铁路电力远动终端的设计与研究

1、 西安电子科技大学硕士学位论文铁路电力远动终端的设计与研究姓名:杜银龙申请学位级别:硕士专业:控制科学与工程指导教师:李智200603011 摘要 摘要随着我国铁路运输的发展,传统的铁路电力供(配)电网和调度模式已经很 难满足铁路运输发展的要求。基于计算机、通信、自动化等信息技术的电力远动监控技术开始在铁路电力供电和牵引供电中应用。电力远动监控系统能够极大地提高铁路电力调度的自动化程度,有效的保障区间信号中继站及车站供电。电力远动系统能否稳定的运行的关键在于远动终端是否正常工作。然而,当前对铁路电力远动终端问题研究很少,因此本论文作了以下研究工作: .在国内外加快高速铁路建设的背景下,结合我国

2、铁路电力供电现状,指出1了远动终端是铁路电力远动监控系统重要组成部分,以及现有的铁路电力远动终端设备在调试运营中存在的一些不足; 2.对铁路电力远动监控系统组成、运行原理等进行了系统分析,定义了远动终端系统基本功能,规定了工作技术条件和设计了各种参数; 3.根据铁路电力供电的特点和自动化、电网监控与调度、微机保护、通信等方面技术,基于将电力供电故障隔离到最小区域的原则设计了铁路电力远动终端故障诊断与控制系统; 4.针对铁路电力远动终端相对特殊的工作环境,分析了各种干扰产生的原因及特点,分别在软硬件设计、电路设计和施工中,采取相应的抗干扰措施以保证远动终端的稳定运行; .从应用角度实现其终端数据

3、采集功能,选用人工神经网络算法进行数据处5理,以保证远动终端系统处理数据达到最优。关键词: 铁路电力远动监控 变(配)电所 远动终端 电力调度 区间3 摘要 Abstract With the development of railway transportation, traditional electric power networks and power dispatching models in railway can not satisfy the demands of railway transport development. The remote supervisory con

4、trol technology has been applied in railway power supply and traction power supply based on information technologies such as computer technology, communication technology and automation control technology. The remote supervisory control system for railway not only can improve greatly the degree of a

5、utomation in the railway power dispatching system for railway, but also can guarantee effectively the supplies of railway stations and relay stations for section signals. The key problem that whether could maintain its stability depends on the remote terminal units running properly. However, the rem

6、ote terminal units in railway electric power have seldom been studied. For this purpose, the following research work has been completed: Firstly. Under the current situation of speeding up the implementation of high speed railway construction, it has been pointed out that the remote terminal unit is

7、 a profound and special part of the remote supervisory control system for railway based on the current situation of railway electric power supply, and these equipments in the remote supervisory control system for railway have some defects during the setting-up and operating; Secondly. The compositio

8、ns and operating principles in the remote supervisory control system for railway are analyzed in detail and basic functions,working conditions and parameters in the remote terminal system are designed; Thirdly. Based on characteristics of railway electric power supply and some technologies such as a

9、utomatization, the supervisory control system of electric networks, dispatching of electric networks、 microcomputer protection and communications,the fault diagnosis and control systems of remote terminal units in the railway power is proposed according to the principle that faults are reduced to a

10、minimum; Fourthly. Focusing on the problems of formidable working conditions of remote terminal units in railway power, some reasons and characteristics that the interferences generate are analyzed and some anti-interference measures such as software and hardware designs, wiring designs and construc

11、tions are applied to guarantee that the remote terminal units can operate steadily; 4 铁路电力远动终端的设计与研究 Fifthly. Data acquisitions units are designed for practical use and neural networks are used to process the obtained data to obtain the optimal performance in railway terminal unitsKeywords: Remote s

12、upervisory control system for railway electric powertransformer substationRemote terminal unitsPower DispatchingRelay1 独创性声明 创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文

13、与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。 本人签名: 日期 关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后,发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名: 日期导师签名: 日期 1 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1背景 铁路运输在我国交通运输业中一直占有着非常得要的地位,随着当今我国经济

