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鐵路智能低壓配電系統(tǒng)
摘 要：本文詳細(xì)闡述了TSCN-1W鐵路智能低壓配電系統(tǒng)原理、系統(tǒng)組成、實現(xiàn)功能及應(yīng)用前景，此系統(tǒng)的應(yīng)用提高了鐵路低壓電力設(shè)備管理的現(xiàn)代化、科學(xué)化和智能化水平，彌補電壓非對稱運行不平衡故障判斷缺失，提高了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。
關(guān)鍵詞：智能;非對稱;檢測;配電
引言
鐵路電力系統(tǒng)是鐵路運輸?shù)闹匾M成部分，擔(dān)負(fù)行車設(shè)備用電，電壓必須在規(guī)定范圍內(nèi)，不可間斷。它的可靠性直接關(guān)系行車安全。但目前，智能化程度不高，低壓系統(tǒng)無監(jiān)測、診斷和故障處理功能，分析判斷設(shè)備故障困難。特別是當(dāng)電壓處于嚴(yán)重的非對稱運行狀態(tài)時，低壓配電設(shè)備不具備自動轉(zhuǎn)換技術(shù)條件，會導(dǎo)致行車設(shè)備不能正常工作，影響列車運行。TSCN-1W智能低壓配電系統(tǒng)能解決上述問題，提高鐵路車行車設(shè)備供電安全可靠性，實現(xiàn)科學(xué)智能化管理。
1 基本原理
鐵路智能低壓配電系統(tǒng)采用微電子技術(shù)、高速電壓檢測技術(shù)、缺相智能檢測技術(shù)、通過計算機網(wǎng)絡(luò)通信對鐵路低壓配電系統(tǒng)實現(xiàn)智能化集中管理，實現(xiàn)電能質(zhì)量參數(shù)實時采集遠(yuǎn)程監(jiān)控分析及操作，故障后的快速診斷和處理系統(tǒng)通過實時監(jiān)測三相變壓器運行狀態(tài)，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生單相接地、三相斷電和電壓瞬間波動等嚴(yán)重非對稱運行狀態(tài)時，快速切斷故障電源，切換到另一路正常電源，真正實現(xiàn)不間斷供電。
1.1 “嚴(yán)重非對稱運行故障”的實時檢測技術(shù)
電路能夠在交流電的1個周期至2個周期時間內(nèi)準(zhǔn)確測量出三相交流電的有效電壓值和相角，然后調(diào)用算法判斷出三相電是否存在缺相運行。由于電網(wǎng)存在電壓波動，該算法必須能夠屏蔽斷電、電壓不穩(wěn)定等干擾，以較高的置信概率判斷出缺相運行狀態(tài)。
1.2 選擇快速切斷低壓配電箱供電回路的設(shè)備及驅(qū)動電路
常規(guī)斷路器的斷開時間較慢，使用能高速關(guān)斷的高性能斷路器，研究與之配套的驅(qū)動電路，令斷路器在保證可靠工作的前提下，斷開時間能夠滿足指標(biāo)要求。
2 智能低壓配電系統(tǒng)的組成和功能
TSCN-1W鐵路智能低壓配電系統(tǒng)，由系統(tǒng)管理中心、區(qū)域監(jiān)控管理中心、智能低壓配電箱和通信網(wǎng)絡(luò)組成。系統(tǒng)采用星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個監(jiān)控管理中心管理下屬所有配電箱。配電系統(tǒng)管理中心、區(qū)域監(jiān)控管理中心與配電箱之間的通信采用鐵路專網(wǎng)，通過TCP/IP協(xié)議通信。區(qū)域監(jiān)控中心可與系統(tǒng)管理中心根據(jù)需要合并設(shè)立。集低壓配電功能、電能質(zhì)量檢測功能、控制功能、遙測功能、遙信功能、遙調(diào)功能、保護功能、防護功能于一體。能快速檢測非對稱性運行故障并切斷故障電源、記錄存儲實時曲線、運行告警、運行故障、異常波形。監(jiān)控管理中心集中控制和管理轄區(qū)的相關(guān)設(shè)備。每個系統(tǒng)可實現(xiàn)對1～1000個車站供電情況進行監(jiān)控。根據(jù)需要，區(qū)域監(jiān)控中心可與管理中心合并設(shè)立。該系統(tǒng)實現(xiàn)了低壓配電運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、控制和管理、實現(xiàn)了供電線路發(fā)生故障后的快速診斷和處理(變壓器非對稱運行故障)、能為安全生產(chǎn)管理、故障原因分析等提供相應(yīng)的依據(jù)。
2.1 系統(tǒng)管理中心
系統(tǒng)管理中心安裝在供電段，主要由系統(tǒng)管理員使用。由計算機與數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)為智能低壓配電系統(tǒng)進行資源分配與信息管理，由本系統(tǒng)的管理中心軟件實現(xiàn)，提供系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)參數(shù)配置、用戶管理、日志查詢等工作，通過大型商用數(shù)據(jù)庫，將整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中保存在系統(tǒng)管理中心。
2.2 區(qū)域監(jiān)控中心
區(qū)域監(jiān)控中心安裝在車間，由車間值班人員使用。包括操作電腦和SMS收發(fā)器，是系統(tǒng)的操作平臺負(fù)責(zé)對所管轄的配電箱設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)控，由本系統(tǒng)的監(jiān)控軟件實現(xiàn)。通過與配電箱設(shè)備通信，實現(xiàn)配電箱的電力參數(shù)采集、存儲和顯示; 實現(xiàn)遠(yuǎn)程分合閘控制;實現(xiàn)告警、故障的監(jiān)視和判斷，并通過聲光報警方式通知值班人員。
