铁路电力自动化技术

1、铁路电力自动化技术 编写 陈雄飞 电力自动化系统又称为SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition） 系统，即监视控制与数据采集系统。SCADA 平台包括实时数据采集和处理、告警处理、 实时数据库管理、历史数据库管理、画面制 作，以及显示、报表管理和打印、系统安全 管理、远程诊断和维护等。电力自动化还可 以称为电力远动，其系统不仅包含“遥信、 遥测、遥控、遥调”等内容，还包含电力自 动化所涉及到的其他内容，如变配电所自动 化、信号电源监控、线路自动化等，以及变 配电所视频监控（即“遥视”）。 一、铁路电力自动化系统结构和主要内容一、铁路电力自动

2、化系统结构和主要内容 、系统结构、系统结构 铁路自动化系统的监控对象主要包括：变配 电所、自闭/贯通电力线路、信号电源和电气 集中以及各种高低压开关等。 按照功能和内容来分，铁路电路自动化主要 包括：调度自动化主站、变配电所综合自动 化、信号电源监控以及自闭/贯通线路自动化 系统。 （RTU：远方终端单元， STU：铁路信号电源监控装置， FTU：馈线终端单元） 二、电力远动系统二、电力远动系统 1、遥信、遥信，即远程信号，习惯记作YX，是将被控站的设备状 态信息，如开关位置信号、报警信号等，远距离传送给调度 主站。 、位置信号、位置信号 不论位置在何种状态，所有被监控设备的分、合状态可以在

3、显示器上进行显示。其中“分”用“绿色”表示，“合”用 “红色”表示。 、故障信号、故障信号 当被监控系统发生故障时，事故信号优先送往控制中心，在 显示器上提示：显示器上事故站主接线图自动调出，发生事 故的地址灯闪烁，如有跳闸，相应的开关闪烁，并伴随有音 响报警，同时在屏幕指定窗口显示事故内容细目，并有相关 记录。 当发生一般性故障，发出预告信号。 2、遥测、遥测，即远程测量，习惯记作YC，是将被控站的运行参 数，如电度量、电流、电压、有功功率、无功功率、温度、 故障点参数等模拟信号传送给调度主站。 、随机遥测、随机遥测：用于故障时有关参数的测量。 、定时循环遥测、定时循环遥测：用于对电度量、功

4、率、电压、电流的定 时测量。 、统计测量、统计测量：用于显示电流电压负荷曲线。 、人工召测、人工召测：操作员在某被控变电所主接线画面下，可随 时按遥测键向RTU发出召测命令，RTU将有关当前数据回送 处理。 、超限告警、超限告警：当某所的某种电量（如馈线电流等）超出正 常值，而未达到保护的动作值时，将发出预告音响信号，并 在显示器上提示地址名和超限电量。 3、遥控、遥控，即远程控制，习惯记作YK，是从调度主 站发出命令，以实现远方操作和切换，通常只取两 种状态指令，如开关的“合”、“分”指令。遥控 有以下几种： 、单控、单控：就是对单个对象进行的遥控。 、程控、程控：若干个单控的组合。 、复归

5、遥控、复归遥控：指发生事故等而报警的被控站中事 故指示灯和信号指示灯的远距离清除，使之复位， 恢复正常。 、重合闸投切遥控、重合闸投切遥控 、通道切换遥控、通道切换遥控 、试验遥控：、试验遥控：遥控对象为试验开关。 4、遥调、遥调，即远程调节，习惯记作YT，是调 度主站直接对被控站某些设备的工作状态和 参数的调整，如变压器分接头位置。遥调功 能实现有一个前提，就是相应设备本身有调 整机构。 以上四种功能不是各自独立的，而是相辅相 存的。遥信和遥测信息是遥控和遥调的依据， 而遥控和遥调又需要遥信和遥测信息来检查 的证实。 第二章 变配电所自动化 第一节 铁路电力系统运行方式 铁路电力系统其特殊性

6、方面： 1、负荷沿铁路线狭长分布，主要用电对象包括铁路沿线信 号灯和其他自动装置，以及其他单位的生产、生活电源，负 荷较小。 2、供电可靠性要求极高。铁路变配电所一般采用双电源供 电方式，沿线每一个供电区间双端供电，供电区间一般采用 自闭线、贯通线双回路供电，自闭线只负责为信号供电，贯 通线还包括其它生产、生活用电，双路供电至低压双电源切 换装置，两路电源互为备用，失压自动切换。 3、供电区间线路长，一般4060公里，有的甚至上百公里， 而且地形、气象条件复杂，故障多发，而故障查找和维修由 于受自然条件等因素影响比较困难。 一、变配电所运行方式一、变配电所运行方式 图中配电所采用双母线分段，两