14、的实力增强,国家将加大铁路建设的投入力度,先后将有一批新建高速铁路、旧线路扩能改造等项目开工建设。无论是新建还是改建项目都对铁路电力供给提出了新的要求。中国在铁路科技发展“十五”计划和 2015年长期规划纲要中提出了铁路科技发展目标:“十五”期间,推广最高时速 160公里相关技术,形成覆盖我国主要城市的快速客运网;高速铁路配套技术取得突破,掌握高速铁路建设相关技术;完善货运重载体系,初步形成快捷货运网;全力推进铁路信息化,基本建成铁路运营管理信息系统;行车安全技术装备取得重大进展,建立集监测、控制和管理为一体的高度信息化的安全监控网络;大力发展电力牵引和交流传动技术,实现牵引方式的更新换代;提

15、高铁路建设技术水平,实现勘测设计一体化、智能化,积极采用先进的施工技术和装备,到 2015年,采用高新技术改造铁路产业获得重大进展。近年我国铁路连续五次大面积提速,整个铁路货运能力提高 3%左右。然而与日益增长的煤炭、石油等能源需求相比,仍显杯水车薪。随着国民1经济持续快速增长,铁路货运需求加大 。全路申请车皮量居高不下,目前已达日均 20万车以上的历史最高水平,而铁路只能满足 9.5万车左右,不到需求总量的一半。既要优先保证煤炭运输,又要保证其他重点物资运输,还要考虑运输效益,兼顾运价率高的高附加值物资,铁路部门陷入了两难境地。 铁路运力已成经济发展瓶颈,应该说,“九五”以来,我国铁路建设有

16、一定的发展,全国铁路总里程从 1995年的 6.24万公里增至 2002年的 7.19万公里,货物周转量也从 1995年的 16.59亿吨增至 2002年的 20.42亿吨,运输密度从1996年的 2868万吨/公里增至 2002年的 3363万吨/公里。但是,由于历史欠账过多,我国铁路的发展仍然滞后于国民经济和社会发展的需要。目前,绝大多数铁路局间分界口能力利用率已经饱和,此外,客货运输矛盾也十分突出。铁路旅客发送量也持续增长,客运需求进一步增加,主干线客车超员,客货矛盾十分严重,更不要说春运、暑运了! GDP持续增长,势必带来货运需求的持续增长。通过对改革开放 25年来全社会货运量增长情况

17、的统计分析,过去 25年全国 GDP年均增长 8.1%,铁路货物周转量年均增长 5%。铁路货物周转量增速与 GDP增长率的相关度为 0.62。如果按这一相关度来计算,到 2020年铁路货物周转量将增长 118%,这意味着铁2 铁路电力远动终端的设计与研究 路运力急需增强。近 20年来,中国铁路进行了一系列改革探索。从 1986年试行全行业经济责任“大包干”到 1993年尝试建立现代企业制度试点,从 2000年“网运分离”改革方案到后来转向“主辅分离”,从铁路机构大幅度精简到关于鼓励支持和引导非公有制经济参与铁路建设经营的实施意见的出台,中国铁路改革正行进在全方位大面积提速的轨道上。我国经济社会

18、发展多年保持高速增长势头,消费结构调整、商务活动增多、对外交往扩大、旅游度假频繁,所有这些都对旅客运输能力的扩张提出了迫切要求,结合我国人多地广的国情,铁路客运需求增长的压力更大。为适应急剧扩大的市场需求,中国铁路于 1997年、1998年、2000年、2001年和 2003年先后五次提速和调整运行图,提速网络基本覆盖了全国铁路主要干线,客运列车运行速度平均提高了 25%;2005年被称为铁路第六次大面积提速调图的“准备之年”,届时,铁路提速里程将超过 1.6万公里。但是这仍然无法满足全国铁路的货运需求。即便铁路部门使出浑身解数,全国仍有近 2/3的货运需求落空。铁路运力告急 。 从宏观看,经

19、济和社会的持续快速发展必然带动能源和生产生活资料需求的增长,进而加剧重点物资供应告急的程度。铁路运输紧张已经对国民经济发展形成诸多制约,而且这种状况还将随着经济增长而愈加突出。以 2004年的情况看,请车满足率只有 35%,从而导致了这样一幅“蔚为壮观”的场景时有呈现:在山西、山东、河南、河北等省的各条高速公路上,大量的运煤车排成长队、缓慢而行。从微观看,春节、“五一”、“十一”等节假日客流猛增,运输供需矛盾十分尖锐,主要繁忙干线运输能力已接近或达到饱和状态,其中京沪、京哈、京广、陇海等干线运能缺口非常严重,许多区段能力利用率已达 100%。这样,相关部门只能采取“压货运、保客运”的权宜之计,

