趙 研

北京西供電車間

牽引變電所綜合自動化的初探

趙 研

北京西供電車間

經(jīng)過火車的六次大提速后，我北京供電段管轄的牽引變電所采用的集成電路型繼電保護裝置，愈來愈成為制約牽引供電安全運行的瓶頸。為了適應(yīng)運輸形勢的需要，目前我北京供電段管內(nèi)所有變電所亭基本上都在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行了綜合自動化設(shè)備改造。通過設(shè)備綜合自動化改造，對我們北京供電段的牽引供電設(shè)備供電質(zhì)量和設(shè)備科技含量有了質(zhì)的飛躍。通過改造施工及日常學(xué)習(xí)我段變電職工對于牽引供電綜合自動化系統(tǒng)的認(rèn)識有了進(jìn)一步的加深。

變電所；綜合自動化；內(nèi)容；特點

對110kv及以上電壓等級變電所，以服務(wù)于供電系統(tǒng)安全、 經(jīng)濟運行為中心。通過先進(jìn)的計算機技術(shù)、通信技術(shù)的應(yīng)用，為新的保護和控制技術(shù)采用提供技術(shù)支持，解決過去能解決的變電所監(jiān)視、控制問題 ，促進(jìn)各專業(yè)在技術(shù)上、管理上配合協(xié)調(diào)，為鐵路電網(wǎng)自動化進(jìn)一步發(fā)展提供基礎(chǔ)，提高變電所安全、可靠和穩(wěn)定。下面主要從牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容、綜合自動化的主要特點等方面進(jìn)行論述。

1、牽引變電所綜合自動化研究的主要內(nèi)容

對110kv及以上電壓等級變電所，以服務(wù)于牽引供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行為中心。通過先進(jìn)的計算機技術(shù)、通信技術(shù)的應(yīng)用，為新的保護和控制技術(shù)采用提供技術(shù)支持，解決過去能解決的變電所監(jiān)視、控制問題，促進(jìn)各專業(yè)在技術(shù)上、管理上配合協(xié)調(diào)，為牽引供電自動化進(jìn)一步發(fā)展提供基礎(chǔ)，提高變電所自身安全、可靠和穩(wěn)定運行水平。如，采集高壓電器設(shè)備本身的監(jiān)視信息，斷路器、變壓器和避雷器等的絕緣和狀態(tài)等；采集繼電保護和故障錄波器等裝置完成的各種故障前后瞬態(tài)電氣量和狀態(tài)量的記錄數(shù)據(jù)，將這些信息傳送給調(diào)度中心，以便為電氣設(shè)備的監(jiān)視和制定檢修計劃、事故分析，提供原始數(shù)據(jù)。對新建變電所取消常規(guī)的保護、測量監(jiān)視、控制屏，全面實現(xiàn)變電所綜合自動化，實現(xiàn)少人值班逐步過渡到無人值班；對老變電所在控制、測量監(jiān)視等進(jìn)行技術(shù)改造，以達(dá)到少人和無人值班的目的（目前我段的牽引變電所值班人數(shù)基本為7人）。

對35KV及以下電壓等級變電所（或分區(qū)亭、開閉所），以提高供電安全與供電質(zhì)量，改進(jìn)和提高用戶服務(wù)水平為重點。側(cè)重于利用變電所綜合自動化系統(tǒng)，對變電所的二次設(shè)備進(jìn)行全面的改造，取消的保護、測量、監(jiān)視和控制屏，全面實現(xiàn)變電站綜合自動化，以提高變電所的監(jiān)視和控制技術(shù)水平，改進(jìn)管理，加強用戶服務(wù)，實現(xiàn)變電所無人值班。

1.1 變電所綜合自動化要實現(xiàn)的目標(biāo)：

1.1.1 隨時在線監(jiān)視電網(wǎng)運行參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)；自檢、自診斷設(shè)備本身的異常運行，發(fā)現(xiàn)變電所設(shè)備異常變化或裝置內(nèi)部異常時，立即自動報警并閉鎖相應(yīng)的出口，以防止事態(tài)擴大。

