自动化技术在铁路电气中的应用

文/张晓伟

针对自动化技术这一概念的界定，至今没有统一化定义，从本质来讲，是集多种技术为一体的综合性技术，例如计算机技术、网络通信技术、信息技术、控制技术以及电子技术等都属于自动化技术的范畴，计算机和自动化控制是自动化技术的核心所在。近年来，随着自动化技术的应用范围逐渐扩大，给其也带来了广阔的发展契机，并逐渐趋于成熟化发展。借此，本文主要对自动化技术在铁路电气工程中的应用展开讨论。

1 电气工程中强化自动化技术应用的必要性

目前，我国已步入“十二五”发展的关键时期，电气工程建设也出现了蓬勃发展的态势，这为电气施工企业提供了重要的发展契机。然而事物的存在必然会出现两面性，给其带来机遇的同时，挑战也随之而来。这就要求新时期下的电气施工企业将侧重点放在专业技术实力提升上，从而使自身在激烈的市场环境中得以生存与发展。尤其是近年来科学技术的不断进步与发展，智能化、科学化和自动化已成为现代电气工程具有的显著特征，在此背景下，电气自动化技术应运而生。因此，我们要不断强化自动化技术在电气工程中的应用，使电气设备的自动化和智能化水平得到显著的提升，以此更好的满足时代要求。

2 自动化技术在铁路电气工程中的应用背景

电气工程项目和自动化技术是推动系统化服务类技术得以形成并趋于完善的重要因素，将其应用在现代铁路项目中，满足了时代发展的趋势和要求。与传统铁路施工项目相比较而言，采用电气工程和自动化技术的交通运输系统，不仅可以以牵引模式为载体实现高速运行，而且其载重数量和环保价值也能得到进一步提升。然而在借助信息化实施项目控制和管理时，铁路牵引对供电的专业性要求也越来越高，除了要确保其自动化课科技化运行，还要对其系统可靠性予以重视，这是保证整体技术逐渐趋于专业化和信息化发展的重要保障。同时，铁路施工管理部门要以立足于实际需求，采取更优化的管控措施，提高管理层级的时效性，从而使项目实施过程中的损耗得到有效的控制，并建构其新型发展的运行结构，在满足企业自身需求的同时，对铁路项目时效性予以进一步的优化。

3 铁路电气工程中常见的自动化技术

3.1 馈线自动化技术

馈线自动化技术是当前铁路电气工程中运用较多的一门自动化技术，以技术特点为划分依据，可将其主要分为集中控制、分布式控制和综合控制三种。

3.1.1 集中控制

此种馈线模式是基于主站、通信系统和终端设备完全建立，并具有良好的运行状态下采用的。其中，主站主要是依托通信系统，完成终端设备信息接收的，收集完毕后会由网络拓扑对采集到的信息内容进行分析，对于其中出现的故障问题予以精准定位，从而找出故障问题的所在位置。之后，其会下达相关故障处理指令，主要采取远程遥控的方式，借助开关实现故障区与其他正常区域的隔离，从而保障其他区域的正常用电。

3.1.2 综合控制

综合控制的馈线模式与上述集中控制模式大致相同，虽然其也可以实现对故障的准确定位与处理，但是在实际应用中可以发现，其不仅效率较低，而且适用性也得不到保障。

3.1.3 分布式控制

此种馈线模式能够在短时间内实现故障区与非故障区的快速分离，使终端和主站相互独立而存在，使故障处理速率得到了充分的提升。

3.2 测控终端技术

测控终端技术是铁路电气工程中优势较为突出的一种技术类型，它能够将运行压力根据主站和子站的具体需求予以分配，还能实现对故障的自动检测。一旦检测出有故障情况的发生，就会自动对其予以隔离。同时，此种技术受外界因素影响较小，即使碰到雨雪雷电等恶劣天气，其也能够保持正常运行，是铁路供电源源不断的重要保障。

3.3 通信技术

通信技术是铁路电气工程中不可或缺的重要部分，其中光纤通信技术运用最为广泛，主要是借助光波来实现信息的传递，以光导纤维为载体实现信号传输，从而实现光线中光波的长距离传播，使接收到的信息更具及时性和实效性。

