铁路电力自动化技术教材36916.pptx

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1、铁路电力自动化技术编写 陈雄飞第一章 铁路电力自动化概述n n 铁路自动化就是利用计算机硬件技术、自动检测和控制技术、计算机通信和网络技术，对铁路电力系统的重要环节，如变配电所、贯通自闭线路、信号电源（双电源）等，进行监视和控制，以提高运行管理及维护水平，保证铁路系统的安全、经济运行，并能及时处理故障，缩小故障停电范围，迅速恢复供电，减少停电损失，提高供电可靠性，为列车安全、可靠地运行提供保障。电力自动化系统又称为SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即监视控制与数据采集系统。SCADA 平台包括实时数据采集和处理、告警处理、实时数

2、据库管理、历史数据库管理、画面制作，以及显示、报表管理和打印、系统安全管理、远程诊断和维护等。电力自动化还可以称为电力远动，其系统不仅包含“遥信、遥测、遥控、遥调”等内容，还包含电力自动化所涉及到的其他内容，如变配电所自动化、信号电源监控、线路自动化等，以及变配电所视频监控（即“遥视”）。一、铁路电力自动化系统结构和主要内容、系统结构 铁路自动化系统的监控对象主要包括：变配电所、自闭/贯通电力线路、信号电源和电气集中以及各种高低压开关等。按照功能和内容来分，铁路电路自动化主要包括：调度自动化主站、变配电所综合自动化、信号电源监控以及自闭/贯通线路自动化系统。（RTU：远方终端单元，STU：铁路

3、信号电源监控装置，FTU：馈线终端单元）二、电力远动系统 1、遥信，即远程信号，习惯记作YX，是将被控站的设备状态信息，如开关位置信号、报警信号等，远距离传送给调度主站。、位置信号 不论位置在何种状态，所有被监控设备的分、合状态可以在显示器上进行显示。其中“分”用“绿色”表示，“合”用“红色”表示。、故障信号 当被监控系统发生故障时，事故信号优先送往控制中心，在显示器上提示：显示器上事故站主接线图自动调出，发生事故的地址灯闪烁，如有跳闸，相应的开关闪烁，并伴随有音响报警，同时在屏幕指定窗口显示事故内容细目，并有相关记录。当发生一般性故障，发出预告信号。2、遥测，即远程测量，习惯记作YC，是将被

4、控站的运行参数，如电度量、电流、电压、有功功率、无功功率、温度、故障点参数等模拟信号传送给调度主站。、随机遥测：用于故障时有关参数的测量。、定时循环遥测：用于对电度量、功率、电压、电流的定时测量。、统计测量：用于显示电流电压负荷曲线。、人工召测：操作员在某被控变电所主接线画面下，可随时按遥测键向RTU 发出召测命令，RTU 将有关当前数据回送处理。、超限告警：当某所的某种电量（如馈线电流等）超出正常值，而未达到保护的动作值时，将发出预告音响信号，并在显示器上提示地址名和超限电量。3、遥控，即远程控制，习惯记作YK，是从调度主站发出命令，以实现远方操作和切换，通常只取两种状态指令，如开关的“合”

5、、“分”指令。遥控有以下几种：、单控：就是对单个对象进行的遥控。、程控：若干个单控的组合。、复归遥控：指发生事故等而报警的被控站中事故指示灯和信号指示灯的远距离清除，使之复位，恢复正常。、重合闸投切遥控、通道切换遥控、试验遥控：遥控对象为试验开关。4、遥调，即远程调节，习惯记作YT，是调度主站直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整，如变压器分接头位置。遥调功能实现有一个前提，就是相应设备本身有调整机构。以上四种功能不是各自独立的，而是相辅相存的。遥信和遥测信息是遥控和遥调的依据，而遥控和遥调又需要遥信和遥测信息来检查的证实。第二章 变配电所自动化第一节 铁路电力系统运行方式 铁路电力系统其

6、特殊性方面：1、负荷沿铁路线狭长分布，主要用电对象包括铁路沿线信号灯和其他自动装置，以及其他单位的生产、生活电源，负荷较小。2、供电可靠性要求极高。铁路变配电所一般采用双电源供电方式，沿线每一个供电区间双端供电，供电区间一般采用自闭线、贯通线双回路供电，自闭线只负责为信号供电，贯通线还包括其它生产、生活用电，双路供电至低压双电源切换装置，两路电源互为备用，失压自动切换。3、供电区间线路长，一般4060 公里，有的甚至上百公里，而且地形、气象条件复杂，故障多发，而故障查找和维修由于受自然条件等因素影响比较困难。一、变配电所运行方式 图中配电所采用双母线分段，两路电源同时运行，通过母联开关连接（母