1.1.2 變電所或接觸網(wǎng)出現(xiàn)事故時，快速采樣、判斷、決策，迅速隔離和消除事故，將故障限制在最小范圍。

1.1.3 完成變電所運行參數(shù)在線計算、存儲、統(tǒng)計、分析報表和遠(yuǎn)傳，保證自動和遙控調(diào)整電能質(zhì)量。

1.1.4 變電所綜合自動化應(yīng)包括兩個方面：

1.1.4.1 橫向綜合：利用計算機手段將不同廠家的設(shè)備連在一起，替代或升級老設(shè)備。

1.1.4.2 縱向綜合：在變電所層這一級，提供信息、優(yōu)化、綜合處理分析信息和增加新的功能，增加變電所內(nèi)部和各控制中心間的協(xié)調(diào)能力。如借用人工智能技術(shù)，在控制中心間的協(xié)調(diào)能力。如借用人工智能技術(shù)，在控制中心實現(xiàn)對變電所控制和保護系統(tǒng)進(jìn)行在線診斷和事件分析，或在變電所當(dāng)?shù)刈詣踊δ軈f(xié)調(diào)之下，完成電網(wǎng)故障后自動恢復(fù)。

變電所綜合自動化與一般自動化區(qū)別在于：自動化系統(tǒng)是否作為一個整體執(zhí)行保護、檢測和控制功能。

2、變電所綜合自動化系統(tǒng)的特點

牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機化、測量顯示數(shù)字化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特征。同傳統(tǒng)變電所二次系統(tǒng)不同的是：各個保護、測控單元既保持相對獨立，（如繼電保護裝置不依賴于通信或其他設(shè)備，可自主、可靠地完成保護控制功能，迅速切除和隔離故障），又通過計算機通信的形式，相互交換信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，協(xié)調(diào)配合工作，減少了電纜和設(shè)備配置，增加了新的功能，提高了變電所整體運行控制的安全性和可靠性。

2.1 功能綜合化

變電所綜合自動化系統(tǒng)是各技術(shù)密集，多種專業(yè)技術(shù)相互交叉、相互配合的系統(tǒng)。它是建立在計算機硬件和軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它綜合了變電所內(nèi)除一次設(shè)備和交、直流電源以外的全部二次設(shè)備。微機監(jiān)控子系統(tǒng)綜合了原來的儀表屏、操作屏、模擬屏和變送器柜、遠(yuǎn)動裝置、中央信號系統(tǒng)等功能；微機保護子系統(tǒng)代替了電磁式或晶體管式的保護裝置；微機保護子系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，綜合了故障錄波、故障測距、無功電壓調(diào)節(jié)和中性點非直接接地系統(tǒng)等子系統(tǒng)的功能。

2.2 分級分布式微機化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)和各功能模塊由不同配置的單片機或微型計算機組成，采用分布式結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)、總線將微機保護、數(shù)據(jù)采集、控制等各子系統(tǒng)連接起來，構(gòu)成一個分級分布式的系統(tǒng)。一個綜合自動化系統(tǒng)可以有十幾個甚至幾十個微處理器同時并行工作，實現(xiàn)各種功能。

2.3 測量顯示數(shù)字化

用LED顯示器上的數(shù)字顯示代替了常規(guī)指針式儀表，直觀、明了；而打印機打印報表代替了原來的人工抄表，這不僅減輕了值班員的勞動強度，而且提高了測量精度和管理的科學(xué)性（現(xiàn)階段我段改造后的變電所仍為手工抄表）。

2.4 操作監(jiān)視屏幕化

變電所實現(xiàn)綜合自動化，使原來常規(guī)龐大的模擬屏被LED屏幕上的實時主接線畫面取代；常規(guī)在斷路器安裝處或控制屏上進(jìn)行的分、合閘操作，被屏幕上的鼠標(biāo)操作或鍵盤操作所取代；常規(guī)在保護屏上的硬連接片被計算機屏幕上的軟連接片所取代；常規(guī)的光字牌報警信號，被屏幕畫面閃爍和文字提示或語音報警所取代，即通過計算機上的顯示器，可以監(jiān)視全變電所的實時運行情況和對各開關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作控制。

