电气化铁路牵引供电变电站综合自动化系统(精)
铁路牵引变电所综合自动化系统的应用
铁路牵引变电所综合自动化系统的应用摘要：随着交通网络日益完善，电气化铁路建设规模日益扩大，其具有环境污染小、承载能力强、高速等特点，是铁路发展的重要方向。
牵引变电所综合自动化系统，作为电气化铁路的关键部分，确保其可靠性与稳定性，是铁路牵引变电所的重要研究课题。
为此，通过综合自动化系统，对牵引变电所内的设备进行监控、调试，可促进设备正常运行，有利于保障铁路可靠运营。
本文主要分析综合自动化系统在铁路牵引变电所中的运用。
关键词：铁路牵引变电所；综合自动化系统；应用引言：近年来，随着科技水平不断发展，信息化、自动化技术被运用于各行业、各领域，铁路供电系统也正在逐渐创新、发展。
针对铁路供电系统中的综合自动化系统，有利于提升铁路运行质量，保障铁路供电效率，并集成了多种一次设备和二次设备。
通过综合自动化系统，可实现铁路牵引变电所供电设备监控智能化，促进应急处置的快速化。
为了满足智能电网的发展，在铁路牵引变电所运行中，运用综合自动化系统，已是电力系统运行中的重点研究课题。
笔者根据自身多年的电力系统运维管理经验，主要分析综合自动化系统在铁路牵引变电所中的运用。
一．自动化系统的发展首先，分立原件的自动化装置。
20世纪七十年代以前，诸如晶体管和其他离散元件构成的模拟电路等设备被开发并应用于电力系统，例如自动重合闸、备用电源自投等，使电力系统的整体性能得到了极大的改善。
但各个设备都是独立的，缺乏自我诊断的功能，整体的操作水平仍然十分有限。
其次，智能自动装置。
上世纪70年代，微机保护、远动装置逐步被集成电路、微机取代。
该设备具有较强的运算能力，具有较高的智能化程度和自诊断能力，使测量精度、监控可靠性及电力系统的自动化程度得到了进一步的改善。
但是，目前还存在着许多设备独立操作、资源无法共享等问题，需要进一步完善。
第三，综合自动化系统。
70年代中期和晚期，欧、意、美等发达国家相继研制出一套完整的自动控制系统。
然而，日本在1975年完成了首个数字控制系统SDCS-1,1980年开始商业化。
电气化铁道牵引供电系统
第一部分：交流牵引供电系统概述
1.2 我国电气化铁路的发展
第一条干线电气化铁路---宝成线（1975年） 第一条全线一次电气化完成铁路---阳安线（1978年）
第一条双线电气化铁路---石太线（1982年） 第一条采用AT供电方式的电气化铁路---京秦线 （1985年）
第一部分：牵引供电系统概述
1.5 BT(吸流变压器)供电方式
BT供电方式示意图 ● 防干扰效果好； ● 牵引网阻抗偏大（以链形悬挂牵引网为例，牵引网单位等效阻抗会增大约50%）： ● 电力机车过BT时，易产生电弧； ● 增加了接触网的维修工作量和事故率，可靠性较低。
第一部分：牵引供电系统概述
1.6 带回流线的直接供电方式(TRNF)
电气化铁道牵引供电系统
主要内容
第一部分：交流牵引供电系统概述 第二部分：牵引变压器接线 第三部分：电气化铁路负荷特性 第四部分：变电所主接线及平面布置 第五部分：保护配置及综合自动化系统 第六部分：朔黄铁路扩容工程设计技术标准
第一部分：交流牵引供电系统概述
1.1 电气化铁路的诞生与早期发展
1825年英国修建了世界上第一条铁路 1879年世界上第一次采用电力牵引列车
第二部分：牵引变压器接线
2.3 V结线牵引变压器
A
BC
A
C
A
B
BC
A1
X1 A2
X2
a
b
c
单相V/v结线
a1
x1 a2
x2
三相V/v结线
特点： ● 接线简单、可靠性高、工程 投资低； ● 安装容量小、电能损耗小、运营费用低； ● 变压器容量利用率为100％； ● 能为变电所提供三相电源； ● 对电力系统的负序影响较小，负序功率等于牵引负荷功率的50%；
电气化铁道牵引供电系统
三相电力系统
电力系统向电气化铁路供电示意图
牵引变电所 馈线 20～40km
回流线
牵引网
分区所 牵引变电所
列车