7、路电源同时 运行，通过母联开关连接（母线开关常开）， 互为备用，当一路电源故障时，母联开关闭 合，由另一路电源供电，防止自闭线、贯通 线或者其他重要负荷失电。装设高压调压变 压器，可以保证安装在各信号点的自动闭塞 信号变压器或贯通线信号变压器二次电压波 动不超过额定电压的10%，并起到隔离变 压器的作用，阻止电力贯通（自动闭塞）线 路接地故障影响公共电网。 二、供电区间供电方式二、供电区间供电方式 以甲所供电自闭线（贯通线）为例，自闭（贯通）以甲所供电自闭线（贯通线）为例，自闭（贯通） 高压馈出运行方式有下列几种高压馈出运行方式有下列几种： 1、本所主送方式、本所主送方式 、备投、备投-重合重

8、合 乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，乙所出线开关 瞬时投入送电（备投）；若备投不成功，甲所出线开关经重 合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。 、重合、重合-备投备投 乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，甲所出线开关 经重合闸时间重合一次；若不成功，乙所出线开关投入送电 （备投）；若备投不成功，则线路永久失电。 、单备投、单备投 乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，乙所出线开关 瞬时投入送电（备投）；若不成功，则线路永久失电。 、单重合、单重合 乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，甲所出线开关 经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。 2、本所备用送电方式、本

9、所备用送电方式 、备投、备投-重合重合 乙所处于主送状态。当乙所线路失电时，甲所出线 开关瞬时投入送电（备投）；若备投不成功，乙所 出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线 路永久失电。 、重合、重合-备投备投 乙所处于主送电状态。当乙所线路失电后，乙所出 线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，甲所出 线开关投入送电（备投）；若备投不成功，则线路 永久失电。 、单备投、单备投 乙所处于主送电状态。当乙所线路失电后，甲所出 线开关瞬时投入送电（备投）；若不成功，则线路 永久失电。 3、本所自送、自备方式、本所自送、自备方式 当供电区间开口作业或乙所检修而不能备用 送电时，甲所处于自送、自备方

10、式。当线路 失电时，甲所瞬间重合送电。 4、跨所送电方式、跨所送电方式 当相邻两所的电源同时停电，或本所自送自 备方式本所电源停电时，采用跨所供电方式。 第二节 变配电所综合自动化 功能与模式 变配电所综合自动化系统是铁路电力自动化 系统的基本单元，是将微机监控、测量、保 护、通信、防误等功能通过通信网络集成为 一个整体的计算机监控系统，即可集中组屏 也可分散布置。 一、变配电所综合自动化系统的主要功能一、变配电所综合自动化系统的主要功能 1、继电保护功能。保护的类型有线路保护、 出线保护、自闭/贯通线路保护、电容器保护、 变压器保护、备自投等。常用的保护内容有： 速断保护、过电流保护、过电压

11、保护、重合 闸、备用电源自动投切、同期检查、零序保 护、低频减载等。 2、变配电所实时监视和控制功能 （SCADA）。包括遥测、遥信、遥控和遥调， 以及故障报警、SoE（顺序事件记录）、数 据统计和计算、图形、生产报表、曲线等。 3、管理功能。 变配电所运行管理功能，包括运行状态、信息、变 量、事件的监视、记录、存档、打印等功能。 保护管理功能，包括保护方式字和运行参数的读取、 修改、存储、下载等。 操作管理功能，包括操作闭锁、操作记录、操作记 录、操作票管理、“五防”功能。 设备管理功能，包括变配电所一、二次设备台帐管 理、涉笔运行状态监视和统计及维修记录等。 4、运行控制功能，如所内电压无

12、功控制调节，无 功补偿控制。 5、通信功能。所内通信；向段调度中心转发 变电所和附近车站自动化的实时数据，实现 遥测、遥信、遥控、遥调，事项或故障上报 等；与车站开关监控配合完成线路自动化功 能，如故障定位、故障隔离、快速恢复供电 等。 6、所内电量抄表计费、负荷管理及用户电能 采集计费等功能。 7、站内电源管理功能，远程诊断和维护等。 视频监控系统是变配电所自动监控和管理的 必要补充。 二、变配电所自动化系统的模式二、变配电所自动化系统的模式 分布式保护监控装置通常有两种安装方式：一种是 在主控室集中组屏安装，这种方式便于设备的统一 维护和管理，缺点是需要连接大量的二次电缆；另 一种是直接在

