铁路配电（共5篇）
铁路配电 篇1
0 引言
铁路供电系统分为2部分: (1) 为铁路行车提供电源的牵引供电系统; (2) 承担牵引供电以外所有铁路负荷的供电系统 (本文简称铁路供电系统) , 包括信号系统、生产、车站、供水系统以及生活等铁路用电负荷, 其供电可靠性不仅直接影响铁路运输系统的正常、安全运行, 还关系到很多铁路职能部门的正常工作。本文结合乌鲁木齐铁路局水电段配电调度自动化系统的实施和应用, 讨论了铁路供电系统对配电自动化功能的要求, 并提出实际应用方案。
1 铁路供电系统的特点
由于铁路供电系统应用的特殊性, 在系统和功能上都不同于地方电力系统, 主要体现在3个方面: (1) 电压等级低, 变 (配) 电所结构单一; (2) 系统接线形式简单; (3) 供电可靠性要求高。铁路供电系统对供电可靠性的要求很高, 从理论而言, 其负荷 (自动闭塞信号) 的供电中断时间不能超过150 ms, 否则, 将会导致供电区间的所有自动闭塞信号灯变为红灯, 影响铁路的正常运输。
2 铁路供电的方式
由于铁路供电的重要性, 铁路供电系统需要采取多种方法来保证供电的可靠性。通常配电所采用双电源供电并安装备用电源自动投入装置来保证电源的供电可靠性, 并从一次设备的角度提高连接的可靠性。同时, 在相邻配电所的贯通线路保护装置和自闭线路保护装置上增加失压自投保护功能, 当主供所不能供电时, 自动投入相临备用所线路开关, 迅速恢复供电。
3 配电所综合自动化系统的基本功能
3.1 变电所微机监控子系统基本功能
(1) 数据采集功能, 主要采集模拟量、状态量、脉冲量。 (2) 事件顺序记录。 (3) 故障记录、故障录波和测距。 (4) 操作闭锁与控制功能:1) 断路器操作时, 应闭锁自动重合闸;2) 当地进行操作和远方控制操作要互相闭锁, 保证只有一处操作, 以免互相干扰;3) 根据实时信息, 自动实现断路器与隔离开关间的闭锁操作;4) 无论当地进行操作或远方控制操作, 都应有防误操作的闭锁措施, 即要收到返校信号后, 才执行下一项, 同时还必须进行对象校核、操作性质校核和命令执行这3步操作, 以保证操作的正确性。 (5) 事件报警功能。 (6) 人机联系功能。 (7) 系统自诊断功能。 (8) 完成计算机监控系统的系统功能。
3.2 变配电站微机保护子系统基本功能
应保持微机保护与通信、测量的独立性, 即通信与测量方面的故障不影响保护正常工作, 并要求微机保护的CPU与电源保持独立。另外, 为了提高保护性能, 减少变电站的电缆数量, 微机保护子系统还综合了部分自动装置的功能, 如综合重合闸和低频减载功能。
3.3 通信功能
通信功能包含了“四遥”的全部功能, 主要包括综合自动化系统的现场通信功能, 即变电站层与间隔层之间的通信功能, 以及综合自动化系统与上级调度之间的通信功能, 即监控系统与调度之间的通信。
4 配电所综合自动化系统的硬件结构
4.1 微机监控系统的组成及功能
微机室的终端台上装有显示器、键盘和打印机;微机上装有监控主机、各种I/O板及电源, 具体如下:
(1) 监控主机:工业控制机和微型计算机, 主机包括中央处理机CPU和存储器, 是整个监控系统的核心, 相当于配电所的大脑, 其通过总线向各个部分发出指令, 并对各参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、报警处理、逻辑判断等。
(2) 接口和输入输出通道:接口和输入输出通道是主机与监控对象进行信息交流的纽带, 完成监控对象向主机输入数据或主机向外部发出命令的功能。在信息传输过程中, 由于微机只接收数字量, 而实际产生过程中使用的是模拟量, 所以要经模数转换器或是数模转换器进行转换。根据功能和传输数据的方法, 接口和输入输出通道有串行和并行2种。
(3) 人—机接口:人—机接口是为扩大主机功能而设置的, 用来显示、打印、存储、传输数据, 主要有彩色显示器、报表打印机、键盘、鼠标、机箱等。
(4) 检查和变送设备:各种检测和变送设备是为收集和检测各种数据而设置的, 其主要功能是将较大的交流电信号变成正比于被测电流的直流电压信号, 以及将非电量的检测参数变为电信号, 然后将其变成统一的计算机标准电压并送入微机。
(5) 逆变电源等 (主机等设备电源) 。
4.2 集中式结构形式的综合自动化系统
集中式布置是传统的结构形式, 是将所有二次设备按遥测、遥信、遥控、电度、保护功能划分成不同的子系统并集中组屏, 安装在主控室内。该结构形式有利于观察信号, 方便调试, 结构简单, 价格相对较低, 但是会耗费大量的二次电缆, 并容易产生数据传输瓶颈问题, 其可扩性及维护性较差。
4.3 分散分布式结构形式的综合自动化系统
