陳濤方

(武漢鐵路局武漢供電段，湖北 武漢 430023)

淺析鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)控制

陳濤方

(武漢鐵路局武漢供電段，湖北 武漢 430023)

首先簡要介紹了鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并分析了其主要功能，同時(shí)闡述了干擾源對(duì)鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的不良影響，在此基礎(chǔ)上探討了鐵路電力系統(tǒng)抗干擾的設(shè)計(jì)方案，包括屏蔽、隔離、接地等，以提高鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)控制的可靠性。

鐵路電力；遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)；控制

0 引言

在我國鐵路事業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用。鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)控制進(jìn)一步提升了鐵路運(yùn)營管理水平，同時(shí)也提高了鐵路供電的可靠性，并大大降低了鐵路運(yùn)營成本，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成，即遠(yuǎn)動(dòng)控制主站、遠(yuǎn)動(dòng)終端以及通信通道[1]。鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是近年來我國普遍推廣的一種電力新技術(shù)，其涉及鐵路電力的設(shè)計(jì)、調(diào)度與管理以及遠(yuǎn)動(dòng)終端的數(shù)據(jù)采集處理等多個(gè)方面，技術(shù)含量較高。

一個(gè)10 kV的鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，就是一個(gè)綜合的鐵路電力供應(yīng)以及運(yùn)行設(shè)備管理系統(tǒng)。鐵路供電的特殊性，決定了這個(gè)系統(tǒng)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理[2]。鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)常用的結(jié)構(gòu)為分層分布式，該系統(tǒng)可以對(duì)鐵路沿線的變配電所、供電線路等的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并減少各種事故隱患，使排除故障的速度得以加快，以滿足鐵路運(yùn)營的供電需求。

當(dāng)前，鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)一般設(shè)置為N鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，由一臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)控制主機(jī)對(duì)應(yīng)多個(gè)被控制的終端。該系統(tǒng)不僅有遙控、通信等功能，還可以判斷并切除故障線路。圖1為鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的N鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。

圖1 鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要功能

2.1 遙測、遙信、遙控

鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)具備遙測、遙信與遙控等功能。所謂遙測，就是系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏υO(shè)備的運(yùn)行信息進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測。所謂遙信，就是運(yùn)用通信技術(shù)將被測變量與參數(shù)傳遞出去。所謂遙控，就是調(diào)度中心能夠向變配電所等發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令或者調(diào)節(jié)指令。如果調(diào)度中心需要對(duì)變配電所的設(shè)備進(jìn)行控制，如開、合高壓隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)等，這個(gè)時(shí)候就可以運(yùn)用通信技術(shù)發(fā)出相應(yīng)的指令。這種通過通信技術(shù)對(duì)確定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制的行為，我們稱作遠(yuǎn)程切換，也常稱為遙控。

2.2 及時(shí)檢測線路故障

在鐵路電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)能夠發(fā)揮檢測故障線路的作用，其主要運(yùn)用檢測電流的方法，即判斷線路中的電流是否超過額定值。首先運(yùn)用FTU對(duì)故障進(jìn)行檢測，然后向主站控制中心上報(bào)檢測信息，主站根據(jù)獲取的信息對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)定位，在確認(rèn)線路故障點(diǎn)后，系統(tǒng)將運(yùn)用自動(dòng)遙控功能控制故障線路兩端的隔離開關(guān)，將故障點(diǎn)斷開。之后系統(tǒng)通過遙控指令將故障兩側(cè)變配電所的開關(guān)閉合，保障非故障區(qū)段能夠正常供電。最后得到故障處理報(bào)告以及相應(yīng)的提示信息，并上報(bào)調(diào)度中心。發(fā)生故障后，主站控制中心會(huì)根據(jù)FTU的暫態(tài)情況來搜索故障區(qū)間，得出FTU暫態(tài)最大值，則可確定故障點(diǎn)在哪個(gè)FTU附近，然后對(duì)比暫態(tài)電流的方向，進(jìn)而確定故障發(fā)生的具體位置。

3 鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的抗干擾分析

3.1 干擾源的不良影響

鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)主要受電網(wǎng)自身干擾以及放電帶來的干擾影響等。不管是采用直流還是交流電源供電，電源與干擾源之間均有很多耦合通道，這些通道對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備有很大的影響，包括對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部分中央處理器的影響。如果遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備的模擬量被干擾，很可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)采樣出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而影響到數(shù)據(jù)與計(jì)量的精確性，也容易導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)動(dòng)作，使遠(yuǎn)動(dòng)終端的設(shè)備與微機(jī)保護(hù)部分元器件出現(xiàn)損壞。如果遠(yuǎn)動(dòng)終端的開關(guān)輸入、輸出被干擾，很可能導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)終端判斷不準(zhǔn)、調(diào)試終端數(shù)據(jù)出錯(cuò)或者CPU無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重者甚至?xí)茐倪h(yuǎn)動(dòng)終端的程序。

3.2 抗干擾設(shè)計(jì)

3.2.1 屏蔽的設(shè)計(jì)

