铁路智能电力供电系统设计与应用_1

铁路智能电力供电系统设计与应用
发布时间：2022-12-01T03:31:54.383Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷15期作者：刘浩宇[导读] 目前的铁路电力供配电系统的供电网络模式已经较为成熟可靠，但尚未形成系统性的运营维护管理体系模式，
刘浩宇
中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司乌鲁木齐供电段新疆维吾尔自治区石河子市 832000摘要：目前的铁路电力供配电系统的供电网络模式已经较为成熟可靠，但尚未形成系统性的运营维护管理体系模式，仅有零散的一些智能化监测技术在一些项目上进行应用和创新，无法实现标准统一和数据共享，铁路电力系统的智能运维的发展仍处于起步阶段。

关键词：铁路智能电力；供电系统；设计应用系统概况
1.1线路情况
某铁路正线全长232km，本线为单线铁路，局部双线。

线路所在区域属中温带大陆性干旱、半干旱气候区，冬季漫长严寒，夏季短暂干热，春秋多风沙，具有干燥少雨、多风、昼夜温差变化较大、降雨量少、空气干燥等特点。

1.2电力系统设计
该铁路电力系统供电电压为35kV，全线共设有6座35kV配电所。

全线正线设1条35kV综合负荷电力贯通线路，局部区段设第2路35kV电力贯通线路，采用架空和电缆混合设置方式，为沿线各车站及区间负荷提供电源。

各车站信号楼设35/0.4kV通信信号专用箱变，电源由35kV电力贯通线接引。

车站内的综合负荷由室内变电所或箱变供电，电源引自配电所35kV站馈线或电力贯通线。

区间负荷由贯通线接引一路电源，设杆架式变电台供电。

1.3智能技术方案
针对靖神铁路电力高压设备多、区间架空线路长、运营维护难度高等特点，全线采用智能电力供电系统设计：在配电所、变电所、箱式变电站、区间贯通线、区间变电台等重要电力设施处安装故障在线测量终端，在线采集各类电气运行参数，并将监测信息实时发送到云服务平台，通过Internet和3G/4G移动通信技术，将故障信息和分析信息实时推送到运维人员的桌面电脑、智能移动终端上。

同时，通过对智能保护系统、智能开关柜技术、高级应用软件的研究，实现对配电所开关设备的全方位监测和保护。

2、铁路电力智能运维管理系统 2.1研究背景
铁路电力供配电系统的设备监测手段较多，大量的监测数据为铁路的运营维护管理提供了有效的决策支撑，也提升了电力设备的智能化和自动化水平。

但由于没有统一的信息化建设标准、一体化共享的信息平台，以及信息化实现技术先进性不同等原因，存在许多智能化的监测设备重复配置、标准不统一且不能数据共享，各智能监测子系统相互孤立形成信息孤岛等问题，进而造成铁路运维服务的数据综合应用难以展开，在信息化技术高速发展的环境下，已无法满足铁路快速发展的需。

2.2系统方案 2.2.1系统结构
铁路电力智能运维管理系统包括变电所数据采集系统、移动物联网通信系统和云平台软件系统、WEB应用和移动APP等子系统，主要由站端、云端、终端三部分组成。

2.2.2站端设备
项目的站端设备包含以下几类监测装置： (1)架空线故障监测装置：在区间架空线路上安装的架空暂态特征型远传故障指示器，由采集单元和汇集单元组成。

当线路发生接地故障时，具有较为准确的故障定位功能，缩短故障查找时间。

(2)智能变台监测装置：设置于全线区间杆式变电台处，实现各低压出线开关单/三相电压、电流、功率实时监测与控制，可与电流互感器配套使用，实现单/三相电压、电流及功率的全面监测功能。

该装置包括监控模块和通信模块，集测量、通信功能于一体，同时具备电能质量监测、有效值录波、数据转发等功能。

(3)开关柜局部放电监测装置：设置于配电所高压开关柜，可监测主绝缘材料故障、绝缘材料表面及空气介质故障所激发的超声波信号；监测接触不良或过载引起的温度过高；监测绝缘材料污秽引起的表面爬电、闪络等。

