高速铁路10kV 柴油发电机组自动启停控制实现研究

邓旭龙

（中铁建电气化局集团南方工程有限公司，湖北 武汉 430223）

1 新襄阳东站车站综合用电电力供电系统基本配置和特点

1.1 车站整体综合用电电力供电系统基本配置情况

新襄阳东站车站范围设置10kV 配电所（以下简称配电所）2 座，车站综合用电10/0.4kV 低压所（以下简称低压所）4 座，其中1#配电所为1#、2#低压所提供两路电源，2#配电所为3#、4#低压所提供两路电源； 车站配置10kV 柴油发电机组（以下简称柴发机组）1 台，容量为2 400kVA，配套有带综自系统的10kV 开闭所一个； 柴发机组仅在1#、2# 低压所或3#、4# 低压所上端配电所供出的两路电源均停电时启用，为所内消防和信息等重要负载供电[1]，如图1 所示。

图1 车站综合用电主供电系统示意图

本文将包含了为实现柴发机组自动启停而参与监控的各个设备以及对应控制程序而形成的系统称为柴发自动启停系统。 柴发自动启停系统的控制主要包含低压所控制模块和柴发控制模块。

1.2 低压所控制模块配置情况介绍

1.2.1 1#、2#低压所控制模块的配置情况

1#、2# 低压所与柴发装置关联的配置情况，1#、2# 低压所由车站1# 配电所供出两路10kV 电源，I 路电源连接1#高压环网柜，II 路电源连接2#高压环网柜。两低压所的变压器和低压回路共用1#、2#高压环网柜，两低压所均从两高压环网柜各接引一路10kV 电源[2]。 1# 低压所TA1-2W1 和TA2-2W1 断路器下端为重要负载双电源，2# 低压所TB1-2W1 和TB2-2W1 断路器下端为重要负载双电源，根据设计意图，当上端配电所供出两端10kV 电源均停电时，柴发需启动保证2 座低压所TA2-2W2 和TB-2W2 断路器回路下端的重要负载单电源供电，当柴油发电机组供电时2 座低压所TA2-3W1 和TB2-3W1 断路器应断开将低压所非重要负载切除，防止柴油发电机组过负载。

1.2.2 3#、4#低压所与柴发装置相关的配置情况

3#、4# 低压所与柴发装置相关配置情况，与1#、2# 低压所配置基本一致。 3#、4# 低压所由车站2# 配电所供出两路10kV 电源，I 路电源连接1# 高压环网柜，II 路电源连接2#高压环网柜。 两低压所的变压器和低压回路共用1#、2# 高压环网柜，两低压所均从两高压环网柜各接引一路 10kV 电源[3]。 3# 低压所 TC1-2W1 和 TC2-2W1 断路器下端为重要负载双电源，4# 低压所 TD1-2W1 和TD2-2W1 断路器下端为重要负载双电源，根据设计意图，当上端配电所供出两端10kV 电源均停电时，柴发需启动保证2 座低压所TC2-2W2 和TD-2W2 断路器回路下端的重要负载单电源供电，当柴油发电机组供电时2 座低压所TC2-3W1 和TD2-3W1 断路器应断开将低压所非重要负载切除，防止柴油发电机组过负载。

1.3 柴发机组相关配置情况

车站设置车站重要负载专用柴油发电机组，具备电控功能，搭配有具备综自系统的专用配电开闭所，配置有专用断路器回路分别向1#、2#低压所和3#、4#低压所送电[4]，如图2 所示。

2 柴发机组自动启停系统搭建和调试

2.1 根据既有设计文件，搭建控制系统准备工作

1）在各设备生产前，项目部研究既有设计的硬件配置情况，根据设计硬件配置情况确定与硬件相适应的自动控制方案。 根据本项目业主和设计的指导思想，在实现柴发自动化控制功能的工程实施过程中要尽量减少设计变更，基于此，本项目柴发自动启停系统的自动控制实现方案是根据本站电力供电系统的配置特点进行的定制。 总体自动启停方案：①在1#、2#低压所和3#、4# 低压所设置监控装置，监测上端配电所供出回路的带电情况，当1#、2# 低压所或3#、4# 低压所监测到上端配电所供出的两路电均停电后，对应低压所倒闸到由柴发机组供电的状态（断开低压母联、切除柴发机组供电对应的变压器下端的非重要负载）并向下端柴发装置发送启机用电申请。 ②柴发装置接收到启机申请后，启动柴发机组并判断用电需求的位置，在柴发达到额定运行状态时通过开闭所定向需要用电的低压所进行送电。 ③低压所上端配电所供出的高压回路部分恢复时，对应低压所解除用电需求，自动倒闸恢复到由配电所供电的状态，柴发装置断开对应的供电。当1#、2#低压所和3#、4#低压所均不需要柴发装置供电时，柴发装置启动关机流程并进行冷却延时。

