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鐵路智能低壓配電系統
摘 要：本文詳細闡述了TSCN-1W鐵路智能低壓配電系統原理、系統組成、實(shí)現功能及應用前景，此系統的應用提高了鐵路低壓電力設備管理的現代化、科學(xué)化和智能化水平，彌補電壓非對稱(chēng)運行不平衡故障判斷缺失，提高了電力系統的安全性和可靠性。
關(guān)鍵詞：智能;非對稱(chēng);檢測;配電
引言
鐵路電力系統是鐵路運輸的重要組成部分，擔負行車(chē)設備用電，電壓必須在規定范圍內，不可間斷。它的可靠性直接關(guān)系行車(chē)安全。但目前，智能化程度不高，低壓系統無(wú)監測、診斷和故障處理功能，分析判斷設備故障困難。特別是當電壓處于嚴重的非對稱(chēng)運行狀態(tài)時(shí)，低壓配電設備不具備自動(dòng)轉換技術(shù)條件，會(huì )導致行車(chē)設備不能正常工作，影響列車(chē)運行。TSCN-1W智能低壓配電系統能解決上述問(wèn)題，提高鐵路車(chē)行車(chē)設備供電安全可靠性，實(shí)現科學(xué)智能化管理。
1 基本原理
鐵路智能低壓配電系統采用微電子技術(shù)、高速電壓檢測技術(shù)、缺相智能檢測技術(shù)、通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )通信對鐵路低壓配電系統實(shí)現智能化集中管理，實(shí)現電能質(zhì)量參數實(shí)時(shí)采集遠程監控分析及操作，故障后的快速診斷和處理系統通過(guò)實(shí)時(shí)監測三相變壓器運行狀態(tài)，在變壓器高壓側發(fā)生單相接地、三相斷電和電壓瞬間波動(dòng)等嚴重非對稱(chēng)運行狀態(tài)時(shí)，快速切斷故障電源，切換到另一路正常電源，真正實(shí)現不間斷供電。
1.1 “嚴重非對稱(chēng)運行故障”的實(shí)時(shí)檢測技術(shù)
電路能夠在交流電的1個(gè)周期至2個(gè)周期時(shí)間內準確測量出三相交流電的有效電壓值和相角，然后調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(dòng)，該算法必須能夠屏蔽斷電、電壓不穩定等干擾，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備及驅動(dòng)電路
常規斷路器的斷開(kāi)時(shí)間較慢，使用能高速關(guān)斷的高性能斷路器，研究與之配套的驅動(dòng)電路，令斷路器在保證可靠工作的前提下，斷開(kāi)時(shí)間能夠滿(mǎn)足指標要求。
2 智能低壓配電系統的組成和功能
TSCN-1W鐵路智能低壓配電系統，由系統管理中心、區域監控管理中心、智能低壓配電箱和通信網(wǎng)絡(luò )組成。系統采用星形的拓撲結構，一個(gè)監控管理中心管理下屬所有配電箱。配電系統管理中心、區域監控管理中心與配電箱之間的通信采用鐵路專(zhuān)網(wǎng)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議通信。區域監控中心可與系統管理中心根據需要合并設立。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、遙調功能、保護功能、防護功能于一體。能快速檢測非對稱(chēng)性運行故障并切斷故障電源、記錄存儲實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、運行告警、運行故障、異常波形。監控管理中心集中控制和管理轄區的相關(guān)設備。每個(gè)系統可實(shí)現對1～1000個(gè)車(chē)站供電情況進(jìn)行監控。根據需要，區域監控中心可與管理中心合并設立。該系統實(shí)現了低壓配電運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測、控制和管理、實(shí)現了供電線(xiàn)路發(fā)生故障后的快速診斷和處理(變壓器非對稱(chēng)運行故障)、能為安全生產(chǎn)管理、故障原因分析等提供相應的依據。
2.1 系統管理中心
系統管理中心安裝在供電段，主要由系統管理員使用。由計算機與數據服務(wù)器組成，負責為智能低壓配電系統進(jìn)行資源分配與信息管理，由本系統的管理中心軟件實(shí)現，提供系統初始化、系統參數配置、用戶(hù)管理、日志查詢(xún)等工作，通過(guò)大型商用數據庫，將整個(gè)系統的數據集中保存在系統管理中心。
2.2 區域監控中心
區域監控中心安裝在車(chē)間，由車(chē)間值班人員使用。包括操作電腦和SMS收發(fā)器，是系統的操作平臺負責對所管轄的配電箱設備的狀態(tài)進(jìn)行監控，由本系統的監控軟件實(shí)現。通過(guò)與配電箱設備通信，實(shí)現配電箱的電力參數采集、存儲和顯示; 實(shí)現遠程分合閘控制;實(shí)現告警、故障的監視和判斷，并通過(guò)聲光報警方式通知值班人員。
