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电力远动论文

铁路10kV电力远动系统设计及研究

铁道第四勘察设计院电气化设计研究处陈义雄刘敬军

湖北省武汉市邮编:430063

[摘要] 本文全面论述了铁路10kV电力远动系统在铁路运输中的地位和作用,介绍了该系统的设计思想及其构成,阐述了远动监控设备及二级工作站(变配电所远动系统、10kV站场隔离开关远动系统)设备的组成、性能特点以及信号电源监测系统、10kV电力贯通线、自闭线分段开关远动终端的性能特点,并对电力远动系统的功能作了较详细的概述。有利于铁路有关部门人员对铁路10kV电力远动系统的了解和应用;有利于该系统在铁路上推广应用;有利于铁路运输安全、正点、快捷、舒适目标的实现。

[关键词]铁路10kV电力远动系统应用研究

一、前言

随着国民经济的快速健康发展,对铁路运输的要求亦愈来愈高。安全、正点、快速、舒适是铁路运输的目标。要实现这一目标,提高可靠的电力保障,建立铁路10kV电力远动系统就具有非常重要的意义。

10kV电力配电系统是铁路供电的主体,肩负着给铁路运输通信、信号以及其它与行车有关的用电设施供电的任务,供电质量的高低,直接关系到铁路运输网的正常运转,关系到列车运行的安全,关系到人民生命财产的安全。传统的铁路供电管理模式是:铁路10kV及以上变、配电所单独管理,由水电段电力调度员电话调度,运行数据由值班员定时记录,继电保护参数靠人工现场设定;10kV电力线路人工定期检查,当10kV电力线路出现故障停电后,才组织人力物力,查找故障,进行抢修,处于被动地位。特别是铁路线长、点多,很多区段地形复杂,给铁路沿线供电的10kV 电力系统维护管理带来了很大困难,一旦10kV电力线路出现故障,要花费大量的人力物力,且恢复供电的时间长,难以适应现代铁路运输的要求。

建立先进的自动化的铁路10kV电力远动系统是铁路运输现代化管理的需要,是铁路电力运行管理的一次飞跃,也是铁路电力运行管理的发展方向。为此,我们围绕这一主题进行设计研究,并成功应用于广(州)深(圳)铁路干线上,并获得铁道部科学技术进步二等奖。

二、系统设计思想

1、采用分层、分布式结构

系统设远动监控中心、35kV及10kV变配电所(或站场10kV隔离开关远动)监控站两级,由监控中心集中统一管理。也可根据铁路供电调度管理不同模式,按操作权限范围分级管理。每座变、配电所(或站场10kV 隔离开关远动)为相对独立的监控站,能实现当地监控的各项功能。另外,根据铁路电力调度特点,将铁路10kV电力贯通线、自闭线分段开关及车站(含信号楼)信号电源监测直接纳入远动监控中心。

2、系统具有高可靠性

电力远动系统采用先进的国际流行的设计技术,远动监控中心软、硬件设备采用先进的、可靠性高、稳定性好的产品,按模块化结构,冗余配置,实现双机自动切换。

3、实时性:系统采用变位传输方式,确保数据传输的实时性。

4、监控中心配置了模拟设备实时显示各远动终端开关设备运行状态、遥信状态等,直观性好。

5、系统扩展灵活。

6、系统支持多种通信规约,兼容性好。

7、系统采用GPS时钟系统,同步性好。

三、电力远动系统的构成及性能

本系统由远动监控中心设备、远动数据传输通道及各被控远动终端设备组成。系统结构如下图:

该远动系统的监控管理对象包括10KV以上变、配电所、10KV站场线路

隔离开关、信号电源监测、10KV贯通、自闭线分段开关及一些重要的10/0.4kV 变电所。

(一)监控中心设备组成及性能

监控中心采用计算机局域网结构,分布式控制系统,以计算机设备为核心,以网络结点为单元进行配置,系统配置了前置机、后台处理机、维护工作站、模拟屏、操作员节点机等网络节点设备及相应的人机接口设备,还设置了实时数据打印,文档管理报表打印机、实时监视及卫星时钟同步等外围设备。同时提供了功能强大的软件资源及UPS设备。

1.计算机网络

本系统选用了技术成熟、可靠、通用性较强的以太网(Ethernet),采用国际标准化网络TCP/IP协议。双网互备结构,可靠性高,并具有一定的容错能力。正常工作时,两网处于对等互备状态,由软件判定主用网故障时,实现双网互备,网络的基本技术数据如下:

