鐵路10kV變配電所微機保護與監控系統的探討

在鐵路運營中，其信息傳輸系統、列車綜合控制系統等的有效運行與鐵路變配電所存在密切關聯性。變配電所承載著鐵路電能調整、輸送與管理的重要使命，是鐵路電力供電系統中不可或缺的存在，也是鐵路運輸組織中的關鍵技術裝備。在信息化時代背景下，基于創新發展指導理念，鐵路為滿足實際交通運輸需求，微機保護與自動化監控系統在新建與改造的鐵路變配電所中得到廣泛應用，在保證鐵路新建與改造經濟性的基礎上，提升了技術科學水平，為鐵路供電安全與穩定奠定了良好的基礎。目前變配電所微機保護與監控系統的設計與應用正處于不斷發展階段，因此，關于鐵路10kV變配電所微機保護與監控系統的研究具有重要現實意義與研究價值。
1 鐵路10 kV變配電所微機保護
微機保護（M i c r o c omp u t e r p r o t e c t i o n）是通過利用微型計算機對電力系統實現的一種繼電保護，其可靠性、靈敏度相對較高，且具備高選擇性優勢。在信息化時代背景下，隨著各領域信息化建設的不斷推進，微機保護在各領域，如鐵路、電力建筑、石油化工等得到廣泛應用。就鐵路10 kV變配電所而言，采用微機保護，可有效提升10 kV配電所綜合自動化水平，實現故障錄波。
1.1 故障錄波功能的具體體現
通常情況下，鐵路10 kV配電所電力電氣設備發生故障時，其故障錄波可通過以下兩種方式進行有效完成：第一，通過鐵路10kV配電所配設的專用微機設備進行故障錄波，并在此基于上，與鐵路10kV配電所監控系統建立聯系，基于數據信息傳送，將變配電所運行過程中存在的故障上傳至鐵路電力調度部門，實現故障分析、管控與處理。第二，通過應用鐵路10 kV配電所微機保護設備，實現故障波的收集與錄故障波形的記錄，通過與監控系統通聯，將故障數據信息資料傳送給鐵路10 kV配電所監控系統，并在此基礎上形成故障數據波形，利用監控系統存儲、打印功能，實現將故障數據波形的變化情況進行記錄、存儲與打印，便于相關技術工作人員進行故障分析與研究。在此過程中。微機保護設備需進行24h穩定工作，用以實現鐵路10kV配電所全天監管與保護，準確記錄電力系統運行過程中，10kV配電所可能存在的問題，如由短路故障、超壓崩潰故障引發的電路電壓、電流、功能、系統開啟頻次等數據參數的變化。而通常情況下根據故障錄波可有效實現鐵路10 kV變配電所自閉與貫通柜刮故障的識別，通過電流速斷保護時間與過流保護行為的合理調節，強化保護力度，降低故障存在的不利影響。
1.2 微機保護硬件與軟件設計
為提升微機保護可靠性與有效性，在進行系統設計優化時，可從微機保護硬件與軟件子系統入手，進行科學設計。
在進行系統硬件設計與配置時，需遵循相關工作原理進行具體實踐。通常情況下鐵路10 kV變配電所微機保護系統硬件大致可分為“保護裝置”與“監控裝置”兩部分，其中保護裝置側重于故障波數據信息的采集、傳遞、分析判斷與數據信息上傳，因此在進行系統設計過程中，需合理選擇數據采集器；監控裝置側重于對上傳數據信息的接受、存儲、顯示、分析與外發，因此關于監控機的科學配置至關重要。
在進行系統軟件設計與配置時，可從以下幾方面出發進行具體實踐：第一，系統開啟后，將2～3個周波運轉實時信息進行存儲，作為第一段信息，將故障發生后2～3個運行周波進行記錄，在此過程中側重于對設備故障相關電流與電壓等信息的記錄，從而實現故障關鍵信息采集。第二，從內外兩個層面進行故障判斷啟動，即依據收集到的故障信息，實現自動化判斷啟動或根據繼電裝置發生大跳閘行為進行判斷啟動。第三，實現故障數據信息的及時傳送，通過后臺監控裝置建立故障濾波檔案庫，實現數據向圖形圖像的有效轉化。

圖1 自動化監控程序流程圖
 
圖2 PLC間的通訊連接簡圖
2 鐵路10 kV變配電所監控系統設計
在鐵路10 kV變配電所中，監控系統設計的功能主要在于實現對線路電壓、電流運行情況、配電設備實際工作情況的監控與管理，通過設定值對比分析，實現信息的準確判斷與分析，進行將故障信息進行處理(顯示、上傳、輸出、存儲、警報、自動化線路斷開保護等),其工作程序流程如圖1。
在監控系統設計過程中，為保證系統作用的最大化發揮，可從以下3個層面進行強化。
首先，顯示屏畫面設計。在此過程中，需依據顯示屏所要實現的功能進行具體分析與科學設計。通常情況下，顯示屏畫面需包含監控畫面、參數設置與顯示畫面、設備調整與控制畫面、警報畫面等。在進行畫面設計時，需根據不同畫面信息情況，結合監控工作實際要求，合理布置畫面，在保證信息顯示全面性、準確性的基礎上，突出重點信息。同時注重畫面亮度、清晰度、色彩的調節，保證畫面清晰性。同時，設置參數管理權限、控制畫面權限，用以避免人為操作影響監控質量，形成操作性問題。
其次，PLC與顯示屏之間的通訊設計。為保證數據信息傳遞的及時性、準確性與有效性，需科學選用通信電纜，合理配置PLC與顯示屏之間的通訊接口。并通過程序編寫，制定通訊過程中各項參數信息，包括PLC型號、PLC類型、數據位、奇偶校驗位等。
最后，PLC與PLC之間的有效通訊設計。通常情況下鐵路10kV變配所與監控室之間的距離相對較短，因此在系統設計過程中，需根據實際情況，合理選擇通訊裝置實現PLC與PLC之間的有效通訊，如應用三菱PLC時，可選擇普通雙絞線作為通訊電纜（根據實際距離，配設中繼器與光纖），如圖2所示。
3 結語
總而言之，鐵路10 kV變配電所工作的穩定、安全與高效對鐵路供電系統運行的穩定、安全與高效存在密切的關聯性，是保證鐵路正點運營與安全運輸的關鍵因素。因此，在軌道科學化、信息化建設與發展的背景下，借助先進技術革新鐵路配電所常規保護體系，實現鐵路10 kV變配電所的微機保護與自動化監控已經成為鐵路配變配電所新建與改造的必然趨勢，是實現成本節約、資源科學配置與可持續競爭發展的重要手段。