牵引变电所综合自动化系统探讨
2014-06-14雍枝锐洪宇
雍枝锐 洪宇
摘要：文章阐述了牵引变电所自动化系统的发展、典型结构形式，分析了现代综合自动化系统的特点及功能，并与传统自动化系统做了比较。最后展望了其发展方向。
关键词：牵引变电所；综合自动化系统；特点功能
中图分类号：U223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）12-0110-03
电气化铁路具有高速、重载、对环境污染小等特点，已成为铁路发展的必然选择。作为电气化铁路“心脏”的牵引变电所综合自动化系统，在保证供电系统的稳定性、可靠性等方面，有着不可替代的作用。因此，探讨这一课题，具有十分重要的意义。
1 自动化系统的发展
1.1 分立原件的自动化装置阶段
20世纪70年代前，以晶体管等分立原件组成的模拟电路等装置被研制出来，运用到了供电系统中，比如自动重合闸、备用电源自投等装置，提高了供电系统的综合运行水平。但是各装置独立运行，不具备故障自诊断能力，综合运行水平还很有限。
1.2 智能自动装置阶段
70年代，集成电路和微处理器逐渐代替了分立元件装置，出现了微机保护、远动装置。这类装置计算能力强，有一定的智能水平和故障自诊断能力，进一步提高了测量的准确性、监控的可靠性和供电系统自动化水平。但仍存在多数装置独立运行，资源不能共享等有待改进的缺点。
1.3 综合自动化系统阶段
70年代中后期，英、法、意等欧美发达国家陆续开发出了一系列综合自动化系统。但日本后来居上，于1975年研制出了第一套用于配变电所的数字式控制系统SDCS-1，并于1980年商品化生产。至此以后，越来越多的国家和公司开始研究这一系统，例如西门子、ABB、GE、AGE、西屋以及阿尔斯通等行业领军企业。
我国在这方面的研究起步较晚，始于上世纪80年代中期。首次引进的德国西门子公司的LSA综合自动化系统，应用在了京郑线的丰台变电所，实现了全所自动化。1998年3月，该系统通过了西门子公司的检查和调试，标志着我国在牵引变电所综合自动化领域迈出了重要的一步。
到目前，我国的综合自动化系统的发展阶段可以用如下的四个典型结构形式图来表示。
图1所示系统未涉及继电保护，还保留了传统的控制屏台。图2和图3所示系统，其核心就是在变电所控制室内设置的计算机系统，对数据进行采集、处理，实现自动控制的功能。图4所示系统是现在广泛应用的，它将整个变电所设备分为了三层：变电所层、单元层和设备层，该系统又分为集中组屏模式和分散安装模式。
2 综合自动化系统的特点及功能
牵引变电所综合自动化系统是利用现代电子、通信、信号处理及计算机技术，经过优化组合和设计，对变电所全所自动监测、测量控制和协调的综合性自动化系统。它通过遥信、遥测、遥控、遥调、遥视等五大功能，保证了供电系统的稳定性、可靠性及自动化水平，为实现无人值班、无人值守提供了技术支持。
我国电气化铁路标准比较统一，无论是大秦、侯月这样的货运干线，还是京沪、武广这样的高铁，牵引变电所综合自动化系统的主要特点及功能都比较固定。
主要特点：
（1）由间隔层、设备和电缆共同实现五遥功能；
（2）所有的间隔单元集保护、控制、测量于一体；
（3）具有视频监视功能的，应满足无人值班、无人值守的要求。
主要子系统的主要功能：
（1）监控子系统：数据采集、事件顺序记录、故障记录、故障录波和测距、操作控制、安全监视、人机联系、实时打印远方各类报表、数据处理与记录、谐波分析与监视等功能。
（2）微机保护子系统：这是整个系统的关键部分，应满足快速性、选择性、灵敏性和可靠性要求。具备故障记录、存储多种保护整定值、统一时钟对时、当地和远方显示保护整定值、修改整定值、授权对各保护单元的管理、通信自诊断、自闭锁和自恢复等功能。
（3）备用电源自投子系统：当备用回路有压、工作回路失压和断开后，自动投入备用回路功能。但在手动断开工作回路时，不应动作，且备自投装置只应动作一次。
（4）通信子系统：满足系统内部和上级调度的通信需求。采集实时运行信息，实现远动功能。
（5）视频监控等其他子系统：视频监控对全所实时监控，满足无人值班、无人值守要求。其他子系统的应用，使整个系统更安全可靠、抗干扰性更强，其开放性和使用便利性都得到了提高。
3 与传统自动化系统的比较