7、线开关常开），互为备用，当一路电源故障时，母联开关闭合，由另一路电源供电，防止自闭线、贯通线或者其他重要负荷失电。装设高压调压变压器，可以保证安装在各信号点的自动闭塞信号变压器或贯通线信号变压器二次电压波动不超过额定电压的10%，并起到隔离变压器的作用，阻止电力贯通（自动闭塞）线路接地故障影响公共电网。二、供电区间供电方式 以甲所供电自闭线（贯通线）为例，自闭（贯通）高压馈出运行方式有下列几种：1、本所主送方式、备投-重合 乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，乙所出线开关瞬时投入送电（备投）；若备投不成功，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。、重合-备投 乙所处于备

8、用送电状态。当甲所线路失电后，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，乙所出线开关投入送电（备投）；若备投不成功，则线路永久失电。、单备投 乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，乙所出线开关瞬时投入送电（备投）；若不成功，则线路永久失电。、单重合 乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。2、本所备用送电方式、备投-重合 乙所处于主送状态。当乙所线路失电时，甲所出线开关瞬时投入送电（备投）；若备投不成功，乙所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。、重合-备投 乙所处于主送电状态。当乙所线路失电后，乙所出线开关经重

9、合闸时间重合一次；若不成功，甲所出线开关投入送电（备投）；若备投不成功，则线路永久失电。、单备投 乙所处于主送电状态。当乙所线路失电后，甲所出线开关瞬时投入送电（备投）；若不成功，则线路永久失电。3、本所自送、自备方式 当供电区间开口作业或乙所检修而不能备用送电时，甲所处于自送、自备方式。当线路失电时，甲所瞬间重合送电。4、跨所送电方式 当相邻两所的电源同时停电，或本所自送自备方式本所电源停电时，采用跨所供电方式。第二节 变配电所综合自动化功能与模式 变配电所综合自动化系统是铁路电力自动化系统的基本单元，是将微机监控、测量、保护、通信、防误等功能通过通信网络集成为一个整体的计算机监控系统，即可

10、集中组屏也可分散布置。一、变配电所综合自动化系统的主要功能 1、继电保护功能。保护的类型有线路保护、出线保护、自闭/贯通线路保护、电容器保护、变压器保护、备自投等。常用的保护内容有：速断保护、过电流保护、过电压保护、重合闸、备用电源自动投切、同期检查、零序保护、低频减载等。2、变配电所实时监视和控制功能（SCADA）。包括遥测、遥信、遥控和遥调，以及故障报警、SoE（顺序事件记录）、数据统计和计算、图形、生产报表、曲线等。3、管理功能。变配电所运行管理功能，包括运行状态、信息、变量、事件的监视、记录、存档、打印等功能。保护管理功能，包括保护方式字和运行参数的读取、修改、存储、下载等。操作管理功

11、能，包括操作闭锁、操作记录、操作记录、操作票管理、“五防”功能。设备管理功能，包括变配电所一、二次设备台帐管理、涉笔运行状态监视和统计及维修记录等。4、运行控制功能，如所内电压无功控制调节，无功补偿控制。5、通信功能。所内通信；向段调度中心转发变电所和附近车站自动化的实时数据，实现遥测、遥信、遥控、遥调，事项或故障上报等；与车站开关监控配合完成线路自动化功能，如故障定位、故障隔离、快速恢复供电等。6、所内电量抄表计费、负荷管理及用户电能采集计费等功能。7、站内电源管理功能，远程诊断和维护等。视频监控系统是变配电所自动监控和管理的必要补充。二、变配电所自动化系统的模式 分布式保护监控装置通常有两

12、种安装方式：一种是在主控室集中组屏安装，这种方式便于设备的统一维护和管理，缺点是需要连接大量的二次电缆；另一种是直接在配电间隔或开关柜上分散布置，这种方式可以节省连接电缆，缺点是维护和管理比较麻烦。分布式系统中的当地监控系统又称当地功能，如用于有人值班变配电所作为当地功能，可以适当加强人机界面功能，配备打印机，并负责向上级调度主站转发数据；如用于无人值班变配电所，则可以将当地监控系统更换为自动化通信处理机。第三节 变配电所自动化当地监控系统一、数据采集 1、SCADA 系统采用多线程技术实时采集遥测、遥信、电度、微机保护等数据，同时向各自动化装置发送各种数据信息及控制命令。采集的信息包括：1、

