刍议自动化技术在铁路电气工程中的应用

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摘 要：文章首先对铁路电气工程中常见的自动化技术进行简要阐述，在此基础上对自动化技术在铁路电气工程中的具体应用进行论述。期望通过本文的研究能够对铁路电气工程技术水平的提升有所帮助。
关键词：自动化技术；铁路；电气工程
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.124
所谓的自动化技术目前尚无统一的定义，它是一项综合性技术，其中包括诸多先进的技术，如计算机技术、网络通信技术、信息技术、控制技术、电子技术等等。这些技术融合在一起，就組成了自动化技术，计算机和控制是自动化技术的核心。近年来随着自动化技术的应用领域不断拓宽，进一步推动了该技术的发展，可以说自动化技术已经越来越成熟。借此，本文就自动化技术在铁路电气工程中的应用展开浅谈。
1 铁路电气工程中常见的自动化技术
1.1 馈线自动化技术
目前，馈线自动化是铁路电气工程中较为常用的一项自动化技术，按照技术特点，可将馈线模式分为以下几种：集中控制、分布式控制和综合控制。
1.1.1 集中控制
这种馈线模式要求主站、通信系统及终端设备全部建成，并且都保持良好的运行状态，其中主站会借助通信系统，对终端设备的信息进行收集，经网络拓扑分析后，对故障进行精确定位，当找到故障位置后，会下达指令，以远程遥控的方式，利用开关将故障区域隔离出去，从而使无故障区域保持正常通电。
1.1.2 综合控制
这种馈线模式的工作原理与集中控制基本相同，虽然可以对故障问题进行处理，但从实际情况上看，其效率较低，适用性并不是很高。
1.1.3 分布式控制
该馈线模式可在较短的时间内对故障和非故障区域进行快速区分，使终端和主站的任务分开，大幅度提高故障处理效率。
1.2 测控终端技术
在铁路电气工程中，测控终端技术的优势非常明显，其可对主站和子站的运行压力进行合理分配，还能对系统中存在的故障问题进行自动检测，当检测到故障后，便会自动对故障隔离处理。测控终端不会受到恶劣气候的影响，在雨雪雷电等天气下，均可保持稳定运行，为铁路的供电可靠性提供强有力的保障。
1.3 通信技术
在铁路电气工程中，通信是不可或缺的重要组成部分之一，其中应用较为广泛的是光纤通信技术，该技术以光波作为信息的载波，以光导纤维作为信号传输的渠道，由此可使广波在光线中进行长距离传输，确保信息传输的实时性和有效性。
2 自动化技术在铁路电气工程中的具体应用
2.1 信号电源监控
信号电源监控简称SMC，具体是指借助计算机技术、微电子技术、网络通信技术等，对铁路自动闭塞信号装置进行远程监控，对其运行状态检测，并对发现的异常及故障信息进行记录。SMC实质上就是SCADA技术在铁路信号电源上的应用，由于信号电源是铁路电气中较为重要的组成部分之一，加之其对故障录波的特殊需求，因此可将SMC作为独立的高级应用功能。一个完整的信号电源监控系统应具备的主要功能包括：电压电流及开关状态的远程监视；高低压开关远程控制；电压异常报警；过流检测及故障录波等。
2.1.1 系统结构
信息电源监控系统主要是由以下三个部分组成：主站层、通信通道、监控装置。为提高系统的性能，可以采用SCADA和信号电源监控一体化的方案，该监控系统能够使工作人员对信号供电装置的运行状态进行实时掌握，解决盲目管理的问题，可以发现故障隐患，并进行快速处理，为供电可靠性提供强有力的保障。同时该系统可以对故障发生的电压及电流波形进行记录，从而帮助工作人员对故障的发生过程进行了解，进而分析引发故障问题的原因。此外，当出现越级跳闸时，系统能及时发现，这样工作人员便不需要长途奔波对上一级故障进行处理，可减轻劳动量，工作效率随之进一步提升。
2.1.2 主站功能
由上文分析可知，SMC是铁路电力调度自动化系统中的高级应用，其可以实现的功能如下：
（1）运行监视功能。信号电源的接线图可在计算机屏幕上进行直观显示，通过查看，工作人员能对电压、电流等参数以及开关的状态予以实时掌握；可对能够反映出信号电源电压和电流变化趋势的曲线进行显示；可以通过列表的方式对开关位置变换事件顺序的记录结果进行显示。