接触网 钢轨
电分相
牵引供电系统原理示意图
第一部分：牵引供电系统概述
1.4 直接供电方式（TR）
我国早期电气化铁路（如宝成线、阳安线）建设时，采用直接供电方式。
直接供电方式示意图 ● 结构简单，投资最少，维护费用低； ● 在负荷电流较大的情况下，钢轨电位高； ● 对弱电系统的电磁干扰较大；
应用于AT供电方式的变压器接线形式有：纯单相接线、V/x接线、三相/两 相平衡（Scott、Wood-Bridge接线等）、十字交叉接线等。
第二部分：牵引变压器接线
2.2 纯单相牵引变压器
A a
A T N
b
B 纯单相结线
F B
二次侧中点抽出式单相结线
特点： ● 接线简单、可靠性高、设备数量少、工程投资低； ● 安装容量小、电能损耗小、运营费用低； ● 变压器容量利用率为100％； ● 理论上可取消变电所出口的电分相； ● 二次侧不能直接提供三相电源； ● 对电力系统的负序影响大，负序功率等于牵引负荷功率，仅适用于电网容量较大场合；
V/x结线
第二部分：牵引变压器接线
2.4 Y/△接线牵引变压器
A
IA
Δ
B
C
IB
IC
O
*1·来自Ia(y) Iby
* b(z)
U
Δ
2
Icz
Iax ·
c(x)
I U
特点： ● 一次侧中性点可接地运行； ● 二次侧能直接提供三相电源； ● 负序方面优于纯单相结线，与V/v结线相当； ● 滞后相电压水平往往偏低； ● 变压器容量利用率仅为75.6％；
变电站综合自动化系统
变电站综合自动化系统在电力系统中，变电站是连接输电网和配电网的重要环节，是电能转换、分配和控制的关键组成部分。
为了提高变电站的运行效率和安全性，变电站综合自动化系统应运而生。
一、系统架构1. 主控系统主控系统是变电站综合自动化系统的核心，负责整体的监控、管理和控制。
通常由人机界面、数据采集与处理、远程通信等模块组成，能够实时监测变电站各种设备的状态并调度控制。
2. 保护系统保护系统是变电站综合自动化系统的重要组成部分，用于实时监测电力系统的运行状态，及时发现故障并采取相应的保护措施，确保电网的稳定运行。
3. 辅助设备系统辅助设备系统包括通风、照明、消防等设备，为变电站的安全运行提供支持。
二、功能特点1. 实时监控变电站综合自动化系统能够实时监测各种设备的运行状态，及时发现问题并作出相应处理，有效减少事故发生的可能性。
2. 自动化控制系统能够根据预设的逻辑和参数实现自动化控制，提高变电站的运行效率和精度。
3. 远程通信通过网络通信技术，可以实现对变电站的远程监控和操作，方便操作人员进行远程调度。
三、发展趋势随着信息技术的不断发展，变电站综合自动化系统也在不断完善和智能化。
未来，随着物联网、云计算等技术的广泛应用，变电站综合自动化系统将更趋于智能和自动化，实现更高效、安全、可靠的电力系统运行。
四、结语变电站综合自动化系统作为电力系统的重要组成部分，发挥着关键作用。
通过不断完善和创新，可以更好地适应电力系统的发展需求，提升变电站的运行效率和安全性。
希望在未来的发展中，变电站综合自动化系统可以发挥更大的作用，推动电力系统的可持续发展。
铁路牵引变电站综合自动化技术
变电站综合自动化技术近几年来，随着计算机技术、通讯技术、控制技术以及系统集成技术的迅速发展，铁路监控系统也得到迅速发展。
对于铁路监控系统，技术上发展有两大趋势：一是调度端（控制中心）实现综合监控，即调度综合自动化；二是变电所实现自动化。
这里我们讨论变电站综合自动化技术。
一、概述变电站综合自动化技术的研究和应用，首先是在电力系统中。
随着电气化铁路的发展，对牵引变电站的综合自动化也提出了迫切的需求并逐步开始得到应用，并发展成为必然趋势。
