自动化技术在铁路电气工程中的应用

尹亮民　修东凯　庞胜哲

摘要：基于铁路电气工程中，自动化与电气工程是工业设计中的重要组成部分，分析铁路供电的基本特点与常用自动化技术，包括接线方式、配电站、馈线自动化、通信与测控、短路故障的处理。

关键词：自动化;铁路工程;电气工程

自动化技术主要包括了计算机技术、网络通信技术、信息技术、电子技术等于一体的综合技术，直接彼此的相互融合之后，最终就转变为自动化技术。随着自动化技术应用范围的不断拓宽，这一技术越来越成熟。本文分析铁路电气工程中自动化技术的应用具有重要意义。

1 铁路电气工程中自动化技术简介

铁路电气工程自动化技术主要有三种，分别为分布式控制技术、光纤通信和测控终端技术、集中式控制技术，每项技术都有优势和缺点。

分布式控制技术可以快速做出故障区域，并让终端具有故障的排查和管理能力，可以提高铁路电气工程的稳定性，让故障及时得到排除。此项技术的组成是自动化终端和开关组合，这就造成在功能上较为单一，分段过多，控制过程存在一定的问题。

光纤通信和监控终端技术是所有自动化技术的基础技术，能够及时的反馈信息，保证了故障的及时反馈，所以在目前的电气工程中的应用也逐渐在普及。优势在于可以缓解主站的工作压力，让系统可以自检，而不是有故障产生才会有作用，同时在工作的过程中外力影响较低，工作更加稳定，但是缺点是工程建设成本较高。

集中式控制技术是一个整体性的自动化技术，通过配电自动化将信息传输给主站，然后通过主站分析进行反馈，最后在将解决方案传颂给配电自动化终端完成操作。这项技术的优势在于对于故障可以精准的判断和控制，将故障的影响控制在一定范围内，使铁路电气工程还可以正常的运行，同时故障的解决也更加彻底。但是缺点也较为明显，有效的运行需要主站系统、通信、配电终端系统都在良好的运行，所以具有一定的局限性。

2 铁路电气化工程的特点

2.1 接线方式

铁路供电系统基本上都是由单一的辐射网组成，配电所与变电所之间实现均匀分布和彼此连接之后，就可以形成对应的供电模式。其中，在连接线方面又包含一级负荷贯通和综合负荷贯通两种类型。一般情况下，在主要的铁路干线供电系统之中会使用到这两种连接方式。

2.2 供电系统电压等级与配电站的结构

基于对电力系统的分析，发现铁路负荷属于终端负荷，在面对最终用户的时候经常会选择 10 kV 配电所与 35 kV 的变配电站。针对 100 kV 级别，因为其建设资金耗费较多，所以很少被使用。加上功能与应用范围基本相似，使得其基础组成结构是一致的，并且每一条线的设计类型与功能配置都是基本相同的。

3 铁路电气工程的自动化技术

3.1 馈线自动化

（1）综合控制。

综合控制的馈线模式虽然可以实现对故障准确的定位与处理，但是在实际应用中效率偏低，无法保障适用性。

（2）集中控制。

集中控制馈线模式是基于通信、终端设备以及主站建立和完善之后在相对平稳的运行模式之下。其中，主站需要通信系统的支持，当终端设备的信息完成接收之后，通过路网拓扑来分析采集的信息，并且对其故障实现精准定位，将故障点落实。

然后，发布指令，再与远程遥控模式相互配合起來，这样就可以实现正常区域与故障区域之间的隔离处理，进而防范其余区域受影响。

（3）分布式控制。

分布式控制可以短时间能够将故障区域和非故障区域直接分割，独立出主站与终端，将故障处理效率提升上去。

3.2 通信技术

通信技术作为铁路电气工程之中的重要组成，光纤通信技术是其关键之一，其信息的传递主要是利用光波来实现，并且基于光导纤维，最终传输相应的信号，能够达到长距离传播光波的要求，并且也能够让信息接收变得及时有效。

3.3 测控终端技术

测控终端技术属于铁路电气工程之中的技术层面，其对于运行压力的分配主要是通过主站与子站来实现，针对故障实现其自动检测，就能够隔离其故障。外界因素不会对这一技术产生太大的影响，就算是恶劣天气情况依旧可以正常运转，提供持续的、可靠的供电保障。

4 线路自动化技术的应用

铁路线路自动化（FA）主要是利用相关技术来实现线路分段开关的故障定位、远程监控以及隔离，从而记录故障信息。在铁路电力调度系统中，FA作为自动化子系统，其具有的功能在于准确定位、故障隔离以及远程“三遥”。这一系统能检测并定位短路、小电流接地等故障，实现故障的隔离处理，使非故障区恢复供电。该系统的具体应用还可以大幅度减小故障停电的实际范围，同时准确定位故障，将巡视检查的时间大大缩短，有效处理故障，减轻对铁路安全运行产生的影响。

4.1 短路故障的处理

线路短路故障的隔离与供电恢复主要包含了现场控制与远程控制两种方式。现场的控制处理主要是选择利用重合器与分段器来满足要求，但是通信这一块得不到支持;远程控制的实现则需要主站遥控，不过其信号传输需要通信信道的支持。

如针对现场控制直接选择 V-T 的方式，其本身属于电压-时间。在实际的控制中：如果遇到线路失压的问题，就会出现自动分段器跳闸，一旦电压存在于一侧，那么就会延迟其合闸需要的时间，加入可以在预先所设定好的时间范围内，那么就会立刻出现跳闸，并且实现自锁处理。同时，因为现场控制不需要通信的支持，所以也不需要太大的投资，并且实现简单，不过多次重合的支持中，难免会对用户设备产生一定的影响。

4.2 小电流故障的处理

在线路之中存在小电流故障，就会从故障点两侧出发，让零序电流逐渐流向故障点，而这与初始极性本身是完全相反的。如果在线路的末端出现故障点，那么对于 FTU 所测得的零序电流值就是最大值的一个状态，基于这一情况来分析，就可以判断出具体的小电流故障位置。

4.3 远程遥控

远程遥控主要是通过通信网络的配合，依靠遥控线路之中的负荷开关满足故障隔离的实际需求。同时，也可以恢复非故障区域供电。如 A 点属于永久性的短路故障，需要针对远程遥控的具体控制情况进行分析。一旦故障出现，会让重合器1直接跳开，设置在现场的 RTU 以及 FTU 通过通信网络的使用就会传递 FA 控制在主站检测的结果;如果分段器 1 与重合器 1 位置的开关检测到故障电流，其余的开关则没有故障电流通过，这就可以判定在分段器 1 和 2 之间出现了故障，这个时候主站利用遥控就能同时跳开分段器 1 和 2，并且合并重合器 1 和 2，隔离故障区域，这样对于非故障区域的供电需求也可以得到满足。在分析阐述之后，这一类型的控制是非常简单的，并且也不会出现太多次的开关动作，不会造成太大的系统冲击，但是考虑到远程通信的需求，所以，也会花费较多的资金。

5 结语

在当前的铁路电气工程建设与运作中，合理利用自动化技术有利于全面提升技术水平，也可以满足运营稳定性的要求，同时也可以提供条件服务其安全运行。所以，在未来的时间里，还需要考虑到研究其自动化技术，除开对现有技术的完善与改进之外还要懂得加强对新自动化技术的研发，更好地服务于铁路工程建设，提高其运行效果。

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（作者单位：临沂大学）