13、配电间隔或开关柜上分散布置，这种 方式可以节省连接电缆，缺点是维护和管理比较麻 烦。 分布式系统中的当地监控系统又称当地功能，如用 于有人值班变配电所作为当地功能，可以适当加强 人机界面功能，配备打印机，并负责向上级调度主 站转发数据；如用于无人值班变配电所，则可以将 当地监控系统更换为自动化通信处理机。 第三节 变配电所自动化当地监控系统 一、数据采集一、数据采集 1、SCADA系统采用多线程技术实时采集遥 测、遥信、电度、微机保护等数据，同时向 各自动化装置发送各种数据信息及控制命令。 采集的信息包括： 1、模拟量：包括电压、电流、主变油温等； 2、状态量：断路器及隔离开关位置、有载调 压

14、器抽头位置、预告信号、事故总信号等； 3、保护及综合自动化信息； 4、脉冲量：电网周波、脉冲电度等 二、数据处理二、数据处理 SCADA系统采集数据后，立即进行数据处理， 并对重要数据存盘。包括： 1、模拟量数据处理：超限检查、数字滤波、 工程转换、统计计算； 2、状态量处理：状态取反等； 3、保护故障信息：显示、整定等； 4、脉冲量：基值设定、脉冲增加。 三、计算机与检索功能三、计算机与检索功能 1、对实时和历史的模拟量、数字量及状态量进行 计算与检索。计算中各种计算类型，电力系统的通 用计算均可完成。可检索实时数据、一段时间内 （时、日、月、年）的历史数据和资料性数据，可 以定义检索条件，

15、检索结果可显示、存储，可供图 表调用。 四、电网控制四、电网控制 控制功能包括： 1、开关量输出（遥控）； 2、变压器分接头控制（遥调）； 3、保护复归、信号复归。 五、微机保护远方监视和整定五、微机保护远方监视和整定 通过人机界面召唤现有定值，在线修改保护定值并 存储至数据库，设定保护功能投切压板。 六、信息与报警六、信息与报警 报警方式包括：文字（光字牌）报警、声音报警、 打印报警； 报警类型包括：超限告警、变位报警、事故报警、 保护故障信息、自动化系统故障告警等。 七、时间同步及事件顺序记录（七、时间同步及事件顺序记录（SoE） 系统自动保护装置时间同步，并能保存事件顺序记 录。 八、历

16、史数据库管理八、历史数据库管理 历史数据自动保存在硬盘上（也可转移），需要时 可方便地调入系统进行分析。 九、人机接口九、人机接口 1、图形显示基本功能：各种图形，包括综合图、主接线图、负荷曲线图、 趋势曲线、历史曲线等，以及报表的生成、编辑和打印。 2、事件顺序记录（SoE）显示与打印。 3、故障滤波数据的显示与打印。 4、模拟光字牌显示。 5、综合图、主接线图、单线图、地理图等图形的分层显示。 十、报表管理十、报表管理 日、月、年生产报表的生成、打印和管理。 十一、设备信息查询十一、设备信息查询 可以录入、编辑、查询变压器和开关等设备的参数、运行及检修情况； 查询各种保护设备的参数（定值等

17、）及运行情况。 十二、操作记录功能十二、操作记录功能 对于进入操作系统的用户的遥控等操作步骤记录入历史数据库，便于查 询。 十三、模拟操作台功能十三、模拟操作台功能 十四、故障录波及显示十四、故障录波及显示 在发生故障上保护监控装置自动进行录波，并将信息送当地 功能。当地功能系统对录波数据进行存储、分析，将录波波 形显示出来。 十五、系统自检功能十五、系统自检功能 在线自诊断各保护装置、RTU等。设备运行异常时告警，并 将结果送至当地功能，以便显示和打印。 该功能用于配电所交接班或对保护单元的保护功能的动态测 试。 十六、十六、Watch Dog 功能功能 具有“看门狗”功能，当出现异常死机时

18、，看门狗能自动复 位CPU，重启系统。 十七、数据转发功能十七、数据转发功能 按规约有选择地向调度主站转发数据。 十八、远程维护十八、远程维护 利用网络可以远程对当地功能进行维护和维修。 第四节 远方终端（RTU） 远方终端（RTU）是电力系统自动化系统的重要组成单元， 主要安装在变电所内，负责电力系统的数据采集和操作命令 的执行。 RTU主要功能： 1、远动功能、远动功能，即遥信、遥测、遥控、遥调。 2、事件顺序记录（、事件顺序记录（SoE） 3、系统对时、系统对时 各RTU时钟与主站的时钟严格同步。方法有GPS直接对时和 主站软件对时。 4、电能采集、电能采集 5、通信、通信 6、当地显示

