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浅析铁路10kV变配电所综合自动化系统的应用

更新时间:2024-03-29      浏览次数:131

摘要:目前,在先进技术手段的推动下,国内铁路10kV变配电系统的自动化程度逐渐提升,进一步增强了铁路的管理运营效深本文将对铁路供电系统的特点进行分析,并探究铁路10kV变配电所自动化系统的应用。

关键词:变配电所;分布控制;集中控制

0 引言

铁路是我国重要的基础设施,是国内各地区开展交通运输活动的主体,而供电工程是保障铁路稳定运转的基础。基于此,对于铁路10kV变配电所自动化系统的应用的探究有着重要意义。

1 铁路供电系统特点

1.1电压等级不高

铁路的电力系统的主要职责在于为铁路站点的照明、空调维修、信号、通信、货运进行负荷供电。通常会从地方电网系统中引入10kV电源并设置变配电所,并为各站点的低压变电所供给电源。现阶段,铁路的电力系统主要以10kV电压为主,电压等级相对较低,保护装置配置也较为简单,有益于进一步实现铁路10kV变配电所的智能化、自动化,有助于提升铁路电力系统的运营效率、建设效率以及管理效率。

1.2 接线方式较为简单

铁路电力系统的显著特点在于接线方式较为简单,由于系统的断路器主要采取分段运行模式,从地方电网系统中引入10kV电源,并分别给配电所内两条母线进行供电,将母联开关设置在两条母线间。通常情况下,铁路供电系统两条母线在运行过程中互相独立,若一条母线电源出现停电,通过母联开关控制断路器合闸,将变电所的全部负荷转移到另一母线电源上,这种运行方式在电力系统中常见。这种较为简单的接线方式也使得铁路变配电所具有更为稳定、可靠的线路布置,通常每隔50km设置配电所,使用10kV贯通线连接两座相邻的配电所,使用探索供电模式进一步增强供电系统稳定性、可靠性。这种结构单一、接线简单的配电所并无明显的功能差异,有助于进一步推动变配电所的智能化、自动化发展。

2 铁路10kV变配电所自动化系统的应用

2.1 分控制方式

作为铁路10kV变配电所应用自动化控制系统的主要技术分布控制借助终端测控自动化控制断路器,收集数据信息,保护数据信息,并对各类数据信息进行控制。通常情况下,技术人员主要采取直接安装的方式,将测控终端安装在高压柜上,接入光纤或电缆,传递控制信息,采集信息,降低电磁干扰对信息传递的影响,进一步推动铁路电力系统运转的自动化。在铁路自动化变配电系统中,各测控终端均属于独立的运行模块,一旦某个测控终端模块在实际运行过程中出现故障,很难影响系统中的其余模块。此外,自动化系统借助分布控制连接高压柜与控制后台,使用光缆实现就地保护,避免控制电缆出现二次铺设问题进而降低铁路变配电所的运营维护成本,有助于铁路技术人员开展运行维护与故障排查工作,进一步推动铁路变配电系统的自动化。

测控终端自动化技术应用于铁路10kV变配电所系统中能够产生显著优势,有效分担变配电主站、子站在高速运转过程中所面对的工作压力,准确监测系统在运行过程中出现的各类故障及时开展故障隔离作业。同时,测控终端具有较强的天气适应能力,能够在恶劣的天气环境下,保障铁路电力系统的运行稳定、安全,及时检测电力系统运行中的各类问题,帮助技术人员及时排查系统的运行故障,进一步增强铁路变配电系统运行的稳定性、安全性、可靠性。

2.2 集中控制方式

集中控制作为相对有效的铁路10kV配电系统自动化控制方式,主要借助通信系统、终端设备、主站设备实现自动化控制终端设备主要负责对末端数据进行收集,由通信系统将采集到的末端数据信息传递到集中控制模式的主站设备,借助网络拓扑分析,由主站设备对故障位置、故障类型进行判断,用通信系统将控制信号传送至执行机构,将系统的故障区域准确实时地#行隔离,并全程为系统的安全区域进行供电。集中控制对于系统的主站控制功能存在一定要求,需要系统的主站可以准确、快速、实时地分析判断终端设备,传递各类数据信息,发出相应控制指令,并对故障进行准确快速地解除处理"。为确保铁路10kV变配电站系统的主站控制设备能够稳定、正常地运营,需要将终端设备收集到的各类数据信息传递到电力系统的各应用模块,为后续的故障判断工作提供有力的数据支持。

