铁路电力远动系统技术探析

摘要:铁路电力远动系统由远动控制主站、远动终端和通信通道三部分组成,在电力系统管理中的作用越来越重要。文章介绍了我国铁路电力远动系统的构成,探讨了其主要功能,分析了电力远动系统的干扰因素与抗干扰措施。

关键词:铁路电力;远动系统;干扰源;抗干扰措施

中图分类号:TM714文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0112-02

铁路电力远动系统由远动控制主站、远动终端和通信通道三部分组成,是近年来在国内全面推广的铁路电力新技术,其技术含量高,是涉及铁路电力工程设计、各级电力调度管理模式、远动终端的数据采集和处理、各级远动控制主站与远动终端之间数据通信及计算机系统等多专业的系统工程。

一、铁路电力系统的构成

(一)车站监控系统

该系统包括高压监控系统、低压监控系统。高压监控系统主要是对车站10kV变压器原边输入电压、输入电流的监控。它包括对输入电压值、输入电流值的监测,以及对安装于10kV电线路上的高压断路器的控制。低压监控系统主要对车站10kV变压器次级输出电压、输出电流的监控。它包括对输出电压值、输出电流值的监测;对输出电流的故障录波;对低压配电盘中低压断路器的控制。

(二)变、配电所监控系统

该系统主要包括对铁路变、配电所内高压设备的监控,以及对直流电源系统的监控。该系统铁路内一般采取两种方式。方式一:变、配电所高压设备二次保护装置全面采用微机保护装置。高压设备的分合全部采用微机控制。高压设备的保护整定值的设置也由操作员通过微机设置完成。方式二:变、配电所高压设备二次保护装置仍然采用继电器保护装置。同时,变、配电所内增设微机监测装置。这两种方式都能为电力远动系统提供必要的数据接口,但是在方式二中,变、配电所高压设备微机控制能力略显不足,实现电力系统“远动”比较困难。

(三)通讯通道

如果说电力远动系统是一棵大树,车站监控系统及变、配电所监控系统是这棵大树的叶,那么通讯通道就是这棵大树的枝干。车站监控系统及变、配电所监控系统所采集的大量信息通过通讯通道送往调度中心,调度中心通过该通道向车站监控系统及变、配电所监控系统下达遥控指令。目前,在铁路内部,通讯通道一般采用公网进行通讯。通讯设备一般采用调制解调器。该种方式优点是通讯通道运营成本较低,但通讯速度较慢。

(四)调度中心

调度中心是电力远动系统的核心,大量的数据从车站及变、配电所通过通讯通道被送往调度中心,调度中心对数据进行分析、处理、保存。铁路局、水电段的调度人员也可通过调度中心直接远程操控车站及变、配电所的现场设备。

二、电力远动系统功能分析

(一)遥测、遥信、遥控功能

遥测、遥信、遥控和遥调是远动系统的基本功能。应用通信技术传送被测变量的测量值,称为远程测量,简称遥测。应用通信技术完成对设备状态信息的监视,称为远程信号,简称遥信。

调度控制中心送给发电厂或变电所的远程命令有控制命令和调节命令等。应用通信技术,完成改变运行设备状态的命令称为远程命令,又称遥控。当调度控制中心需要直接抑制发电厂、变电所中的某些设备,如断路器的合闸、分间,发电机的开机、停机等,就发出相应的控制命令。这种应用通信技术,完成对有两个确定状态的运行设备的控制称为远程切换。在我国通常把远程切换也称为遥控。

