铁路智能低压配电系统

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摘 要：本文详细阐述了TSCN-1W铁路智能低压配电系统原理、系统组成、实现功能及应用前景，此系统的应用提高了铁路低压电力设备管理的现代化、科学化和智能化水平，弥补电压非对称运行不平衡故障判断缺失，提高了电力系统的安全性和可靠性。

关键词：智能;非对称;检测;配电

0 引言

铁路电力系统是铁路运输的重要组成部分，担负行车设备用电，电压必须在规定范围内，不可间断。它的可靠性直接关系行车安全。但目前，智能化程度不高，低压系统无监测、诊断和故障处理功能，分析判断设备故障困难。特别是当电压处于严重的非对称运行状态时，低压配电设备不具备自动转换技术条件，会导致行车设备不能正常工作，影响列车运行。TSCN-1W智能低压配电系统能解决上述问题，提高铁路车行车设备供电安全可靠性，实现科学智能化管理。

1 基本原理

铁路智能低压配电系统采用微电子技术、高速电压检测技术、缺相智能检测技术、通过计算机网络通信对铁路低压配电系统实现智能化集中管理，实现电能质量参数实时采集远程监控分析及操作，故障后的快速诊断和处理系统通过实时监测三相变压器运行状态，在变压器高压侧发生单相接地、三相断电和电压瞬间波动等严重非对称运行状态时，快速切断故障电源，切换到另一路正常电源，真正实现不间断供电。

1.1 “严重非对称运行故障”的实时检测技术

电路能够在交流电的1个周期至2个周期时间内准确测量出三相交流电的有效电压值和相角，然后调用算法判断出三相电是否存在缺相运行。由于电网存在电压波动，该算法必须能够屏蔽断电、电压不稳定等干扰，以较高的置信概率判断出缺相运行状态。

1.2 选择快速切断低压配电箱供电回路的设备及驱动电路

常规断路器的断开时间较慢，使用能高速关断的高性能断路器，研究与之配套的驱动电路，令断路器在保证可靠工作的前提下，断开时间能够满足指标要求。

2 智能低压配电系统的组成和功能

TSCN-1W铁路智能低压配电系统，由系统管理中心、区域监控管理中心、智能低压配电箱和通信网络组成。系统采用星形的拓扑结构，一个监控管理中心管理下属所有配电箱。配电系统管理中心、区域监控管理中心与配电箱之间的通信采用铁路专网，通过TCP/IP协议通信。区域监控中心可与系统管理中心根据需要合并设立。集低压配电功能、电能质量检测功能、控制功能、遥测功能、遥信功能、遥调功能、保护功能、防护功能于一体。能快速检测非对称性运行故障并切断故障电源、记录存储实时曲线、运行告警、运行故障、异常波形。监控管理中心集中控制和管理辖区的相关设备。每个系统可实现对1～1000个车站供电情况进行监控。根据需要，区域监控中心可与管理中心合并设立。该系统实现了低压配电运行状态的实时监测、控制和管理、实现了供电线路发生故障后的快速诊断和处理（变压器非对称运行故障）、能为安全生产管理、故障原因分析等提供相应的依据。

2.1 系统管理中心

系统管理中心安装在供电段，主要由系统管理员使用。由计算机与数据服务器组成，负责为智能低压配电系统进行资源分配与信息管理，由本系统的管理中心软件实现，提供系统初始化、系统参数配置、用户管理、日志查询等工作，通过大型商用数据库，将整个系统的数据集中保存在系统管理中心。

2.2 区域监控中心

区域监控中心安装在车间，由车间值班人员使用。包括操作电脑和SMS收发器，是系统的操作平台负责对所管辖的配电箱设备的状态进行监控，由本系统的监控软件实现。通过与配电箱设备通信，实现配电箱的电力参数采集、存储和显示; 实现远程分合闸控制;实现告警、故障的监视和判断，并通过声光报警方式通知值班人员。

2.3 通信网络

采用有线和无线网络备份的方式保证通信可靠性。有线连接主干网采用铁路的2M专网，在设备终端处通过协转转换为以太网;无线连接考虑到铁路通信的安全性，未采用GPRS方式，而是在没有有线网络或网络不通的情况下设备自动转换为SMS通信。