铁路10kV变配电所在应用集中控制方式时,主要将保护装置与控制测控装置安装在邻近高压室的控制室内,进而实现集中组屏。这种安装方法不仅能够有效采集模拟量、开关量,还可以实时保护、监控铁路10kV变配电所的数据信息以及设备的运行情况。在使用集中控制模式时,尤其要注意主站设备控制屏以及开关柜的二次电缆连接作业,若二次电缆连接使用较多电缆很有可能引发接线错误。相比于分布控制模式,集中控制模式在一定程度上增加了投资额与施工难度,但集中控制模式也有助于铁路10kV自动化变配电系统进一步实现集中化、综合化的战略目标,有益于推动自动化变配电所的智能化发展。

2.3 通信传输系统

若铁路10kV变配电系统出现故障,需要依靠通信传输系统将故障信息传递至主站设备中,并由主站设备将相应的控制指令传递到执行机构。基于此,系统的通信传输系统有着至关重要的作用,铁路10kV自动化变配电系统需要具备密码管理以及智能模拟功能,确保为铁路单位提供针对性更强的服务。主站控制中心在系统中主要承担信息传输功能,推动系统终端设备的交流互动,对各运行模块的数据信息进行准确判断、分析。为充分发挥上述功能,系统需要提高通信传输系统的配置。现阶段,大部分铁路10kV的通信传输系统难以满足自动化变配电所的通信需求,如果系统在实际运行中出现各类问题,很难实现数据信息的有效通信。因此,相关技术部门在设计通信传输系统时,应着重提升通信传输系统的灵活性,满足铁路10kV变配电系统的实际运行需求。

3 安科瑞Acrel-1000变电站综合自动化系统

3.1方案综述

Acrel-1000变电站综合自动化监控系统在逻辑功能上由站控层、间隔层二层设备组成,并用分层、开放式网络系统实现连接。站控层设备包括监控主机,提供站内运行的人机联系界面,实现管理控制间隔层设备等功能,形成全站监控,并与远方监控、调度通信;间隔层由若干个二次子系统组成,在站控层及站控层网络失效的情况下,仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。

针对工程具体情况,设计方案具有高可靠性,易于扩充和友好的人机界面,性能价格比*,监控系统由站控层和间隔层两部分组成,采用分层分布式网络结构,站控层网络采用TCP/IP协议的以太网。站控层网络采用单网双机热备配置。

3.2应用场所

适用于公共建筑、工业建筑、居住建筑等各行业35kV以下电压等级的用户端配、用电系统运行监视和控制管理。

3.3系统结构

image.png

3.4系统功能

3.4.1 实时监测

Acrel-1000变电站综合自动化系统,以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态,实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息,动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。

3.4.2 报警处理

监控系统具有事故报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号;预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限等。

1)事故报警。事故状态方式时,事故报警立即发出音响报警(报警音量任意调节),操作员工作站的显示画面上用颜色改变并闪烁表示该设备变位,同时弹窗显示红色报警条文,报警分为实时报警和历史报警,历史报警条文具备选择查询并打印的功能。

事故报警通过手动,每次确认一次报警。报警一旦确认,声音、闪光即停止。

次事故报警发生阶段,允许下一个报警信号进入,即次报警不覆盖上一次的报警内容。报警处理具备在主计算机上予以定义或退出的功能。

2)对每一测量值(包括计算量值),由用户序列设置四种规定的运行限值(物理下限、告警下限、告警上限、物理上限),分别定义作为预告报警和事故报警。

3)开关事故跳闸到次数或开关拉闸到次数,推出报警信息,提示用户检修。

4)报警方式。

报警方式具有多种表现形式,包括弹窗、画面闪烁、声光报警器、语音、短信、电话等但不限于以上几种方式,用户根据自己的需要添加或修改报警信息。

3.4.3 调节与控制

操作员对需要控制的电气设备进行控制操作。监控系统具有操作监护功能,允许监护人员在操作员工作站上实施监护,避免误操作。

操作控制分为四级:

第控制,设备就地检修控制。具有优先的控制权。当操作人员将就地设备的远方/就地切换开关放在就地位置时,将闭锁所有其他控制功能,只进行现场操作。

级控制,间隔层后备控制。其与第三级控制的切换在间隔层完成。

第三级控制,站控层控制。该级控制在操作员工作站上完成,具有远方/站控层的切换。

第四级控制,远方控制,优先。

原则上间隔层控制和设备就地控制作为后备操作或检修操作手段。为防止误操作,在任何控制方式下都需采用分步操作,即选择、返校、执行,并在站级层设置操作员、监护员口令及线路代码,以确保操作的性和正确性。对任何操作方式,保证只有在上一次操作步骤完成后,才进行下一步操作。同一时间只允许一种控制方式。