（2）事件报警功能。当系统接收到现场监控装置传回的电压及电流异常报警信息后，在计算机屏幕上能够自动弹出报警画面，并对相关的报警信息进行显示，同时还可辅以声光效果，从而提醒值班人员对故障问题进行查看和处理。此外，事件报警还具备电压及电流有效值变化趋势图的显示功能。
（3）故障录波功能。可对过流故障录波结果进行检索和显示，并且具有波形放大、缩小以及平移等功能，可通过对光标的移动，对波形上选定点的瞬时值进行测量，并下达人工录波指令。
（4）图形管理功能。图形管理分为以下几个部分，一级为布局图管理，二级为供电臂示意图管理，三级为车站图管理，可从一级图中对二级图进行调取，要求图表的绘制简单、便捷。此外可在二级图上对高压侧开关进行控制。
（5）参数读取与整定。主要包括如下内容：对现场监控装置的站址进行读取和整定；遥测越限及录波启动的整定值等。
2.2 铁路线路自动化
铁路线路自动化简称FA，具体是指借助相关技术，对线路分段开关进行远程监控、故障定位及隔离，并对故障信息进行记录。FA是铁路电力调度自动化系统的子系统，其应当具备如下功能：线路故障就能够确定位、故障隔离、远程“三遥”等。该系统可对短路、小电流接地等故障进行检测和定位，并对故障进行隔离处理，非故障区段可恢复供电，该系统在铁路电气工程中的应用，能够使铁路电力线路的故障停电范围大幅度减小，同时，可对故障进行精确的定位，缩短了线路巡视检查的时间，使故障得到及时有效的处理，大幅度降低对铁路安全运行的影响。
2.2.1 短路故障的处理
对线路中短路故障的隔离及恢复供电的方式有两种，一种是现场控制，另一种是远程遥控。前者主要是借助现场中的自动分段器和重合器等装置来完成，整个控制过程不需要进行通信；后者则是通过主站遥控来完成，需要借助通信信道进行信号傳输。
现场控制。采用的是V-T的控制方式，即电压-时间，其控制原理如下：当线路失压时，自动分段器会跳闸，当检测到一侧有电压，会在延迟一段时间后进行合闸，若是在预先设定好的时间内失压，则立即跳闸，并完成自锁。例如，线路中的A点出现永久性短路故障，系统以现场控制的方式对故障进行隔离，具体过程如下：故障发生后，重合器1先行跳闸，随后分段器1～4全部失压跳闸；重合器1合闸，分段器1合到故障上，重合器1重新跳开，分段器1再次失压跳开并自锁；重合器1再合闸，对非故障区段的线路恢复供电，当达到预定的延时以后，重合器2合闸，分段器4和分段器3依次合闸成功，分段器2合到故障上，重合器2跳开，分段器2～4失压跳闸，且分段器2自锁；重合器2合闸，分段器3和4依次合闸，非故障段线路供电恢复。由上述控制过程可知，现场控制无需通信，前期投资小，便于实现，但整个过程需要进行多次重合，会对用电设备造成较大的冲击。
2.2.2 远程遥控
这种控制方式主要是利用通信网络，对线路中的负荷开关进行遥控，从而实现对故障的隔离，并对非故障区段恢复供电。仍以A点永久性短路故障为例，对远程遥控的过程进行分析。故障发生后，重合器1跳开，设置在现场的FTU和RTU会利用通信网络将故障检测结果传给FA控制主站；重合器1与分段器1处开关检测出故障电流，其它开关处无故障电流通过，由此判定故障点在分段器1和分段器2之间，此时主站通过遥控使分段器1和分段器2同时跳开，并合上重合器1和重合器2，故障区段被隔离，非故障区段恢复供电。通过分析可知，这种控制方式的过程简单，开关动作次数少，对系统造成的冲击较小，但需要进行远程通信，投资相对较高。
2.2.3 小电流故障的处理
当线路出现此类故障时，零序电流会从故障点两侧流向故障点，该电流的初始极性相反，若是故障点处于线路的末端时，在该故障点前方的FTU侧量到的零序电流值最大。根据这一情况，可快速对小电流故障的位置进行准确判断。
3 结论
综上所述，在铁路电气工程中，应对自动化技术进行合理应用，借此来提高工程的整体技术水平，为铁路运营安全性和稳定性的提升提供保障。在未来一段时期，应加大对自动化技术的研究力度，除对现有的技术进行改进和完善之外，还应开发一些新的自动化技术，从而使其更好地为铁路工程建设服务。
参考文献：
[1]李延亮.铁路35/10kV变配电所综合自动化监控系统的设计[D].西南交通大学，2017.
[2]朱立国.铁路施工中的电气工程及其自动化技术探讨[J].通讯世界，2017（08）：84-85.
[3]李政.配电自动化技术在铁路供电系统中的应用[J].低碳世界，2017（08）：75-77.