馮 寧

0 引言

鐵路配電所是鐵路電力供電系統(tǒng)的主要組成部分，是鐵路運(yùn)輸組織中的重要技術(shù)裝備，是維持鐵路運(yùn)輸正常秩序的電力供應(yīng)中樞，具有設(shè)備多而集中、技術(shù)復(fù)雜的特點(diǎn)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)家對(duì)鐵路運(yùn)輸業(yè)基本建設(shè)和改造工程的投資不斷加大，一些高科技產(chǎn)品和技術(shù)在鐵路電力設(shè)備中得到推廣和應(yīng)用，鐵路配電所的改造設(shè)計(jì)項(xiàng)目也越來越多。既有配電所改造設(shè)計(jì)與新建配電所設(shè)計(jì)有著明顯的不同，其主要表現(xiàn)在：運(yùn)行中的既有配電所改造必須結(jié)合既有情況考慮設(shè)備選型及配置，需要既滿足技術(shù)先進(jìn)性又兼顧經(jīng)濟(jì)性，而且還要解決現(xiàn)有設(shè)備在運(yùn)行過程中的問題，要考慮的問題遠(yuǎn)比新建配電所復(fù)雜。根據(jù)筆者幾年來在新菏兗日、濱綏、豐沙大等數(shù)條長(zhǎng)大干線設(shè)計(jì)實(shí)踐，就配電所改造設(shè)計(jì)的若干問題進(jìn)行初步探討。

1 一次設(shè)備選擇

鐵路配電所改造過程中，大多遇到的是20 世紀(jì)90 年代初之前建設(shè)的配電所，在改造過程中，尤其是利舊改造，應(yīng)充分利用既有空間進(jìn)行設(shè)備選擇，筆者就遇到的若干問題進(jìn)行初步探討。

1.1 有載調(diào)壓器是否必要

在標(biāo)準(zhǔn)鐵路配電所設(shè)計(jì)中，有載調(diào)壓器以及調(diào)壓器柜是配電所主接線的標(biāo)準(zhǔn)配置。在配電所改造過程中，可能由于投資或者面積的限制，有運(yùn)營(yíng)單位提出，可以取消調(diào)壓器和調(diào)壓器柜。理由是當(dāng)前電力系統(tǒng)供電電壓穩(wěn)定，不需要調(diào)壓。

筆者認(rèn)為，這種考慮是不夠全面的。設(shè)置有載調(diào)壓器的用途有2 點(diǎn)：一是鐵路供電系統(tǒng)中，給自動(dòng)閉塞及電力貫通線路供電的變、配電所設(shè)有有載調(diào)壓器，通過調(diào)壓器調(diào)整自閉（貫通）母線段的電壓，保障自閉（貫通）母線段的供電質(zhì)量，從而保證自閉（貫通）線路的穩(wěn)定運(yùn)行；二是出于鐵路電力自閉（貫通）線系統(tǒng)供電連續(xù)可靠性的考慮。因?yàn)殍F路電力自閉（貫通）線系統(tǒng)容量不大但可靠性要求高，所以目前在鐵路10 kV 配電系統(tǒng)采用的是中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。該方式的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)仍可在故障狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，有供電連續(xù)性高的優(yōu)點(diǎn)。由于鐵路10 kV 自閉（貫通）線路通過10/10 kV 調(diào)壓器饋出，有載調(diào)壓器可以起到隔離其他段母線和自閉（貫通）母線的作用，這樣其他段母線出現(xiàn)單相接地故障不致影響到自閉（貫通）線路的正常工作，從而保證10 kV 自閉（貫通）線路供電的連續(xù)、可靠。