20、大量减少南方各铁路局的货车。截至去年底,我国铁路通车里程 7.44万公里,仅次于通车里程 27万公里和 10多万公里的美国、俄罗斯;但是,每公里铁路通过的客车、货车却高居世界第一。铁路客货混跑的格局更加重了咽喉地区的运力紧张。 在可预见的将来,中国经济即将进入新一轮快速增长期,人们的消费水平将不断提高,消费结构将进一步调整,旅游、探亲等出行的次数还将增多;随着区域经济的协调发展,地区间的商务、公务出行将继续增加;城市化进程加快,城市内、城市间、城乡间人们的出行次数将大幅增加;同时,全球制造业向我国战略性转移,我国“请进来”、“走出去”战略的实施也将使得我国与周边国家及洲际间的旅客运输需求增加。

21、所有这些都对旅客运输提出了更大的需求。而作为国民经济大动脉的铁路,自然会被人们寄予更多厚望。 有数据显示,中国的铁路以世界 6%的营业里程完成了占世界铁路运输总量24%的运输任务,加大铁路建设投入、扩大铁路规模迫在眉睫。党中央、国务院3 第一章 绪论 对铁路运输系统的改革与发展高度关注,为了尽早给国民经济发展“供血”,要求铁路系统要尽最大努力挖掘运输潜力,提高运输效率,扩大运输能力。根据 2004年初国务院常务会议讨论并原则通过的中长期铁路网规划的要求,中国铁路要实现铁路里程从 2003年底的 7.3万公里增加到 2020年的 10万公里的目标,同时,主要繁忙干线实现客货分线,复线率和电气化率

22、均应达到 50%。 挖潜解决不了根本问题,但是,在运输能力全面紧张的情况下,尽管铁路部门千方百计挖潜,重点物资运量增幅也大大高于全路货运量的平均增幅,但仅靠现有能力挖潜,仍然不能从根本上满足运输需求。 打破运力“瓶颈”,适应全面建设小康社会的需要,铁路运输能力必须实现快速扩充。今年的中央经济工作会议提出,要加快重要交通干线和枢纽的建设。铁道部也提出了跨越式发展的相关设想,集中人力物力财力,加快铁路建设,到 2020年中国铁路将基本实现现代化。 按照铁道部的设想,在路网方面,加快新线建设,增加路网规模总量,完善路网结构,提高路网质量,将成为今后一段时期内铁路建设的重点。具体来说,就是繁忙干线实现

23、客货分线运输,形成四线或多线运输;主要通道实现复线、电气化,形成大能力货运网络,从根本上改变主要通道能力紧张状况。通过新线建设、既有线提速改造和建设客运专线,形成覆盖全国的快速客运网络,彻底改变铁路制约国民经济和社会发展的被动局面,最终目标是实现人便其行,货畅其流。 在大能力货运网络建设上,铁道部将采取三项措施,一是扩大主要通道货运能力。在主要干线建设客运专线的同时,对既有铁路进行必要改造,使其成为高质量、大能力的以货为主的通道。二是建设发达的煤运系统,通过建设客运专线和既有线扩能改造,形成大能力煤运通道,满足煤炭外运的需要。三是加快发展集装箱运输网。 1.2 国内外铁路发展现状 1.2.1高

24、速铁路发展 高速铁路一般是指具有高加速和高减速性能及对列车运行时自动控制,时速2在 200km以上的铁路 。国际高速铁路的运营速度已经上了两个台阶。现在上第三个台阶;20世纪 6080年代初,由 210km/h提高到了 250km/h及其以上;80年代初到 年代末,由 提高到了 ,到 年代后新建的高速铁90 250km/h 300km/h 90路大多把基础设施设计速度定为 350km/h,高速铁路的实际运营速度达到甚至突4 铁路电力远动终端的设计与研究3破 350km/h已指日可待 。一些国家和地区纷纷投入了高速铁路的研制开发工作。法国修建了长达 424 千米的巴黎到里昂的高速铁路,时速达 2