从最初的自动化系统到如今的分层分布式综合自动化系统，经过长时间的改进、研究，其综合性能得到了极大提高，具备了通信便捷、资源共享、故障自诊等多方面的功能。与传统自动化系统比较，优势明显。
4 综合自动化系统发展方向
综合自动化系统的发展，大大提升了牵引变电所的现代化水平。尤其是在这几年快速发展的高速铁路中，确保了牵引变电所供电系统的安全性、可靠性、稳
定性。
但技术的发展永无止境，随着计算机智能技术、高速网络的进一步发展，我认为，综合自动化系统的发展方向就是数字化的自动化系统，未来这一系统将至少具备如下的“六化”功能。
（1）一次设备智能化。微处理器和光电技术广泛应用到一次设备的各回路中，简化了传统机电式继电器和控制回路结构。
（2）二次设备网络化。先进的、抗干扰信号网络将很大程度取代传统的导线连接，所内电缆数量减少，便于网络共享、资源共享。
（3）控制技术远程化。故障远程诊断、处理，远程修改定值和检修，控制更精准、高效。
（4）占地面积微型化。高压组合电器、高压柜式装置、成套设备广泛应用，控制室组屏数量减少，值班室、值守室变小甚至没有。
（5）人员配置缩减化。无人值班、无人值守变电所将成为发展方向，从而降低运营成本，提升铁路在交通运输领域的竞争力。
（6）整所运行自动化。“系统的判断”取代“人的判断”，系统自动发出常规检修报告、记录运行数据、分析故障原因、给出处理意见。同时，为正在研发的行车指挥自动化系统提供技术支持。
5 结语
在我国，国土跨度大、人口众多，导致了运输压力很大，在未来一段时间，铁路还将是缓解这一压力的首要选择。近几年，电气化铁路取得很大发展，但人均里程还很低，这就决定了电气化铁路还有很大的发展空间。通过以上的分析探讨，旨在希望我们抓住这难得的实践机遇，加快技术研发、加快研发向应用的转换，在牵引变电所综合自动化系统的未来发展中确立领先
地位。
参考文献
[1] 贺威俊，高仕斌，张淑琴，王勋.电力牵引供变电技术[D].成都：西南交通大学，2005.
[2] 西南交通大学电气工程学院.牵引供电专业培训教材[D].成都：西南交通大学，2008.
[3] 蒋年德，魏育成.变电站综合自动化系统体系结构研究[J].电网技术，2003，（10）：48-51.
[4] 邓武，杨鑫华，赵慧敏.牵引变电所综合自动化系统的设计与实现[J].铁道工程学报，2006，（8）.
[5] 柯迪民.牵引变电所综合自动化系统功能探讨[J].继电器，2006，（16）.
作者简介：雍枝锐（1982—），男，四川绵阳人，中铁电气化局集团有限公司工程师，硕士，研究方向：牵引变电的综合自动化。
摘要：文章阐述了牵引变电所自动化系统的发展、典型结构形式，分析了现代综合自动化系统的特点及功能，并与传统自动化系统做了比较。最后展望了其发展方向。
关键词：牵引变电所；综合自动化系统；特点功能
中图分类号：U223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）12-0110-03
电气化铁路具有高速、重载、对环境污染小等特点，已成为铁路发展的必然选择。作为电气化铁路“心脏”的牵引变电所综合自动化系统，在保证供电系统的稳定性、可靠性等方面，有着不可替代的作用。因此，探讨这一课题，具有十分重要的意义。
1 自动化系统的发展
1.1 分立原件的自动化装置阶段
20世纪70年代前，以晶体管等分立原件组成的模拟电路等装置被研制出来，运用到了供电系统中，比如自动重合闸、备用电源自投等装置，提高了供电系统的综合运行水平。但是各装置独立运行，不具备故障自诊断能力，综合运行水平还很有限。
1.2 智能自动装置阶段
70年代，集成电路和微处理器逐渐代替了分立元件装置，出现了微机保护、远动装置。这类装置计算能力强，有一定的智能水平和故障自诊断能力，进一步提高了测量的准确性、监控的可靠性和供电系统自动化水平。但仍存在多数装置独立运行，资源不能共享等有待改进的缺点。
1.3 综合自动化系统阶段
70年代中后期，英、法、意等欧美发达国家陆续开发出了一系列综合自动化系统。但日本后来居上，于1975年研制出了第一套用于配变电所的数字式控制系统SDCS-1，并于1980年商品化生产。至此以后，越来越多的国家和公司开始研究这一系统，例如西门子、ABB、GE、AGE、西屋以及阿尔斯通等行业领军企业。