远动系统的功能根据电力系统的实际需要还在不断地扩展,为了有助于分析电力系统的事故、保证远动装置的正常运行和便于维护,还具有自检查、自诊断等功能等。

(二)线路故障检测

远动系统在线路故障检测中发挥了重要的作用。故障发生时,采用过电流检测原理,即判断线路电流是否超过整定值来检测故障。由FTU检测到故障并上报主站,主站系统首先完成故障自动定位功能,在确认线路失电的情况下,自动遥控断开故障线段两侧的负荷开关,隔离故障点,最后,自动下发遥控命令闭合两侧配电所出线开关,恢复非故障线段的供电,并给出提示信息和故障处理报告,供调度员作进一步分析。故障发生时,主站自动查找故障区间内所有FTU的暂态3I0值,找到最大值所在的FTU,则故障点位于该FTU相邻的某一侧。然后比较该FTU两侧的暂态3I0值,找到较大者,并比较最大值与较大值暂态零序电流的方向,如果相同,则故障点位于最大值FTU的另一侧;如果相反,则故障点位于两者之间。主站系统根据FTU上报的线路电压数据,高压断相故障的位置应该在第一个出现任意线电压或相电压低于断相故障电压上限门槛值(如小于180V),而且大于断相电压下限门槛值(不为0,如大于30V)的开关和与其相邻的上游开关之间。

三、铁路远动干扰分析

(一)主要干扰源

主要干扰源主要包括以下几点:

1.自然干扰源。所谓自然干扰源,是指由于大自然现象所造成的各种电磁噪声,主要包括大气层噪声、雷电、太阳异常电磁辐射以及来自宇宙的电磁辐射噪声等。

2.放电过程产生的干扰。放电现象包括摩擦分离产生的静电放电、电晕放电 (辉光放电)、弧光放电等。其中,静电放电属于瞬态放电,电晕放电、弧光放电属于持续放电。伴随着放电过程会产生放电噪声和电磁干扰,对电路、装置造成危害。

3.来自电网的干扰。配电线路的阻抗及与配电线路相接的负载发生变化,例如大功率设备和大功率电机的肩动,大型变压器的励磁冲击电流等,这些现象都会造成供电电压的瞬时变动。供电电压的瞬时变动会产生掉电过电压、电流冲击和高频振荡等干扰。

铁路电力远动系统设备本身不会对外部产生干扰,因此其抗干扰要达到的目的就是通过各种干扰抑制技术,将干扰源与设备之间的耦合减弱到能接受的程度。抗干扰措施主要有屏蔽、接地、滤波和瞬态噪声抑制技术。

(二)抗干扰措施

1.合理布置自动化设备位置和布线。大多数RTU子站(或一体化微机保护装置等)都安装在高压室的开关柜上,“四遥”信息通过一根由高压室接到主控室的通信电缆,以RS-485等接口方式与RTU(或通信管理机等)进行传送。 此电缆很容易受到来自开关操作、电力负荷波动以及强电电缆产生的电磁场干扰,这些干扰轻则增大“四遥”信息的误码牢,重则会使RS-485等接口损坏。另外,高压室内的温度在夏天时较高,RTU子站(或一体化微机保护装置等)内部因热量而产生的噪声干扰不容忽视。

2.使用电磁密封衬垫减少缝隙阻抗。电磁密封衬垫是一种弹性的导电材料,它的作川是将缝隙中的非接触点添满,消除缝隙。如果在缝隙处安装上连续的电磁密封衬垫,那么对于电磁波而言,就如同在液体容器的盖子上使用了橡胶密封衬垫后不会发生液体泄漏一样,不会发生电磁波的泄漏。这是目前广泛应用的方法。

3.使用限流避雷针和电解电极。雷电直击建筑物将带来反击及近距离强烈感应现象,要防止设备损坏,就必须严格进行等电位施工及每台设备前安装避雷器。其实这种要求是很难做到的。当直击雷发生后,减小入地电流,不失为一种最佳选择。使用限流避雷针和电解地极能够有效减小入地电流。

4.开关电源滤波电路。铁路电力远动系统设备的电源取自贯通线(或自闭线)的变压器。由于贯通线线路用电量经常变化,发电设备工作不稳定,造成电网波形失真严重、电网电压波动范嗣大,使得远动系统设备的开关电源电路很容易受到干扰,造成开关电源不能正常工作。

总之,铁路电力远动技术的应用能够使调度值班员在调度中心就可以实时监控全线电力系统的运行情况,也能够使调度中心的上级主管部门及时掌握系统运行的状态,进一步提高故障分析的全面性;同时远程操作大大降低了操作人员人身事故发生的几率,适应了新时代经济发展的要求。

参考文献

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