牵引供电自动化系统

1、牵引供电自动化系统高 仕 斌2005年12月一、电气化铁路建设背景二、主要关键技术问题三、思路与实现方法四、结束语内容提要 铁路已成为制约国民经济发展瓶颈电力牵引能源危机货运运能只能满足1/3运量客运节假日输送旅客4000万人次/日客运高速化既有线提速高密度运行货运重载化一、电气化铁路建设背景中长期铁路网规划-客运专线电气化铁路建设背景 国家发展和改革委员会2004159号文件中长期铁路网规划批准：“为满足快速增长的旅客运输要求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。建设客运专线1.2万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里及以

2、上。电气化铁路建设背景 四纵：北京-上海，北京-武汉-广州-深圳，北京-沈阳-哈尔滨（大连），杭州-宁波-福州-深圳。 四横：徐州-郑州-兰州，杭州-南昌-长沙，青岛-石家庄-太原，南京-武汉-重庆-成都。 三个城际客运系统：环渤海地区、长三角地区、珠三角地区，覆盖区域内主要城镇。 至2020年，中国铁路将形成以高/快速客运专线为主干网络的客运系统。 电气化铁路建设背景 “十一五”铁路规划 将建成新线10，000公里，其中客运专线5，000公里以上，既有线复线4，000公里，既有线电气化6，000公里。 2010年，全国铁路营业里程将达到85，000公里，其中复线里程35，000公里，电气化里

3、程35，000公里。电气化铁路建设背景 建成武汉广州、郑州西安、石家庄太原三条客运专线， 开工建设北京武汉、哈尔滨大连、天津秦皇岛三条客运专线 电气化铁路建设背景 建成北京天津、广州珠海、广州深圳、上海南京、上海杭州城际客运铁路 对京沪、京广、京哈、京九、陆桥、沪蓉和沪昆七条主通道进行系统配套改造，扩大运输能力。牵引供电自动化是铁路行业发展之急需高效安全可靠牵引供电自动化1万km2万km5万km电气化铁路里程电气化铁路建设背景203050 研究牵引供电及其自动化系统的成套技术，实现电气化铁路建设背景 运行控制自动化运营管理信息化技术装备国产化关键技术问题装备研制及系统集成二、主要关键技术问题

4、电能质量与电磁兼容弓网关系与检测技术自动过电分相与同相供电技术牵引供电自动化与信息化三、思路与实现方法 自动过电分相与同相供电技术牵引供电系统电分相环节是制约列车运行速度的瓶颈之一。 思路与实现方法 自动过电分相技术 地面过电分相技术 机车上过电分相技术 地面与机车结合的自动过分相技术 思路与实现方法 同相供电系统 通过在变压器二次侧绕组上并联相应的电感、电容器件实现同相供电。右图为SCOTT平衡变压器实现同相供电的电路图 思路与实现方法 电能质量与电磁兼容 随着牵引负荷的增大，无功、负序、电压闪变和谐波问题更加突出。研制新型平衡变压器研制综合静止补偿装置 思路与实现方法 弓网关系与检测技术

5、弓网关系是决定受流质量的主要因素。通过理论与实验研究，确定最佳的悬挂形式、零件材质确定以硬点和压力为主要检测对象的接触网受流状态评价标准与体系思路与实现方法 牵引供电自动化与信息化 牵引供电自动化与信息化是保障电气化铁路安全可靠运行的有效手段。 牵引供电自动化要解决的技术问题： 思路与实现方法 自适应三段距离保护 常规原理的阻抗继电器在牵引重负荷与励磁涌流叠加或牵引重负荷与再生制动负荷叠加时，可能发生误动作思路与实现方法 保护原理与动作特性 断线接地故障检测与保护AT牵引网断线接地故障将使阻抗急剧增大，常规原理的保护拒动ZL思路与实现方法 断线接地故障检测与保护思路与实现方法 断线接地的故障电