变电站综合自动化之所以成为研究热点，引起了电力、电牵行业各有关部门，如设计、研究、运行、基建等单位的注意，其主要原因有：（1）随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况；（2）提高变电站的可控性要求更多地采用远方集中控制、操作、反事故措施等；（3）采用无人值班管理模式，提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运行可靠性；（4）利用当代计算机技术，通信技术等提供的先进技术装备，改变传统二次设备模式，简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，减少施工难度和工程造价，使变电站面貌得到全新改变。
采用常规控制设备加上完备的四遥远动装置，也可实现上面前三项的要求，但要全面满足上述要求，则必须采用变电站综合自动化技术。
国外从20世纪80年代开始进行研究开发，到目前为止，各大电力设备公司都陆续推出了系列化的变电站综合自动化系统产品。
20 世纪90年代以来世界各国新建变电站大部分采用了全数字化的二次设备。
我国开展变电站综合自动化的研究与开发，有两个方面的内容：其一，中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减耗增效的目的；其二，对高压变电站（220kv 及以上）的建设和设计来说，要采用新的控制方式，解决各专业在技术上保持相对独立而造成的各行其是，重复投资，甚至影响运行可靠性的弊端。
这些问题主要是：（1）计量、远动和当地监测系统所用的变送器各自设置，加大了CT和PT的负担，投资增加，还造成数据测量的不一致性；（2）远动装置和微机监测系统功能重复，一个是受制于调度所，一个是服务于当地监测，没有做到资源共享，增加了投资且使现场接线复杂化，影响可靠性；（3）传统二次控制系统和当地微机监测系统功能重复，在某种程度上影响了运行人员对当地微机监测系统的重视程度，认为可有可无，造成监控系统在变电站投入率不高。
什么是电气化铁路
什么是电气化铁路?电气化铁道是由电力机车和牵引供电装置组成的，牵引供电装置一般分成牵引变电所和接触网两部分，所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的“三大元件”。
铁道部1993年发布的《铁路技术政策》牵引动力与供电一节中做了如下阐述：积极进行牵引动力改革。
大力发展电力牵引，合理发展内燃牵引，提高电力牵引承担换算周转量的比重。
管好用好蒸汽机车。
合理安排牵引动力的布局。
在主要繁忙干线，高速铁路煤运专线及长大坡道，长隧道地区等线路上，应采用电力牵引，其它线路逐步采用燃牵引。
大力提高电气化铁道的运行可靠性，提高接触网的结构稳定性和抗实能力，采用高强度，耐腐蚀，少维修，无维修的导线及接触网零部件。
加强接触网的等电压保护，优化机构与接触网的绝缘匹配，改善引网关系。
逐步实现牵引供电系统控制自动化、远动化及运行管理智能化。
发展牵引供电系统的实时检测技术，实现故障检测现代化，并逐步建立检测及维修的专家系统。
牵引供电系统组成我国电气化铁路采用工频单相交流制。
向电气化铁路供电的牵引供电系统由分布在铁路沿线的牵引变电所及沿铁路架设的牵引网组成。
为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所的高压输电线路均为双回路。
一、牵引变电所和供电臂牵引变电所的功能是将三相的110KV高压交流电变换为两个单相27.5KV的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网（额定电压为25KV）供电，牵引变电所每一侧的接触网都称做供电臂。
该两臂的接触网电压相位是不同相的，一般是用耐磨的分相绝缘器。
相邻牵引变电所间的接触网电压一般为同相的，其间除用分相绝缘器隔离外，还设置了分区亭，通过分区亭断路器（或负荷开关）的操作，实行双边（或单边）供电。
二、牵引网牵引供电回路的构成是：牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨与大地、回流线。