25、70 千米。在其基础上,1990 年法国又建成了巴黎?勒芒、图尔的大西洋线,推出了时速达 300 千米的第二代高速列车,试验时,曾成功地将列车的时速提高到 515.3 千米,打破了轮轨接触方式运输时速不能超过 300 千米的传统限制。德国在高速铁路研制方面后来居上。它仗着其雄厚的工业基础。从 1983年起,修建了两条客货混运的高速铁路新线,客车时速达 250 千米,货车时速达 200 千米。截止目前,世界上已有日本、法国、德国、意大利、西班牙、瑞典等国家修建了时速达 200 千米以上高速铁路,总线路长达 1 万多千米。除此之外,韩国、美国、俄罗斯、我国的台湾也在修建高速铁路。时速达 350 千

26、米的高速列车正在积极研制,渴望不久投入运行。磁悬列车技术也在不断发展,超导技术的突破将会带来列车速度的进一步提高。铁路主要技术政策 在我国铁路发展史上首次提出了客货分线的方向,在大中城市间发展客运专线,在人口稠密地区发展城际铁路,加快形成覆盖我国主要城市的快速客运网。随着中长期铁路网规划的逐步实施,武(汉) -广(州)、郑(州)-西(安)、京(北京)-津(天津)、石(家庄)-太(原)等客运专线先后立项。在这些客运专线的建设中,有必要借鉴国外客运专线建设的经验,修建我国高质量的客运专线。 自以日本新干线、法国 TGV为代表的高速铁路投入运营以来,安全可靠、技术创新、优质服务的理念为铁路的发展带来

27、了新的机遇。高速铁路的成功,有力地促进了这些国家经济的增长和社会进步,促进了沿线经济发展。高速铁路不仅在欧洲、亚洲得到了推广,而且在美洲和澳大利亚也正在进行着发展规划。回顾世界高速铁路的发展史,对照我国铁路建设的经验和教训,可以得到许多重要的启示。 在亚洲,日本于 1964年建成了世界上第一条高速铁路-东海道新干线,其后相继完成了山阳、东北、上越,北陆、山形、秋田等新干线,形成了 2175km的新干线网,并且还有新建新干线和改造既有线的计划;韩国高速铁路已部分开通运营;中国台湾正在建设高速铁路,不久将投入运营;印度也在开展高速铁路建设的前期工作。 欧洲是目前高速铁路投入运营最多的地区。截至 2

28、002年末,欧洲高速铁路已有 3260km投入运营,预计 2010年将达到 6000km。欧洲高速铁路始于法国 1981年开通的巴黎-里昂线(410m),接着 1989年开通 TGV大西洋线(280km),1993年开通 TGV北方线(332km),正在建设中的 TGV东方线将于 2007年完工;在德国,汉诺威-维尔茨堡(327km)和曼海姆-斯图加特(100km)于 1991投入运营,汉诺威-柏林(263km)1998年投入运营(其中有 170km的高速区段),从科隆-法兰克福、威斯巴登-美因兹的莱因-美因地区 180km 开通冰冻食品高速运营5 第一章 绪论 后,将大大缩短法兰克福-科隆的

29、运行时间;意大利的罗马-那不勒斯(210km)始建于 1994年,米兰-波洛尼亚将于 2006年开通,同时意大利已制定了一项高速铁路网长期发展计划,将用 2条重要的 T型轴线构建路网;西班牙在新建马德里-赛维利亚(471km)高速线取得巨大成功后,又建设马德里-巴塞罗那(620km)第二条高速线;比利时和荷兰等国也正在建设高速铁路。除了西欧各国正在建设高速铁路网,东欧、南部欧洲各国也在积极进行既有线基础设施提速改造。一贯比较重视发展航空和公路运输的美国也开始拟订高速铁路的建设计划。美国加利福利亚州已决定在州内建设 1131.3km长的高速铁路;佛罗里达州则通过立法准备在州内建设匹兹堡-坦帕-奥

30、兰多的高速铁路。 澳大利亚铁路的重载运输驰名于世,近年委托 TMG国际公司对墨尔本-布里斯班(2000km)东海岸铁路的轮轨高速进行论证。 截至 2002年底,全世界已经建成高速铁路并投入运营的国家有 9个,线路总长 5435km;在建高速铁路 16条,总长度达到 3267km,将于 2007年前陆续在世界上 9个国家及我国台湾省建成并投入运营。欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划,根据这个规划, 2020年前将新建高速铁路10000km、改造既有线15000km,形成一个遍及全欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。 从以上情况可以看出世界高速铁路发展具有以下特点。 (1)修建高速铁路的国家日益