纳入控制的设备有:35kV及以下断路器;35kV及以下隔离开关及带电动机构的接地开关;站用电380V断路器;主变压器分接头;继电保护装置的远方复归及远方投退连接片。

3)定时控制。操作员对需要控制的电气设备进行定时控制操作,设定启动和关闭时间,完成定时控制。

4)监控系统的控制输出。控制输出的接点为无源接点,接点的容量对直流为110V(220V)、5A,对交流为220V、5A。

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3.4.4 用户权限管理

系统设置了用户权限管理功能,通过用户权限管理能够防止未经授权的操作系统可以定义不同操作权限的权限组(如管理员、维护员、值班员组等),在每个权限组里添加用户名和密码,为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。

4 系统硬件配置

应用场合

型号

图 片

保护功能


35kV变电站综合自动化系统

Acrel-

1000

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可显示变电站主接线图,模拟配电网络运行,实现无人值班模式;根据顺序事件记录、历史曲线、故障录波,协助运维人员实现快速故障分析、定位和排除问题,尽量缩短停电时间;实时采集各回路、设备的电流、电压、功率、电能以及谐波、电压波动等参数,对配电系统和用电设备进行用能分析和能效管理


网关

ANet-

2E8S1

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8路RS485串口,光耦隔离,2路以太网接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入,ModbusTCP(主、从)、104(主、从)、建筑能耗、SNMP、MQTT 等协议上传,支持断点续传、XML、JSON进行数据传输、支持标准8GB SD卡(32GB)、支持不同协议向多平台转发数据;每个设备的多个报警设置。输入电源:AC/DC 220V,导轨式安装。


35kV/10kV/6kV

弧光保护

ARB5-M

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主控单元,可接20路弧光信号或4个扩展单元,配置弧光保护(8组)、失灵保护(4组)、TA断线监测(4组)、11个跳闸出口;

ARB5-E

扩展单元,多可以插接6块扩展插件,每个扩展插件可以采集5路弧光信号:

ARB5-S

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弧光探头,可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室,也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°,半径0.5m的扇形区域;

35kV/10kV/6kV

进线柜电能质量

在线监测

APView500

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相电压电流+零序电压零序电流,电压电流不平衡度,有功无功功率及电能、事件告警及故障录波,谐波(电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子)、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波,波形实时显示及故障波形查看,PQDIF格式文件存储,内存32G,16D0+22D1,通讯2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口(+1维护网口)+1USB接口支持U盘读取数据,支持61850协议。

35kV/100kV/6kV

间隔智能操控、

节点测温

ASD500

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5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出;

35kV/10kV/

6kV传感器

ATE400

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合金片固定,CT感应取电,启动电流大于5A,测温范围-50-125℃,测量精度±1℃;无线传输距离空旷150米;

35kV/10kV/6kV

间隔电参量测量

APM830

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三相(1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序电流In,四象限电能,实时及需量,本月和上月值,电流、电压不平衡度,66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录,支持SD卡扩展记录,2-63次谐波,2D1+2D0,RS485/Modbus,LCD显示;

变压器绕组

温度检测

ARTM-8

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8路温度巡检,预埋PT100,RS485接口,2路继电器输出;


变压器接头测温低压进出线柜接头测温

ARTM-Pn-E

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无线测温采集可接入60个无线测温传感器;U、I、P、Q等全电参量测量;2路告警输出;1路RS485通讯;


ATE400

image.png

合金片固定,CT感应取电,启动电流大于5A,测温范围-50-125C,测量精度±1℃;无线传输距离空旷150米;


柜内环境温湿度

AHE100

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无线温湿度传感器,温度精度:±1℃,湿度精度:±3%RH,发射频率:5min,传输距离:200m,电池寿命:≥3年(可更换)


ATC600

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两种工作模式:终端、中继。ATC600-Z做中继透传,ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m,ATC600-C可接收AHE传输的数据,1路485,2路报警出口。


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5 结语

综上所述,国内铁路的电力系统具有电压等级较低主接线简单,供电连续性、供电稳定程度、供电安全程度的要求较高的特点;因此,在铁路10kV自动化变配电所的应用过程中采取分布控制或集中控制的模式有助于进一步推动系统的自动化、智能化发展。

参考文献

[1]梁硕峰.浅谈铁路10KV变配电所自动化系统的应用及施工[J].建筑工程技术与设计,2019,(34): 3165.

[2]高鹏.探索铁路10kV变配电所自动化系统的应用.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.


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