馈线自动化在铁路系统中的应用

2019-04-08韩猛

铁路通信信号工程技术 2019年3期

韩猛

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 铁路自闭、贯通线

铁路自闭、贯通线路是连通铁路沿线两个相邻变（配）电所的10 kV 电力线路，主要用于沿线的车站和区间负荷供电。我国铁路10 kV 自闭、贯通线路一般采用中性点非直接接地运行方式，属于小电流接地系统。为实现系统安全、可靠、优质、经济的供电，铁路自闭、贯通供电系统在结构和功能上与常规配电网系统有所区别，主要特点如下：

1）变（配）所结构单一，供电可靠性要求高；

2）供电线路长，负荷点多，但线路负荷较小；

3）系统接线形式简单，但线路均为架空线路和电缆线路的混合线路；

4）线路所处位置较为偏远，线路运行环境差，日常维护困难，一旦发生线路故障，维修较为困难；

5）保护系统通常会配置重合闸及备自投功能，以提高线路供电可靠性。

铁路自闭、贯通线路长期户外运行，且沿线环境相对比较恶劣，线路故障时有发生，尤其是在山区、丛林、戈壁滩、无人区等地一旦线路发生故障，故障查找和检修都十分困难，通常需要几小时到十几小时。

在自闭、贯通线路发生故障后，通常由备供配电所进行备投，若备投失败，再由主供配电所进行重合闸；部分线路由主供配电所先进行重合闸，若重合闸失败，再由备供配电所进行备投。对于瞬时性故障，备供配电所备投后即可恢复供电；对于永久性故障，通常采用二分法确定故障区段，进而再通过逐级试合的方式确定最终故障区段。在整个故障查找过程中，逐级试合的方式可能会造成主供配电所多次跳闸，严重时可能损坏调压器。

近几年，随着馈线自动化远动技术的引入，一方面大幅度提高线路的自动化水平，另一方面也成为铁路线路故障查找、隔离的重要手段之一。在线路正常运行时，系统能够实现线路的监控；在线路发生故障时，系统能够实现故障区段的定位、隔离以及非故障区域的复电，缩小停电范围，减少停电时间，提高供电可靠性，有效保障铁路的安全、高效运行。

2 馈线自动化系统

2.1 系统组成

馈线自动化远动系统由现场终端设备、通信系统和主站系统3 部分组成。系统集SCADA、配电自动化于一体，实现线路监测、故障区段定位隔离和非故障区域复电。

1）现场终端设备中一次设备主要为：箱式变电站、分支箱和柱上开关。其中箱变和分支箱10 kV侧多以负荷开关为主，而柱上开关多以断路器为主。

二次设备主要为远程测控终端（Remote Terminal Unit，RTU）和配电开关监控终端（Feeder Terminal Unit，FTU）。RTU 通常采用铁路系统专用光纤系统通信，多配合箱变和分支箱使用。FTU 多采用2G/3G/4G 无线通信，主要配合柱上开关使用。

远动柱上开关以断路器为主，自身具备故障切除功能。在馈线自动化系统中，通常通过远动柱上开关自身逻辑功能，配合变（配）电所的重合闸及备投机制，可就地实现线路故障区段的自动隔离和非故障区域的复电。

2）主站系统主要实现SCADA 和配电自动化，实现线路的数据采集和现场终端设备的控制。整个系统拓扑如图1 所示。

2.2 故障隔离过程

本文主要介绍就地型馈线自动化系统，整个故障隔离过程主要依赖FTU 的保护和逻辑功能实现线路故障区段的隔离和非故障区域的复电。在贯通、自闭线路中，远动分支箱和远动箱变以负荷开关为主，且部分RTU 不具备逻辑功能，远动分支箱和远动箱变不参与就地馈线自动化故障隔离。以K2和K3之间线路故障为例，系统简图如图2 所示。

图2 系统简图Fig.2 System schematic

1）先备投后重合闸

故障为瞬时性故障：配电所FCB1 跳闸，远动柱上开关K1、K2、K3启动失电分闸；FCB2 启动备投，K3、K2、K1依次启动得电合闸（时间级差根据主供配电所重合闸时间间隔调整），FCB1 重合闸返回，备投成功，线路恢复正常供电。

故障为永久性故障：配电所FCB1 跳闸，远动柱上开关K1、K2、K3启动失电分闸；FCB2 启动备投，K3启动得电合闸，合到故障，FCB2 跳闸；K2启动残压闭锁，K3启动快速分闸闭锁；FCB1 启动重合闸，K1得电合闸，K1与K2之间恢复供电；FCB2 再次合闸，FCB2 与K3之间恢复供电。

2）先重合闸后备投

故障为瞬时性故障：配电所FCB1 跳闸，远动柱上开关K1、K2、K3启动失电分闸；FCB1 启动重合闸，K1、K2、K3依次启动得电合闸（时间级差根据备供配电所备投时间间隔调整），FCB2 备投返回，重合闸成功，线路恢复正常供电。

故障为永久性故障：配电所FCB1 跳闸，远动柱上开关K1、K2、K3启动失电分闸；FCB1 启动重合闸，K1启动得电合闸，合闸成功；K2启动得电合闸，合到故障，FCB1 跳闸；K2启动快速分闸闭锁，K3启动残压闭锁；FCB2 启动备投，备投成功，FCB2 与K3之间恢复供电；FCB1 再次合闸，FCB1 与K2之间线路恢复正常供电。