2.3 通信網(wǎng)絡(luò)
采用有線和無線網(wǎng)絡(luò)備份的方式保證通信可靠性。有線連接主干網(wǎng)采用鐵路的2M專網(wǎng)，在設(shè)備終端處通過協(xié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng);無線連接考慮到鐵路通信的安全性，未采用GPRS方式，而是在沒有有線網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)不通的情況下設(shè)備自動轉(zhuǎn)換為SMS通信。
2.4 智能低壓配電箱
智能低壓配電箱是安裝在現(xiàn)場設(shè)備端的智能設(shè)備，分為電氣設(shè)備部分(一次回路)和智能電網(wǎng)檢測單元及電子組件部分，檢測單元模塊化。智能設(shè)備通過對模擬量和現(xiàn)場狀態(tài)的采集和數(shù)字化運算處理，傳輸至遠(yuǎn)方的區(qū)域監(jiān)控中心，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的;也可接收區(qū)域監(jiān)控中心的指令，對電動操作機構(gòu)進行操作，實現(xiàn)遙控分合閘功能。
圖1
3 實現(xiàn)主要功能
3.1 非對稱運行故障的檢測和處理功能
由智能配電箱檢測單元實時監(jiān)測，快速檢測電壓、相角，并判斷出是否為“變壓器嚴(yán)重非對稱運行”故障。當(dāng)發(fā)生故障時，快速切斷配電箱供電回路，并在監(jiān)控管理中心產(chǎn)生聲光報警。高壓側(cè)恢復(fù)正常后，可在監(jiān)控管理中心操作界面上控制智能配電箱接通供電回路。
3.2 故障信息和故障波形記錄功能
當(dāng)發(fā)生故障時，智能低壓配電箱都能夠準(zhǔn)確采集到故障的時間、相位、波形、電壓等參數(shù)，并實時記錄故障波形、時間、電壓。這些信息將上傳到監(jiān)控管理中心的服務(wù)器中，工作人員根據(jù)故障發(fā)生時間可以隨時調(diào)用并查看分析。
3.3 電能質(zhì)量信息和設(shè)備工況信息的在線監(jiān)測功能
系統(tǒng)采集各線路的電能質(zhì)量信息和設(shè)備工況信息。采集模塊每兩秒采集一組電能質(zhì)量數(shù)據(jù)和設(shè)備工況信息，主動上報至監(jiān)控管理中心，監(jiān)控管理中心將數(shù)據(jù)保存于數(shù)據(jù)服務(wù)器中，并將最新數(shù)據(jù)在界面顯示。若超過一定時間配電箱沒有上傳數(shù)據(jù)，監(jiān)控管理中心軟件將提示配電箱失去連接，發(fā)出告警信號。電能質(zhì)量信息包括：三相電壓、電流、相角、頻率、有功功率、無功功率、功率因素等。設(shè)備工況信息包括：剩余電流、電度計量、配電箱溫度、斷路器(隔離開關(guān)、主斷路器、分?jǐn)嗦菲?分合閘位置信息、UPS的運參數(shù)等。這些信息將定時上傳至監(jiān)控管理中心，能夠?qū)崟r顯示和查看。
3.4 遠(yuǎn)程控制和信息化管理功能
監(jiān)控管理中心軟件將采用有線或無線通信設(shè)備對現(xiàn)場的智能配電箱進行遠(yuǎn)程操作。即實現(xiàn)主斷路器的遠(yuǎn)程分閘、合閘操作，實現(xiàn)配電箱工作參數(shù)的設(shè)置和修改;實現(xiàn)對電能質(zhì)量、電源故障的分析、統(tǒng)計管理、報表打印等信息化管理功能。
4 智能低壓配電系統(tǒng)的效益分析
4.1 運行效益
智能低壓配電系統(tǒng)能實現(xiàn)變配電系統(tǒng)的“四遙”功能，避免了人工抄表、現(xiàn)場操作、晝夜定時巡視的工作;能檢測和記錄用電回路的各種電量參數(shù)，斷路器的狀態(tài)、故障報警、故障原因等信息，較人工方式更為準(zhǔn)確和及時。大大節(jié)約了人力成本，并實現(xiàn)低壓供配電系統(tǒng)一體化綜合監(jiān)控、統(tǒng)一管理。
4.2 安全效益
智能低壓配電系統(tǒng)能夠捕捉和分析暫態(tài)異常波形，可提前發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患。當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生供電故障時，可迅速使相關(guān)人員獲得故障的位置、原因及故障電流等多種參數(shù)，幫助快速排除故障，減少損失。
4.3 節(jié)能效益
通過智能低壓配電系統(tǒng)的監(jiān)控畫面，數(shù)據(jù)庫返回的各項信息，能及時了解各個饋電回路的運行狀況，便于用戶合理地分配電能，幫助用戶有效地分析管理負(fù)荷，減少非正常耗電。
5 結(jié)束語
鐵路智能低壓配電系統(tǒng)運用，可以顯著的提高鐵路低壓配電的信息化處理水平，大大提升工作效率，節(jié)省了人力成本和維護時間，提高了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。隨著強電控制與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進一步發(fā)展，用智能低壓配電系統(tǒng)代替原有的常規(guī)配電方式，必將成為鐵路電力系統(tǒng)改革的方向。
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