分散分布式就是将变电所分为2个层次, 即变电站层和间隔层。分散分布式布置是以间隔为单元划分的, 每一个间隔的测量、信号控制、保护综合在1个或2个 (保护与控制分开) 单元上, 分散安装在对应的开关柜或控制室上。目前, 变电站综合自动化系统常采用分散分布式布置。
5 配电所自动装置
配电所的电压、电流等终端数据采集主要是通过电压互感器、电流互感器来实现的。为保证线路运行的可靠与稳定, 配电所使用了自动重合闸和备用电源自动投入的自动化装置。以下着重对自动重合闸和备用电源自动投入进行论述。
5.1 自动重合闸 (ARD)
(1) 自动重合闸的工作思路:架空线路故障大都是“瞬时性”的故障, 在线路被继电保护迅速动作控制断路器断开后, 故障点的绝缘水平可自行恢复, 故障随即消失。此时, 将断开的线路断路器重新合上, 就能够恢复正常的供电。
(2) 自动重合闸的工作原理:三相一次自动重合闸就是在输电线路上发生任何故障, 继电保护装置将三相断路器断开时, 自动重合闸起动, 经0.5~1 s的延时, 发出重合脉冲, 将三相断路器一起合上。若为瞬时性故障, 则重合成功, 线路继续运行;若为永久性故障, 则继电保护再次动作将三相断路器断开, 不再重合。
(3) 对自动重合闸的要求:1) 手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障线路时, 断路器跳闸后, 自动重合闸不应动作;2) 除上述情况外, 当断路器因继电保护动作或其它原因而跳闸时, 自动重合闸装置均应动作;3) 自动重合次数应符合预先规定, 即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时, 也不发生多次重合;4) 应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸, 同时也允许由保护装置来起动, 但此时必须采取措施以保证自动重合闸的可靠动作;5) 自动重合闸动作完成后, 一般应能自动复归, 准备好下一次再动作, 而有值班人员的10 k V以下线路也可采用手动复归;6) 自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。
(4) 自动重合闸在电力系统中的作用:1) 大大提高供电的可靠性, 减少线路停电的次数;2) 在高压输电线路上采用重合闸, 可以提高电力系统并列运行的稳定性;3) 在架空线路上采用重合闸, 可以暂缓架设双回线路, 以节约投资;4) 对因断路器自身机构问题或继电保护误动作而引起的误跳闸, 也能起纠正的作用。但是, 当重合于永久性故障上时, 它也将带来一些不利的影响, 如:使电力系统又一次受到故障的冲击;由于断路器在很短的时间内, 连续切断2次短路电流, 而使其工作条件变得更加恶劣。
目前, 在供配电系统中ARD与继电保护配合的主要方式是重合闸后加速保护方式, 即当线路发生故障时, 保护首先按有选择性的方式动作跳闸;在断路器重合后, 若重合于永久性故障, 则加速保护动作, 切除故障。
5.2 备用电源自动投入 (APD)
(1) 备用电源自动投入的基本思路:通常, 配电所采用双电源供电并安装备用电源自动投入装置 (APD) 以保证电源的供电可靠性, 在工作主电源线路突然断电时, 利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸, 而备用电源线路的断路器则在APD的作用下迅速合闸, 使备用电源投入运行, 从而大大的提高了供电的可靠性。
(2) 备用电源自动投入装置的工作原理:当主 (工作) 电源线路因故障断电时, 一段母线失压, 失压保护装置动作, 使主用电源断路器动作跳闸, 时间继电器与断路器相接的常开点断开, 时间继电器KT失电, 其触点延时打开, 若在其打开前, 闭合备用电源断路器合闸回路中的主电源断路器的常闭开关, 则接通备用电源的合闸回路, 合闸接触器KM得电, 备用电源合闸线圈得电, 备用断路器合闸, 备用电源投入。
反之原理相同, 当备用电源失电时, 主用电源投入。采用同一供电臂的2个配电所之间也是通过这个原理来实现电源之间的转换, 具体优先投入主备用还是备自投, 则要根据铁路局的具体要求, 设置相关备自投的时间参数。
(3) 备用电源自动投入的要求:1) 不论工作电源因何种原因消失 (故障或误操作) , APD均应动作;2) 工作电源断开后, 应保证在备用电源电压正常的情况下, 才投入备用电源;3) 备用电源自动投入装置只允许动作一次;4) 电压互感器二次回路断线时, APD不应误动作;5) 采用APD的情况下, 应检验备用电源过负荷情况和电动机自起动情况, 若过负荷严重或不能保证电动机自起动, 则应在APD动作前自动减负荷。
(4) 备用电源自动投入在电力系统中的作用:1) 大大提高供电的可靠性;2) 采用备自投可以提高电力系统并列运行的稳定性;3) 减少因停电而造成的经济损失。