(4)接地电阻在线监测系统：设置于信号楼、配电所等接地要求较高的场所，采用多点监测，在线监测接地装置、接地点的接地电阻值大小，实时传送接地电阻值至监控终端，确保接地系统良好、设备安全运行。

2.2.3云端平台
系统的云端为部署在云服务器上的系统应用服务和数据服务软件，提供了整套应用和数据分析平台，包括数据采集存储、监视告警、运行分析、设备管理、运维管理等一系列功能。

云平台配置了WEB服务器作为终端用户的访问入口，采用基于阿里云ECS云服务器和RDS 云数据库系统，具有安全可靠的基础硬件、软件设施保障。

3智能化电力配电所 3.1研究背景
国际电工委员会(IEC)第57技术委员会于2004年颁布了应用于变电站通信网络和系统的IEC61850标准，该标准为基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，并被我国对应转化为DL/T860系列标准。

该标准定义了变电站内的各种智能电子装置 (IED)之间的通信标准以及相关的系统要求，着力于解决变电站内部不同厂家设备之间的互操作性和信息共享等问题，成为了我国电力部门、科研院所及企业的研究热点之一。

2016年，国家电网公司发布了企业标准Q/GDW11603—2016《35kV智能变电站设计规范》，对35kV和10kV变电站具有较高的借鉴价值。

3.2系统方案
3.2.1组网模式
对靖神铁路的6座35kV配电所进行了智能化的功能模块设计，监控系统采用符合DL/T860标准的三层两网结构。

其中：站控层包括配电所后台监控系统主机及打印机等周边设备；间隔层采用保护装置+合并单元二合一设计，直接通过互感器进行模拟量采样；过程层为断路器的智能终端，与间隔层保护装置之间采用光纤GOOSE网络，负责传输开关柜内的开关量和控制信号。

3.2.2智能开关柜技术
(1)采用电动底盘车和电动接地刀，不仅可对断路器、底盘车和接地刀进行单独遥控操作，还可以实现“一键顺控”，通过后台或面板发送一次命令，即可自动执行“分断路器-底盘车到试验位-合接地刀”等顺序操作，各操作步骤之间通过开关信息反馈，自动确认上个操作已经完成的情况下才执行下个操作，避免了因人工操作不当造成事故。

(2)在智能终端中植入霍尔传感器，监测断路器的分合闸线圈电流，并对储能电机、电动底盘车电机、电动接地刀电机进行保护，一旦电机出现行进不畅立即切断电机电源，避免电机烧毁，并向系统发出报警信息。

(3)在断路器6个触臂上加装无线测温装置，实时监测触臂温度，可提前发现梅花触头的接触不良状态。

(4)在开关柜的断路器室和电缆室安装网络摄像头，能够实时观察两室的工作状态，实现远程操作的可视化。

3.3系统成效
智能化电力配电所采用基于DL/T860标准的语言配置和功能分层的结构，实现了对全所设备的统一建模和自我描述，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝链接。

通过对智能开关柜技术和高级应用软件的应用，实现对配电所开关设备的全方位监测和保护，真正达到无人值班的要求。

同时，改变了运维单位定期检修的运维习惯，形成定期检修与状态检修结合的运维方式，契合减员增效的改革路线。

4、结束语
综上所述，传统的铁路电力运营维护还存在着在故障发生后切除故障、人工排除故障，不能在事故发生前提前感知，故障分析过于依赖人工经验等问题。

通过智能化监测技术和分析判断解决电力系统运行过程中的各类故障，以便高效实时处理故障并及时恢复电力供电，保证铁路安全运行的需求日益迫切。

参考文献
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[3]周明.人工智能技术的铁路电力自动化系统可靠性评估[J].电气应用,2020,39(06):35-39.。