地铁供电变电站自动化系统的功能探讨

刘嘉

前言

随着我国经济的高速发展和城市化进程速度的加快，导致对电力能源的需求量越来越大，尤其是城市地铁的运营实际的需电量和耗电量也是非常大的，因此变电站系统工程建设成了目前所要关注的首要问题。地铁变电站的自动化系统功能的强弱，直接关系到整个地铁系统使用的安全、平稳，因此必须在了解变电站工作系统构成的同时，更加准确地分析系统的功能。

现代城市的发展一日都离不开电，对电的需求量也在不断攀升，这就要求变电站供电系统能够有效地供应足够的电力资源，并且能够保障所有电力设备的正常运行。由于目前电网的覆盖面积比较大，自身的结构也结构也比较复杂，接入变电站的设备种类和数量也在不断增多，因此对变电站自动化系统的要求也越来越高。现代科学技术发展到了今天，在变电站自动化系统的方案设计上已经日趋成熟，能够完成对电网运行的智能化远程管理和控制，不但大大节省了相应的人力资源，而且也很大程度上增强了系统的安全性与稳定性。

一、地铁变电站自动化系统的构成

地铁变电站自动化系统的构成比较复杂，虽然还没有完全统一确定为同样的一种模式，但是除了一些结合具体情况而采用的特殊设计方案外，通常不会有太大构成和功能上的差别，因此本文以北京地铁二号线的变电站自动化系统为例，简要介绍地铁变电站自动化系统的构成。它主要利用的是分层分布式的结构，从纵向分布排列上看包括了網络管理层级、数据的传输层级与基础的设备层级。网络管理层级上的所有设备都是利用开放分布的设计理念，相互协调来完成对地铁站的内部实施全程监控，对设备运行过程中所处的状态进行实时的监控，对相关信息进行详细的记录和分析，确保一旦发生故障或者出现相应的故障危险，设备可以对系统进行灵活合理的处理，以更好地确保整个系统的安全性。数据传输的层级上的设备主要利用的是开放分类的设计理念，对于一些关键性的核心设备利用网络交换机和具体的通信服务器来连接，将基础设备的数据信息转为双网的信息，从而更好地实现地铁运行信息的传输。位于系统最底端的基础设备层级主要采用的是间隔分布的配置方式，为了缩减对二次接线电缆的使用数量和节省具体的资金投入，所有的设备在各自相互独立的情况下都与大地直接的接触，同时也与通信网络管理保持联系，从而避免了在主控室内重复连接监控和保护电缆的投入。大体上我们可以根据功能分类将变电站系统分割为网络监控、数据通信、保护和监控系统等几个主要的组成部分。

二、地铁供电变电站自动化系统的功能

对于地铁供电变电站自动化系统的实施，目前还没有形成一套统一并且适用于所有地方的标准方案或者实施模式，只是能够满足系统本身所具有的功能与其实际的性能要求而已。从逻辑意义上讲变电站自动化系统可分为变电站本身层、各部分的间隔层和运行过程层，还包含了如时钟同步和自检的支撑功能，参数配置和测试的维护功能，如全程遥控的控制功能，如数据采集的自动化处理功能，如联锁的自动化支撑功能，如电压控制的自动化功能等。大体上地铁变电站自动化系统主要包含了遥控功能、网络通信功能、继电保护功能这三种典型基本功能。

1、遥控功能

自动化的供电远动系统对变电站系统的功能要求包含了遥控、遥测和自检等六项基本的内容，地铁变电站的自动化系统，可以按照所控制的具体对象而被分成单控，即只针对一个控制对象的控制，还可以分成程控，即针对整个运行过程中的多个对象进行控制这样两种类型，二者均包含了联锁和控制这样两个部分。单控联锁功能的实现主要由被控制的各个不同间隔层完成，如合闸出口的继电器在正式的投入使用前，必须检测开关的分位情况、手车的运行情况、合闸闭锁信号有无情况等，还要对线路进行检测无误后才能合闸。程控功能的实现主要通过判断操对象与联锁情况判断来完成，它们可以在一个或者多个变电站的内部，当变电站的动力变压器进行停电或恢复，就需要依靠对不同的断路器进行操作。如果要对接触网或接触轨进行越区供电，那么就需将不同的直流断路器进行分段的隔离操控。

2、网络通信功能

它是地铁变电站自动化系统的基本功能，也是区别于传统的远动终端设备的重要标准，更是将来变电站自动化系统的主推方向，目前各大城市的地铁建设都具备了这种功能，无论是通信的硬件技术还是软件技术的应用都已经达到了一定的程度。地铁变电站自动化系统的网络通信功能与普通的大型电网之间有很大的分别，由于各种原因还不能完全做到大型电网的统一网络通信标准，只能利用系统中的间隔设备的数据传输功能，来支撑各类网络通信所需的硬件与网络协议。

3、继电保护功能

继电保护设备是地铁变电站自动化系统一项非常关键的核心设备，也是发挥系统继电保护功能的主要设备。IEC 60870-5-103的问世已经将二者融为一个统一体，地铁自动化系统中除了牵引变电站的继电保护功能是采用直流馈线而比较特殊以外，其他如降压变电站等与大型电网的继电保护功能基本是完全一致。地铁变电站自动化系统的继电保护所使用的直流断路器，一定要实施大电流流脱扣保护安装和逆流保护以及框架保护，并且还需根据实际情况合理选配其他保护装置。

三、结语

随着社会的不断发展以及高新科学技术的不断涌现，城市地铁的变电站自动化系统的功能也逐步越来越完善，并且正在朝向全自动智能化的发展趋势发展，在总体的系统功能配置方面也越发成熟，未来的地铁自动化系统将给地铁的使用带来巨大的方便，在保障整个变电站供电安全的同时，一定会带来巨大的社会效益，加快城市经济建设的发展。由于变电站的自动化系统功能质量的高低，直接影响了变电站为地铁的实际供电效果，因此必须采取一系列合理的措施，更大限度地提升和完善系统功能，不断探索出新的发展出路。

（作者单位：中铁二十二局集团电气化工程有限公司）