2008年由我公司负责施工的乌准铁路乌西至小黄山段全长80 km, 设置了1座10 k V配电所 (小黄山至五彩湾设1座10 k V所, 两所互投) , 两端供电臂各40 km。由于线路处于戈壁滩, 沿线道路不通, 为了保证供电可靠性, 我们在阜康10 k V配电所配置自动化控制, 线路上设置电动隔离开关, 每个车站的箱变都安装远动控制装置及视频监控, 并在乌西站设置远动调度中心, 加装视频终端控制, 很好地实现了电力线路及配电所的监控、遥控。线路自2009年开通以来, 按照设计施工实现了电力自动化控制, 保证了线路可靠供电, 也节省了人力、财力, 为铁路供电自动化提供了很好的范例。
6 结语
铁路供电系统可以看作是电力供电系统的一种简化形式, 除个别特殊的保护功能外, 其他要求完全一致, 因此电力系统中的成熟、先进技术完全能够在铁路供电系统中应用。当前铁路供电系统的自动化水平远远落后于电力系统, 采取电力系统的成熟经验和技术, 加快铁路供电系统的自动化改造, 不仅能够大大改进铁路供电系统自身的运行和管理水平, 提高劳动生产率, 也对整个铁路系统的运行大有益处。
摘要：根据铁路供电段配电自动化工程实例, 讨论了铁路供电系统的特点。结合配电自动化的常规模式, 提出适用于铁路供电系统的配电自动化方案。针对铁路系统较特殊的通信问题, 提出了工程解决方法及注意事项。
关键词：自动重合闸,备用电源自动投入,自动化系统
参考文献
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[5]何永华.发电厂及变电站的二次回路[M].北京:中国电力出版社出版, 2007
某城际铁路地下站供配电系统设计 篇2
关键词：城际铁路,供配电系统,柴油发电机组,环控配电
1 概述
城际铁路地下车站一般位于不宜设置为地面或者高架车站的地方, 如航空机场内或者城市核心区。某城际铁路在某国际机场设置一座客运车站, 该车站为地下站, 位于机场T1航站楼的北侧。车站东侧地上为机场近期规划T2航站楼, 同时车站北侧地下还规划有城市轨道交通车站。车站上部为机场近期规划综合交通换乘中心 (简称GTC) , 两工程同期实施。
本站总建筑面积为51848m2, 其中地下建筑面积为51293m2 (站厅、站台建筑面积为42825m2, 地下附属建筑面积为8468m2) 。车站为地下两层双岛四线型式, 埋深约21.5m, 其中站厅层在上, 站台层在下。
2 地下站负荷情况和供配电设计原则
2.1 负荷情况
地下站负荷主要集中在车站东端、中部和西端的站房设备区, 其它区域相对较小。
主要一级负荷有:通信系统、信号系统、信息系统、防灾报警系统、设备监控系统、电力监控系统、 (自动) 售检票、屏蔽门、疏散用自动扶梯、气体灭火、消防泵、喷淋泵、所用电、站台站厅公共区照明、应急照明、火灾时需运行的风机及其风阀、排烟风机及其风阀、防火卷帘、挡烟垂帘等。
主要二级负荷有:设备区和管理区照明、人防风机、污水泵、集水泵、垂直电梯、安检仪、分体空调等。
三级负荷有:冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、广告照明、维修插座、清扫插座、商业用电等。
地下站总负荷容量为5357.4k W, 其中一级负荷3179.6k W, 二级负荷597.5k W, 三级负荷1580.3k W。
2.2 供配电基本原则
作为城际铁路客运车站, 属于人员密集场所, 并且车站为地下空间, 为保证人员及设备安全, 应确保供电安全可靠, 并对特别重要负荷配备发电机、蓄电池 (EPS或者UPS) 等后备电源。变配电所为无人职守无人值班, 设备采用免维护少维护型。
1) 低压配电系统容量按远期最大负荷设计, 并考虑一定裕量。
2) 车站每个变电所均设两台配电变压器, 低压侧采用单母线分段, 每段母线均设三级负荷分母线。正常运行时, 0.4k V母线分段断路器打开, 两台配电变压器分列运行。当一回10k V电源失电后, 0.4k V母线分段断路器闭合, 由一台配电变压器负担本所的全部一、二级负荷。当10k V电源恢复时, 自动复位为正常运行方式。
3 变配电所供配电系统
3.1 外部电源情况
城际铁路地下站从地方110k V变电站引入2路专用10k V外部电源, 采用全电缆敷设方式。
3.2 站场供配电
地下站新建一座10k V配电所, 引入2路外部电源, 该所与地下站合建, 既符合变配电所尽量位于负荷中心的设计要求, 又满足了机场在地面、城际车站在地下的合理布局。
新建10k V配电所除了为地下站站房所有负荷供电外, 还为车站两侧隧道照明、隧道内通信直放站、电伴热、雨水泵等负荷供电, 同时还为城际铁路区间贯通线路提供电源。
3.3 站房供配电