由此可以看出，調(diào)壓器的設(shè)置并非可有可無，不能因?yàn)槠渌麠l件的限制在改造設(shè)計(jì)過程中就將其棄之不用。

1.2 永磁操作機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)有彈簧操作機(jī)構(gòu)和電磁操作機(jī)構(gòu)。彈簧操作機(jī)構(gòu)由彈簧儲(chǔ)能、合閘、保持合閘和分閘幾個(gè)部分組成。優(yōu)點(diǎn)是不需要大功率的電源，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜，成本高，可靠性較難保證。電磁操作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但結(jié)構(gòu)笨重，合閘線圈消耗功率很大。在借鑒了以上2 種操作機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)永磁操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。它由永久磁鐵、合閘線圈和分閘線圈組成，永磁操作機(jī)構(gòu)是一種新設(shè)備、新技術(shù)、新課題，它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)量少、體積小、重量輕的特點(diǎn)。但在運(yùn)營(yíng)過程中也被反映有以下問題：一是分合閘控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能分合閘操作；二是不適用于交流操作。當(dāng)然該問題也引起生產(chǎn)廠家的重視并進(jìn)行了相應(yīng)的改造嘗試。

在鐵路配電所改造過程中，筆者曾經(jīng)和不同的運(yùn)營(yíng)單位進(jìn)行過多次接觸和溝通，大家對(duì)永磁操作機(jī)構(gòu)表現(xiàn)了不同的態(tài)度。筆者認(rèn)為對(duì)于新技術(shù)的使用應(yīng)該采用積極謹(jǐn)慎的態(tài)度，首先要保證鐵路供電的可靠性，其次在可以充分發(fā)揮永磁機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案中考慮選擇永磁操作機(jī)構(gòu)。例如在那些面積約束比較大，能夠較方便實(shí)現(xiàn)跨所供電的配電所，在選用永磁操作機(jī)構(gòu)的同時(shí)，要考慮到其分合閘控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能手動(dòng)分合閘操作的缺陷，做好補(bǔ)救措施。

2 配電所綜合自動(dòng)化改造

2.1 保護(hù)裝置分散式布置

鐵路配電所二次設(shè)備改造中，目前的主流做法是進(jìn)行微機(jī)保護(hù)改造，從而實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)綜合自動(dòng)化。所謂綜合自動(dòng)化，就是廣泛采用微機(jī)保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)，分別采集配電所的模擬量、脈沖量、開關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號(hào)，經(jīng)過功能的重新組合，按照預(yù)定的程序和要求實(shí)現(xiàn)配電所監(jiān)視、測(cè)量、協(xié)調(diào)和控制自動(dòng)化的集合體和全過程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源共享，提高配電所綜合自動(dòng)化的整體效益。

由于受到配電所現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行設(shè)備的限制，一般觀點(diǎn)是在原來設(shè)備配置的基礎(chǔ)上，增加計(jì)算機(jī)管理功能，按配電所的規(guī)模配置相應(yīng)容量、功能的微機(jī)保護(hù)裝置和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置，安裝在控制室內(nèi)；電源、各進(jìn)出線路及站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)通過電流互感器、電壓互感器或相應(yīng)變送器，經(jīng)電纜傳送到主控制室的微機(jī)保護(hù)裝置和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置，經(jīng)初步處理后送到前置機(jī)預(yù)處理，并與調(diào)度端的主計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。上位計(jì)算機(jī)完成當(dāng)?shù)仫@示、控制和制表打印功能，這樣就構(gòu)成了配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

現(xiàn)階段，在配電所二次改造設(shè)計(jì)中持上述觀點(diǎn)的還不少，但配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的目標(biāo)是根據(jù)鐵路配電運(yùn)行的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其無人值班高可靠性、配置靈活、自動(dòng)化程度高；網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)等。上述集中式控制系統(tǒng)的諸多不足已顯現(xiàn)，如：系統(tǒng)信息過于集中處理問題；中央控制計(jì)算機(jī)故障，整個(gè)二次系統(tǒng)癱瘓問題；需要敷設(shè)大量電纜問題；投資和工程量大問題；系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)采集后以模擬量傳輸為主，系統(tǒng)精度低，易受干擾信號(hào)的影響問題；集中式裝置系統(tǒng)調(diào)試麻煩，維護(hù)工作量大問題；擴(kuò)容靈敏性差且信息傳輸速度低等問題。