2.4 智能低压配电箱

智能低压配电箱是安装在现场设备端的智能设备，分为电气设备部分（一次回路）和智能电网检测单元及电子组件部分，检测单元模块化。智能设备通过对模拟量和现场状态的采集和数字化运算处理，传输至远方的区域监控中心，达到远程监控的目的;也可接收区域监控中心的指令，对电动操作机构进行操作，实现遥控分合闸功能。

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图1

3 实现主要功能

3.1 非对称运行故障的检测和处理功能

由智能配电箱检测单元实时监测，快速检测电压、相角，并判断出是否为“变压器严重非对称运行”故障。当发生故障时，快速切断配电箱供电回路，并在监控管理中心产生声光报警。高压侧恢复正常后，可在监控管理中心操作界面上控制智能配电箱接通供电回路。

3.2 故障信息和故障波形记录功能

当发生故障时，智能低压配电箱都能够准确采集到故障的时间、相位、波形、电压等参数，并实时记录故障波形、时间、电压。这些信息将上传到监控管理中心的服务器中，工作人员根据故障发生时间可以随时调用并查看分析。

3.3 电能质量信息和设备工况信息的在线监测功能

系统采集各线路的电能质量信息和设备工况信息。采集模块每两秒采集一组电能质量数据和设备工况信息，主动上报至监控管理中心，监控管理中心将数据保存于数据服务器中，并将最新数据在界面显示。若超过一定时间配电箱没有上传数据，监控管理中心软件将提示配电箱失去连接，发出告警信号。电能质量信息包括：三相电压、电流、相角、频率、有功功率、无功功率、功率因素等。设备工况信息包括：剩余电流、电度计量、配电箱温度、断路器（隔离开关、主断路器、分断路器）分合闸位置信息、UPS的运参数等。这些信息将定时上传至监控管理中心，能够实时显示和查看。

3.4 远程控制和信息化管理功能

监控管理中心软件将采用有线或无线通信设备对现场的智能配电箱进行远程操作。即实现主断路器的远程分闸、合闸操作，实现配电箱工作参数的设置和修改;实现对电能质量、电源故障的分析、统计管理、报表打印等信息化管理功能。

4 智能低压配电系统的效益分析

4.1 运行效益

智能低压配电系统能实现变配电系统的“四遥”功能，避免了人工抄表、现场操作、昼夜定时巡视的工作;能检测和记录用电回路的各种电量参数，断路器的状态、故障报警、故障原因等信息，较人工方式更为准确和及时。大大节约了人力成本，并实现低压供配电系统一体化综合监控、统一管理。

4.2 安全效益

智能低压配电系统能够捕捉和分析暂态异常波形，可提前发现潜在的故障隐患。当现场发生供电故障时，可迅速使相关人员获得故障的位置、原因及故障电流等多种参数，帮助快速排除故障，减少损失。

4.3 节能效益

通过智能低压配电系统的监控画面，数据库返回的各项信息，能及时了解各个馈电回路的运行状况，便于用户合理地分配电能，帮助用户有效地分析管理负荷，减少非正常耗电。

5 结束语

铁路智能低压配电系统运用，可以显著的提高铁路低压配电的信息化处理水平，大大提升工作效率，节省了人力成本和维护时间，提高了电力系统的安全性和可靠性。随着强电控制与微电子技术、计算机技术和网络通信技术进一步发展，用智能低压配电系统代替原有的常规配电方式，必将成为铁路电力系统改革的方向。

参考文献：

[1]张白帆.低压成套开关设备的原理及其控制技术[M].机械工业出版社，2014.

[2]陈平，王宏.智能低压配电系统的分析及实现[J].配网自动化，2010.

[3]曾孟雄.智能检测控制技术及应用[M].电子工业出版社，2008.

[4]毕丽红.通信网络技术[M].中国电力出版社，2007.

作者简介：

罗建（1978-），男，湖北孝感人，湖北工学院工学学士，武汉铁路局供电处工程师。