地下站站房为地下共2层, 用电负荷主要分布在站厅层的左端、中部和右端三个设备区域, 而这三个区域的通风空调设备较多且负荷占比较大。全站负荷主要集中于这三个区域, 根据供电设置尽量位于负荷中心的原则, 所以研究后确定每个负荷区分别布置一座10k V站房变电所, 即左端、中部和右端设1号、2号、3号三个变电所。由于左端设备最集中区总负荷最大, 因而10k V配电所与1#变电所临建, 10k V配电所分别直接向1#和2号变电所馈出10k V电源, 3号变电所10k V电源由2号变电所内环网“π”接引出。10k V配电示意如1所示。
1号变电所总负荷容量为2451.3k W, 其中一级负荷938.4k W, 二级负荷206.6k W, 三级负荷1306.3k W。2号变电所总负荷容量为1679.8k W, 其中一级负荷1372.4k W, 二级负荷201.4k W, 三级负荷106k W。3号变电所总负荷容量为1225.9k W, 其中一级负荷868.4k W, 二级负荷189.5k W, 三级负荷168k W。根据负荷计算, 得出1号变电所变压器为2×1000k V, 2号变电所变压器为2×1000k V, 3号变电所变压器为2×800k V。
1号变电所位于站房左端 (西侧) 设备区内, 2号变电所位于站房中部设备区;3号变电所位于右端设备区;1号、2号和3号变电所均设有高压环网柜、变压器室及低压开关柜室。
各变电所低压系统为单母线分段运行, 母联可自动投入。同时各变电所按一、二级负荷、三级负荷分别设置了母线段, 设有集中切除母线段的条件, 故障时切除三级负荷, 确保重要负荷。
3.4 柴油发电机作为第三路电源供电
站房柴油发电机组作为一级负荷的应急电源;变电所0.4k V低压侧设有重要负荷母线, 与柴油发电机组并网, 当外部电源停电时在15s内自动投入, 确保重要负荷用电和旅客安全。
EPS作为照明应急电源分布于现场, 为应急照明提供应急保障, 确保外部电源失电或者意外故障时旅客能安全疏散。
3.4.1 发电机组选择
地下站选用一台柴油发电机, 主用功率为400k W作为第三路电源。柴油发电机组保证应急照明用电、变电所操作电源UPS、FAS及综合监控等特别重要的负荷供电。
3.4.2 发电机组运行方式
常规运行方式下, 发电机启动后和站房1号、2号和3号变电所低压侧并网, 负荷范围为地下站站房。当10k V外电源停电、缺相、电压或频率超出范围, 或同一变电所两台变压器同时故障时, 从变电所的自动互投开关ATS处取柴油发电机的延时启动信号至柴油发电机房, 信号延时5s自动启动柴油发电机组, 柴油发电机组10s内达到而定转速、电压、频率后, 投入额定负载运行。当外电恢复50s后, 由ATS自动恢复外电供电, 柴油发电机组经冷却延时后, 自动停机。柴油发电机配电示意图如图2。
4 地下站动力设备供电
城际铁路地下车站与高铁和城际地上 (地面) 车站相比, 比较大的区别在于地下车站有大量的环控通风、排风排烟、冷水机组及冷冻水泵等设备, 这些设备主要特点是大容量负荷相对集中、小容量负荷较为分散, 因而地下站具有其独特的供配电方式。
4.1 环控设备配电系统
车站环控设备由环控电控室集中供电和控制, 每个环控电控室设有环控一级母线和环控二级母线, 分别给环控一级和环控二级负荷供电, 冷源系统由变电所三级母线供电至其配电柜。环控一级采用双电源切换系统进线。左端、中部和右端环控电控室各设有一面控制柜用来设置PLC及触摸屏。
由环控电控柜引出环控风机、排烟风机等设备控制箱。
冷水泵由于容量较大且属于三级负荷, 由变电所三级母线供电至其配电柜。
对于有变频要求的设备采用变频控制。
4.2 给排水系统
各类水泵按照负荷等级的配电要求从变电所馈线至设备所在处的电源箱控制箱。
4.3 车站主要设备配电系统
通信系统、信号系统、自动售检票系统、FAS系统、BAS系统、变电所自用电等重要负荷双回路直接取自变电所不同的0.4k V母线, 并自成系统供电。
5 防雷接地
按照相关规范和其它系统的接地要求, 地下站采用了综合接地系统, 接地电阻不大于0.5Ω。
5.1 防雷接地
利用GTC金属屋面做接闪器, 建筑结构钢筋网作为引下线, 利用地下站结构设置的抗拔桩作为站房接地极 (不设置人工接地极) 。
5.2 系统接地
10k V系统采用了小电阻接地形式, 站房内0.4k V低压系统采用TN-S接地形式。所有带电设备的金属外壳、地下金属管线均与接地网相连通, 灯具也要求接PE线保护。
变配电所及环控电控室、低压配电室应在房间内敷设接地扁钢, 并采用黄绿涂装, 底边距地20cm, 经过门处应采用扁钢暗敷在装修层内, 并用双回电缆连接至局部等电位箱LEB。
通信、信号、信息等系统设备接地, 按相关规范、规程要求分别接入综合接地系统。
6结论