所以，筆者建議盡量實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置分散式布置。《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》中第5.4.2 條“10 kV 變電所、10 kV 配電所、35 kV 及以上變電所控制保護(hù)設(shè)備可采用就地分散布置?！痹谙鄳?yīng)的條文說明里，解釋如下：傳統(tǒng)的控制保護(hù)設(shè)備由于受高壓開關(guān)設(shè)備震動(dòng)影響，一般不設(shè)在高壓柜上。隨著高壓電器技術(shù)的發(fā)展，高壓開關(guān)一般采用了真空斷路器等無油化設(shè)備，分合閘不會(huì)造成控制保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)，因此可采用就地分散布置在高壓開關(guān)柜上，以減少占地面積和節(jié)約控制電纜。

2.2 組網(wǎng)方式選擇

分散分層分布式是配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向，這就對(duì)通信的可靠性提出了更高的要求，選擇一個(gè)可靠、高效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是解決問題關(guān)鍵。

目前，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)主要有485 總線網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)3 種，各種網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中各有特點(diǎn)：485 總線在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間距離遠(yuǎn)，信息量小，可靠程度相對(duì)較低的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛；現(xiàn)場(chǎng)總線在目前配電所綜合自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其較高的傳輸速率，可靠的通信連接得到用戶的肯定。20 世紀(jì)90 年代中期，國(guó)內(nèi)外曾掀起一場(chǎng)“現(xiàn)場(chǎng)總線熱”，但是由于技術(shù)上的原因以及采用設(shè)備總線時(shí)信息量大且傳輸較慢的特點(diǎn)，造成了現(xiàn)場(chǎng)總線存在多種標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了其發(fā)展。但隨著現(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障錄波、負(fù)荷監(jiān)測(cè)等大數(shù)據(jù)量需求的提高，以及隨著新技術(shù)在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用以及嵌入式以太網(wǎng)微處理器的發(fā)展，以太網(wǎng)已十分便利地應(yīng)用于變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以太網(wǎng)技術(shù)成為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)組網(wǎng)的主流趨勢(shì)，它具有高可靠、高速率的傳輸特性，而規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化及開放性使其優(yōu)勢(shì)更加明顯，大數(shù)據(jù)量傳輸無任何瓶頸，因此建議在設(shè)計(jì)中采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)。

從以上分析也可以看出隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在配電所領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，配電所綜合自動(dòng)化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，并得到了廣泛應(yīng)用。電力專業(yè)不再是單一行業(yè)，因此，設(shè)計(jì)人員要學(xué)習(xí)掌握各種技術(shù)才能為鐵路事業(yè)的發(fā)展作出自己的貢獻(xiàn)。

2.3 相關(guān)消防問題探討

采用保護(hù)裝置分散式布置，微機(jī)保護(hù)設(shè)備安裝在高壓開關(guān)柜上，布置于高壓室，而有電子設(shè)備的高壓室的消防要求則未見明確規(guī)范。在《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》中第5.4.2 條關(guān)于控制保護(hù)設(shè)備可采用就地分散布置的條文為新增條文，同書中僅在5.5.10 中要求“變配電所的火災(zāi)報(bào)警及滅火裝置應(yīng)滿足現(xiàn)行消防規(guī)范”。故保護(hù)裝置分散布置后的高壓室的消防要求成為空白。

結(jié)合工程實(shí)際，筆者認(rèn)為有條件的情況下，還是應(yīng)該考慮在保護(hù)控制設(shè)備分散布置的高壓室設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，在相關(guān)規(guī)定暫時(shí)未明確的情況下，建議先在高壓室設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，布置相應(yīng)感溫感煙探測(cè)器，以便在出現(xiàn)狀況時(shí)能夠報(bào)警。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)基本建設(shè)和改造工程投資的不斷加大，鐵路變配電所的改擴(kuò)建項(xiàng)目也越來越多，如何謹(jǐn)慎積極地采用新技術(shù)、如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、如何全面提高鐵路變配電所的技術(shù)水平和運(yùn)營(yíng)維護(hù)水平，提高供電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益是設(shè)計(jì)者關(guān)注的重點(diǎn)。上述是在數(shù)條長(zhǎng)大干線設(shè)計(jì)過程中遇到的相關(guān)問題的思考以及解決辦法的探討，筆者從設(shè)計(jì)及運(yùn)行的角度提出上述看法，歡迎指正。

[1] TB10008-2006 鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社.

[2] TB10063-2007 鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社.