我国在这方面的研究起步较晚，始于上世纪80年代中期。首次引进的德国西门子公司的LSA综合自动化系统，应用在了京郑线的丰台变电所，实现了全所自动化。1998年3月，该系统通过了西门子公司的检查和调试，标志着我国在牵引变电所综合自动化领域迈出了重要的一步。
到目前，我国的综合自动化系统的发展阶段可以用如下的四个典型结构形式图来表示。
图1所示系统未涉及继电保护，还保留了传统的控制屏台。图2和图3所示系统，其核心就是在变电所控制室内设置的计算机系统，对数据进行采集、处理，实现自动控制的功能。图4所示系统是现在广泛应用的，它将整个变电所设备分为了三层：变电所层、单元层和设备层，该系统又分为集中组屏模式和分散安装模式。
2 综合自动化系统的特点及功能
牵引变电所综合自动化系统是利用现代电子、通信、信号处理及计算机技术，经过优化组合和设计，对变电所全所自动监测、测量控制和协调的综合性自动化系统。它通过遥信、遥测、遥控、遥调、遥视等五大功能，保证了供电系统的稳定性、可靠性及自动化水平，为实现无人值班、无人值守提供了技术支持。
我国电气化铁路标准比较统一，无论是大秦、侯月这样的货运干线，还是京沪、武广这样的高铁，牵引变电所综合自动化系统的主要特点及功能都比较固定。
主要特点：
（1）由间隔层、设备和电缆共同实现五遥功能；
（2）所有的间隔单元集保护、控制、测量于一体；
（3）具有视频监视功能的，应满足无人值班、无人值守的要求。
主要子系统的主要功能：
（1）监控子系统：数据采集、事件顺序记录、故障记录、故障录波和测距、操作控制、安全监视、人机联系、实时打印远方各类报表、数据处理与记录、谐波分析与监视等功能。
（2）微机保护子系统：这是整个系统的关键部分，应满足快速性、选择性、灵敏性和可靠性要求。具备故障记录、存储多种保护整定值、统一时钟对时、当地和远方显示保护整定值、修改整定值、授权对各保护单元的管理、通信自诊断、自闭锁和自恢复等功能。
（3）备用电源自投子系统：当备用回路有压、工作回路失压和断开后，自动投入备用回路功能。但在手动断开工作回路时，不应动作，且备自投装置只应动作一次。
（4）通信子系统：满足系统内部和上级调度的通信需求。采集实时运行信息，实现远动功能。
（5）视频监控等其他子系统：视频监控对全所实时监控，满足无人值班、无人值守要求。其他子系统的应用，使整个系统更安全可靠、抗干扰性更强，其开放性和使用便利性都得到了提高。
3 与传统自动化系统的比较
从最初的自动化系统到如今的分层分布式综合自动化系统，经过长时间的改进、研究，其综合性能得到了极大提高，具备了通信便捷、资源共享、故障自诊等多方面的功能。与传统自动化系统比较，优势明显。
4 综合自动化系统发展方向
综合自动化系统的发展，大大提升了牵引变电所的现代化水平。尤其是在这几年快速发展的高速铁路中，确保了牵引变电所供电系统的安全性、可靠性、稳
定性。
但技术的发展永无止境，随着计算机智能技术、高速网络的进一步发展，我认为，综合自动化系统的发展方向就是数字化的自动化系统，未来这一系统将至少具备如下的“六化”功能。
（1）一次设备智能化。微处理器和光电技术广泛应用到一次设备的各回路中，简化了传统机电式继电器和控制回路结构。
（2）二次设备网络化。先进的、抗干扰信号网络将很大程度取代传统的导线连接，所内电缆数量减少，便于网络共享、资源共享。
（3）控制技术远程化。故障远程诊断、处理，远程修改定值和检修，控制更精准、高效。
（4）占地面积微型化。高压组合电器、高压柜式装置、成套设备广泛应用，控制室组屏数量减少，值班室、值守室变小甚至没有。
（5）人员配置缩减化。无人值班、无人值守变电所将成为发展方向，从而降低运营成本，提升铁路在交通运输领域的竞争力。
（6）整所运行自动化。“系统的判断”取代“人的判断”，系统自动发出常规检修报告、记录运行数据、分析故障原因、给出处理意见。同时，为正在研发的行车指挥自动化系统提供技术支持。
5 结语
在我国，国土跨度大、人口众多，导致了运输压力很大，在未来一段时间，铁路还将是缓解这一压力的首要选择。近几年，电气化铁路取得很大发展，但人均里程还很低，这就决定了电气化铁路还有很大的发展空间。通过以上的分析探讨，旨在希望我们抓住这难得的实践机遇，加快技术研发、加快研发向应用的转换，在牵引变电所综合自动化系统的未来发展中确立领先
地位。
参考文献
[1] 贺威俊，高仕斌，张淑琴，王勋.电力牵引供变电技术[D].成都：西南交通大学，2005.