13、模拟量：包括电压、电流、主变油温等；2、状态量：断路器及隔离开关位置、有载调压器抽头位置、预告信号、事故总信号等；3、保护及综合自动化信息；4、脉冲量：电网周波、脉冲电度等 二、数据处理 SCADA 系统采集数据后，立即进行数据处理，并对重要数据存盘。包括：1、模拟量数据处理：超限检查、数字滤波、工程转换、统计计算；2、状态量处理：状态取反等；3、保护故障信息：显示、整定等；4、脉冲量：基值设定、脉冲增加。三、计算机与检索功能 1、对实时和历史的模拟量、数字量及状态量进行计算与检索。计算中各种计算类型，电力系统的通用计算均可完成。可检索实时数据、一段时间内（时、日、月、年）的历史数据和资料性数

14、据，可以定义检索条件，检索结果可显示、存储，可供图表调用。四、电网控制 控制功能包括：1、开关量输出（遥控）；2、变压器分接头控制（遥调）；3、保护复归、信号复归。五、微机保护远方监视和整定 通过人机界面召唤现有定值，在线修改保护定值并存储至数据库，设定保护功能投切压板。六、信息与报警 报警方式包括：文字（光字牌）报警、声音报警、打印报警；报警类型包括：超限告警、变位报警、事故报警、保护故障信息、自动化系统故障告警等。七、时间同步及事件顺序记录（SoE）系统自动保护装置时间同步，并能保存事件顺序记录。八、历史数据库管理 历史数据自动保存在硬盘上（也可转移），需要时可方便地调入系统进行分析。九、

15、人机接口 1、图形显示基本功能：各种图形，包括综合图、主接线图、负荷曲线图、趋势曲线、历史曲线等，以及报表的生成、编辑和打印。2、事件顺序记录（SoE）显示与打印。3、故障滤波数据的显示与打印。4、模拟光字牌显示。5、综合图、主接线图、单线图、地理图等图形的分层显示。十、报表管理 日、月、年生产报表的生成、打印和管理。十一、设备信息查询 可以录入、编辑、查询变压器和开关等设备的参数、运行及检修情况；查询各种保护设备的参数（定值等）及运行情况。十二、操作记录功能 对于进入操作系统的用户的遥控等操作步骤记录入历史数据库，便于查询。十三、模拟操作台功能 十四、故障录波及显示 在发生故障上保护监控装置

16、自动进行录波，并将信息送当地功能。当地功能系统对录波数据进行存储、分析，将录波波形显示出来。十五、系统自检功能 在线自诊断各保护装置、RTU 等。设备运行异常时告警，并将结果送至当地功能，以便显示和打印。该功能用于配电所交接班或对保护单元的保护功能的动态测试。十六、Watch Dog 功能 具有“看门狗”功能，当出现异常死机时，看门狗能自动复位CPU，重启系统。十七、数据转发功能 按规约有选择地向调度主站转发数据。十八、远程维护 利用网络可以远程对当地功能进行维护和维修。第四节 远方终端（RTU）远方终端（RTU）是电力系统自动化系统的重要组成单元，主要安装在变电所内，负责电力系统的数据采集和

17、操作命令的执行。RTU 主要功能：1、远动功能，即遥信、遥测、遥控、遥调。2、事件顺序记录（SoE）3、系统对时 各RTU 时钟与主站的时钟严格同步。方法有GPS 直接对时和主站软件对时。4、电能采集 5、通信 6、当地显示和整定 7、自恢复和自检测功能 第五节 微机保护装置 铁路变配电所常用微机保护装置有：线路保护、自闭/贯通线路保护、电容器保护、备用电源自动投切装置、微机监控装置（调压器、变压器、断路器等的监控）、变压器保护等。第三章 铁路行车信号电源监控 铁路行车信号电源一般由自闭、贯通两路电源供电（只有一路电源的情况下由地方电力系统再引一路电源构成双电源回路。两路电源互为冗余，故障时相

18、关切换，以提高供电可靠性。在双电源处设置自动化监控终端（信号电源及信号电源监控器STU），将双电源运行状态纳入电力自动化系统的监控范围。第一节 系统结构与主要功能 STU负责信号电源的监视和控制，遥测量包括：电流、信号变压器二次侧电压；遥信量包括：高压侧开关状态，蓄电池状态等；遥控量包括高低压侧开关，蓄电池活化等。STU一般安装在信号机械室内信号电源旁边，STU通常经通信机械室通信接口，与上级主站通信，完成电力远动功能。信号电源监控主要完成远程控制（高、低压开关）、供电状态的监测（图形方式显示）、网络复视三大功能。远动功能：1、遥信：自闭、贯通低压侧开关状态等；2、遥测：自闭、贯通低压侧三相电