4 自动化技术在铁路电气工程中的应用分析

4.1 信号电源监控

信号电源监控（SMC）简单来讲就是以计算机技术、微电子技术和网络通信技术为载体，来对铁路自动闭塞信号装置实施的远程监控，其中运行状态检测、发现的异常以及相关故障信息记录都属于监控工作中的重要内容。信号电源监控（SMC）从本质来讲就是将SCADA 技术应用到了铁路信号电源上，由于其是铁路电气中不可或缺的部分，同时又对故障录波有着较为严格的要求，因此可以将信号电源监控（SMC）独立出来，将其作为更高级的应用而存在。此外，检测信号电源监控（SMC）系统是否完整的标准主要看其是否具有以下功能，即电压、电流和开关状态的远程监视功能；高低压开关能够实现远程控制；电压异常的情况下实现自动报警；过流检测和故障录波等。

4.1.1 系统结构

主站层、通信通道和监控装置是构成信息电源监控系统的重要因素。想要使系统的性能得到更全面的提升，可以采用将SCADA 和信号电源监控结合起来的方案，此监控系统的应用，是辅助工作人员清晰掌握信号供电装置运行状态的重要手段，避免了传统盲目管理的问题，而对于一些隐藏的故障也能使其充分显露出来，从而进行快速的解决，提升供电的可靠性。同时，在故障发生时其电压和电流的波形该系统也能将其进行详细地记录，对工作人员清晰了解故障过程有一定的帮助，也是后续分析故障出现原因的重要参考。此外，系统还能及时发现越级跳闸的情况，这样既减轻了工作人员的工作强度，又提升了其工作效率。

4.1.2 主站功能

通过上述论述可以发现，信号电源监控（SMC）是铁路电力调度自动化中的一个重要应用，其功能也是多样的。首先，它具有运行监视的功能。信号电源的接线图借助计算机屏幕可以得到清晰地呈现，这也是帮助工作人员能够及时了解电压、电流和开关状态具体情况的重要依据。同时，信号电源电压和电流的具体变化趋势的曲线以及开关位置变换事件的顺序表格记录等也均能得到显示；其次，事件报警功能。现场监控装置传出的电压和电流异常的情况被系统接收到后，相应的警告信息就会自动显示到计算机屏幕上，并配以相关的声光效果，以此达到吸引工作人员注意，并对其查看的目的。此外，事件报警还能将电压和电流的有效值的动态变化趋势显示出来；再次，故障录波功能。可实现对过流故障录波的自动检索，并将其中的故障显示出来。同时，波形的大小、移动也可以借助此功能来实现，借助光标的移动来测量波形上选定点的瞬时值，并以此发出人工录波的指示命令；然后，图形管理功能。图形管理主要由以下几个部分构成：第一级是对布局图的管理；第二级是对供电臂示意图的管理，第三级是对车站图的管理，此过程中可以借助第一级和第二级获取的图像，秉承简单、便捷原则，完成图标的简单绘制。另外，对高压侧开关的控制也可以以第二级为依托来实现；最后，参数读取和整定功能。能够明确现场监控装置的地址，并对其位置实施读取和整定的功能；远距离测试其监测限定值和录波启动的整定值功能等。

4.2 铁路线路自动化

铁路线路自动化（LA）主要是指利用相关技术手段，以线路分段开关为对象实施的远程监控、故障定位和隔离，同时，对出现的故障信息予以详细记录。铁路线路自动化（LA）属于铁路电力调度自动化系统中的重要组成系统，对故障线路进行定位、隔离故障区域、远程“三遥”等都是其主要功能。同时，短路、小电流接地等故障也可借助此系统进行及时的检测和精准的定位，从而确保其能够与非故障区实现快速隔离，保证非隔离区的正常用电。也正是由于此系统的应用，使得因铁路电力线路故障导致的停电范围得到了充分控制，大大缩小了受影响范围。同时，其还可以准确定位出故障的出现位置，既改变了以往线路巡视检查花费时间长的弊端，又使故障得到了及时有效的处理，减少了因故障对铁路安全运行的影响。