可以使用電纜屏蔽層對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端的高壓設(shè)備進(jìn)行屏蔽，將電纜屏蔽層兩端接地，以有效降低耦合感應(yīng)電壓。盡量選擇有屏蔽層的互感器，并將這些互感器應(yīng)用于變配電所及中繼站中，以有效避免遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)高頻干擾。將耐高壓的小電容接在遠(yuǎn)動(dòng)終端互感器的輸入端，以有效避免外界的高頻干擾[3]。

3.2.2 系統(tǒng)合理接地與布線

首先，將一次系統(tǒng)進(jìn)行接地處理，這樣可以起到保護(hù)設(shè)備、防雷以及中性點(diǎn)接地的作用，合理的接地系統(tǒng)能夠保障電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在斷路器柜的接地處應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的接地極，并在設(shè)備的接地處加接一定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)互接線，避免接地網(wǎng)中出現(xiàn)瞬時(shí)變化的電位差，并增強(qiáng)二次設(shè)備的電磁兼容性，以降低對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端的干擾率。其次，二次設(shè)備有工作接地與安全接地2種方式，運(yùn)用安全接地的方式可以避免在設(shè)備絕緣損壞或絕緣性能降低的情況下發(fā)生觸電的危險(xiǎn)，并提高設(shè)備的安全性。將電力設(shè)備的外殼進(jìn)行接地處理，使用多股軟銅線作為接地線，這種接地線具有較好的導(dǎo)電性，接地可靠，可以將一次設(shè)備的接地網(wǎng)與安全接地網(wǎng)連接起來。工作接地的主要目的是為微機(jī)控制系統(tǒng)、系統(tǒng)回路以及電力設(shè)備提供電位基準(zhǔn)，以此保障這些設(shè)備運(yùn)行的可靠性，避免地環(huán)流的干擾。第三，由于高低壓柜主要是應(yīng)用鍍鋅薄鋼板制成，具有一定的屏蔽功能，可以將高低壓柜進(jìn)行可靠接地。此外，遠(yuǎn)動(dòng)終端中的數(shù)字地以及微機(jī)電源地不能與其外殼連在一起，這樣可使機(jī)殼和電源線之間的電容減小，也能增強(qiáng)系統(tǒng)抗共模干擾的能力，以保障電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

3.2.3 使用隔離裝置

要想讓遠(yuǎn)動(dòng)終端電源不被干擾，可以使用隔離變壓器，通過變壓器初級(jí)與次級(jí)寄生電容的耦合來消除電源中的高頻噪聲。在變壓器初級(jí)與次級(jí)之間應(yīng)用屏蔽層進(jìn)行隔離，這樣可以減少分布電容，達(dá)到提高抗共模干擾的目的。通過控制斷路器、調(diào)壓器以及負(fù)荷開關(guān)分接頭的位置來抵抗開關(guān)輸出量的干擾，通過控制隔離開關(guān)、斷路器、負(fù)荷開關(guān)的觸點(diǎn)以及調(diào)壓器分接頭的位置來抵抗開關(guān)輸入量的干擾。盡量讓電力電纜與信號(hào)電纜分隔開來，在對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)注意互感的影響。在系統(tǒng)中可以使用光電耦合器，它具有很小的輸入阻抗，并且有較大的干擾源內(nèi)阻，在輸入以及輸出回路上沒有太多的分布電容，也具備較高的絕緣電容。應(yīng)用光電耦合隔離器能夠避免回路中一端的干擾傳輸?shù)搅硗庖欢耍M(jìn)而避免系統(tǒng)CPU受到干擾。

3.2.4 其他抗干擾措施

高次諧波可以通過低通濾波器消除，運(yùn)用雙端對(duì)稱輸入以及離散采集的方法，并選擇與軟件相對(duì)應(yīng)的數(shù)字濾波技術(shù)，可以抵抗共模干擾。將功能模塊進(jìn)行分散供電，在每個(gè)功能模塊上設(shè)置獨(dú)立的電壓超載保護(hù)裝置，以避免某塊穩(wěn)壓電源故障破壞了整個(gè)系統(tǒng)，也能夠降低公共電源出現(xiàn)耦合以及公共阻抗相互耦合的概率，有效提高了系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，將專門的變送器屏蔽柜去掉，然后將其封裝在RTU中，以簡化中間環(huán)節(jié)，也縮短了變送器輸出電路的長度。在通信站到終端的通信電纜上加上鋼管保護(hù)，這樣可以避免電纜交叉時(shí)出現(xiàn)同溝敷設(shè)。此外，在遠(yuǎn)動(dòng)終端與調(diào)度中心使用出錯(cuò)重發(fā)技術(shù)，直到確認(rèn)信息無誤為止。

4 結(jié)語

鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)能夠有效保障鐵路調(diào)度人員對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，也能夠讓調(diào)度中心的上級(jí)部門及時(shí)全面地掌握鐵路電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，提高故障分析與維護(hù)的可靠性。同時(shí)遠(yuǎn)程操作能夠降低工作人員發(fā)生事故的概率，適應(yīng)新時(shí)代鐵路跨越式發(fā)展的需求。

[1]陳鋒.鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)探析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010(9)

[2]阿勇.鐵路電力線路自動(dòng)化解決方案的研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2010(2)

[3]顏小平，陳小林，李萬略.廣州軌道交通換乘車站變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(8)

2014-06-30

陳濤方(1971—)，男，湖北京山人，助理工程師，研究方向：鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)控制及應(yīng)用。