19、流、电压数据；3、遥控：自闭、贯通低压侧及高压侧开关；4、SOE 事项；5、实时趋势曲线等。第二节 STU 与FTU 的配合 STU通常安装在车站信号楼内，可以直接连至通信机械室的通信接口，完成与上级主站的通信。而车站开关自动监控装置FTU 一般安装在室外线杆上，为了节约通道投资，在实施电力自动化时STU与FTU 应作为一个整体来考虑，共享通信通道。常用的一种方式是采用现场总线将STU、FTU连接起来，共享通信信道。第四节 职能箱变 职能箱变，即箱式变电站又称户外成套变电站，是将变压器、铠装母线、高低压开关设备以及微机保护装置、STU、FTU 等集中安装在一个箱体内的设备。由于它具有远动和通信

20、功能，又称远动职能箱变。铁路系统中按用途来分有：车站职能箱变、信号电源职能箱变、普通职能箱变 一、主要特点 职能箱变主要由多回路高压开关系统、铠装母线、微机保护、远动、计量、电容补偿及直流电源等电气组合而成，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行。1、技术先进安全可靠 箱体内一次设备采用全封闭高压开关柜、干式变压器、干式互感器、真空断路器，弹簧操作机构、旋转隔离开关，为全封闭、全绝缘结构，零触电、无油化运行，二次采用微机保护、STU、FTU 等职能化装置，无人值守。2、自动化程度高 各种职能装置可以同时选用，单独运行；能够完成遥

21、测、遥信、遥控、遥调，以及故障检测、信号电源监控和微机保护功能，还可以完成箱体内湿度、温度等的检测和报警。二、职能箱变的监控 职能箱变实际上是一个电力一次设备和二次设备的结合体。车站信号电源职能箱变由10KV 自闭与贯通进线开关、自闭与贯通信号变压器、PT 柜以及STU、FTU 组成。第四章 铁路电力线路自动化第一节 概述 在铁路系统实现线路自动化功能，除完成正常的SCADA 监控功能外，还可以自动判定线路故障位置、快速隔离故障线段和恢复正常供电，大大缩短了线路故障查找、维修和恢复供电的时间，提高了供电可靠性等。广义地说，铁路线路自动化包括两部分内容：1、信号电源监控，包括车站信号点和区间信号

22、点。2、车站分段开关监控，即线路自动化监控和故障自动处理。铁路线路自动化主要功能包括：一、车站开关的日常运行监控 即通常说的遥信、遥测、遥控等远动功能。通过远方遥控，可以做到线路的分段停送电，当进行线路维护和开关检修时，可以缩小正常检修造成的停电范围，提高供电可靠性。二、故障管理功能 主要指线路故障监测、故障自动定位、快速隔离故障点和恢复非故障区段的供电，以及输出故障处理报告、故障分析报告。第二节 线路开关设备 一、断路器（Breaker）断路器一般安装在变配电所的进出线上，与微机保护装置配合，完成各种线路保护功能。二、重合器（Recloser）重合器是一种自身具有控制和保护功能的开关设备。它

23、能进行故障电流检测和按预先整定的分合操作次数自动完成分合操作，并在动作后能自动复位或闭锁。三、负荷开关 四、分段器（Sectionlizers）分断器是一种职能化的负荷开关，它能和断路器或重合器配合使用。五、重合分段器（自动配电开关）重合分段器是一种带有自动重合功能和职能判据的负荷开关。它由开关本体、电源变压器、故障检测器FDR 和控制器构成。六、隔离开关 七、熔断器第二节 线路自动化模式、电压时间方式:也称VT 方式，是利用配电所出线开关和线路重合器的时间配合，实现故障自动定位和隔离。线路上安装自动重合器或带有重合器控制器的开关作为线路分段开关，一般以车站为分段点。重合器检测线路两侧的电压，

24、以确定线路是否带电。在线路上F 点发生永久故障后，经过“备投重合过程”，甲所出线开关断开（假设甲所为主供所），分段开关R1 R5 失压跳开。甲所出线开关二次重合，R1 检测到一侧有压一侧无压，延时一段时间后合闸，R1 R2 段恢复供电，然后是R2 经过一段时间的延时合闸，R2 R3 段恢复供电，以此类推。当R3 合闸时，重合到故障上，甲所出线开关跳开，分段开关失压R3 跳闸。由于是在合闸后立即造成故障，出现失压跳闸，R3 将自动闭锁于分闸位置，不再一次重合。当出线开关再次重合时，R1 R2 依次成功重合，故障点左侧线段恢复正常供电。乙所在备投失败后经过一定时间延时，重复类似过程从另一个方向将故