图2 柴发模块系统图

2）完成细化方案编制后，向业主申请召开对接会。 在对接会上与业主、设计、监理、运营单位以及各厂家对控制方案进行讨论，在讨论中对原自动控制方案进行调整，最后确定设计、业主及运营方认可的、各厂家在功能上可以实现的控制方案。

3）完成方案确定后，统计确定后的方案与原设计之间需要调整的点，提报设计变更，同时根据更新后的配置安排厂家生产设备。

2.2 柴发自动化启停系统的信息传输通道确认

新襄阳东站车站面积大，柴发与各所亭距离较远，各所亭开关位置信号和控制指令若采用电信号通过大截面2 次电缆传输，则会较大幅度增加成本，经设计联络确认，系统状态及控制信息传输需采用网络数字信号传输方式。 利用网络传输信号，在现场有两种可行方式：搭建局部独立通信网络和利用SCADA 通信网络。 两种方式利弊分析如下：

1）搭建局部独立通信网络。 优势：无网络可用时可解决网络问题，专用网络可靠性较高，独立网络不受通信段等维管单位的管制，同时专网为封闭网络，不会受到外界不法分子的网络攻击。 劣势：会增加基础投资，同时独立的局部通信网络设备可能会遇到接管维护单位不明确的情况，同时通道出现故障时在例行检修前无法及时通知维护人员，发生故障检修效率低。

2）利用既有远动SCADA 通信网络。 优势：不用增加新搭建通信网络的基础投资； 通信通道有专业的通信维护单位来维护，平时在通道故障时铁路局后台能够发现并通知维护人员，发生故障检修效率高。 劣势：受通信维管单位的管制，使用需报备；网络维护时需要启动柴发时会受到影响；存在柴发系统被不法分子通过SCADA 主网络攻击的可能性。

根据以上利弊分析以及结合工程成本的综合考量，本项目选择了利用既有SCADA 通信网络。

2.3 柴发自动化启停系统主运行逻辑流程

2.3.1 1#、2#低压所停送电倒闸逻辑要求

1） 正常运行状态。 1#、2# 所两个进线环网柜从车站1#10kV 配电所供出的两路10kV 电缆线路获取电源，1#（HA1-4）、2#（HA5-9）环网柜不同时断电时，无需使用柴油发电机供电，由柴油发电机供电的HA9 处于断开状态。

2） 配电所两路电源停电时低压所自检。 PLC 检测到HA2、HA7 环网单元压互同时无电时，PLC 核对 TA2 变压器供电回路HA5、TB2 变压器供电回路HB4、2# 环网柜主进线回路 HA8 的断路器位置： ①当 HA5、HB4、HA8 回路断路器只要存在一个断开并有故障信息时，说明停电可能由下端故障导致，柴发不启用。 ②当HA5、HB4、HA8 回路断路器均未断开时，说明停电并非由下端故障导致，需启用柴发供电。

3）启用发电机组前的工作准备。 ①断开非重要负荷：PLC 核对HA5 环网单元供出的TA2 变压器下端TA2-3W1 低压断路器位置，当TA2-3W1 处于合位，断开TA2-3W1；延时 2s，PLC 核对 HA6 环网单元供出的 TB2 变压器下端TB2-3W1 低压断路器位置，当TB2-3W1 处于合位，断开 TB2-3W1。 ②延时 2s，断开 HA8。 ③延时 2s，闭合HA9。

4）PLC 向柴发综自发出用电申请。PLC 完成启用发电机组准备工作后，向柴发综自发出HA9、TA2-3W1、TB2-3W1 位置状态和用电申请，柴发综自系统核对用电申请和对应开关位置状态，当核对确认以下条件后：①HA9 闭合位；②TA2-3W1 断开位；③TB2-3W1 断开位；④收到用电指令。 柴发综自系统执行相应的开机或送电程序。

2.3.2 3#、4#低压所停送电倒闸逻辑要求

与1#、2#所一致。1#、2#所中对应的A 系列回路或开关对应3#、4#所中的C 系列回路或开关，比如HA1 对应HC1，TA2-3W1 对应 TC2-3W1。 1#、2# 所中对应的 B 系列回路或开关对应3#、4# 所中的D 系列回路或开关，比如TB2-3W1 对应 TD2-3W1。

3 结束语

随着铁路的发展，配置10kV 柴油发电机组或者其它保障设备的大型车站会越来越多。 本文以襄阳东站特定的设备配置和功能需求讲述其实现过程并提出调试及维护建议，同时提出系统的改进设想，可以为再次面对类似工程时提供一些工作上的思路。 同时本文在这抛砖引玉，希望能交流到更好的方案和经验。