铁路牵引供电系统远动系统设计探析

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[摘 要]铁路牵引供电系统远动系统能实现线路的实时遥测、遥信、遥控，线路故障的自动处理。牵引供电系统保护的最大特点就是系统的“多电源”和保护的“多死区”。“多电源”是说当牵引网发生短路时全线的牵引变电所都向短路点供电，“多死区”是基于保护系统本身的特点和保护对象的特殊性而形成的保护上的“死区”。

[关键词]铁路牵引 供电运动系统 设计

中图分类号：TG552 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0059-01引言

牵引供电系统是提供电力机车动力的系统，其特点为：线长、负荷变化大，地形复杂，维护要求高，故障影响范围大、处理时间紧、损失大，现有的故障处理方式难以满足铁路快速发展的安全要求。因此在牵引供电线路上安装应用远动系统具有非常重要的意义。

一、牵引供电远动系统组成

1.1 调度端

设在控制中心内，完成远动对象的监控、数据统计及管理功能等；具体功能如下：能完成远方操作及监视，能正确和及时地掌握每时每刻都在变化着的牵引供电系统设备运行情况，处理影响整个牵引供电系统正常运行的事故和异常情况；对所有数据进行分析，处理，存储及打印；以友好人机界面向调度员显示，转发其它系统共享。调度端是SCADA系统的指挥中心，是远动系统的重要组成部分之一。

1.2 执行端

设在牵引变电所、开闭所、分区所，AT所及V停控制站内，执行端完成远动系统的数据采集、预处理，发送、接收及输出执行功能，常规远动系统被控端为远方终端设备。

二、信道

2.1 所内通信

2.1.1LON现场总线

（1）主要特点

令支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质。网络协议LonTalk提供了一个固化在芯片内的网络操作系统处理全部的通信任务，提供给用户的是一个简单的网络应用接口，一帧最大数据228个。LonTalk寻址体系由域、子网、节点三级构成，节点还可编成组。

（2）光纤双环自愈LON现场总线网络

其组成主要元器件及功能是：

①远动管理机

收集间隔层装置的信息，并上送调度系统；转发调度系统的控制命令等

②MIS管理机

主要功能：收集间隔层装置的信息，将这些信息实时上送到牵引供电运营

管理系统

③通信管理机

采用双机热备的方式进行工作；收集间隔层信息并上送到变电站层；将变电站层的命令发送到间隔层装置

④间隔层采用光纤双环自愈环网，某一节点的损坏不会影响其他节点的通

信，同时相邻节点会给出报警信息

2.2CAN总线主要特点

CAN总线为多主工作方式。任一节点可在任意时刻主动向其他节点发送信息。它采用总线仲裁技术，当网络出现冲突时，优先级高的节点可继续传输数据，优先级低的节点则主动停止传输，从而避免了总线冲突。CAN总线的信号传输采用短帧结构；每帧有效字节数为8个，传输时间短，受干扰的概率低，当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点和总线的联系，使总线上其他节点的通信不受影响，具有较强的抗千扰能力；CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。

三、线路故障的检测、定位、测距与处理

3.1 相间短路（接地）故障的检测

在牵引网馈线保护中，相间短路（接地）故障是用距离保护来实现，而距离保护通常采用偏移四边形特性。故障电流应用一周波傅立叶积分的方法计算，转换计算出的电抗整定值的选择原则是躲过最大负荷时的过渡电阻值，同时考虑谐波影响。具体方法如下：自适应距离保护的基本思想；今相控整流电力机车负荷电流中含有丰富的奇次谐波分量；电力机车通过电分相或空载投入AT，牵引网产生的励磁涌流中含有较高的二次谐波分量；2.3.2断相故障的检测

3.2 故障测距

3.2.1直接供电方式故障点测距原理

①单线直接供电方式测距原理，直接供电牵引网可以等效为R-L电力线路；供电臂上区间和站场的的单位阻抗不同；令牵引网短路时存在一定的过渡电阻，利用电抗和距离关系进行故障定位。基本思想：将电抗一距离分段线性化