25、障点隔离。这样仅故障线段失电，其他线段可以继续正常工作，缩小了故障停电范围。特点：1、能够自动隔离故障点，缩小故障范围，并能够根据开关动作时间估计故障位置，为快速检修提供依据。2、无需通信信道，即可实现线路自动化的主要功能，投资见效快。3、重合器重合时间整定困难，特别是线路较长时，故障隔离过程更复杂，很难做到精确配合，可能会给故障定位带来误差。4、故障隔离、定位过程需要多次重合，对变配电所设备、线路有冲击，容易造成设备损害。5、本身不具有远动和实时监控功能，故障分析和管理功能有限。、电流控制方式也称IT 方式，是由重合器或断路器与线路分段器或带有自动控制器的负荷开关配合，实现线路自动化功能。分

26、段器控制器能够自动检测故障电流，并根据通过故障电流的次数进行计数，在达到整定次数后自动分闸并闭锁于分闸状态。在线路F 点发生故障后，甲所出线开关零时限跳闸，分段开关S1 感受到故障电流并计过流一次，由于未达到整定次数（如2 次），因此不动作而保持在合闸状态。出线开关经重合闸时间闭合，如果是暂时性故障，则线路恢复正常供电，S1 过电流计数值延时自动清除；如果是永久性故障，则出线开关再次跳闸，此时，S1 过流脉冲计数值达到2 次，因此分段器S1 在出线开关再次跳闸后的无电流时期分闸并闭锁。甲所出线开关二次重合，S1 保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段的正常供电。乙所在备投失败后经过一

27、定时间延时，重复类似过程从另一个方向将故障点隔离。这样仅仅故障线段失电，其他线段可以继续正常工作，缩小了故障停电范围。二、远方控制方式即远动方式，就是利用线路自动化远方终端（FTU）对分段开关进行实时监控，并将故障检测结果送至控制中心或主站，由控制中心判断故障位置（故障定位），人工遥测或自动隔离故障线段，恢复非故障线段供电。线路分段开关处均安装FTU 进行实时监控，与控制中心或主站通信完成SCADA 监控和故障管理功能。一般以车站分段开关为监控点。在线路上F 点发生永久故障后，经过“备投重合过程”，甲所出线开关跳闸，该过程由FTU 监视，并将故障检测结果送往主站。S1、S2、S3 处FTU检测

28、到故障电流。主站根据FTU 上报的故障检测结果，确定出故障点F，人工或自动下发遥控命令将故障点两侧开关跳开，隔离故障区间，然后下发遥控命令依次将配电所出线开关、分段开关闭合，恢复非故障区段供电。远动法有以下特点：1、能够迅速查找故障点并进行定位，自动隔离故障点，迅速恢复供电，故障管理功能强大。该过程与线路长短无关，整个过程一般只需几分钟时间，极大地提高了供电可靠性，缩短了故障位置查找和修复的时间，提高了管理水平。2、能够进行实时监控，具有日常SCADA 功能。3、能够处理的故障类型多，功能强。由于FTU 与主站配合自动化功能要强得多，FTU 负责故障检测，主站负责计算和判断，不仅能处理相间短路

29、故障，还能处理单相接地故障、断相故障等；故障时的变位信息和测量值可以全过程记录，为故障分析和管理功能提供了极大的方便。4、可以监视开关工作状态，进一步增加设备管理功能，为设备的周期性检修向状态修过渡提供了依据。5、线路开关要具备电动执行机构，满足遥控条件。6、需要通信信道支持。第二节 线路自动化监控终端FTU 一、构成 FTU 作为线路开关职能监控装置，主要由终端控制器、职能充电器、蓄电池、箱体以及各种附件组成。1、终端控制器 终端控制器是FTU 的核心模块，完成FTU 的主要功能，如数据采集、故障检测及判断、逻辑运算、控制输出和通信功能。2、职能充电器 职能充电器主要完成FTU 蓄电池充放电、多电源自动切换以及电池活化控制等功能。3、蓄电池 蓄电池作为FTU 的后备电源，正常情况下，处于浮充状态，由线路PT 进行充电；当线路失电时，为FTU 提供正常工作电源，也为开关设备动作提供操作电源。4、箱体 5、附件 包括就地操作面板、分合闸按钮、跳合闸指示灯、接线端子排、空气开关等。二、功能特点 FTU 包括“四遥”、故障信息采集处理功能、开关状态在线监视、PLC 功能、抗恶劣环境、功耗小、等特点。三、类型 1、杆上FTU 柱上FTU 安装在户外线杆上，一般监控单一柱上开关（一条线路）。2、环网柜FTU 3、开闭所FTU