网络标准:IEEE802 .3.Ethernet

拓扑结构:集线器星型结构

网络访问方式:CSMA/CD

网络协议:TCP/IP

传输速率:10/100Mbps

传输介质:10Base T/100Base T

传输距离:100m~500m

节点数量:512个

本系统采用1:N混合结构。支持多种通用型通信规约。

2.系统维护工作站

系统维护工作站通过网络适配器与计算机网络相连,同时通过计算机并口与系统维护打印机相连。

系统维护工作站由维护工程师使用,主要用于完成整个系统数据的建立

及修改、画面建立及修改、报表生成、以标准数据库格式完成历史数据库的管理、系统运行参数的定义、修改及系统程序的维护和开发。对系统运行状态的实时监视,向被控终端下载数据发布命令,对重要的参数进行实时打印,查看系统记录,进行模拟培训等功能。

3.前置处理机

采用带智能通信接口设备,并通过网络适配器与计算机网络相连,通过MODEM与相应的通道相连,同一通道上的调制解调器MODEM均为双重配置并通过模拟“或”实现互备,变、配电所、信号楼的通信控制器(或通信单元),通过专用的MODEM与监控中心相连,前置机既可以与系统所辖的所有RTU的通信,同时也对监控系统的下行命令和来自RTU的有效上行信息进行转发,具有查询、命令、信息转发、通道状态检测、通信机主/备切换、通道切换和通信变换等功能。

4.后台管理机

采用冗余配置、主备工作方式,通过网络管理软件和网络适配器联接上网设备。主备工作方式的切换时间小于15S,两台后台管理机接收网上数据并进行数据处理,但仅主用机向其它上网设备输出数据,主、备机同时支持数据校验,确保数据库完整一致,从机通过握手报文,定时通过网络进行工作状态的在线检测。

其功能有:①网络管理服务器功能,管理并维护监控中心LAN的全局配置文件;接收来自LAN内其它节点的信息;完成后台管理机UNIX操作系统与前端其它节点机Windows NT操作系统间数据传输所需的数据格式的转换。

②SCADA服务器功能,遥控,遥信和遥测处理功能;③数据库服务器功能;

④定时任务管理功能,完成定时遥信、定时遥测、定时召电度量、定时网络节点状态测试,两台互备后台管理机的定时监测,定时刷新历史数据库。

5.定时数据打印机、制表打印机

打印机通过网络服务器挂接在网络上。实时数据打印机主要用于操作记

录,故障报警及事件顺序记录,遥测量越限记录等。

制表打印机主要用于对数据管理报表的打印以及对画面进行拷贝等。

6.模拟盘

监控中心模拟盘设备由模拟盘驱动器和盘体组成,模拟盘驱动器主要完成数据转发、调试、判别功能、模拟盘驱动器从网上接收工作站服务器发来的系统信息,进行处理后向模拟盘进行转发,对模拟盘进行控制维护。

模拟盘具有开关设备的运行状态显示, 光字牌显示,遥信状态显示,事故变位显示,事故复归,时钟显示,安全运行天数显示及验灯、验警等功能。

7.时钟同步系统

本系统采用GPS时钟作为系统时钟。GPS以铯原子钟作为频率标准,其频率稳定度为1~2×10-13/天,精度为±1μs。GPS接收机输出的信号,采用符合RS232接口标准的DB9作为连接器,通过计算机串口进行串行通信。该系统具有时钟软同步功能。

8.系统软件资源

本系统提供运行成熟,先进可靠、标准化的软件资源。软件结构采用模块化设计。软件组成包括系统软件、支持软件及应用软件三部分。

系统软件采用国际流行的操作系统,后台管理机采compaq Tru64 UNX操作系统,采用UNIX C++作为应用程序开发平台。系统维护工作站、模拟屏驱动器采用WINDOWS NT V4.0操作系统,采用Microsoft Visual C++V6.0作为开发平台。这两种操作系统均具有多用户,多任务的处理功能,并提供了完善的调试诊断手段及其它服务程序。

支持软件包括完善的数据库处理软件、画面编辑软件、汉化的人机接口界面处理软件和数据采集软件,通用的数据库管理软件以及通用的报表管理软件和维护软件。

应用软件包括基本的监控软件,日常运行管理软件,模拟培训软件及模拟测试软件等。

9.不停电电源装置

为保证系统的可靠运行,不受外部短时停电的影响,控制中心配备了容量为3kV A的UPS电源系统,在外部电源短时停电(半小时内)的情况下,仍可保证监控中心远动系统正常运行。

(二)变配电所远动终端设备的构成及性能

变、配电所远动终端是整个电力远动系统的一个子系统,可分为控制设备,数据传输通道及被控单元,该系统也采用计算机局域网结构,分布式结构,以计算机设备为核心,以功能为模块,以网络结点为单元进行配置。

该远动终端作为整个电力远动系统通讯网络上的一个节点,通过网络接收各种保护测控信息,网络形式采用现场测控网,网络介质采用10Base T/100Base T。

1.电源系统

子系统内各模块由变、配电所内交直流屏供电.