31、增多,发展速度加快。日本、法国、德国高速铁路的巨大成功有力地推动了各国铁路的发展,已投入运营和在建的高速铁路越来越多,已制定高速铁路发展规划的国家也越来越多,而一个国家新建高速铁路的周期越来越短。作为泛欧高速铁路网的重要组成部分,比利时处于北欧高速枢纽地位,已经开通了布鲁塞尔-法国边境的高速铁路,还有两条高速铁路正在建设中。荷兰作为欧洲路网的终端,也积极安排了高速铁路的修建计划。不在国际大路网的英国、韩国和我国台湾也很早就开始了高速铁路的研究工作并已赋予实施。 (2)新建改造结合,加速路网效应。日本以总长 2000km的高速铁路波及、影响到了全国铁路;法国总长 1420km的高速铁路影响范围达

32、 5600km;德国高速铁路不足 1000km,但影响却达到 4000km。各国在新建高速铁路的同时,大力改造既有线,充分发挥网络效应。高速铁路的发展结合既有线改造,分三个层次展开;国内、国际、洲际。法国、德国和日本的高速铁路基本成网,并按各自的规划还在继续完善中;开行欧洲之星的巴黎-伦敦是率先实现高速运行的国际线路,接着在中欧西部的法国、德国、比利时、荷兰以及法国、德国、卢森堡、瑞士均形成高速国际联运;以时速 200km为速度目标值的既有线改造将连接欧亚大陆,提高洲际的铁路运输能力。 (3)技术已经成熟,欧亚各有特点。高速铁路经过 40年的发展,基础设施等各方面的技术日臻成熟,并且各国均有独

33、到的优点。日本是世界上建设高速铁6 铁路电力远动终端的设计与研究 路最早的国家之一,在经历了初期路基沉降量大、路基病害多、桥梁安全储备低、轨道结构偏低等问题的困扰后,对这些问题进行了深入研究,取得了大量成果,在以后建设的高速铁路均采用了科学、先进的标准,保持了良好的运行纪录。法国高速铁路的特点是强化基础设施、保持良好弹性、严控列车轴重,各项指标良好。德国高速铁路在基础设施方面采用了较高标准,但机辆轴重的控制不如法国严格,因此在运行 5年后陆续出现病害,后来把轴重改为 17t以下,已形成完善的高速运输体系。 (4)速度稳中有升,提高竞争能力。列车运营速度除和设计速度目标值有关外,还与经济指标有密

34、切的关系。日本高速铁路设计时速一般为 250260km,实际运营时速为 220240km,其近期修建的高速铁路已计划将时速提高到 270km以上。法国早期高速铁路设计时速为 300km,实际运营速度为 270300km,近期修建的北方线和东方线设计时速为 350km,实际运营速度已突破 300km。西班牙、韩国、中国台湾高速铁路的设计时速都是 350km,为运营速度突破 300km作准备。 1.2.2铁路电力远动系统 1. 基本概念 我国在 20 世纪 90 年代初期部分电力自动化企业根据配电网监控的要求,开4始研制监控功能的配电远动装置 。随着我国铁路列车的不断提速,这对车站各5种行车控制设

35、备的可靠性提出了更高的要求 。良好电力供给是保障铁路信号设备安全运行的必要条件,为了提高铁路电力供给,电力远动监控系统开始在铁路电力上应用。 在本节中对几个重要概念进行一下介绍:计算机与相应的远动装置及通信设备组成的系统,主要用来完成电力系统运行状态的监视(包括信息的收集、处理和显示)远距离开关操作以及制表记录和统计等功能,一般称为数据采集与监视控制(Superuisory Control And Acquisition,简称 SCADA)。RTU铁路电力中指电力远动控制系统中安装在变配电所的一种远动监控终端装置,是铁路电力远动系统的一个最基本的环节。RTU主要采集铁路车站 10KV变(配)电