3.3 提高故障测距精确

①设计院提供原始资料，包括：馈出线的单位阻抗，馈出线的长度，按照变电所供电臂实际走向来详细划分区间的单位自阻抗，互阻抗，区间长度，然后是站场的单位自阻抗，互阻抗，站场长度，一直到分区所为止。

②通过上述原始资料进行定值表整定，段数按照实际情况来划分

③通过短路试验（三次短路试验，区间起点金属性和非金属性短路试验以及该区间末端金属性短路试验）来修正PT和CT的角差、区间的单位阻抗。重新修改故障测距定值表。

④通过实际短路故障情况来修正故障测距定值表。

3.4 线路故障的处理

线路发生故障，系统进行故障定位后，由调度员根据调度主站显示的故障报告表，遥控断开故障区段两端的远动断路器，对故障进行隔离，再指挥恢复非故障区段的供电。处理方式的设置在调度主站中进行。基本思想：根据负荷电流中综合谐波含量，自动调节阻抗继电器的边界。

四、系统调试与模拟故障试验及应用问题

在系统设备安装过程及安装完成后，在正式投运前进行了3个月的试运行，并且对设备、通道、系统进行了调试，解决了一些施工中遗留的问题和不足，系统运行基本稳定。

4.1 单体设备检查调试

检查调试的内容为：对断路器分合功能进行试验；对工作电源切换进行试验；对断路器及开关遥信进行试验。

4.2 通信通道调试

在调度主站应用网络测试Pig命令或路由跟踪pathping命令进行，检查主站通信单元与各通信机房之间是否通畅，同时检查其丢包率。

4.3 系统联合调试

远动联调按各被控站逐站进行：

4.3.1遥控联调

单控：被控站开关设在”远方”位，逐个按YK对象表进行选择和执行，观察，确认对象运行状态.被控对象应该能可靠动作，并在显示器显示，操作记录，打印应正确；程控：调出程控卡片，逐个进行试验，被控对象应按卡片规定，可靠动作，显示器显示，操作记录，打印应正确；

4.3.2遥测联调

在被控站加入不同倍率的电量，在控制站读取，模拟遥测量

4.4 故障点标定装置接口试验

包括精度检查：故障点标定装置应可靠启动，误差应满足设计要求.

事故启动试验：被控站模拟馈线故障，故标应能可靠启动，故障显示和打印记录正确，显示值与实际误差应满足设计要求.再计测实验：控制站启动再计测，功能应良好，满足设计要求

4.5 在线自检功能

计算机启动自检，信道状态良好，切换功能。

模拟在线主机故障，可自动，手动切换，备用主机投运通信前置机、主备信道切换：模拟通信前置机、信道故障，可以自动切换故障通信前置机管辖的站到正常通信前置机，可以切换主用信道到备用信到。

4.6 模拟故障试验

完成系统基本功能检查调试后，需进行模拟故障试验，因牵引供电系统为单相对地模式进行供电，故以模拟接地（短路）故障来检验设备各项功能，检测系统故障判断与处理功能。

试验步骤为：

先在供电线某地设置临时接地极，经跌落式熔断器接引到供电线路上；人为使线路接地；调度端人员可根据设备功能对故障切除、故障测距进行验证，并显示故障有关数据。

结语

经过理论分析、设计、安装、调试并投入运行检验显示：铁路供电远动技术能够完成线路电压、电流、开关状态等的遥控、遥信，遥测功能，故障定位较为准确，能记录保存故障信息及故障分析、处理报告。

参考文献

[1] 罗建涛。牵引供电远动系统应用中有关安全问题的探讨[J]。科技创新导报。2009（07）：187-188。

[2] 刘宏。电气化铁路BT供电牵引供电主变压器的选择[J]。内蒙古煤炭经济。2010（03）：73-74。