铁路供电调度控制系统技术的应用

牛海浪

中铁建电气化局集团第三工程有限公司 河北 高碑店 074000

引言

牵引变电所作为铁路供电系统的关键，能够为车辆运行提供动力支持。铁路沿线各种负荷均由线状供电网络提供电力。之前进行的线路建设、倒闸作业、抢修故障、恢复供电，这些工作的开展，主要依靠沿线工区职工的作业来完成。高科技、现代化装备伴随着高速发展的铁路被大量采用，SCADA系统也被广泛应用于铁路的新建和改造。针对目前铁路安全行车及行车密度要求越来越高以及SCADA系统功能的不断完善都将成为下一步动力驱动技术发展的课题。

1 铁路供电调度控制系统简介

铁路供电调度控制系统是一种运用计算机、网络和通信技术对铁路供电系统进行远程数据采集、通信、监视、测量、控制、保护、辅助监控的系统。借助供电调度系统功能可以采集系统运行时产生的各项数据，从而准确地对铁路电力系统及配套设施运行情况进行分析及有效监控[1]。该系统功能种类丰富，包括线路检测、采集、传输及处理数据；在线自检显示远动终端功能；实现在线修改、编辑和定义用户图片和用户资料库的功能；所有电脑均具备开机和恢复功能；具备自动切换和手动切换功能的冗余配置双主机系统；在具备友好的人机界面、实现运行参数实时监控、动态显示电力网络运行状况的同时，可对操作者进行模拟训练和演示功能。

2 铁路供电调度控制系统构成

铁路供电调度控制系统主站采用国家铁路集团-局集团公司-段三级架构，其系统总体结构如图1所示。

图1 铁路供电调度控制系统主站总体结构图

SCADA系统结构主要由3部分组成：调度端、传输通道、被控端。

2.1 调度端的主要站点，也就是铁路局的调度中心

调度中心作为控制铁路系统运行的关键枢纽，电力相关系统所采集的信息都要经过这里进行分析处理，工作人员在对各项信息进行分析处理后，在通过远程系统对车站、变电站及配电所的设备下达指令。

2.2 被控端，即变配电所在铁路沿线的监控系统[2]

该系统一般在铁路内部采用两种方式，一是微机保护装置在变电所设备和配电所设备的二次保护装置中全面使用。全微机控制高压设备的分合。二是继电器保护装置仍用于变配电所高压设备的二次保护。同时在变电站和配电所增加了微型计算机监控设备。

2.3 远距离数据的传递通道

监控系统通过通信通道向调度中心发送采集到的大量信息，再由调度中心统一调度调配，下达远程指令，发送远程指令。

3 远动系统功能

3.1 遥测、遥信及遥控功能[3]

当前，远动系统对铁路沿线重要供电线路及设备进行远程监控，其三遥功能比较突出，第一，遥测功能，具有远程测量特征，利用现代通信技术传送被测变量的测量值；第二，遥信功能，对相关设备运行情况进行实时的远程监视；第三，遥控功能，在调度中心下达指令后，利用通信程序对下达指令的设备运行情况进行调整，根据指令进行设备的开关操作。随着我国铁路交通事业的蓬勃发展，对远动系统功能的要求也更高，牵引变电所在三遥的基本功能上，又具备了遥调和遥视的功能。此外，还兼具了自我检查及诊断等功能，能够及时预警、诊断系统故障，提高了远动装置维护的高效性。

3.2 线路故障检测功能

由FTU检测故障并报告主站，主站系统首先要完成故障的自动定位，对故障线段两侧的负荷开关进行自动遥控断开，在确认线路失电的情况下对故障点进行隔离，然后对两侧配电所出现的开关自动下达遥控命令进行闭合，没有故障的线路要及时恢复电力供应，针对具体的故障问题要提供详细信息及处理报告，为调度人员提供参考。

3.3 越限侦测报警

一旦被提取一相电流或电压越限（包含两个级过流、两个级过压、欠压、失压、越限时间等）时，由20周波的有效数值记录两路信号电源各相电压、电流信号，从而产生对应的报警信息。

3.4 故障探测和报警

记录两个电源的各相电压和电流的波形，作为任一路信号电源出现过流故障（引起开关跳闸）或某些遥信变位时的事故分析基础[4]。故障波形能反映出在故障之前，稳态和故障暂态到故障后稳态的各个阶段的变化特征。在故障发生点前5周波点后，10周波点的数据可以自动记载。在报警资料里自动生成超限温度和高压线路接地故障信息。

3.5 参数整定

利用RTU通信端口和M型模组，与TMIS生产网相连，可以完成点对点或1点对多点的通信关系。

3.6 供电异常

有源报告功能被监控到的任何干扰信号发生供电的异常时，设备则会向主要的网站报告（越限、失效等）。

3.7 本地维护功能

应用代码的下载，故障的判断都可以通过设备的本地维护端口实现。

4 铁路电力远动系统应用及思考

4.1 铁路供电调度系统的应用

就京沈客专铁路调度端建设和调试分析，在北京铁路局调度新系统中数据全部完成后，测试系统各功能正常。首先进行沿线各配电所、电力箱变等电力设备单体调试，调试完成后根据现场调试数据，在调度端针对每一个被控站生成相对应的调度数据，然后再进行远动调试，远动测试主要是验证通道连通无掉包和调度端调度数据库与现场实际数据保持一致。