36、所运行状态的模拟量和状态量,监视并向电力远动调度中心传送这些模拟量和状态量, FTU(一般指用于 10KV贯通线和自闭线馈线配电终端,监控安装在铁路区间通信信号中继站和车站信号楼)主要是采集车站电力和铁路区间信号电源运行状态和模拟状态量,执行电力远动调度中心发往所在电力设备的控制和调节命令。 2. 铁路电力远动监控的发展 远动技术和通信技术的发展,使电力系统的实时信息直接进入调度中心成为7 第一章 绪论 可能,调度人员可以根据这些信息迅速掌握电力系统的运行状态,及时发现和处理事故。早期的远程监控,靠的是人工 调度,速度慢,反应迟缓,不能快速处理突发事件和有效地保障安全。SCADA系统自诞生之日

37、起就与计算机技术的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了三代。 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的 SCADA系统,如电力自动化研究院为华北电网开发的 SD176系统以及日本日立公司的 H-80M铁道电气化远动系统。70年代-80年代初主要采用第一代 SCADA系统。 第二代是 80年代基于通用计算机的 SCADA系统,在第二代中,广泛采用VAX小型计算机以及其它通用工作站,操作系统一般是通用的 UNIX操作系统。在这一阶段,SCADA 系统在电网调度自动化中与经济运行分析,自动发电控制(AGC)以及网络分析结合到一起构成了 EMS系统(能量管理系统)。 第一代与第二代 SCAD

38、A系统的共同特点是采用集中式计算机系统结构,并且系统不具有开放性,因而系统维护、升级以及与其它系统联网很困难。 随着计算机软硬件技术的发展,第三代 SCADA系统开始应用 PC机和网络技术,同时系统逐步从集中式结构转向客户/服务器结构;这一阶段是我国 SCADA6系统发展最快的阶段,各种最新的计算机技术都汇集进 SCADA系统中 。 胶新铁路电力远动监控系统采用计算机型远动装置、集中控制与就地控制相结合的方式。主要由远动调度中心、10kV配电所微机保护系统、信号电源监控系统、通信信道以及 10kV真空断路器等组成。全线共设青岛、兖州、徐州 3个远动调度中心,实现对全线 6个配电所、16处贯通线

39、户外真空断路器和 22处信号电源的监控。 秦沈客运专线是我国第一条试验时速达到 300 km的跨世纪标志性工程,也为即将兴建的高速铁路、客运专线提供必要的技术储备,“中华之星”动车组是我国时7速 270km等级的第一列动车组,可适用于秦沈客运专线和高速铁路运行需要 。为了满足沿线通信、信号、电气化、电力等相关负荷对电力供电的要求、秦沈客运专线电力专线采用了目前具有国内领先水平的电力远动监控系统,但其技术性能还有待进一步提高。 1.3 课题研究内容 1.3.1 选题理由 随着电力远动监控系统的应用,变电所无人值班后,实行自动化管理,具有优化软件和专家系统支持其运行业务,是集约化、智能化的管理方式

40、,必将使电8 铁路电力远动终端的设计与研究 8网运行的可靠性和经济性有显著地提高 。 由于我国铁路电力远动监控系统研究应用都相对起步晚,现有的铁路电力远动监控设备其运营的长期安全性、稳定性、准确性还有待进一步提高、技术方面也并不完善,安装试验标准也不详尽。而运营中以 RTU、FTU在运营中出现的问题尤为突: 1.监控系统和 RTU死机或出现故障等会导致整个电力远动数据丢失、出错,是安全运行的严重隐患。在该类问题未消除以前,不能按无人值班运行,导致电力远动调度中心无法对终端设备进行有效监控; 2.RTU功能设计上有缺陷,在实际运行中抗干扰性能差,在长期恶劣的环境下工作由于干扰因素易使高压设备误动

41、作,造成供电中断事故; 3.上传调度中心的远动数据不一致,导致远动调度中心无法判断; 在上传信息量多时 RTU、FTU处理数据速度减慢使上传数据变慢,有时4.根本不能传送数据,使远动调度中心不能做到对电力设备实时监控; 5.遥信误发,遥控断路器有拒动现象等一系列问题; 6.选用的数据采集与处理算法不能做到最优化,加重了 CPU处理数据的复杂程度,无法兼顾数据处理准确性与实时性,在数据处理增多的情况可以能导致RTU死机; 变(配)电所无人值班后,电力远动调度中心调度值班人员对远动系统的依赖性越来越大,远动系统的运行可靠性成为较突出的问题。运行中死机的原因在于基于为核心进行数据采集、处理与传递,自

