电气化铁道牵引变电站自动化系统若干问题探讨

1、本文由DSP小学生贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 22 卷第 3 期 2002 年 3 月电 力 自 动 化 设 备Electric Power Automat ion EquipmentVol. 22 No. 3 Mar. 2002 63电气化铁道牵引变电站 自动化系统若干问题探讨宋立业, 朱振青, 宿小猛( 西安交通大学 电气工程学院, 陕西 西安 710049) 摘要: 简要介绍了当前我国高速电气化铁路保护的发展情况, 分析了设计牵引变电站自动化系统 的必要性及其系统结构模式, 介绍了设计牵引变电站自动化系统时在通信管理、 显

2、示功能处理等方 面的问题, 提出了相应的解决方案。指出了牵引变电站自动化系统的设计要符合变电站自动化系 统的发展方向, 充分利用自动化系统的资源。 关键词: 电气化铁道; 牵引变电站; 自动化系统 中图分类号: TM 76; TM 922. 4 文献标识码: B 文章编号: 1006- 6047( 2002) 03- 0063- 02 0引言近年来, 我国电气化铁路的建设发展迅速, 由电 气化铁路所承担的铁路运量已接近我国铁路总运量 的 4 成 1 。但由于牵引供电系统的负荷特性与电力 2 系统的负荷特性有很大差距 , 牵引网的工作条件 比电力网更复杂、 恶劣, 因此牵引网的故障频繁, 由 此

3、产生的停电给铁路运输产生很大的影响。 变电站自动化系统在电力系统中得到广泛的应 用, 并取得了良好的效果 3, 4 , 同时也为牵引变电站 自动化系统的设计和生产奠定了理论和实践基础。 本文主要探讨牵引变电站自动化系统中关于系统结 构模式、 网络通信及显示功能等几个方面的问题。的实时性, 可以构成双网络通信结构。一条网络用于 传递录波数据, 另一条用于传递其它通信数据。 c. 变电站监控管理层通过监控管理机完成对 整个变电站系统的监控和管理功能, 通过串行口与 通信处理层通信, 根据通信处理装置提供的实时数 据, 完成显示、 统计计 算、 报表、 查询、 打印 等功能。 对无人值班变 电站的自

4、动化系统可不 设监控管理 机, 但要在通信网络中添加自动灭火、 防盗报警和网 络打印机等装置。网络打印机在远方修改定值、 保 护动作时分别打印定值、 报警信息和录波数据。 牵引变电站自动化系统的结构模式如图 1 所示。牵引变电站自动化系统的结构模式随着变电站自动化系统的发展, 分层分布式的 系统结构不但满足 IEC 关于变电站自动化系统的技 术规范, 还具有节约大量电缆和用地面积, 简化二次 闭锁回路, 减轻施工和调试工作量等优点, 已成为变 电站自动化系统的发展方向。牵引变电站自动化系 统的结构宜采用分层分布式结构, 整个系统可 分 3 层: 间隔层, 通信处理层和变电站监控管理层。各层 的

5、功能如下: a. 间隔层一般采用插件式或单元式结构, 随一 次设备分布, 完成模拟量、 开关量的采集及保护和控 制功能。间隔层包括馈线保护装置、 变压器保护装 置、 电容器保护装置、 备用电源自动投入装置、 电压 无功控制装置等。馈线保护和变压器保护装置能测 量电流、 电压、 功率、 频率及各次谐波分量等。 b. 通信处理层接受来自间隔层的各种数据, 整 理后发送给监控管理层或通过 Modem 与远方调度通 信。间隔层装置与间隔层装置、 通信处理层与间隔层 装置通过网络连接进行通信。当间隔层装置提供故 障录波功能时, 由于录波数据量过大, 为了保证通信收稿日期: 2001- 12 - 19图

6、1 牵引变电站自动化系统结构模式图 Fig. 1 The system structure of traction substation自动化系统通信处理牵引变电站自动化系统间隔层装置之间, 间隔 层装置与通信处理装置之间的通信有如下特点: a. 通信处理装置依次召唤间隔层装置的测量、 开关量、 电度等实时数据。 b. 通信处理装置可以对间隔层装置进行遥控、 修改定值、 校时及使其复位。 c. 间隔层装置的 SOE 信息( 事件顺序记录包括 故障报警信息、 开关量状态变化信息等) 应以最快的 速度发送给通信处理装置。 d. 电压无功控制装置利用变压器保护装置和电 容器保护装置测得的数据进行无功

7、控制判断, 并通过 向它们发遥控命令实现变压器分接头的调整和电容 器的投切。64电 力 自 动 化 设 备2002 年e. 网络打印机能在任意一装置产生 SOE 信息 或定值被修改后, 打印该装置的 SOE 信息或修改后 的定值。当网络中有录波数据时打印录波数据。 从上述分析可以看出, 网络中的通信方式有点 对点式( 通信处理装置召唤遥测、 遥信数据) 、 点对多 点式( 通信处理装置发校时命令被多点同时接收) , 多 点对多点式(多个间隔层装置产生的 SOE 信息被通信 处理装置、 网络打印机同时接受) 3 种通信方式。 近年来, 随着现场总线技术的发展, 现场总线因 其协议简单、 可靠性高