以京沈客专承德南站以东提前开通段为例，保证远动调度数据接入后的准确可靠，在调度数据正式接入前期，先进行数据调试及整合。受北京铁路局调度中心管控，施工调试人员严禁进入正式调度中心，在北京铁路局设立临时调度端，配置和正式调度端完全一致，利用临时调度端对京沈客专前期开通段的配电所、变电所及箱变等电力设施进行调试。

进行远动调试之前，向供电部、调度所、供电段、通讯段及相关部门提交调试工作的申请，并提供相关调试方案。将传输通道跳接到临时系统中，测试通道正常，确保本体调试完成方可进行远动调试。电力远动系统主要针对配电所、变电所及箱变等电力设备的三遥功能进行测试。

4.1.1 遥控的测试主要是为对变电所、亭、站的开关进行分、合操作，并对操作完成后的开关位置信号与实际是否一致进行确认；现场的调试人员主要是进行开关的状态确认，调度中人员进行远方操作指令下达，通过通道传输指令及后台程序控制开关的状态。这也是后期运维中是否能正确远方分合开关最重要的调试，通过远方遥控可以对无人所进行停送电作业。

4.1.2 遥信的测试主要是对变电所、亭、站内的开关量信号、预告信号、事故信号进行测试；其中开关量信号在作遥控调试一起确认，而预告信号和事故信号等相关信号在整个调试过程中进行验证；现场调试人员进行开关量的模拟工作，通过相关的模拟故障信号通过通道反馈到调度中，调度员通过后台提示可以清晰地看到故障信号所在，通过分析可以快速地判断故障的等级，并通过站段的复视终端同时显示，有利于检修人员进行现场处理，及时恢复故障，确保供电安全。客专铁路的保护也越来越准确，通过智能化和广域化进行全方位的判断，使得保护故障的切除更加准确，有效保障了列车的安全运行。

4.1.3 遥测的测试主要是在调度工作站显示界面上的数据与变电所、亭的数据直接进行验证。遥测主要是对数据的采集，包括电流电压等数据进行上传，现场调试人员通过实验设备进行加载电流和电压，反馈到调度中心对比是否与现场一致，可以确保运营过程中数据真实可靠，并对相关的保护定值进行远方修改，提供准确的数据下发并应用。

如果通道不正常，或测试中出现异常情况，则及时通知相关配合单位进行问题处理。确保调度系统的各项正常工作。

远动系统调试中不仅仅是针对开关设备进行远动调试，结合目前高铁的快速发展，所亭内无人值守相关的辅助监控系统也在调试范围内，主要包括环境监控、视频、消防、门禁、智能巡检机器人等都纳入了远动调度系统。现场相关的实时数据上传到调度中心，工作人员可以随时监控所亭的运行状态，进行设备的远程维护及发生故障后能及时通过智能巡检机器人和监控设备准确的故障设备及原因，通知维管人员进行现场处理，大大减少了巡检人员的巡检次数，有利于设备的维护和成本的控制。

远动调试完成后确保数据的准确性，将数据进行整合。京沈客专铁路设置一个调度端，因承德南站以东为提前开通段和承德南站至北京朝阳站为后期开通段分段开通，所以需要进行两部分调试完成后的数据进行整合，利用高铁天窗，将两部分数据在正式调度端数据库进行整合，由正式调度端完成全线铁路的电力调度控制系统，至此完成京沈客专高速铁路电力调度系统的全部工作。

4.2 铁路供电调度控制系统的软硬件设计

远动系统功能在一定程度上决定了车辆调动工作的准确定，为进一步保证铁路运行安全，应根据电气化系统特点及运行要求，建立高效的电力远动系统，应积极引进自动化技术，将其与各类系统相结合，提高软硬件设计的自动化及智能化水平。通过软硬件的配合完成信号的接收和处理，在故障产生后，立即为工作人员提供资料，并着手处理。

4.3 针对电磁干扰的产生和防止措施

电磁是以一种形式存在的一种高频电流的磁场辐射，这种辐射通过磁场和电场同时存在。由于大量电器的使用，在空间中几乎同时存在着极少的单纯磁场或电场与磁场的分量，因此在屏蔽电磁干扰时也要同时兼顾到这一点，根据电磁场原理，利用屏蔽体来减少或阻碍电磁的能量传递，一个过程就是让电磁波在通过屏蔽层时降低其能量，整个屏蔽体就会产生衰减电磁波的效果，这也就是在屏蔽电磁干扰的同时，利用屏蔽体降低RTU和FTU是主要安装在配电所内部的铁路系统中的远动监视装置。机壳外壳与微机源、数位地、FTU及RTU均不可连接，此外，通过对噪音和讯号实施接地操作，可以提高系统的抗干扰性能，使系统运行更安全可靠。

5 结束语

综上所述，铁路供电调动系统作为铁路智能化和自动化发展的关键，通过该系统的应用，能够对全线电力系统的运行展开全面、实时的跟踪监控，帮助管理人员掌握线路具体运行状态，降低了故障发生率。在新时期，还应重视这一系统的不断完善，电力系统运行复杂，影响因素众多，要加大对软硬件设计的投入，推动我国铁路事业稳步迈进。