目前建成使用城际铁路的地下车站较少, 由于车站规模也不同, 供配电实施方案各不相同, 特别是针对消防负荷的供电方式, 设计方案多样。但目前城际铁路地下车站供配电设计并没有特别适合的规范可以采用。因此, 在现有规范的基础上参考《地铁设计规范》 (GB50157-2013) , 根据通信、信号、信息、电扶梯、屏蔽门、环控通风、给水消防等设备, 设计研究制定了合理、经济的供配电方案。
(1) 地下站电力供应以外部电力系统供电为主, 在地下站设置了1座10k V配电所、变电所3座;应急电源系统采用柴油发电机组和EPS相结合的方式。
(2) 采用柴油发电机组和EPS结合的供电方式, 既可以达到市电失电后的相应时间, 又能满足特殊情况时长时间供电的要求。
(3) 由于城际铁路地下车站规模高于普通地铁, 设备较多、容量较大, 环控通风设备主要采用环控电控柜配电, 大容量的冷源设备采用变电所直接配电至设备控制柜。
参考文献
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铁路配电 篇3
铁路供电系统是指铁道部、铁路局、铁路分局、铁路段各级所属的供电部门。铁路供电系统是在电气化铁路区段, 通过变电站, 将110k V电压变为27.5k V电压后, 输送到接触网上, 为电力机车提供能源的部门。其管理的主要设备有变配电设备和沿铁路架设的接触网线路及与供电有关的其它设备, 一旦供电设备发生故障, 就可能造成铁路运输中断, 严重时会造成人身伤亡, 给国民经济和人民财产造成很大损失。
在供电系统中, 由于系统运行的不可中断性及重要性, 使得运行中会产生大量的各种与系统安全运行紧密相关的数据, 这些数据也就造成如下许许多多的工作要做:诸如各种报表的填写、数据的汇总与计算、工程图纸的绘制、运行设备的管理等工作。这些工作中不乏事务性、重复性的工作。要保证安全运行, 工作人员除了操作动作要保证正确, 还要对运行中的各种设备的运行状态也需要时刻了解, 一旦运行的系统中出现故障, 就需要立刻知道在何时、何处、出现何问题, 并立即加以解决。在现行的工作条件下, 由于各种各样的原因, 对问题的反应速度难以再提高, 人为的操作失误也难以完全杜绝, 整个系统的管理及工作效率很难再上一新台阶。
1 铁路供电系统的特点
铁路供电系统由于应用的特殊性, 在系统构成和功能上都有一些有别于电力系统的特点, 主要体现在3个方面:
1.1 电压等级低, 变 (配) 电所结构单一
从电力系统的角度看, 铁路负荷属于终端负荷, 直接面对最终用户, 所以铁路供电系统中绝大多数为10k V配电所和35k V变电所, 这取决于地方供电系统电源的情况和铁路就地负荷的要求, 只有在极个别的地方, 存在有110k V的变电所, 但数量很少。
由于功能要求、应用范围基本相同, 所以铁路供电系统中的变 (配) 电所构成基本相同, 功配置也变化不大。根据铁路变 (配) 电所结构与功能标准化的特点, 在进行铁路供电系统配网自动化设计时, 可以将变 (配) 电所的功能作为一个标准实现方式统一考虑。
1.2 系统接线形式简单
铁路供电系统的接线就像铁路一样, 是一个沿铁路敷设的单一辐射网, 各变 (配) 电所沿线基本均匀分布, 并且互相连接, 构成手拉手供电方式。连接线有二种:一种是自闭线, 还有一种是贯通线, 实际系统中, 可能二种连接线都有, 也可能只有二者之一。连接线除了实现相邻所之间的电气连接外, 还为铁路供电最重要的负荷 (自动闭塞信号) 提供电源, 其接线形式如图1所示。
1.3 供电可靠性要求高
铁路供电系统虽然电压等级低, 接线方式简单, 但对供电可靠性的要求却很高, 从理论而言, 其负荷 (自动闭塞信号) 的供电中断时间不能超过150ms, 否则, 将会导致所有供电区间的自动闭塞信号灯变为红灯, 影响铁路的正常运输。
由于上述供电的重要性, 在应用配电自动化技术之前, 铁路供电系统已经采取了多种方法来保证供电的可靠性。
通过采用双电源供电和安装备用电源自动投入装置来保证电源的供电可靠性。相邻配电所之间的连接线尽可能实现自闭线和贯通线两种连接方式, 从一次设备的角度提高连接的可靠性。在相邻配电所的贯通线路保护装置与自闭线路保护装置增加失压自投保护功能, 在连接线因为主供所不能供电而失电时, 自动投入相临备用所线路开关, 迅速恢复供电。
虽然铁路供电系统采取了诸多措施来保证供电的可靠性, 但是由于这些措施都是局限于配电所范围内的, 所以对于其最重要的贯通线或自闭线出现永久性故障时没有任何隔离、定位和恢复措施, 必然导致贯通线或自闭线失电, 影响系统可靠性。同时, 铁路供电系统的特点决定了其远离城市, 检修费时费力, 没有准确的故障定位也给检修工作带来很大困难。配电自动化技术为上述问题带来了根本的解决方案。
2 配电自动化的实现方式
2.1 分布控制方式
分布控制方式是指配电自动化终端 (FTU) 具有自动故障判断与隔离能力, 通过互相之间的配合, 也具备了网络重构能力, 整个过程不需要主站的参与。主要有电压时间型和电流计数型, 都是由FTU结合开关构成具有重合功能的分段器。