2.5 運行管理智能化

智能化的含義不僅是能實現(xiàn)許多自動化的功能，例如：電壓、無功自動調(diào)節(jié)，不完全接地系統(tǒng)單相接地自動選線，自動事故判別與事故記錄，事件順序記錄，制表打印，自動報警等，更重要的是能實現(xiàn)故障分析和故障恢復(fù)操作智能化，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)本身的故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)等功能，這對于提高變電所的運行管理水平和安全可靠性是非常重要的，也是常規(guī)的二次系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的。變電所綜合自動化的出現(xiàn)為變電所的小型化、智能化、擴大設(shè)備的監(jiān)控范圍、提高變電所安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證。

變電所綜合自動化是實現(xiàn)無人值班（或少人值班）的重要手段，不同電壓等級、不同重要性的變電所其實現(xiàn)無人值班的要求和手段不盡相同。但無人值班的關(guān)鍵是通過采取種種技術(shù)措施，提高變電所整體自動化水平，減少事故發(fā)生的機會，縮短事故處理和恢復(fù)時間，使變電所運行更加穩(wěn)定、可靠。

2.6 變電所綜合自動化運用的優(yōu)點有：

2.6.1 控制和調(diào)節(jié)由計算機完成，減少了勞動強度，避免了誤操作。

2.6.2 簡化了二次接線，整體布局緊湊，降低變電所建設(shè)投資。

2.6.3 通過設(shè)備監(jiān)視和自診斷，延長了設(shè)備檢修周期，提高了運行可靠性。

2.6.4 變電所綜合自動化以計算機技術(shù)為核心，具有發(fā)展、擴充的余地。

2.6.5 減少了人的干預(yù)，使人為事故大大減少。

2.6.6 解決變電所亭對于值班人員日益短缺的供需矛盾，減少人員工資等各項支出成本，提高供電段的經(jīng)濟效益。

2.6.7 減少占地面積，降低了二次建設(shè)投資和變電所運行維護成本；設(shè)備可靠性增加，維護方便；減輕和替代了值班人員的大量勞動；延長了供電時間，減少了供電故障。

2.7 目前我段對于運用變電所綜合自動化的不足

2.7.1 老設(shè)備在綜自改造后仍遺留下一下不足之處，如老變電所改造后部分二次設(shè)備電纜還未得到及時理順清理。

2.7.2 目前實現(xiàn)設(shè)備綜合自動化的程度還未達(dá)到設(shè)備的相關(guān)要求，如目前像京廣線所亭是設(shè)備改造后仍使用人工手動倒閘作業(yè)及人工手動進(jìn)行接掛地線，而不是用電腦操作。

2.7.3 目前京廣線各變電所亭仍為有人化值班，無人化值守的相應(yīng)監(jiān)控設(shè)備及遠(yuǎn)動裝置未能得到有效落實。

2.7.4 目前京廣線各變電所亭的日常報表工作任由所亭的值班人員手工來完成。

2.7.5 我段應(yīng)用的綜合自動化系統(tǒng)來自多個廠家，系統(tǒng)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，這對綜合自動化系統(tǒng)的日常維護造成一定的困難。

2.7.6 我段對于綜合自動化系統(tǒng)對微機嚴(yán)重的依賴缺乏有效的防范措施，現(xiàn)有改造后的所亭后臺機缺乏必要的硬件備份系統(tǒng)。

結(jié)束語：

通過對牽引變電所亭綜合自動化系統(tǒng)優(yōu)缺點的初步探討研究，我們認(rèn)為實現(xiàn)我段管內(nèi)各變電所亭設(shè)備的綜合自動化改造是鐵路高速發(fā)展的一個必經(jīng)之路，目前我段也正在進(jìn)行著這一工作，而鑒于現(xiàn)階段我北京供電段管內(nèi)的設(shè)備管理現(xiàn)狀即“點多、線長”，各牽引變電所仍實行有人值班，沒有將安全監(jiān)視系統(tǒng)與綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)的這一現(xiàn)實情況，對于實行變電所亭無人化值班，這是一個必要的前提，也是下一階段我們應(yīng)該努力實現(xiàn)的一個方向。

[1]劉賡然,羅映紅.基于IEC61850的高速鐵路客運專線AT所綜合自動化系統(tǒng)配置研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計. 2013(09).