[2] 西南交通大学电气工程学院.牵引供电专业培训教材[D].成都：西南交通大学，2008.
[3] 蒋年德，魏育成.变电站综合自动化系统体系结构研究[J].电网技术，2003，（10）：48-51.
[4] 邓武，杨鑫华，赵慧敏.牵引变电所综合自动化系统的设计与实现[J].铁道工程学报，2006，（8）.
[5] 柯迪民.牵引变电所综合自动化系统功能探讨[J].继电器，2006，（16）.
作者简介：雍枝锐（1982—），男，四川绵阳人，中铁电气化局集团有限公司工程师，硕士，研究方向：牵引变电的综合自动化。
摘要：文章阐述了牵引变电所自动化系统的发展、典型结构形式，分析了现代综合自动化系统的特点及功能，并与传统自动化系统做了比较。最后展望了其发展方向。
关键词：牵引变电所；综合自动化系统；特点功能
中图分类号：U223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）12-0110-03
电气化铁路具有高速、重载、对环境污染小等特点，已成为铁路发展的必然选择。作为电气化铁路“心脏”的牵引变电所综合自动化系统，在保证供电系统的稳定性、可靠性等方面，有着不可替代的作用。因此，探讨这一课题，具有十分重要的意义。
1 自动化系统的发展
1.1 分立原件的自动化装置阶段
20世纪70年代前，以晶体管等分立原件组成的模拟电路等装置被研制出来，运用到了供电系统中，比如自动重合闸、备用电源自投等装置，提高了供电系统的综合运行水平。但是各装置独立运行，不具备故障自诊断能力，综合运行水平还很有限。
1.2 智能自动装置阶段
70年代，集成电路和微处理器逐渐代替了分立元件装置，出现了微机保护、远动装置。这类装置计算能力强，有一定的智能水平和故障自诊断能力，进一步提高了测量的准确性、监控的可靠性和供电系统自动化水平。但仍存在多数装置独立运行，资源不能共享等有待改进的缺点。
1.3 综合自动化系统阶段
70年代中后期，英、法、意等欧美发达国家陆续开发出了一系列综合自动化系统。但日本后来居上，于1975年研制出了第一套用于配变电所的数字式控制系统SDCS-1，并于1980年商品化生产。至此以后，越来越多的国家和公司开始研究这一系统，例如西门子、ABB、GE、AGE、西屋以及阿尔斯通等行业领军企业。
我国在这方面的研究起步较晚，始于上世纪80年代中期。首次引进的德国西门子公司的LSA综合自动化系统，应用在了京郑线的丰台变电所，实现了全所自动化。1998年3月，该系统通过了西门子公司的检查和调试，标志着我国在牵引变电所综合自动化领域迈出了重要的一步。
到目前，我国的综合自动化系统的发展阶段可以用如下的四个典型结构形式图来表示。
图1所示系统未涉及继电保护，还保留了传统的控制屏台。图2和图3所示系统，其核心就是在变电所控制室内设置的计算机系统，对数据进行采集、处理，实现自动控制的功能。图4所示系统是现在广泛应用的，它将整个变电所设备分为了三层：变电所层、单元层和设备层，该系统又分为集中组屏模式和分散安装模式。
2 综合自动化系统的特点及功能
牵引变电所综合自动化系统是利用现代电子、通信、信号处理及计算机技术，经过优化组合和设计，对变电所全所自动监测、测量控制和协调的综合性自动化系统。它通过遥信、遥测、遥控、遥调、遥视等五大功能，保证了供电系统的稳定性、可靠性及自动化水平，为实现无人值班、无人值守提供了技术支持。
我国电气化铁路标准比较统一，无论是大秦、侯月这样的货运干线，还是京沪、武广这样的高铁，牵引变电所综合自动化系统的主要特点及功能都比较固定。
主要特点：
（1）由间隔层、设备和电缆共同实现五遥功能；
（2）所有的间隔单元集保护、控制、测量于一体；