在这个闭合回路中，通常将馈电线、接触网、钢轨与大地、回流线统称为牵引网。
牵引供电方式分类接触网、钢轨与大地、回流线统称为牵引网。
浅谈电气化铁路牵引变电所综合自动化系统的应用
浅谈电气化铁路牵引变电所综合自动化系统的应用作者：吴旭峰来源：《城市建设理论研究》2014年第07期摘要：随着自动化技术、计算机技术和通信技术的发展，铁路牵引变电所综合自动化系统技术得到迅速发展。
有很多按新概念、新原理设计的变电所综合自动化系统投入运行，展现了其极强的生命力，并成为我国牵引工业推行技术的重点之一。
牵引变电所综合自动化系统对于我国铁路供电事业的发展具有非常重要的作用。
必须把我国铁路牵引变电所综合自动化系统按照标准化、智能化、规范化的方向发展。
同时，各个相关的研发机构和设备、器材供应商也要加强联系和沟通，一起形成标准化的牵引变电综合自动化系统的市场。
此外，，国家要大力培养在牵引变电领域里的技术人才，使我国的牵引变电综合自动化系统得到不断的发展。
关键词：电气化铁路牵引变电所综合自动化系统应用中图分类号:F407.6 文献标识码：A在新科技革命浪潮的指引下，铁路的电气化发展也呈现出欣欣向荣的发展态势。
而铁路牵引变电所综合自动化操作技术对于铁路供电系统的发展来说，是一个巨大的飞跃。
也是目前在供电系统领域里的一个前沿课题。
十余年来，国内外都对牵引变电所综合自动化系统开展了广泛的讨论、研究。
随着自动化技术、计算机技术和通信技术的发展，牵引变电所综合自动化操作技术得到迅速发展。
一．牵引变电所综合自动化操作系统的概念及特点（1）.牵引变电所综合自动化操作系统的概念牵引变电所综合自动化操作系统是集自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电所领域的综合应用。
变电所综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，同时，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，可以更快捷、更方便的监视和控制变电所内各种设备的运行和操作。
牵引变电所综合自动化系统是将变电所的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术等，实现对全变电所的主要设备的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。
电气化铁路牵引供变电技术—第十章—综合自动化系统
第十章 综合自动化系统
第一节 综合自动化系统概述
一、牵引供电综合自动化系统构成及特点
牵引供电综合自动化系统可以分为四个子系统。 1、人机联系子系统 通过人机联系子系统，为调度员提供完整的前银华供电系统设备运行 时状态，完成远方操作。 2、信息处理子系统 该子系统主要完成实时信息处理、存储、打印等功能，并在调度员工 作站以友好的人机界面显示。
第十章 综合自动化系统
（10）谐波的分析与监视 （11）报警处理 （12）画面生成及显示 （13）在线计算机指标功能 （14）电能量处理； （15）远动功能。
第十章 综合自动化系统
第二节 综合自动化系统结构形式
一、分层（级）分布式系统集中组屏的结构形式
1、结构形式 把整套综合自动化系统按其不同的功能将间隔层按照对象划分组装成 多个屏（柜），例如变压器保护屏、馈线保护屏、直流屏等。这些控 制保护屏一般都安装在主控室中，又称“分布集中式结构”。 2、分层分布式系统集中组屏结构特点 ①分层（级）分布式的配置系统采用按功能划分的分布式多cpu系统 。 ②继电保护相对独立。 ③具有与系统控制中心通信功能。
电气化铁路牵引供变电技术
2021/5/27
第十章 综合自动化系统
第一节 综合自动化系统概述
牵引供电综合自动化系统是利用计算机技术、网络通信技术、控制 及继电保护原理，实现对电气化铁路牵引供变电系统、接触网的故障 保护、远程及当地控制、正常及故障信息监视、数据采集的一种综合 性的自动化系统。她是为运营指挥调度人员、维护维修人员提供正常 设备系统运行监视、例行检查检修，进行牵引供电系统故障分析判断 及处理、运营决策的辅助综合智能系统