由于原理上的限制, 此种方式不可避免地存在以下缺陷:
a.故障处理与供电恢复速度慢, 对系统和用户冲击大。
b.需要改变变电站出线保护定值和重合闸动作方式。
c.分段越多, 相互之间配合越困难, 动作缺乏选择性。
所以, 在铁路供电系统这种对供电可靠性要求比较高的供电方式下不宜选择这种方式。
2.2 集中控制方式
集中控制方式下, 由现场FTU将采集到的故障信息上送主站, 由主站的应用模块经计算后, 得出故障隔离与恢复方案, 再下达给FTU执行。一般分为3个层次:a.配电终端层完成故障的检测和信息上送;b.配电子站完成本区域的故障处理和控制;c.主站完成全网的管理与优化。
这种方式对通信系统的可靠性和速率要求较高, 因为在其故障处理过程中需要高速传递故障信息和控制指令。集中控制方式是以功能强大的主站系统为中心建立和实施的, 专用的高级应用模块可以处理应对复杂的网络结构和故障情况 (如多重故障) 。铁路供电系统是以水电段为基础单位运行的, 所以配电自动化系统也应以水电段为单位建立和实施。由于铁路供电系统结构固定, 模式统一, 运行管理完全由水电段调度室完成, 所以从功能完成和节约投资方面考虑, 可以建立简化的集中控制式配电自动化系统, 在简化系统中, 省略配电子站功能, 由主站直接完成全网的配电自动化应用功能。
3 通信系统设计
铁路供电系统本身没有任何通信设施, 必须使用铁路系统的公共通信系统来传输数据, 由于此通信网络服务于铁路的所用部门, 所以受现场环境制约比较大, 有时可能通信条件不能达到比较理想的状况, 这时就必须采取灵活的措施。
智能化一体开关的数据必须通过变电所上送主站, 由于其他设备的原因, 主站与酒泉变电配电所的通信协议只能采用部颁CDT规约。为了解决数据共同传送和规约转换问题, 在变电所中设置了功能强大的通信处理机CSE200, 实现了上行数据的汇总、下行数据的分流、以及IEC870-5-101到CDT规约的双向转换。
这只是在铁路局部供电系统中遇到的部分通信问题, 由于铁路供电系统自动化技术远落后于电力系统, 所以通信系统中关于供电系统自动化部分的建设也不够完善, 在保证配电自动化系统功能完善的前提下, 应用于铁路供电的配电自动化系统需要具备完善的通信系统设计和灵活的配置才能较好的满足铁路供电系统的应用。
铁路供电系统可以看作是电力供电系统的一种简化形式, 除个别特殊的保护功能外, 其他要求完全一致, 所以电力系统中的成熟、先进技术完全能够在铁路供电系统中应用。当前铁路供电系统的自动化水平远远落后于电力系统, 采取电力系统的成熟经验和技术, 加快铁路供电系统的自动化改造, 不仅能够大大改进铁路供电系统自身的运行和管理水平, 提高劳动生产率, 也对整个铁路系统的运行大有益处。
摘要：结合配电自动化的常规模式, 提出适合于铁路供电系统的配电自动化方案。针对铁路供电系统的特点, 提出了工程的解决方法及应该注意的问题。
铁路配电 篇4
铁路是国民经济的大动脉,电力是铁路运输生产的主要动力之一,铁路电力部门担负着对铁路指挥系统、自动化系统、牵引系统及铁路各行业供电的任务。随着铁路运输事业的发展和自动化、电气化程度的不断提高,需要供电的部门越来越多,对铁路供电可靠性的要求也越来越高。
铁路负荷的特点是:1)负荷沿铁路分布,且容量较小;2)要求不间断供电的多为一级负荷。由于以上两个特点,对于10 kV和35 kV电力线路的供电半径,铁路系统较电力系统长。
铁路较早建成的配电设施均为传统的土建变电房及杆上变电站,设备陈旧落后,容量小,维护工作量大,已不能适应目前用电负荷增长的需要,由于箱式变电站具有成套性强、体积小、占地少、能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗、缩短送电周期、选址灵活、对环境适应性强、安装方便、运行安全可靠及投资少、见效快等一系列优点,所以箱式变电站在铁路供配电系统中是一个值得推广使用的新型变配电设备。
2 箱式变电站的结构及功能特点
2.1 箱式变电站的结构
箱式变电站是由高压电气设备,配电变压器和低压配电装置按一定接线方案排成一体的工厂预制紧凑型的变配电成套设备(以下简称箱变)。箱内一般分为高压室、低压室及变压器室。箱变的高压室一般由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器组成,可进行停送电操作,并且有过负荷和短路保护功能;低压室由低压断路器、电流互感器、电流表、电压表等组成;变压器室一般采用在四周壁填加隔热材料、采用双层夹板结构、顶板采用带空气垫等措施来防日照辐射,并采取自然通风和机械强制通风来保证电气设备的散热。另外还设置了一些去湿、调湿、防凝等保护装置。
2.2 箱式变电站的功能特点