19、和整定、当地显示和整定 7、自恢复和自检测功能、自恢复和自检测功能 第五节 微机保护装置 铁路变配电所常用微机保护装置有：线路保 护、自闭/贯通线路保护、电容器保护、备用 电源自动投切装置、微机监控装置（调压器、 变压器、断路器等的监控）、变压器保护等。 第三章 铁路行车信号电源监控 铁路行车信号电源一般由自闭、贯通两路电 源供电（只有一路电源的情况下由地方电力 系统再引一路电源构成双电源回路。两路电 源互为冗余，故障时相关切换，以提高供电 可靠性。在双电源处设置自动化监控终端 （信号电源及信号电源监控器信号电源及信号电源监控器STU）， 将双电源运行状态纳入电力自动化系统的监 控范围。 第一

20、节 系统结构与主要功能 STU负责信号电源的监视和控制，遥测量包括：电 流、信号变压器二次侧电压；遥信量包括：高压侧 开关状态，蓄电池状态等；遥控量包括高低压侧开 关，蓄电池活化等。 STU一般安装在信号机械室内信号电源旁边，STU 通常经通信机械室通信接口，与上级主站通信，完 成电力远动功能。 信号电源监控主要完成远程控制（高、低压开关）、 供电状态的监测（图形方式显示）、网络复视三大 功能。 远动功能：远动功能：1、遥信：自闭、贯通低压侧开关状态 等；2、遥测：自闭、贯通低压侧三相电流、电压 数据；3、遥控：自闭、贯通低压侧及高压侧开关； 4、SOE事项；5、实时趋势曲线等。 第二节 ST

21、U与FTU的配合 STU通常安装在车站信号楼内，可以直接连 至通信机械室的通信接口，完成与上级主站 的通信。而车站开关自动监控装置FTU一般 安装在室外线杆上，为了节约通道投资，在 实施电力自动化时STU与FTU应作为一个整 体来考虑，共享通信通道。 常用的一种方式常用的一种方式是采用现场总线将STU、FTU 连接起来，共享通信信道。 第四节 职能箱变 职能箱变，即箱式变电站又称户外成套变电 站，是将变压器、铠装母线、高低压开关设 备以及微机保护装置、STU、FTU等集中安 装在一个箱体内的设备。由于它具有远动和 通信功能，又称远动职能箱变。 铁路系统中按用途来分有：车站职能箱变、 信号电源职

22、能箱变、普通职能箱变 一、主要特点一、主要特点 职能箱变主要由多回路高压开关系统、铠装母线、微机保护、 远动、计量、电容补偿及直流电源等电气组合而成，安装在 一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、 可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行。 1、技术先进安全可靠 箱体内一次设备采用全封闭高压开关柜、干式变压器、干式 互感器、真空断路器，弹簧操作机构、旋转隔离开关，为全 封闭、全绝缘结构，零触电、无油化运行，二次采用微机保 护、STU、FTU等职能化装置，无人值守。 2、自动化程度高 各种职能装置可以同时选用，单独运行；能够完成遥测、遥 信、遥控、遥调，以及故障检测、信号电源

23、监控和微机保护 功能，还可以完成箱体内湿度、温度等的检测和报警。 二、职能箱变的监控 职能箱变实际上是一个电力一次设备和二次设备的结合体。 车站信号电源职能箱变由10KV自闭与贯通进线开关、自闭与 贯通信号变压器、PT柜以及STU、FTU组成。 第四章 铁路电力线路自动化 第一节 概述 在铁路系统实现线路自动化功能，除完成正常的 SCADA监控功能外，还可以自动判定线路故障位置、 快速隔离故障线段和恢复正常供电，大大缩短了线 路故障查找、维修和恢复供电的时间，提高了供电 可靠性等。 广义地说，铁路线路自动化包括两部分内容： 1、信号电源监控，包括车站信号点和区间信号点。 2、车站分段开关监控，

