智能牵引变电所一次设备智能化技术研究

智能牵引变电所一次设备智能化技术研究

摘要：牵引供电设计和工程的发展依托智能变电所标准和推广新的硬件、软件

技术，智能变电所提供强大的数据感知功能和强大的通信机构，能更有效地提高

变电所操作的灵活性，并保护变电所的关键基础设施。基于IEC61850标准的铁路智能牵引变电所将变革传统的变电所运行、巡检模式。铁路智能牵引变电所技术

环节之一是智能化的电气一次设备，即互感器、断路器开关等。本文将通过研究

智能牵引变电所的总体设计原则和具体采样算法，分析铁路智能牵引变电所一次

设备智能化技术。

关键词：智能；牵引变电所；一次设备；智能化；分析

1导言

随着社会的进步与展，智能变电站是智能电网的核心内容之一，其发展方向

主要是从数字化演变为智能化。建设的智能变电站应具备一次设备智能化、信息

建模统一化、数据采集全景化、设备检修状态化、事故处理智能化和保护控制协

同化等功能特征。为了实现以上功能，智能变电站提出建设一体化监控系统。按

照全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的基本要求，一体化监控

系统对整个系统进行集成优化，并进行对全站信息的统一接入、统一存储及统一

展示，同时，有效完成操作与控制、运行监视、综合信息分析、智能警示等功能。智能变电站一体化监控系统即解决了全站信息安全分区的问题，又对全站各系统

的高度集成和功能进行有机的融合，以达到站内全景信息的交互与自由流通，为

变电站的智能化高级应用打下坚实的基础。为此，本文将智能化的技术应用牵引

供电系统，实现牵引变电所全景信息融合，为变电所故障诊断提供信息支持。

2智能牵引变电所总体方案

智能牵引变电所应具有信息采集数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、系统功能集成化、结构设计紧凑化、高压设备智能化和运行状态可视化等技术特征，结合电气化铁路特点，满足无人值守及运营维护需要。智能牵引变电所还应

具有一次设备智能化、二次设备网络化、运营维护系统智能化的技术特点。智能

牵引变电所可由智能一次设备、保护测控系统、智能辅助系统组成，智能一次设

备由设备本体、传感器和智能组件组成。智能组件通过电缆或光纤等与传感器相连，智能组件以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动

化为特征，由测量、控制、保护、计量、监测中的部分或全部智能电子装置集合

而成。一次设备配置的智能电子装置主要具有继电保护与录波、状态监测、设备

记录、测量、计量和智能操作等功能。保护测控系统实现对一次设备的控制、保护、测量和监视功能，其通信标准应符合DL/T 860系列标准。智能辅助系统集成

在线监测、视频安全监控、火灾报警等除保护测控功能外的各系统功能，并应具

备向供电段调度中心、路局供电调度中心运营维护管理系统发送实时信息的功能。 3智能断路器及智能终端

为使一次设备智能化，如断路器、隔离开关等，设计实施方式主要分为两种：一是通过断路器与智能控制模块相互嵌套，使其成为一体化智能断路器，其接口

兼容TCP/IP等网络通信协议；二是将智能控制模块独立化，形成智能终端，并安

装在断路器、隔离开关等一次设备旁，通过传统一次设备与智能终端连通，实现

一次设备的智能化。通过实现一次设备的智能化，实现在线监测一次设备运行状

态并采集信息，如保护短路、过压、欠压、过载、接地等数据，并对其进行控制

操作，在一个间隔内即可实现智能保护和控制功能。过程层中通过智能终端为非

智能的一次设备提供了标准化的智能接口，通过增加采用嵌入式系统和TCP/IP协

议的智能控制模块，实现网络通讯和监控功能的，利用光纤连接，实现数据实时

上传，通过此方案取消了间隔层与过程层之间的电缆。目前，这种方式比较容易

实现，国内智能化牵引变电所建设基本采用常规断路器与智能终端结合的方案。

4保护测控系统

4.1设备构成

在设备构成上，保护测控系统可分为过程层设备、间隔层设备、站控层设备。间隔层设备从管辖范围上，又可以分为就地级保护测控和站域级保护测控。过程

层设备与间隔层设备之间通过过程层网络交换信息；间隔层设备与站控层设备之

间通过间隔层网络交换信息。一是过程层设备包括智能组件、合并单元、智能终

端等，对220kV及以上牵引变电所，变压器高压侧的合并单元、智能终端应采用

双重化配置。二是牵引变电所间隔层就地级保护测控装置包括主变保护、主变测控、馈线保护测控、故障测距、通用测控、接触网开关监控等装置以及网络报文

记录分析仪等，其中220kV及以上主变保护装置应采用双重化配置方案，若

27.5kV设备为开关柜，可将就地保护测控装置安装于开关柜小室内，以节省控制

室房屋面积和线缆长度。三是站控层设备包括一体化监控后台、时钟同步装置、

远动通信机、测距管理机等。

4.2保护测控系统功能配置

4.2.1就地级保护测控装置

就地级保护测控装置利用被控对象自身信息进行独立判断，实现可靠、快速

地切除故障，并可对被控对象进行测量、控制，完成间隔内的开关逻辑闭锁。包

括主变保护、主变测控、馈线保护、故障测距等。一是牵引变压器。牵引变压器

分别配置主变保护装置、主变测控装置，完成变压器的保护、测量、控制、备自

投等功能。主变保护装置完成差动、高低压侧过电流、过负荷等保护功能，同时

接收本体智能组件GOOSE信号记录非电量保护。主变测控装置完成变压器高、低压侧电气测量，相关断路器和隔离开关的控制，同时完成主变故障备用变压器自

动投入、进线失压备用电源自动投入等备自投功能，开关控制具备逻辑闭锁功能。二是馈线。每条馈线对应一套保护测控装置，馈线保护测控装置完成距离、电流

速断、过电流、电流增量保护及自动重合闸功能，完成馈线间隔的1个馈线断路器、2个电动隔离开关控制和闭锁功能，测量采集间隔内电流和电压值。三是故

障测距。以供电臂为单元，在牵引变电所、分区所、AT所各配置一台AT故障测

距装置，构成故障测距系统，实现故障测距功能。

4.2.2站域级保护测控装置

站域级保护测控装置利用牵引变电所内多个对象的电气量、开关量和就地级

保护设备状态等信息，集中判断，实现保护的冗余和优化，完成并提升牵引变电

所的安全自动控制功能及间隔之间的开关逻辑闭锁功能。站域级保护测控装置基

于牵引变电所全部信息数据，实现继电保护的冗余和优化，增强系统的可靠性。

除了冗余就地级主变保护、馈线保护功能外，还可实现母线快速保护和断路器失

灵保护。一是母线快速保护。综合运用主变低压侧和线路侧电气量信息，判断故

障区域，实现对母线的快速保护。二是断路器失灵保护。当断路器失灵时，跳开

位于其上一级的断路器，然后通过隔离开关隔离失灵的断路器，并启动自愈功能。 5结论

智能牵引变电所的建设应满足自动化、信息化、无人值守和运营维护需求；

配置的在线监测设备应寿命长、可靠性高；智能组件应结构简单、灵活可靠且具