1)自动化程度高。整体采用智能化设计,保护系统采用变电站微机综合自动化装置,分散安装,可实现“四遥”,可对运行参数进行远方设置,根据需要还可实现图像远程监控。2)工厂预制化。所有设备在工厂一次安装、调试合格,真正实现变电站建设工厂化,缩短了设计制造周期。现场安装简单高效,整个变电站从安装到投运大约只需5 d～8 d的时间,大大缩短了建设工期。3)组合方式灵活,运输、安装简便。箱式变电站结构比较紧凑,每个箱均构成一个独立系统,箱式变电站没有固定的组合模式,使用单位可根据实际情况自由组合一些模式,以满足安全运行的需要。4)投资省见效快,运营维护成本低。箱式变电站较同规模常规变电所减少投资40%～50%,在箱式变电站中,由于先进设备的选用,特别是无油设备运行,从根本上彻底解决了常规变电所中的设备渗漏问题,变电站可实行状态检修,减少维护工作量,整体经济效益十分可观。5)占地面积小,外形美观,易与环境协调。由于箱式变电站将配电装置的大部分布置于封闭的箱体内,通过优化设计、合理组合,各部分之间的绝缘距离大大减小,缩小了占地面积和空间。箱体外壳采用镀铝锌钢板及集装箱制造技术,外形设计美观,在保证供电可靠性前提下,通过选择箱式变电站的外壳颜色,从而极易与周围环境协调一致。
3 箱式变电站在铁路供配电系统中的应用
3.1 箱式变电站在站场供电的应用
车站信号、通信等一、二级负荷为双路电源供电,设计为独立的箱式变电站为之供电,箱式变电站两路电源引入,分别接引自铁路电力贯通电源和铁路电力自闭电源,设计的箱变专用于10 kV铁路信号电源系统的产品。它将高压环网开关柜、变压器、低压开关柜、双电源监测装置和电力线路故障自动切除系统等组合在一起。在铁路线路附近安装,能够有效避免干扰,并能对电源实时监控和高压线路故障分段,车站的信号电源及户外真空开关的参数均通过集成在箱变内的远程终端“RTU”接入远动系统受到监控。利用2 M专用铁通光缆作为通信数据通道,调度站与被控站间的通信采用“环引”方式,将各个配电所及各站信号负荷主要开关状态、电流、电压、功率等参数值传输至调度端的主控站,由供电段调度统一调度监控。
车站综合箱式变电站的变压器容量在100 kVA左右,作为车站生产房屋照明、各种设备供电以及站场夜间货运作业的照明等三级负荷的供电,高压侧接引自铁路电力贯通电源;综合箱变及信号专用箱变的高压系统方案一致,如图1所示。
3.2 箱变在区间供电的应用
以新建隧道供电为例,按照规定直线隧道长度超过1 km,曲线隧道长度超过500 m的,都应有隧道固定照明,并且需要设置维修插座箱以便对线路及隧道的维护;机械专业需要在隧道内设置机械强制排风系统,以上各负荷点大多都设在隧道内,在隧道壁预留洞口安装箱式变电站,设计成专用于隧道内供电的紧凑型箱变。它将高压环网开关柜、变压器、低压开关柜、双电源监测装置和电力线路故障自动切除系统等组合在一起。隧道内的避人洞中安装。太兴线工程的控制工程二青山隧道是一条长17 km的隧道,其隧道内的供电设备使用10 kV电压等级的箱变,在隧道口各新设一座35 kV的箱式变电站作为隧道强制排风风机的电源。该变电站全部高压设备集中在四套集装箱内,“一”字形排列,从左至右依次为35 kV开关箱、主变压器箱10 kV开关箱(带控制)、10 kV开关箱(带补偿电容),主变箱及带电容器的开关箱箱顶采用隔层气楼结构,箱体底部也有进出风口,以保证电气设备通风散热;35 kV和10 kV高压断路器选用手车式真空断路器,主变、所变、电压互感器均采用干式设备,这样全面实现无油化运行,从根本上避免了由设备渗漏而引起的停电检修。箱体内配装烟雾报警系统及远程图像监控系统,将报警信号及图像上传至调度所进行24 h监控,可防止火灾、爆炸等事故的发生和蔓延,另外还设有五防措施。二次设备采用DSA微机保护控制系统,分散布置,该系统集保护、“四遥”等功能于一体,保护电流与测控电流分别输入,装置机箱采用整板模压成型,具有结构紧凑、密封性好、抗干扰、抗震能力强等特点。以上设备的选用使供电自动化程度大大提高,同时也降低了运行维护费用,符合铁路电力发展的需要。
4结语
我国在新的世纪对铁路建设进行了跨越式的大发展,大力建设客运铁路专线和高速铁路,将铁路运输的能力提高到了一个新的台阶。而在铁路供电系统中广泛采用箱变是现代化发展的必然结果,箱变所具有的优点是土建变电站及杆式变电站都不能比拟的。相信箱式变电站在铁路供电系统改造和新建铁路供电系统中将继续大有作为,为国家铁路建设发展及运营所需要的可靠连续供电能力做出重要的贡献。
摘要：结合铁路供电负荷的特点,介绍了箱式变电站的结构及其功能特点,在此基础上,以新建太兴铁路的施工设计为例,具体阐述了箱式变电站在铁路供配电系统中的应用,以期满足目前我国铁路用电负荷增长的需要。
关键词：箱式变电站,铁路供电系统,功能特点
参考文献
[1]刘欣,张军洁.城市电网中箱式变电站的特点及应用[J].电气应用,2006(7):8-9.
