铁路供电系统的特点及实现方案
摘要：铁路供电系统分为两部分，一部分为提供铁路行车、提供电源的牵引供电系统，一部分为承担牵引供电以外所有铁路负荷的供电任务，包括信号系统、生产、车站、供水系统以及生活等铁路用电负荷，其供电可靠性不仅直接影响铁路运输系统的正常安全运行，还关系到很多铁路职能部门的正常工作。结合配电自动化的常规模式，提出适合于铁路供电系统的配电自动化方案。针对铁路供电系统的特点，提出了工程的解决方法及应该注意的问题。 关键词：配电自动化 FTU 通信系统
铁路供电系统是指铁道部、铁路局、铁路分局、铁路段各级所属的供电部门。铁路供电系统是在电气化铁路区段，通过变电站，将110KV 电压变为27.5KV 电压后，输送到接触网上，为电力机车提供能源的部门。其管理的主要设备有变配电设备和沿铁路架设的接触网线路及与供电有关的其它设备，一旦供电设备发生故障，就可能造成铁路运输中断，严重时会造成人身伤亡，给国民经济和人民财产造成很大损失。
在供电系统中，由于系统运行的不可中断性及重要性，使得运行中会产生大量的各种与系统安全运行紧密相关的数据，这些数据也就造成如下许许多多的工作要做：诸如各种报表的填写、数据的汇总与计算、工程图纸的绘制、运行设备的管理等工作。这些工作中不乏事务性、重复性的工作。要保证安全运行，工作人员除了操作动作要保证正确，还要对运行中的各种设备的运行状态也需要时刻了解，一旦运行的系统中出现故障，就需要立刻知道在何时、何处、出现何问题，并立即加以解决。在现行的工作条件下，由于各种各样的原因，对问题的反应速度难以再提高，人为的操作失误也难以完全杜绝。整个系统的管理及工作效率很难再上新台阶。
1 铁路供电系统的特点
铁路供电系统由于应用的特殊性，在系统构成和功能上都有一些有别于电力系统的特点，主要体现在3个方面：
1.1 电压等级低，变（配）电所结构单一
从电力系统的角度看，铁路负荷属于终端负荷，直接面对最终用户，所以铁路供电系统中绝大多数为10kV 配电所和35kV 变电所，这取决于地方供电系统电源的情况和铁路就地负荷的要求，只有在极个别的地方，存在有110kV 的变电所，但数量很少。
由于功能要求、应用范围基本相同，所以铁路供电系统中的变（配）电所构成基本相同，功配置也变化不大。根据铁路变（配）电所结构与功能标准化的特点，在进行铁路供电系统配网自动化设计时，可以将变（配）电所的功能作为一个标准实现方式统一考虑。
1.2 系统接线形式简单
铁路供电系统的接线就像铁路一样，是一个沿铁路敷设的单一辐射网，各变（配）电所沿线基本均匀分布，并且互相连接，构成手拉手供电方式。连接线有二种：一种是自闭线，还有一种是贯通线，实际系统中，可能二种连接线都有，也可能只有二者之一。连接线除了实现相邻所之间的电气连接外，还为铁路供电最重要的负荷（自动闭塞信号）提供电源，其接线形式如图1所示。
1.3 供电可靠性要求高。铁路供电系统虽然电压等级低，接线方式简单，但对供电可靠性的要求却很高，从理论而言，其负荷（自动闭塞信号）的供电中断时间不能超过150ms ，否则，将会导致所有供电区间的自动闭塞信号灯变为红灯，影响铁路的正常运输。
由于上述供电的重要性，在应用配电自动化技术之前，铁路供电系统已经采取了多种方法来保证供电的可靠性。
通过采用双电源供电和安装备用电源自动投入装置来保证电源的供电可靠性。相邻配电所之间的连接线尽可能实现自闭线和贯通线二种连接方式，从一次设备的角度提高连接的可靠性。在相邻配电所的贯通线路保护装置与自闭线路保护装置增加失压自投保护功能，在连接线因为主供所不能供电而失电时，自动投入相邻备用所线路开关，迅速恢复供电。
虽然铁路供电系统采取了诸多措施来保证供电的可靠性，但是由于这些措施都是局限于配电所范围内的，所以对于其最重要的贯通线或自闭线出现永久性故障时没有任何隔离、定位和恢复措施，必然导致贯通线或自闭线失电，影响系统可靠性。同时，铁路供电系统的特点决定了其远离城市，检修费时费力，没有准确的故障定位也给检修工作带来很大困难。配电自动化技术为上述问题带来了根本的解决方案。
2 配电自动化的实现方式
2.1 分布控制方式
分布控制方式是指配电自动化终端（FTU ）具有自动故障判断与隔离能力，通过互相之间的配合，也具备了网络重构能力，整个过程不需要主站的参与。主要有电压时间型和电流计数型，都是由FTU 结合开关构成具有重合功能的分段器。
由于原理上的限制，此种方式不可避免地存在以下缺陷：①故障处理与供电恢复速度慢，对系统和用户冲击大。②需要改变变电站出线保护定值和重合闸动作方式。③分段越多，相互之间配合越困难，动作缺乏选择性。
所以，在铁路供电系统这种对供电可靠性要求比较高的供电方式下不宜选择这种方式。
2.2 集中控制方式
集中控制方式下，由现场FTU 将采集到的故障信息上送主站，由主站的应用模块经计算后，得出故障隔离与恢复方案，再下达给FTU 执行。一般分为3个层次：①配电终端层完成故障的检测和信息上送；②配电子站完成本区域的故障处理和控制；③主站完成全网的管理与优化。
这种方式对通信系统的可靠性和速率要求较高，因为在其故障处理过程中需要高速传递故障信息和控制指令。集中控制方式是以功能强大的主站系统为中心建立和实施的，专用的高级应用模块可以处理应对复杂的网络结构和故障情况（如多重故障）。铁路供电系统是以水电段为基础单位运行的，所以配电自动化系统也应以水电段为单位建立和实施。由于铁路供电系统结构固定，模式统一，运行管理完全由水电段调度室完成，所以从功能完成和节约投资方面考虑，可以建立简化的集中控制式配电自动化系统，在简化系统中，省略配电子站功能，由主站直接完成全网的配电自动化应用功能。
铁路供电系统可以看作是电力供电系统的一种简化形式，除个别特殊的保护功能外，其他要求完全一致，所以电力系统中的成熟、先进技术完全能够在铁路供电系统中应用。当前铁路供电系统的自动化水平远远落后于电力系统，采取电力系统的成熟经验和技术，加快铁路供电系统的自动化改造，不仅能够大大改进铁路供电系统自身的运行和管理水平，提高劳动生产率，也对整个铁路系统的运行大有益处。
作者：卢胜平（中小企业管理与科技·上旬刊 2011年3期）