2.通信控制器

通信控制器内的调制解调器板,为双重配置,工作可靠,并采取了抗干扰措施。根据各变、配电所实际需要,采用具有多个通信接口的通信控制器,完成数据的传输任务,通信规约变换等任务。

3.管理计算机

便于现场管理,监视变、配电设备及远动设备的运行,在权限许可范围内实现就地控制、修改有关参数、检查设备运行状况,提取有关数据。

4.保护单元模块

完成数据采集、变换、转发,对收到的信息进行处理,与设定参数比较作出判断,发出命令,传输信息。在权限范围内也可现场直接设定修改保护模块内的有关参数。

5.远动接口模块

完成数据采集、转换、信息传输,命令转发等功能。

(三)隔离开关远动系统的构成及性能

10KV站场电力线路隔离开关远动子系统采用无线监控系统,由主站、有线/无线数据转发单元,受控单元,数据采集单元四大部分组成。

1.主站设备主要由控制计算机及外围设备构成,提供人机操作界面,通过RS-232口、有线/无线数据转发单元,受控单元对隔离开关运行实时监控。

主站采用双机冗余配置,主、从机互为备用。正常时,主机可以携带全部外设,完成系统所有监控作业,从机备用。主从机通过网络实现双机通信。从机同时接收来自远方的实时信息进行相应处理,并获得在线主机的处理结果,保证信息的一致性,一旦在线主机发生故障,从机立即投入运行。

主站的外围设备包括显示器、模拟屏、打印机等。

显示器为操作人员提供人机接口,操作人员通过显示器及鼠标实现对隔离开关的控制。模拟屏用于显示10kV站场线路供电示意图。

2.有线/无线数据转发单元完成主站有线信息与无线受控单元信息的转发。

3.受控单元接收并执行操作命令,驱动电动操作机构,并将开关状态信息实时传回主站。

4.数据采集单元采集变、配电所内有关断路器的分合闸信号,并通过主站在模拟屏上显示。

5.受控单元设于10KV站场电力线路上具有电动操作机构的隔离开关、负荷开关杆上,其操作电源原则上就近接引铁路内部低压电源,如附近无铁路内部低压电源,则在杆上设DC-1.2kV A变压器提供操作电源。

(四)信号电源监测系统设备构成及性能

1.信号监测系统由信号电源监测装置、信号电源通信单元两部分组成。

2.信号电源通信单元,将接收到的信息进行变换、转发,并提供标准通信接口完成信息传输。

(五)10KV贯通、自闭线分段开关远动终端

完成数据采集、变换、转发,对收到的信息进行处理,与设定参数比较作出判断,发出命令,传输信息。

(六)远动数据通道

铁路沿线已设有专用通信系统,远动监控中心与铁路各二级远动终端均利用铁路通信系统提供给电力远动的专用数据通道。通道采用环型结构。在正常工作状态下,被控站可动态分配工作于任一回通道上,当某一通道发生故障时,系统将自动切换到另一通道或另一环路上,完成通道的切换功能。通过系统维护工作站也可进行通道的手动切换。

站场隔离开关远动系统内的监控中心与其被控开关单元间,采用无线通信信道。

四、远动系统的功能

1.遥控基本功能:遥控操作可有多种方式,无讨何种方式,对同一个RTU 而言,在同一时间只允许一台管理机对其具有控制权,而另一台管理机的控制权自动取消,两台管理机能很方便地进行控制权的转换,并自动实现控制权互锁,只有具有控制权的管理机才能完成遥控操作。

2.遥信监视功能:接收来自各RTU的各种遥信信号在控制中心进行显示、记录,以实现对各被控站进行状态的集中监视。主要有正常、异常运行状态的监视,警报提示(包括画面显示、文本信息和音响报警等)。事件记录,操作记录及故障记录画面。

3.遥测功能:遥测电流、电压、功率及电度等参数,在被控站主接线上,实时显示这些参数。当遥测量出现越限时,变色给予提示,设置专用图表画面显示遥测参数。

4.系统具有运行数据的打印及画面拷贝功能;时钟同步功能;运行事务管理功能;监控系统的复示功能;汉字功能;口令系统功能;数据库管理系统;系统维护、修改和扩展服务功能;系统自检功能。

五、结束语

铁路10kV电力远动系统的实施,大大地提高了铁路供电的可靠性,减少了电力管理维护工作量,极大地推进了铁路供电管理的现代化进程,发展前景十分广阔。目前,该系统已应用于多条铁路线上,取得了显著的经济效益和社会效益。

参考文献:

1、《计算机网络》华中理工大学出版社,2000年2月第一版。

2、《变电站综合自动化技术》中国电力出版社,2000年3月第一版。