铁路配电 篇5
1铁路10k V变配电所自动化系统的应用
1.1自动化系统的特点在铁路变配电所系统中常规的系统由监控装置、远动装置、继电保护等装置组成, 并且通过电流的互感和电缆的连接来实现, 在实际应用过程中操作复杂, 维护工作较为困难。变配电所的自动化系统的应用组合和优化了设备的功能和传送方式, 通过计算机的分布式综合监控和保护替代了传统的变配电所的控制方式, 大大提高了工作效率和维护简便程度, 对于有效的监控和更新更为灵敏准确, 具有更为优化的功能和显示效果。
1.2铁路10k V变配电所自动化系统的概况铁路10k V变配电所自动化系统通过远动系统、主站网络、配电网络以及通信系统实现了馈线控制、定位隔离、供电恢复、自动读表、故障指示、设备自动化管理等内容, 大大减轻了人工负担, 提高了工作精确度。
1.3变配电所综合自动化的应用自动化系统的应用中通过计算机的实时监控实现了在线运行的故障自检, 通过自检功能有效地提高了安全可靠性, 及时地进行维护工作。
计算机程序的科学设定之后能够由计算机自动进行监视、测量和记录的工作, 通过变配电所的各设备及元件的参数显示, 工作人员就能够对运行情况进行科学的判断, 从而实现电力配电系统的有效运行, 运行管理的效率大大提高, 并且自动化系统的应用实现了远动控制和远程监测等内容, 提高了运行管理的水平。
2铁路10k V变配电所自动化系统施工
变配电所自动化系统施工具有很多方面, 以下将主要对准备阶段、调试阶段以及试运行阶段进行探讨和研究。
2.1前期准备阶段在自动化系统施工之前准备工作是尤为重要的, 准备工作包括对整个自动化系统的综合了解, 其中有自动化装置的具体安装形式, 各种控制屏以及保护屏的数量和安装区域, 从安装线的位置到安装间隔和运行状态都要做充分的准备工作, 详细检查装置的外观是否有所损害, 功能能否有效实现, 电源接法以及设备连接情况也要充分检查, 通过有效的准备工作之后才能够进行后续的安装调试工作。
2.2调试阶段调试阶段在安装工作中不可忽略, 调试过程包括了很多方面, 主要有一次、二次系统的电缆连接和设备的保护情况监控、控制内容, 通过调试和校验工作为后续工作提供可靠的基础。
首先, 检查调试一次、二次系统的电缆连接, 主要有以下内容: 给直流屏控制电源、储能电源或合闸电源, 合上装置电源开关和控制回路开关, 手动逐一分合断路器, 检查控制回路、断路器位置指示灯显示是否正确, 反应是否正常;断路器本身信号和操动机构信号在后台机上的反应信号及报警音响是否正确;重复以上操作分别检查各项设备, 发现信号不正确应及时切断电源, 查找故障原因并予以纠正。避免在正常使用运行过程中造成事故。其次, 进行二次交流部分的检查:用升流器在一次侧对A、B、C三相分别加单相电流, 对二次电流回路进行完整性检查;用升压器在一次侧对A、B、C三相分别加单相或用调压器在PT二次侧A、B、C三相分别加单相电压57V, 母线段的保护和计量测量电压回路要进行严格的测试, 必须保证其他母线设备无电压, 电压显示正确等, 并且在调试测量过程中需要注意, 万用表量电度表屏电压的形式要从装置面板、后台机电压等显示值来看, 充分考虑到每一个细节的部分, 通过对加三相电压, 用相序表测计度、测量、保护电压相序等的检验和调试;检验过程中要启动PT切换功能, 本电压等级一二段母线均应有正确电压显示, 而其它母线段二次侧无电压。然后进行直流系统保护功能的调试:对保护装置做试验, 检验装置精度及传动断路器, 在后台机上应报保护动作信息、开关变位信息和显示动作时刻数据。
监控部分的调试功能也是非常重要的, 主要调试内容包括了后台遥控断路器、主变压分接头等, 电动刀闸、遥控功能等也要充分注意, 通过对多项的监控设备和监控效果的调试和检验从而实现开关、模拟量、脉冲量系数的准确设置, 保障在运行过程中符合基本要求。
在调试过程中变电所的信息从上行到下行要分别进行, 根据不同的信息调度和遥信量的变化来进行, 其中上行信息主要包括调度端反应遥信量的准确度, 另外, 下行信息主要是对遥控断路器的调度和校准, 需要注意的是, 在调试中基本完成了之后要进行最后阶段的全系统防雷抗干扰的检验和调试, 在各个显示屏上做好明显标示, 通过反复的调试工作最终来保障自动化系统的运行效果。
2.3试运行阶段通过对整个自动系统的运行状态进行详细的观察和调试之后及时发现问题并且解决之后就可以进行试运行阶段; 通过差动保护的极性校验等工作来判断系统的运行情况;通过主变压器的运行负荷施加之后在监控机上调出采样数值;通过采样数值与差流相数值的比较来判断差动极性, 从而科学地判断运行情况。
线路在负荷施加之后在后台机进行调采样值, 分析观察之后对同一时刻的电压以及电流值进行比较, 从而判断电流值的准确度, 对于后台机的显示数据依次进行对比和判断, 从而综合判断运行效果并进行最终的调试工作。
3结束语
综上所述, 通信技术和计算机网络技术的发展推动了变配电所自动化技术的不断发展, 逐渐实现了铁路变配电所自动化的更高水平, 铁路运行对于电力的要求越来越高, 电力系统的精确控制直接影响着铁路的安全行车, 这就要求铁路的电力控制系统更为准确和可靠性更高, 所以我们需要根据具体的情况科学分析电力系统自动化的需求, 从而实现电力系统自动化的有效运行, 推动铁路行业的不断发展。
参考文献
[1]张永杭.铁路10k V配电所自动化系统方案及改造施工[J].科技创新导报, 2010 (04) :67-68.
[2]刘彦齐.变配电自动化在10k V供电系统中的应用[J].广东科技, 2013 (22) :67-68.
[3]陈鹏, 刘富强.铁路10k V配电所综合自动化改造工程设计探讨[J].安徽建筑, 2015 (03) :199-200.