42、诊断功能有缺陷死机后无报警信号遥信或遥测数据不刷新,出现这种情况时只有实际操作断路器才能判断是否死机,如果在电力贯通线和自闭线事故时死机又不能及时发现和处理将会延误调度部门处理事故,会造成电力贯通线和自闭线的安全事故,对铁路行车安全也会造成严重影响。 1.3.2 课题研究内容 本论文结合我国当前铁路提速和加快高速铁路网的建设背景下,针对我国铁路运营的特点及在电力远动安装调试中发现的问题,设计研究适合我国当代铁路运输的电力远动终端系统。采用理论研究设计与现场施工运营调试相结合的方法,具体研究内容如下: 第一章:介绍了国内外铁路发展现状及铁路电力远动监控系统和相关概念,提出选题理由。 第二章:基于

43、铁路电力施工规范TB10207-99、铁路电力牵引供电远动系统技术规范TB10117-98及 TCP/IP电力规约 IEC60870?5-101对铁路电力远动监控9 第一章 绪论 系统组成、运行原理等进行了系统描述与分析,定义了远动终端系统基本功能,特别详细分析了其故障诊断与隔离功能,规定了工作技术条件和设计了各种参数。 第三章:铁路电力远动终端设备在工作状态下易受到干扰,本章结合在工程实际中安装调试运营远动监控系统方面的经验,从系统接地、屏避、隔离等多方面提出并改进远动终端 RTU在抗干扰方面的措施,以便于进一步提高远动终端RTU的抗干扰性能,保障其终端数据处理的可靠性。 第四章: 研究了变

44、送器和变换器,对比了其在远动终端数据采集时的优劣性能,利用单片机和一些芯片,基于经济稳定的原则对终端数据采集进行了简单设计与实现,选用人工神经网络算法进行数据处理,以保证 RTU系统处理数据达到最优。 第五章:指出了铁路电力远动监控系统研究设计发展方向,对远动监控系统的应用于高速铁路建设和改造既有线路的前景进行展望。以上所述为论文研究的主要内容。为我国铁路电力远动监控系统设计施工调试运营维护提供了一些思路。10第二章 铁路电力远动终端功能设计 第二章 铁路电力远动终端系统设计 2.1概述 铁路电力远动监控系统只是在近年才开始在铁路电力供电应用,相对起步晚,国内对其研究的不多,也少有人对其做出全

45、面的总结。本章结合电力网监控技术、变电所自动化技术、铁路 10kv电力供电原理施工规范施工技术、铁路电力牵引供电远动系统技术规范等,以及铁路电力工程上的安装调试经验,对铁路电力远动监控调度系统、特别是远动终端的工作原理做了全面的总结与分析,并对 RTU的功能进行了设计。 2.2铁路电力远动监控系统结构和功能 2.2.1 结构 以计算机为核心的铁路电力远动监控系统的基本结构如图 2-1所示,按其功能可以分成如下四个子系统: 1.信息采集和命令执行子系统 信息采集和命令执行子系统是指设置在铁路变(配)电所、车站信号楼电源室及区间信号楼电源室的电力远动终端。远动终端与电力调度中心配合以实现四遥功能:

46、RTU和 FTU电力远动终端(RTU铁路电力中指电力远动控制系统中安装在变配电所的一种远动监控终端装置)是铁路电力远动系统的一个重要的环节。RTU主要采集铁路车站 10KV变(配)电所运行状态的模拟量和状态量,监视并向电力远动调度中心传送这些模拟量和状态量,接收并执行从电力调度中心发送的遥控命令,并通过微机保护屏对断路器的分、合闸操作;RTU在遥调方面的主要功能是接收并执行电力远动调度中心向变(配)电所发送的遥调命令,调整电力调压器的档位,以保证输出电压的稳定;FTU(一般指用于 10KV贯通线和自闭线监控的馈线配电终端,安装在铁路区间通信信号中继站电源室和车站信号楼电源室)主要是采集车站电力