4.2.1 短路故障的处理

针对短路故障实施隔离，并使其恢复供电主要有以下两种方式，第一种方式为现场控制，第二种即远距离遥控控制。第一种方式主要是以现场中的自动分段器和重合器为依托独立来实现的。第二种方式则是借助主站遥控来实现的，然而与第一种方式不同的是，其并不是独立完成的，而是需要以通信通道为途径进行信号传输为辅助的。

现场控制其主要控制方式是电压-时间（V-T）。当线路失去电压时，自动分段器会受到一定影响而跳闸，如果对其检测过程中发现一侧有电压的存在，那么其合闸将会在固有时间基础上稍有延迟，如果在预设时间段内失压，那么则会立即跳闸，同时进行自锁功能。例如，处于线路中的A点出现永久性短路故障，系统如果实施现场控制的方式，其具体实施环节如下：在出现故障问题后，最先跳闸的是重合器1，接着第一至第四个分段器就会同时处于失压跳闸的状态；当重合器1 合闸后，分段器1 就会与故障点发生重合，这是之前已合闸的重合器1 又会重新跳开，分段器1 也将会再次失压并跳闸从而进行自锁；重合器1 再次进行合闸，非故障区域的线路即可恢复供电，当时间满足预设延时的时间后，重合器2 会进行合闸，接着分段器4 和分段器3 就会依次进行合闸，而分段器2 合闸时则会与故障点重合，这是分段器2 会自动跳开，第二至第四分段器将会失压跳闸，且分段器2 将自动锁定；重合器2 合闸后，之后分段器3 和分段器4 也会依次合闸，这时整个非故障线路的供电即可恢复。通过上述过程可知，现场控制是可以脱离通信而存在的，且在前期过程中不需要太大的投资即可实现。然而，上述过程需要反复进行多次重合，会对用电设备产生较大的影响与损耗。

4.2.2 远程遥控

此种控制方式与上述方式的本质不同就在于，此种方式主要是以通信网络为依托的，以此实现对线路中的符合开关进行控制，进而达到隔离故障区的目的，确保非故障区的正常供电。仍以A 点永久性短路为例，对远程遥控的具体实施过程进行分析：当故障问题出现后，重合器1 会自动跳开，而之前已经在现场设置好的FTU 和RTU，会借助通信网络为载体，实现故障检测结果向FA 控制主站的传递；当对重合器1 和分段器1 处的开关予以检测时发现，此段中存在故障电流，而其他开关点并未出现类似情况，这样可以推断出，其故障点的发生位置主要在分段器1 和分段器2 这一范围内；这时主站可以利用遥控实现对分段器1和分段器2 的控制，使其同时跳开，并以此为基础进行重合器1 和重合器2 的合闸，这样即可将故障区与非故障区进行隔离处理，非故障区即可恢复供电。通过上述两种方式的分析与对比可以发现，此种方式相比第一种来讲过程较为简单，且开关次数明显少于第一种处理方式，不会对系统造成太大的损耗与冲击。但是此过程需要以来远程通信来完成，因此投资方面也明显高于第一种方式。

4.2.3 小电流故障处理

当铁路线路出现此类故障时，零序电流会以故障点两侧为通道，从而流向故障点内，由于该电流的初始极性是相反的，如果是线路末端出现故障点，那么位于故障点之前的FTU其检测到的零序电流应该是最大值。以这一情况为依据，能够准确且快速的判断出小电流故障的具体位置。

5 结束语

综上所述，将自动化技术应用到铁路电气工程过程中时，要注意此技术运用方式的科学性与合理性，并以此为依托实现工程整体技术水平的有效提升，这也是保障铁路运营安全和稳定的重要保障。在后续发展过程中，仍要将自动化技术研究作为重要任务来对待，除了要对现有技术予以调整与完善外，还要在现有技术基础上不断进行新技术的研发与拓展，从而使自动化技术的重要意义得到充分的展现，更好地为铁路工程建设所服务。