8、、 多主从结构等优点得到广泛 的应 用。其 中 控 制 器 局域 网 CAN ( Controller Area Network) 具有 极高的 可靠性, 且 设计简 单, 应用 方 便。CAN 按照开放系统互连( OSI) 基准模型划分为 2 层: 数据链路层和物理层。数据链路层又 划分为 逻辑链路层和媒体访问控制层。逻辑链路层提供帧 接收滤波、 超载通告和恢复管理功能。可以通过识 别帧标识符只接受与己有关的数据, 过滤与己无关 的数据。CAN 在发送期间对于 丢失仲裁或被 错误 干扰的帧具有自动重发功能, 在发送被正确接收之 前, 不认为帧发送任务完成。媒体访问控制层划分 为发送部分和接收

9、部分, 2 个部分完全独立, 可以同 时收发数据, 是全双工器件。利用 CAN 总线作为牵 引变电站自动化系统中间隔层和通信处理层之间的 通信介质时是非常适合的。设计独立的显示单元具有如下优点: a. 装置不再运行显示程序, 减少了 CPU 的开销; b. 显示单元与装置完全独立, 避免由于液晶器 件的损坏而影响装置的可用率。 c. 不必为每个装置都配备液晶显示, 降低了系 统造价。 d. 显示单元只完成显示任务, 因此可增强显示 功能。4结束语牵引变电站自动化系统具有传统保护、 远动装 置无法比拟的优势, 必然将替代电磁继电器构成的 保护系统。牵引变电站自动化系统的设计要符合变 电站自动化系

10、统的发展方向, 并充分利用自动化系 统的资源。 参考文献: 1 秦家铭. 我国电气化铁路 的发展 及展望 J . 铁 道工程 学 报, 1998, ( 3) : 1- 6. QIN Jia 2ming. The development and prospect of electric railway in China. Journal of Railway Engineering Society, 1998, ( 3) : 1- 6. 2 姜春林. 高速电铁牵引供 电自动 化系统 方案研 究 J . 电 力自动化设备, 2000, 20( 5) : 1- 6. JIANG Chun 2lin.

11、 Study on comprehensive automation system scheme for traction power supply of high 2speed railway. Power System Automation Equipment, 2000, 20( 5) : 1- 6. 3 谢化安. 变电站自动化系 统的功 能配置 J . 电 力系统 自 动化, 1998, 22( 5) : 53- 55.XIE Hua 2an. Function configuration of substation integrated automation. Automation

12、of Electric Power Systems, 1998, 22 ( 5) : 53- 55. 4 金 韬, 唐 涛, 阙 连元, 等. 分散 式变 电站 自动 化系 统 分析与讨论 J . 电力系统自动化, 1997, 21( 10) : 69- 72. JIN Tao, TANG Tao, QUE Lian 2yuan, et al. Analysis and discussion on decentralization automation system. Automation of Electric Power Systems, 1997, 21( 10) : 69- 72. 3

13、自动化装置显示功能的处理通过装置各自所配备的各种型号液晶器件完成 显示功能, 对于在控制室内集中组屏的自动化系统 是必要的, 但对于无人值班变电站或分层分布式自 动化系统却无此必要。因为值班人员可通过监视管 理机了解变电站内各种设备的运行情况。但对间隔 层装置进行维护时, 要了解装置的工作状态, 这时又 需要显示功能。为了解决这个矛盾可采用设计独立 显示单元的办法, 通过显示单元与装置之间的通信 完成显示任务。 显示单元内部只存储通用显示程序, 完成显示 功能, 并通过串行口与其它装置相连。不同装置的 界面以数据的形式存储在装置的 ROM 中, 当收到显 示单元发出的请求界面数据命令时, 通过

14、串行口把 界面数据传送给显示单元。显示单元将数据转化成 对应的格式显示在液晶上。若通过按键对显示单元 进行操作, 显示单元则把按键的操作情况编译成数 据发送给装置, 装置根据按键的操作情况做出反应, 并把响应结果再发送给显示单元。( 责任编辑: 戴绪云)作者简介: 宋立业( 1972 - ) , 男, 辽宁 阜新 人, 硕士, 从 事变 电站 自 动化系统研究; 朱振青( 1942 - ) , 男, 河北 东光 人, 教授, 从 事电 力系 统 及其自动化研究; 宿小猛( 1978 - ) , 男, 河北 辛集 人, 硕士, 从 事电 力市 场 及变电站自动化系统的研究。Discussion

15、on automation system for electrified railway traction substation SONG Li2ye, ZHU Zhen2qing, XIU Xiao2meng ( Xi. an Jiaotong University, Xi. an 710049, China) Abstract : The development of protection for high 2speed electrified railway is briefly outlined. The necessity of designing automation system for electrified railway and its system struc