2.3 通信網(wǎng)絡(luò )
采用有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )備份的方式保證通信可靠性。有線(xiàn)連接主干網(wǎng)采用鐵路的2M專(zhuān)網(wǎng)，在設備終端處通過(guò)協(xié)轉轉換為以太網(wǎng);無(wú)線(xiàn)連接考慮到鐵路通信的安全性，未采用GPRS方式，而是在沒(méi)有有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或網(wǎng)絡(luò )不通的情況下設備自動(dòng)轉換為SMS通信。
2.4 智能低壓配電箱
智能低壓配電箱是安裝在現場(chǎng)設備端的智能設備，分為電氣設備部分(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。智能設備通過(guò)對模擬量和現場(chǎng)狀態(tài)的采集和數字化運算處理，傳輸至遠方的區域監控中心，達到遠程監控的目的;也可接收區域監控中心的指令，對電動(dòng)操作機構進(jìn)行操作，實(shí)現遙控分合閘功能。
圖1
3 實(shí)現主要功能
3.1 非對稱(chēng)運行故障的檢測和處理功能
由智能配電箱檢測單元實(shí)時(shí)監測，快速檢測電壓、相角，并判斷出是否為“變壓器嚴重非對稱(chēng)運行”故障。當發(fā)生故障時(shí)，快速切斷配電箱供電回路，并在監控管理中心產(chǎn)生聲光報警。高壓側恢復正常后，可在監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
當發(fā)生故障時(shí)，智能低壓配電箱都能夠準確采集到故障的時(shí)間、相位、波形、電壓等參數，并實(shí)時(shí)記錄故障波形、時(shí)間、電壓。這些信息將上傳到監控管理中心的服務(wù)器中，工作人員根據故障發(fā)生時(shí)間可以隨時(shí)調用并查看分析。
3.3 電能質(zhì)量信息和設備工況信息的在線(xiàn)監測功能
系統采集各線(xiàn)路的電能質(zhì)量信息和設備工況信息。采集模塊每?jì)擅氩杉唤M電能質(zhì)量數據和設備工況信息，主動(dòng)上報至監控管理中心，監控管理中心將數據保存于數據服務(wù)器中，并將最新數據在界面顯示。若超過(guò)一定時(shí)間配電箱沒(méi)有上傳數據，監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(wú)功功率、功率因素等。設備工況信息包括：剩余電流、電度計量、配電箱溫度、斷路器(隔離開(kāi)關(guān)、主斷路器、分斷路器)分合閘位置信息、UPS的運參數等。這些信息將定時(shí)上傳至監控管理中心，能夠實(shí)時(shí)顯示和查看。
3.4 遠程控制和信息化管理功能
監控管理中心軟件將采用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信設備對現場(chǎng)的智能配電箱進(jìn)行遠程操作。即實(shí)現主斷路器的遠程分閘、合閘操作，實(shí)現配電箱工作參數的設置和修改;實(shí)現對電能質(zhì)量、電源故障的分析、統計管理、報表打印等信息化管理功能。
4 智能低壓配電系統的效益分析
4.1 運行效益
智能低壓配電系統能實(shí)現變配電系統的“四遙”功能，避免了人工抄表、現場(chǎng)操作、晝夜定時(shí)巡視的工作;能檢測和記錄用電回路的各種電量參數，斷路器的狀態(tài)、故障報警、故障原因等信息，較人工方式更為準確和及時(shí)。大大節約了人力成本，并實(shí)現低壓供配電系統一體化綜合監控、統一管理。
4.2 安全效益
智能低壓配電系統能夠捕捉和分析暫態(tài)異常波形，可提前發(fā)現潛在的故障隱患。當現場(chǎng)發(fā)生供電故障時(shí)，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，幫助快速排除故障，減少損失。
4.3 節能效益
通過(guò)智能低壓配電系統的監控畫(huà)面，數據庫返回的各項信息，能及時(shí)了解各個(gè)饋電回路的運行狀況，便于用戶(hù)合理地分配電能，幫助用戶(hù)有效地分析管理負荷，減少非正常耗電。
5 結束語(yǔ)
鐵路智能低壓配電系統運用，可以顯著(zhù)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，節省了人力成本和維護時(shí)間，提高了電力系統的安全性和可靠性。隨著(zhù)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(jìn)一步發(fā)展，用智能低壓配電系統代替原有的常規配電方式，必將成為鐵路電力系統改革的方向。
參考文獻：
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