24、即线路自动化监控和故障 自动处理。 铁路线路自动化主要功能包括： 一、车站开关的日常运行监控一、车站开关的日常运行监控 即通常说的遥信、遥测、遥控等远动功能。 通过远方遥控，可以做到线路的分段停送电， 当进行线路维护和开关检修时，可以缩小正 常检修造成的停电范围，提高供电可靠性。 二、故障管理功能二、故障管理功能 主要指线路故障监测、故障自动定位、快速 隔离故障点和恢复非故障区段的供电，以及 输出故障处理报告、故障分析报告。 第二节 线路开关设备 一、断路器（一、断路器（Breaker） 断路器一般安装在变配电所的进出线上，与 微机保护装置配合，完成各种线路保护功能。 二、重合器（二、重合器（

25、Recloser） 重合器是一种自身具有控制和保护功能的开 关设备。它能进行故障电流检测和按预先整 定的分合操作次数自动完成分合操作，并在 动作后能自动复位或闭锁。 三、负荷开关三、负荷开关 四、分段器（四、分段器（Sectionlizers） 分断器是一种职能化的负荷开关，它能和断 路器或重合器配合使用。 五、重合分段器五、重合分段器（自动配电开关） 重合分段器是一种带有自动重合功能和职能 判据的负荷开关。它由开关本体、电源变压 器、故障检测器FDR和控制器构成。 六、隔离开关六、隔离开关 七、熔断器七、熔断器 第二节 线路自动化模式 、电压、电压时间方式时间方式:也称VT方式，是利用配电所

26、出线开关 和线路重合器的时间配合，实现故障自动定位和隔离。 线路上安装自动重合器或带有重合器控制器的开关作为线路 分段开关，一般以车站为分段点。重合器检测线路两侧的电 压，以确定线路是否带电。 在线路上F点发生永久故障后，经过“备投重合过程”， 甲所出线开关断开（假设甲所为主供所），分段开关R1 R5失压跳开。甲所出线开关二次重合，R1检测到一侧有压 一侧无压，延时一段时间后合闸，R1R2段恢复供电，然 后是R2经过一段时间的延时合闸，R2R3段恢复供电，以 此类推。当R3合闸时，重合到故障上，甲所出线开关跳开， 分段开关失压R3跳闸。由于是在合闸后立即造成故障，出现 失压跳闸，R3将自动闭锁

27、于分闸位置，不再一次重合。当出 线开关再次重合时，R1R2依次成功重合，故障点左侧线 段恢复正常供电。 乙所在备投失败后经过一定时间延时，重复类似过程从另一 个方向将故障点隔离。这样仅故障线段失电，其他线段可以 继续正常工作，缩小了故障停电范围。 特点： 1、能够自动隔离故障点，缩小故障范围，并能够 根据开关动作时间估计故障位置，为快速检修提供 依据。 2、无需通信信道，即可实现线路自动化的主要功 能，投资见效快。 3、重合器重合时间整定困难，特别是线路较长时， 故障隔离过程更复杂，很难做到精确配合，可能会 给故障定位带来误差。 4、故障隔离、定位过程需要多次重合，对变配电 所设备、线路有冲击

28、，容易造成设备损害。 5、本身不具有远动和实时监控功能，故障分析和 管理功能有限。 、电流控制方式、电流控制方式 也称IT方式，是由重合器或断路器与线路分段器或带有自动 控制器的负荷开关配合，实现线路自动化功能。分段器控制器 能够自动检测故障电流，并根据通过故障电流的次数进行计数， 在达到整定次数后自动分闸并闭锁于分闸状态。 在线路F点发生故障后，甲所出线开关零时限跳闸， 分段开关S1感受到故障电流并计过流一次，由于未 达到整定次数（如2次），因此不动作而保持在合 闸状态。出线开关经重合闸时间闭合，如果是暂时 性故障，则线路恢复正常供电，S1过电流计数值延 时自动清除；如果是永久性故障，则出线

29、开关再次 跳闸，此时，S1过流脉冲计数值达到2次，因此分 段器S1在出线开关再次跳闸后的无电流时期分闸并 闭锁。甲所出线开关二次重合，S1保持分闸状态， 从而隔离了故障区段，恢复了健全区段的正常供电。 乙所在备投失败后经过一定时间延时，重复类似过 程从另一个方向将故障点隔离。这样仅仅故障线段 失电，其他线段可以继续正常工作，缩小了故障停 电范围。 二、远方控制方式二、远方控制方式 即远动方式，就是利用线路自动化远方终端（FTU）对分段开关进行实时 监控，并将故障检测结果送至控制中心或主站，由控制中心判断故障位置 （故障定位），人工遥测或自动隔离故障线段，恢复非故障线段供电。 线路分段开关处均安装FTU进行实时监控，与控制 中心或主站通信完成SCADA监控和故障管理功能。 一般以车站分段开关为监控点。 在线路上