè)計(jì)方案具有高可靠性,易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面,性能價格比*,監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成,采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。
3.2應(yīng)用場所
適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.4系統(tǒng)功能
3.4.1 實(shí)時監(jiān)測
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng),以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。
3.4.2 報警處理
監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動作信號;預(yù)告報警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1)事故報警。事故狀態(tài)方式時,事故報警立即發(fā)出音響報警(報警音量任意調(diào)節(jié)),操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位,同時彈窗顯示紅色報警條文,報警分為實(shí)時報警和歷史報警,歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。
事故報警通過手動,每次確認(rèn)一次報警。報警一旦確認(rèn),聲音、閃光即停止。
次事故報警發(fā)生階段,允許下一個報警信號進(jìn)入,即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。
2)對每一測量值(包括計(jì)算量值),由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值(物理下限、告警下限、告警上限、物理上限),分別定義作為預(yù)告報警和事故報警。
3)開關(guān)事故跳閘到規(guī)定次數(shù)或開關(guān)拉閘到規(guī)定次數(shù),推出報警信息,提示用戶檢修。
4)報警方式。
報警方式具有多種表現(xiàn)形式,包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式,用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
3.4.3 調(diào)節(jié)與控制
操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能,允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù),避免誤操作。
操作控制分為四級:
第一級控制,設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時,將閉鎖所有其他控制功能,只進(jìn)行現(xiàn)場操作。
第二級控制,間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。
第三級控制,站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成,具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。
第四級控制,遠(yuǎn)方控制,優(yōu)先。
原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作,在任何控制方式下都需采用分步操作,即選擇、返校、執(zhí)行,并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼,以確保操作的性和正確性。對任何操作方式,保證只有在上一次操作步驟完成后,才進(jìn)行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。
納入控制的設(shè)備有:35kV及以下斷路器;35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機(jī)構(gòu)的接地開關(guān);站用電380V斷路器;主變壓器分接頭;繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。
3)定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時控制操作,設(shè)定啟動和關(guān)閉時間,完成定時控制。
4)監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出??刂戚敵龅慕狱c(diǎn)為無源接點(diǎn),接點(diǎn)的容量對直流為110V(220V)、5A,對交流為220V、5A。
3.4.4 用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組(如管理員、維護(hù)員、值班員組等),在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。
4 系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護(hù)功能 | |
35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖,模擬配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)無人值班模式;根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波,協(xié)助運(yùn)維人員實(shí)現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題,盡量縮短停電時間;實(shí)時采集各回路、設(shè)備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù),對配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進(jìn)行用能分析和能效管理 | |
網(wǎng)關(guān) | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口,光耦隔離,2路以太網(wǎng)接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入,ModbusTCP(主、從)、104(主、從)、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳,支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、XML、JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、支持標(biāo)準(zhǔn)8GB SD卡(32GB)、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);每個設(shè)備的多個報警設(shè)置。輸入電源:AC/DC 220V,導(dǎo)軌式安裝。 | |
35kV/10kV/6kV 弧光保護(hù) | ARB5-M |
| 主控單元,可接20路弧光信號或4個擴(kuò)展單元,配置弧光保護(hù)(8組)、失靈保護(hù)(4組)、TA斷線監(jiān)測(4組)、11個跳閘出口; | |
ARB5-E | 擴(kuò)展單元,多可以插接6塊擴(kuò)展插件,每個擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號: | |||
ARB5-S |
| 弧光探頭,可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室,也可于低壓柜?;」馓筋^的檢測范圍為180°,半徑0.5m的扇形區(qū)域; | ||
35kV/10kV/6kV 進(jìn)線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 | APView500 |
| 相電壓電流+零序電壓零序電流,電壓電流不平衡度,有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波,諧波(電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子)、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時錄波,波形實(shí)時顯示及故障波形查看,PQDIF格式文件存儲,內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口(+1維護(hù)網(wǎng)口)+1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù),支持61850協(xié)議。 | |
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點(diǎn)測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲能旋鈕預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出; | |
35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定,CT感應(yīng)取電,啟動電流大于5A,測溫范圍-50-125℃,測量精度±1℃;無線傳輸距離空曠150米; | |
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相(1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序電流In,四象限電能,實(shí)時及需量,本月和上月值,電流、電壓不平衡度,66種報警類型及外部事件(SOE)各16條事件記錄,支持SD卡擴(kuò)展記錄,2-63次諧波,2D1+2D0,RS485/Modbus,LCD顯示; | |
變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢,預(yù)埋PT100,RS485接口,2路繼電器輸出; |
|
變壓器接頭測溫低壓進(jìn)出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器;U、I、P、Q等全電參量測量;2路告警輸出;1路RS485通訊; |
|
ATE400 |
| 合金片固定,CT感應(yīng)取電,啟動電流大于5A,測溫范圍-50-125C,測量精度±1℃;無線傳輸距離空曠150米; |
| |
柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 |
| 無線溫濕度傳感器,溫度精度:±1℃,濕度精度:±3%RH,發(fā)射頻率:5min,傳輸距離:200m,電池壽命:≥3年(可更換) |
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ATC600 |
| 兩種工作模式:終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳,ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù),1路485,2路報警出口。 |
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5 結(jié)語
綜上所述,國內(nèi)鐵路的電力系統(tǒng)具有電壓等級較低主接線簡單,供電連續(xù)性、供電穩(wěn)定程度、供電安全程度的要求較高的特點(diǎn);因此,在鐵路10kV自動化變配電所的應(yīng)用過程中采取分布控制或集中控制的模式有助于進(jìn)一步推動系統(tǒng)的自動化、智能化發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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