铁路10 kV配电所综合自动化改造工程设计探讨

陈鹏，刘富强

（中铁西安勘察设计研究院有限责任公司，陕西 西安 710054）

0 前言

铁路运输中最重要的行车调度、列车控制、信息传输等系统的持续正常运行要依赖于可靠的电力供应，配电所是铁路电力供电系统的主要组成部分，直接影响整个铁路电力供电系统的安全运行，也是铁路运输组织中的重要技术装备。随着国民经济的飞速发展，变电综合自动化系统在铁路新建的变配电所得到了广泛的应用，对既有铁路10 kV配电所的改造扩建项目也越来越多。对既有配电所改造必须结合既有情况考虑设备选型及配置，在保证技术先进性的同时尽量兼顾经济性，所以对既有铁路10 kV配电所综合自动化改造工程设计中存在的问题进行探讨是十分必要的。

1 铁路10kV配电所改造的设计思路

既有铁路10kV配电所保护装置和自动装置多为电磁型或晶体管型，结构复杂，安全性、可靠性不高，大多数不具备调压手段，对于谐波污染造成的危害，不能采取有力的解决措施，且缺乏科学的电能质量考核办法，供电质量缺乏科学的保证，给平时的运行和维护带来很大不便。现在微机型保护装置以其精度高、灵活性好、可靠性强、调试和维护方便以及易于实现综合自动化等特点，逐渐取代了电磁型、晶体管型保护装置，在铁路10kV配电所电力系统中得到广泛应用。

铁路10kV配电所综合自动化，就是广泛采用微机保护和微机远动技术，分别采集配电所的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号，经过功能的重新组合，按照预定的程序和要求实现配电所监视、测量、协调和控制自动化的集合体和全过程，从而实现数据和资源共享，提高配电所综合自动化的整体效益。

它由当地监控微机、智能通信控制器、微机保护模块、电子测量表计组成。监控微机在后台工作，智能通信控制器通过屏蔽双绞线与保护模块相连。目前铁路配电所皆为有人值守，但是会预留远动接口，远期可实现无人值守功能。

2 综合自动化改造设计常见问题及解决建议

2.1 微机保护装置过压问题

引起10kV 配电所微机保护装置过压问题最主要的原因是雷电，它入侵配电所的途径主要有：通过10kV母线入侵；由通讯传输线路入侵以及从配电所直流电源入侵。解决10kV配电所微机保护装置过压问题的措施有：电源线路防雷；加装浪涌保护器；系统接地；通信线路防雷等。

2.2 保护装置的集中布置和分散布置

集中保护，是指将高压室高压开关柜需进行保护的单位设在控制室控保屏上集中保护；分散保护，是指将高压室高压开关柜需进行保护的单位设在高压开关柜上就地保护，仅将各种数据传输至控制室。集中保护的不足有：系统信息过于集中处理，如果中央控制计算机故障，整个二次系统就瘫痪；需要敷设大量电缆，耗资和工程量大；系统内信号采集后以模拟量传输为主，精度低、易受干扰；集中式装置系统调试麻烦，维护工作量大；扩容灵敏性差且信息传输速度低等。

随着自动化、电气化技术在铁路中的不断发展，配电所综合自动化系统要能根据铁路配电运行的特点实现其无人值班高可靠性，要求配置更加灵活、自动化程度更高、网络功能更强，保护装置分散式布置能较好地解决上述集中保护的问题，并且符合设计规范的要求。《铁路电力设计规范》第5.4.2条“10 kV变电所、10 kV配电所、35 kV及以上变电所控制保护设备可采用就地分散布置。”虽然在条文说明里解释：传统的控制保护设备由于受高压开关设备震动影响，一般不设在高压柜上，但是随着高压电器技术的发展，高压开关一般都采用了真空断路器等无油化设备，分合闸不会造成控制保护设备的误动，因此可采用就地分散布置在高压开关柜上，以减少占地面积并且控制电缆的用量。

2.3 组网方式选择

综合自动化系统通信网络目前主要应用的有485总线网、现场总线网和工业以太网3种。485总线在现场设备间距离远、信息量小、可靠程度相对较低的场合应用广泛；现场总线传输速率较高，通信连接可靠，但是现场总线存在多种标准，阻碍了其发展。随着嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已十分便利地应用于配电所综合自动化系统，以太网技术成为综合自动化系统组网的主流趋势，它具有高可靠、高速率的传输特性，而规范的标准化及开放性使其优势更加明显，大数据量传输无任何瓶颈，因此建议在设计中采用以太网结构进行组网。

2.4 安装备用电源自动投入装置

现在铁路10 kV配电所均采用双电源供电（一用一备），安装备用电源自动投入装置（APD）在工作主电源线路突然断电时，利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸，而备用电源线路的断路器则在APD的作用下迅速合闸，使备用电源投入运行。从而大大提高供电的可靠性；提高电力系统并列运行的稳定性；减少因停电而造成的经济损失。

2.5 保护控制设备分散布置的高压室增设消防系统

将微机保护设备分散安装在高压开关柜上，布置于高压室，为防范安全隐患，应在高压室设置消防系统。在《铁路电力设计规范》第5.5.10中要求“变配电所的火灾报警及灭火装置应满足现行消防规范”。结合工程实际，认为应该在保护控制设备分散布置的高压室设置气体灭火系统、火灾报警系统、布置相应感温感烟探测器，以便在出现状况时能够报警并采取一定措施。

2.6 防雷接地保护

雷电带来的危害很大，雷电所产生的热效应足可以摧毁各种设备和线路，酿成重大事故。因此，要通过正确的防雷措施避免和减少事故的发生。主要的防雷措施有：避雷针、避雷器、防雷保护等。要避免变配电所的建筑物遭到雷击，一般情况下可采取避雷针进行预防，如果变配电所的地理位置处于附近高大建筑物避雷针的安全保护范围内，就不必考虑再装设避雷针。10 kV变配电所并不需要太复杂的防雷装置，只要在线路上装设避雷器就可以避免雷电波入侵变电所。

3 结语

铁路10 kV配电所对铁路安全、正点运营起着重要作用，随着自动化、电气化水平的不断发展，以前采用常规保护的铁路配电所，已远远不能满足现代化铁路控制的需求，加之国家对基础建设和改造的投资不断加大，对铁路10 kV配电所的改造项目也日趋增多，自动化系统取代常规保护也是未来发展的趋势。将新技术合适的运用于改造工程，既能保证配电所技术先进性，又能合理利用既有资源，节约成本的设计成为我们设计者重点关注之所在。

[1]TB10008-2006，铁路电力设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006.

[2]TB10063-2007，铁路工程设计防火规范[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[3]张永杭.铁路10kV配电所自动化系统方案及改造施工[J].科技创新导报,2010(4).

[4]陈新雪,张学深.10kV线路微机监控保护装置常见故障及处理方法[J].农村电工,2013(9).

[5]刘慧影.浅谈10kV变配电所设计[J].华章,2014(6).

[6]李振斌.浅析铁路配电自动化系统[J].电气工程与自动化,2013(3).

[7]黄振中.试析10kV配电所微机保护装置中的过压问题[J].黑龙江科技信息,2012(7).

[8]冯宁.铁路10 kV配电所改造设计若干问题探讨[J].电气化铁道，2011(2).