二、分布分散式与集中相结合的结构形式
1、结构形式 按每个电气间隔（如一条馈线、一台变压器、一组电容器等）为对象 ，把控制、保护、测量等功能设计安装在同一个危机装置中，对于635kv的中低压线路，可以将这个危机保护监控装置分散安装在各个开 关柜上，然后通过通信网络和监控主机进行 信息交换；对于高压线 路后变压器等重要设备的保护监控装置仍然采用集中组屏方式安装在 主控室内。
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电气化铁路牵引供电变电站综合自动化系统
铁路牵引供电变电站是电气化铁路电力机车供电的专用变电站,变电站的“综合自动化系统”(本项目是变电站安全可靠运行的核心设备。
铁路运输有极高的时效要求,综合自动化系统是变电站运行的关键设备,设备选型时必须对厂家的生产资质、历史业绩、技术能力均须进行全面的考量,入选厂家通过公开招标,有针对性地为标的变电站拟定系统配置方案,制定承揽工程的内容和价格,参与相对公开应标竞争,因此,本项目对应的市场门槛较高。
本项目----牵引变电站综合自动化设备,同样适用于城市地铁、轻轨配备的变电站。
牵引变电站综合自动化系统在组成结构上类似电力行业的高等级变电站的综合自动化设备,但使用要求和技术特性差异很大。
牵引变电站综合自动化设备是铁路行业内的高端自动化设备,其延伸产品众多,是为铁路行业供货和服务的厂家技术竞争的制高点。
牵引变电站综合自动化系统是计算机测控技术、信息处理技术、通讯技术合一的高技术产品,通常由以下主要设备组成:
∙馈线保护装置-------------------用于电力机车供电线路的保护装置
∙变压器保护装置----------------用于电力牵引专用变压器的保护装置
∙补偿电容保护装置-------------用于补偿电容的保护和自动投切装置
∙变电站站内自动化设备-------用于测量、控制、通讯的设备
∙分区站自动化设备-------------用于两变电站之间分区站的专用设备
∙常规电力设备保护装置-------类似电力行业的自动化设备
∙高可靠的计算机系统----------用于信息处理
牵引变电站综合自动化系统延伸或关联自动化系统主要有:
∙变电站安防系统
∙变电站视频监控系统
∙供电段、路局指挥调度系统
∙其他现存在技术难关的自动化系统,如:过分相自动控制装置、自动无功补偿装置等等
社会效益
我国将进入电气化铁路和城市地铁的建设高潮,牵引变电站综合自动化设备全套依靠引进的状况必将逐步被更为适用并价格低廉的国产设备取代。
国产设备单纯依靠价格优势取代进口设备的状况必将被保持价格优势的一流性能的先进设备所取代。
因此该项目的研发不仅仅是赶超进口设备性能,替代进口设备的经济性意义,更为重要的是依靠本地技术全面保障铁路安全运营的意义。
项目进展状况
我公司早在1996年进入铁路自动化设备市场,长期为铁路供水供电部门提供自动化设备,对于直接和运输相关的电力牵引变电站综合自动化设备在全套引进的初期即开始深入调研及国内外产品的技术跟踪工作,直至2003年初分设专业研发机构立项开始产品开发工作。
研发机构始终维持在50名技术专才编制,历经两年,于2005年初使产品样机通过国家检测机构的品质认证,并在某现场试验运行和动态试验。
由于
设备的可靠性要求极高,拟在现场取得充分试验数据后,进一步完成性能完善和生产工艺设计工作,产品计划在2005年内获生产许可并进入市场。
总之,该项目的科研性研发工作已基本完成,产品性能指标将达到国内一流并获得生产许可,产品的市场预销售工作已获得重大突破,但更为艰巨的系统工程性工作和商业销售工作将是对本公司的重大考验。
技术优势
本公司在铁路供电自动化专业从事设备供应和工程承揽已有十年历史,在该行业内是署名厂商之一。