（3）具有视频监视功能的，应满足无人值班、无人值守的要求。
主要子系统的主要功能：
（1）监控子系统：数据采集、事件顺序记录、故障记录、故障录波和测距、操作控制、安全监视、人机联系、实时打印远方各类报表、数据处理与记录、谐波分析与监视等功能。
（2）微机保护子系统：这是整个系统的关键部分，应满足快速性、选择性、灵敏性和可靠性要求。具备故障记录、存储多种保护整定值、统一时钟对时、当地和远方显示保护整定值、修改整定值、授权对各保护单元的管理、通信自诊断、自闭锁和自恢复等功能。
（3）备用电源自投子系统：当备用回路有压、工作回路失压和断开后，自动投入备用回路功能。但在手动断开工作回路时，不应动作，且备自投装置只应动作一次。
（4）通信子系统：满足系统内部和上级调度的通信需求。采集实时运行信息，实现远动功能。
（5）视频监控等其他子系统：视频监控对全所实时监控，满足无人值班、无人值守要求。其他子系统的应用，使整个系统更安全可靠、抗干扰性更强，其开放性和使用便利性都得到了提高。
3 与传统自动化系统的比较
从最初的自动化系统到如今的分层分布式综合自动化系统，经过长时间的改进、研究，其综合性能得到了极大提高，具备了通信便捷、资源共享、故障自诊等多方面的功能。与传统自动化系统比较，优势明显。
4 综合自动化系统发展方向
综合自动化系统的发展，大大提升了牵引变电所的现代化水平。尤其是在这几年快速发展的高速铁路中，确保了牵引变电所供电系统的安全性、可靠性、稳
定性。
但技术的发展永无止境，随着计算机智能技术、高速网络的进一步发展，我认为，综合自动化系统的发展方向就是数字化的自动化系统，未来这一系统将至少具备如下的“六化”功能。
（1）一次设备智能化。微处理器和光电技术广泛应用到一次设备的各回路中，简化了传统机电式继电器和控制回路结构。
（2）二次设备网络化。先进的、抗干扰信号网络将很大程度取代传统的导线连接，所内电缆数量减少，便于网络共享、资源共享。
（3）控制技术远程化。故障远程诊断、处理，远程修改定值和检修，控制更精准、高效。
（4）占地面积微型化。高压组合电器、高压柜式装置、成套设备广泛应用，控制室组屏数量减少，值班室、值守室变小甚至没有。
（5）人员配置缩减化。无人值班、无人值守变电所将成为发展方向，从而降低运营成本，提升铁路在交通运输领域的竞争力。
（6）整所运行自动化。“系统的判断”取代“人的判断”，系统自动发出常规检修报告、记录运行数据、分析故障原因、给出处理意见。同时，为正在研发的行车指挥自动化系统提供技术支持。
5 结语
在我国，国土跨度大、人口众多，导致了运输压力很大，在未来一段时间，铁路还将是缓解这一压力的首要选择。近几年，电气化铁路取得很大发展，但人均里程还很低，这就决定了电气化铁路还有很大的发展空间。通过以上的分析探讨，旨在希望我们抓住这难得的实践机遇，加快技术研发、加快研发向应用的转换，在牵引变电所综合自动化系统的未来发展中确立领先
地位。
参考文献
[1] 贺威俊，高仕斌，张淑琴，王勋.电力牵引供变电技术[D].成都：西南交通大学，2005.
[2] 西南交通大学电气工程学院.牵引供电专业培训教材[D].成都：西南交通大学，2008.
[3] 蒋年德，魏育成.变电站综合自动化系统体系结构研究[J].电网技术，2003，（10）：48-51.
[4] 邓武，杨鑫华，赵慧敏.牵引变电所综合自动化系统的设计与实现[J].铁道工程学报，2006，（8）.
[5] 柯迪民.牵引变电所综合自动化系统功能探讨[J].继电器，2006，（16）.
作者简介：雍枝锐（1982—），男，四川绵阳人，中铁电气化局集团有限公司工程师，硕士，研究方向：牵引变电的综合自动化。