47、和铁路区间信号电源运行状态和模拟状态量,执行电力远动调度中心发往所在电力设备的控制和调节命令。 2.信息传输子系统 信息传输子系统按信道的不同,分为模拟传输系统和数字传输系统两类。对于模拟传输系统,远动终端输出的数字信号必须经过调制后才能传输;对于数字 11 铁路电力远动终端的设计与研究 传输系统(主要是数字光纤等),低速的远动数据必须经过数字复接设备,才能接9到高速的数字信道 。电力远动调度控制中心通过铁通提供的专用光纤数字通道10与被控站进行通信实现远程监视和控制 。 3.信息的采集处理和控制子系统 为了实现对整个铁路 10KV电力贯通线和自闭线进行监视和控制,需要收集分散在各个车站变(配

48、)电所和车站信号楼电源室、区间信号楼电源室的时间信息,对这些信息进行分析和处理,并将结果显示给调度员或产生输出命令对整个铁路电力系统进行控制。 4.人机联系子系统 高度自动化技术的发展要求高度人员在先进的自动化系统的协助下,充分、深入和及时地掌握铁路电力系统实时运行状态,作出正确的决策和相应的措施,使铁路电力系统更加安全、经济地运行。从铁路区间信号中继站电源室、车站信号楼电源室和变(配)电所收集到的信息,经过计算机加工处理后,通过显示屏和显示器反馈给调度运营维护人员,运营维护人员收到这些信息作出决策后,再11通过键盘、鼠标、显示触摸等操作,对整个铁路电力系统进行控制 。 变(配)电所、信号楼电

49、源室、中继站电源室 电力远动调度中心 模拟屏信息输调入设备用于信度屏幕显示(流互、运 息采集、用于信压互) 营处理、控息人大调制 调制 维制的计会议和控制台 信息输护解调器 解调器 算机系命令执出设备人统行的计(变电员算机 所微保工程师维护台屏、负荷开关挂操作机打印机构) 信息采集处理 信息采集和命信息传输子系统 人机联系子系统 和控制子系统 令传输子系统图 2-1 铁路电力远动系统功能图系统主要由位于变(配)电所的 RTU、车站信号楼和区间信号电源室的 FTU为最基本的信息采集处理与命令执行单元;终端 RTU和 FTU的信号通过 RS23212第二章 铁路电力远动终端功能设计 接口数据可以进

50、入本地微机控制,远传为标准 MODEM,经过调制解调后通过电话线以数字信号送至车站或区间通信站转换为光信号,铁通专用光纤为远动信号预留 2M专用通道,以保障远动信号的传送;最后经过电力调度中心通信站将光信号转换成数字信号送至电力调度中心用于信息采集、处理、控制的计算机系统。如图 2-2铁路电力远动监控系统示意图。电力远动监控系统示意图光缆通道 电力远动调度中心 管 理 部 门注 :SS? 10kv 配电所音频通道 远动电力调度中心通信站 远动复视终端铁 通光纤通信车站区间通信设备 音 频 通 道SS SS SS SS SS SS车站配电所 10kv 10kv 10kv 10kv 10kv 10

51、kv配电所 3 配电所 配电所 1 配电所 2 配电所 配电所 RTU RTU RTU RTU RTU RTU 区 间信号集 车站信 车站信 车站信中 移 频 点 车站信 区 间 信 车站信 区间信 区 间 信 区 间 信车站信 区 间 信号楼 号楼 号 电 源 号楼 号 电 源 号楼号楼 号 电 源 号电源 号楼 号 电 源FTU 室 FTU FTU 室 FTU FTU FTU 室 FTU FTU 室 FTU FTU 室 FTU图 2-2 铁路电力远动监控系统示意图2.2.2 电力远动监控系统的基本功能铁路电力远动监控的根本目的是提高供电的安全性和可靠性,提高供电质量,减轻运营值班人员的劳动强度和工作环境。更好的保障铁路电力供给,为铁路设备安全运营提供有力保证。其功能主要有以下内容: 1.监视和控制功能 1)数据采集,主要包括模拟量、状态量和脉冲量的的采集; 2)事件顺序记录,包括断路器跳合闸记录和保护动作顺序记录; 3)故障记录、故障录波和故障测距; 4)电力远动调度中心人员可以通过人机接口对沿线铁路变(配)电所断路器及区间中继站负荷开关进行分、合闸控制; 5)在电力远动监控系统运行过程中,对采集的电流、电压、频率等进行实时13铁路电力远动终端的设计与研究 监控,同时还要监视远动设备本身是否运行正常; 6)人机联系功能; 7)电力调度人员可以定时