本公司在2003年初,经充分调研,专门针对铁路行业自动化设备的发展需求研发的“核心平台”(本项目内容之一,是同类企业中前所未有的在总结该行业历史的技术发展和未来需求趋势的基础上,重大投资产出的成果,包括本公司直接承担技术课题的40余名研发工程师历经两年的劳动,包括有着重大技术影响力的刘、钱、郭三位中国工程院院士对该项目的指导。
市场优势
本公司曾率先在铁路系统信号供电变电站实现计算机综合自动化适用系统,及水电段调度自动化的联网。
历年来,承揽并完成铁路供电供水机构的自动化系统达数百套,总价值达数亿元,不仅积累了丰富的工程经验和研发技巧,更与铁路行业的各专业机构形成了良好的合作关系,是随铁路行业高科技技术应用和需求更新,同步完成技术市场发展和产品品质提升的少数厂家之一。
对铁路行业内供求关系及招标投标规律有深入地了解,积累了多方人事资源和丰富的市场经验。
技术风险
未来三年内,是铁路、地铁建设的大投资启动期,自动化设备的提供厂商将面临着一次新的市场争夺战,抢占并固守“新需求制高点”,是企业核心价值的市场竞争内容,因此,技术风险主要体现在客户新需求的前瞻性判断能力和研发速度上。
商业风险
本项目面对的铁路行业有相对的市场垄断性质,商业上较多依赖人际关系和历史业绩衬托。
表面技术优秀、业绩优良的企业并无明确的销售阻碍,但因实际商业作业中存在着大量的商业技能空间,未必一定竞争获胜。
在本行业,商业作业是一门专业,同样有创造性研发过程、调试过程、成果应用过程。
核心竞争力的技术体现
以电脑为核心构成的智能化的牵引变电站综合自动化系统,独立投入运营使用已有十数年的历史,国内成套引进应用仅有数年时间。
目前,国内自主研发的产品投入使用的仅有国电南自、许继电气的产品,随着铁路建设的新一轮高潮,电气化和自动化的要求不断拔高,无论是国外和国内的产品均面临着大幅度提升品质的新需求,企业在市场中核心竞争力的体现将首先依赖在技术层面的超越,必须具有超越同行的技术前瞻能力,不断的在市场上制造“人无我有、人有我精”的势态,方可能适应市场风浪、迎合市场潮流,获得尽可能多的市场份额。
我公司在众多厂家瞄准此项目,大投入、抢时间、拼研发速度的期间,并未以同样的方式在产品应用层面上拼投入抢速度,进行前期消耗战,而是以“宁缺勿滥”的意识,把有限
的资源集中于产品基础构架的创新与改革,力图以坚实的、五年不落后的产品基础构架和精巧的应用技术构成一流的产品,获得市场上的优质品牌。
我公司产品的优质特性主要体现如下:
∙采用最新的计算机芯片和嵌入式操作系统,构筑满足产品多样化的基础平台,创造出可以在线编程组成牵引变电站各种自动化装置的“可编程自动化装置”。
其应用深度不仅仅满足当前的牵引变电站综合自动化系统的配备应用,更能满足今后五年用户需求升级的情况,及其相关产品的应用。
∙应用层面突破“在线可编程”的技术难关,使具有一般应用知识的使用者借助于我公司提供的工具即及可实现自动化装置功能的调整,及构成满足现场需求的适用系统,从而大大化减了承揽工程时的技术对应工作量。
∙同样具有“平台”和“在线组态”特性的,高可靠的信息处理后台软件,适用于本产品典型应用及用户的特殊需求
本项目体现的成套产品在品质和商业价值与同类产品比较有如下优势:
∙与同业厂家不同,产品研发目标在底层部件即突出商品化指标,而不是简单的以最终形成的系统为目标研发各种部件。
因此,本项目形成的成套产品在满足最终用户,构成铁路牵引变电站综合自动化系统的同时,可以在各个技术层面上分割形成多
种独立产品,提供给系统集成业务的使用者。
不仅使每一部件可以直接销售,也可以使部件中的一部分软硬件作为商品销售,力图以此实现科研成果的最大生产规模效益,达到最佳市场效果。
高可靠性设计要求被自始至终贯彻在研发工作的全过程,其中,硬件设计成果通过国家检测中心“电磁兼容性”试验的最高等级标准,而不以行业内惯常较低的标准为准;部件品质是系统质量的关键,研发任务包括了部件生产过程的调测工具的设计,以此从产品设计的源头保证产品的高可靠性。