试论牵引供电系统的智能化变电所技术

摘 要：党的十九大报告提出新发展理念加快创新型建设，决胜全面建成小康社会的奋斗目标，铁路作为交通体系中的重要组成部分，承担着为实现这一目标提供可靠运力的重要职责。随着国民经济持续快速发展，运量需求不断增加，对牵引供电系统运行可靠性要求进一步提高。

关键词：牵引供电系统;智能变电所

近年来我国铁路飞速发展，截至2019年年底营业里程突破13.9万公里，其中高铁3.5万公里，2019年完成货物发送量31.15亿吨。既有的牵引变电所供电模式无法适应新时代智能化发展需求，增强信息实时性是牵引供电系统安全的保障。为保证实时监测牵引供电系统状态，恢复供电及检修安全功能需求，需要二次设备全方位采集信息，协调配合。

1.牵引供电系统智能化变电所技术的发展

牵引供电系统是列车运行的动力来源，精准控制重要设备相关参数尤为重要。牵引供电系统中包含众多设备，牵引供电系统中各种设备产生大量复杂数据信息，如何存储海量信息，如何根据数据快速查询判断设备运行状况，根据分析结果做出预估是牵引供电系统急需解决的问题[1]。

目前铁路牵引供电系统信息化智能化程度低，系统可靠性要求高，牵引供电系统迫切需要具有较高的信息化水平、具有自动分析预判故障的能力、可根据设备动作情况给一线维护人员及管理人员提供设备检修维建议等。通过云计算虚拟化技术形成服务模式。将大数据应用于牵引供电系统分析中，为实现智慧铁路提供可能。

牵引变电所综合自动化系统经过十多年的发展，在变电所整体运行的可靠性所有提高，既有的保护装置多基于“一对一”相关间独立配置，存在二次接线复杂、保护装置冗余、信息共享不实时、通信标准不统一、设备系统互不兼容、整体联动性较差、投资造价大、升级更新较为困难、运营维护成本高、技术力量搭配不合理等问题。随时信息化、5G通信、电子技术、智能传感器等技术的飞速发展以及IEC61850标准的分布实施，智能化变电所技术日益成熟，将智能变电所从理论到落地实施变为可能。

铁路牵引变电所智能化是牵引供电系统未来发展趋势，体现在铁路迅猛发展，牵引供电系统必须要自动化程度更高，更加智能化[2]。我国供电方式普遍采用全并联AT及直供加回流的模式，越区供电等功能需要完善適应结构复杂的牵引变电所。随着电子技术及5G技术的迅猛发展，为研制智能变压器、断路器、智能传感器等设备提供了技术支撑。建设智能铁路是国内外大势所趋，铁路牵引变电所智能化方案研究是智能铁路快速发展的关键要素。成熟的关键技术应用于智能变电站建设中，包括5G通信、智能传感器、信息化系统、虚拟仿真等，为智能变电站建设实现软硬件支持保障，为牵引变电所智能化建设方案研究奠定了基础。

2.智能牵引变电所技术特点

智能变电所技术通过先进的传感器等技术，实现设备参量数字化同步实时采集，是具备统一模型的信息平台。实现牵引网供电系统安全高效运行[3]。智能变电所技术可以设置以供电臂为单元的智能化信息处理平台，平台位于变电所，在AT所等建立远程模块，调度中心作宏观管理，形成调度中心级与牵引变电所平台合理分工。

智能牵引变电所技术特点体现在一次设备智能化，运行管理系统智能化。非磁性光型电压传感器等元件与断路器等高压设备有机结合，形成智能化断路器，避雷器等。将高电压就地变换成光纤数字网络信号，通过光纤传输网络输送到智能断路器操作模块数字端口。

智能变电所中，通过网络实现数据共享。系统通信协议标准具备开放性，通过各设备信息交互实现二次设备到信息冗余。智能变电所技术采用标准不同于早期103规约，建立系统数字化变电所平台，充分利用IEC61850面向对象构建，实现智能化一次设备与二次设备数字化通信，确保二次设备互通。智能变电所持续监视所内电气设备，发生故障时提供诊断分析报告，发生安防等情况时，根据预案启动措施。要求变电所具备智能化数据处理能力，实现故障信息综合分析等功能。

3.新建智能牵引变电所网络架构

智能化牵引变电所架构包括站控层、间隔层与过程层。站控层提供变电所运行人机联系界面，实现管理层间隔层管理，站控层采用SNTP对时，间隔层通过交换式光线以太网通信，北斗提供统一标准的IRIG-B信号，确保间隔层设备有效信息传输。

智能设备共同协助完成自动化功能应用场合增多，完成功能的前提是IED数据通信可靠性。IEC61850标准定义通用变电所GSE模型，GSE分为面向通用对象变电所事件GOOSE，通用变电所状态事件GSSE，GOOSE通用面向对象变电所事件是快速报文传输机制，GOOSE服务基础是高速PZP通信，智能电子设备与其他智能电子设备相连，GOOSE可作为发动端为前提智能电子设备提供数据。

4.既有牵引供电系统智能化改造

以传统牵引变电所为例，110kv配电装置为户外单体设备，中压侧27.5kv配电装置通常户内安装。控制二次设备通常安装在牵引变电所控制室内，二次设备与一次设备端子箱采用大量电缆连接。

铁路牵引变电所智能化建设投运是不断递进的过程，保障铁路牵引供电系统安全下，需从设计建设等方面研究如何实现变电所智能化方案，智能牵引变电所设计要求基于现有智能变电站技术发展水平，系统与设备选择设计应考虑开放性，牵引变电所智能化方案以安全性为首要目标，牵引供电采用供电臂为单元的区域供电模式，考虑各所协同互动高级应用。

一次设备监控系统智能化改造是改造关键，需根据多方面比选确定最优改造方案。一次设备智能化改造可选用非磁性互感器+智能合并单元。利用电磁式电流电压互感器+智能与合并单元。前者方案造价较高，目前产品成熟度不够，需要不断积累经验。后者方案较成熟，非磁性互感器数据光纤传输具有延时，通常主变压器与低压侧跨间隔保护设备改造采取常规互感器。如牵引变电所采用远动RTU自动化系统，完成站控层综合自动化数字化改造，依照标准对设备软件升级。

结 语

智能牵引变电所技术应用新建，实现一次设备信息就地采集上网，实现变电所等基础信息数字化，使得相关智能化所间系统联网成为现实，实现信息系统一体化，基于IEC61850标准的智能断路器，新型非磁性互感器，及以太网通信技术应用，实现供电臂单元智能设备间互联，是变电所建设，运维管理模式的升级，实现牵引供电系统智能化运维。

参考文献

[1] 杨斯泐，李强，董文哲.智能牵引供电系统现场试验评估技术研究[J].铁道标准设计，2019，63（01）：128-132.

[2] 钱清泉，高仕斌，何正友，陈奇志，吴积钦.中国高速铁路牵引供电关键技术[J].中国工程科学，2015，17（04）：9-20.

作者简介：刘阳飞（1984—），男，汉，陕西榆林市，本科，助理工程师，包神铁路集团神朔铁路分公司，智能变电所。