6、流与负荷电流识别在于： 断线接地故障电流是突变的，而负荷电流是渐变的。 电流增量保护原理：异相短路故障保护电力机车带电过分相可能引起异相短路，烧毁电分相思路与实现方法 电压增量故障检测原理思路与实现方法 异相短路故障，自由相电压电弧电压，接近方波，谐波丰富；正常运行、常规短路故障，自由相电压谐波含量低思路与实现方法 全并联AT供电方式故障测距方案之一:AT中性点吸上电流比原理思路与实现方法 为了克服AT漏抗、线路不均衡的影响，对上式进行修正如下：思路与实现方法 关于同步问题 方案一：架设专用通道，费用高，若专用通道故障，全线不能测距； 方案二：利用AT站的电压互感器，采用低压元件进行启动（为实

7、现站的电动隔离开关、负荷开关的投切，站安装有电压互感器）。思路与实现方法 故障测距流程供电臂发生故障，沿线电压降低，启动每个AT站的电流采集单元进行电流采集，持续至电流截断；以电流截断前一个周波采样点作为计算电流幅值的基础，一方面消除衰减直流分量的影响；一方面可以确保同步； 思路与实现方法 将所有AT站的电流传送至调度端，由调度端选择两个电流最大的相邻AT中性点电流进行故障点计算。优点能对所有运行方式进行故障测距。思路与实现方法 转移阻抗比原理利用首末端电压和馈线电流进行测距思路与实现方法 关于同步问题只须变电所的电气量同步采集，无须变电所与分区亭电气量同步。特点不能对所有运行方式进行故障测距

8、思路与实现方法 故障性质识别原理限流施压识别法：与故障线路对应断路器并联一条由负荷开关、限流电阻、电流或电压互感器组成的支路。思路与实现方法 基于耦合电压的故障性质识别原理 电容耦合电压:思路与实现方法 电感耦合电压: 瞬时性故障：耦合电压为电容耦合电压加电感耦合电压。（电压高！） 永久性故障：耦合电压为电感耦合电压。（电压低！） 思路与实现方法 自适应故障性质识别原理电压原理：补偿电压识别原理：思路与实现方法 牵引变电所综合自动化系统变电所综合自动化是指集测量、保护、控制、中央信号、通信、管理等多种功能的自动化系统。秦沈客运专线采用的TA21型牵引变电所安全监控与综合自动化系统。由牵引变电所

9、综合自动化系统、远方视频监控及防灾报警系统构成式。思路与实现方法 思路与实现方法 系统采用分层分布式结构形式变电站层为系统监控机网络层采用双层网结构，通信处理单元接在第一层环形现场测控网上，当地监控系统挂接在第二层以太网上，两层网通过通信处理单元实现现场总线与以太网的连接，变电站内各个保护测控单元为间隔层。 思路与实现方法 网络型:由于高压电场的强烈干扰,网络通信媒质选用了光纤。分层分布式:当任一模块出现故障时,不影响其他模块的正常运行,从而保证供电的可靠性。集中组屏方式:从节约占地、降低投资等来看,分散布置有明显优势,但从目前国内电气化铁路所用设备的情形看,条件尚不成熟,故集中组屏的方式。模

10、块相互独立:在综合自动化系统中采用双总线网络,模块相互独立,当网络失效时提供应急控制措施等。 思路与实现方法 牵引供电SCADA系统在牵引供电设备监控、故障判断处理和运行状态分析等方面都发挥着重要作用，并为牵引供电系统调度管理提供了全新的技术手段。功能是进行电力调度与所管辖的牵引变电所、开闭所、分区亭及V 停设备等供电装置之间的远距离实时监测和控制。思路与实现方法 调度端通信通道 传输介质包括电话线、光纤、电力载波、无线电等思路与实现方法 RTU主要配置有CPU、I/O（输入/输出）模板、通信接口单元，以及通讯机、GPS天线、电源、机箱等辅助设备思路与实现方法 思路与实现方法 发展方向远动系统通道: 优化远动系统通道结构，提高通信线路的可靠性。通信网络及接口的标准化:采用标准规约及接口方式,实现不同厂家的设备间的信息交换。通讯模式:以以太网为代表的局域网技术中，以客户/服务(Client/Server)方式为基础的网络技术在远动系统中得到了广泛的应用，如何过渡到实时性更好的发布/订购(Publish/Subscribe)模式需进一步研究。牵引变电所安全监控及综合自动化系统牵引供电调度自动化系统牵引供电运营安全保障及信息智能化管理系统牵引供电自动化系统思路与实现方法牵引供电自动化系统思路与实现方法 思路与实现方法 基于IEC61850的牵引供电自动化系统为了实