前言
鐵路是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施、國家的大動脈、大眾化交通方式之一，它具有運(yùn)輸能力大、成本低、能耗少、速度高、適應(yīng)性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)。在綜合交通體系中處于骨干地位，如果沒有鐵路的現(xiàn)代化就難以實(shí)現(xiàn)國家的現(xiàn)代化。由于中國幅員遼闊、內(nèi)陸深廣、人口眾多，資源分布及工業(yè)布局不均衡，鐵路運(yùn)輸在各種運(yùn)輸方式中的優(yōu)勢更加突出，在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中具有特殊的地位和作用。
鐵路技術(shù)裝備和信息技術(shù)的現(xiàn)代化是實(shí)現(xiàn)鐵路現(xiàn)代化的重點(diǎn)任務(wù)之一，鐵路技術(shù)裝備是鐵路運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)基礎(chǔ)，它包括線路、車站、電力、通信信號設(shè)備，機(jī)車、車輛、裝備、給水設(shè)備和建筑物以及電氣化鐵路的供電設(shè)施等。
近年來隨著運(yùn)行管理模式的改革和技術(shù)進(jìn)步，提高了電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、改善供電質(zhì)量，達(dá)到了減人增效的目的，提高處理事故的靈活性和電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性，提高了鐵路供電單位的經(jīng)濟(jì)效益和勞動生產(chǎn)率。先進(jìn)的電力裝備、良好的供電質(zhì)量記憶一流的服務(wù)水平，已成為鐵路對電力需求的重要組成部分。在電力的管理中，需要有一套完善的用電管理系統(tǒng)，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，及時掌握低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀況。利用高科技手段提高用電效率，節(jié)約成本，給用電管理提供直接、便利的技術(shù)支持，為符合預(yù)測、電力調(diào)度、用電管理、配套服務(wù)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。
1 典型鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)組成
為了充分發(fā)揮鐵路電力的貫穿作用，確保鐵路用電的安全可靠，減少其對鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)造成的影響，所以電力遠(yuǎn)動技術(shù)被引入到鐵路電力系統(tǒng)中，電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)在我國的廣泛應(yīng)用時間并不長，大致經(jīng)歷了三個階段，分別是：有觸點(diǎn)式階段、布線邏輯式階段和軟件化階段等。
鐵路10kV電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)是一個綜合的鐵路供電和設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)，由鐵路供電的特殊要求決定其需要采集的數(shù)據(jù)量。鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)一般選用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包括遠(yuǎn)動控制主站、運(yùn)動終端和通信通道三部分。
鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)對鐵路供電所、電力線路及信號電源進(jìn)行情況等的實(shí)時監(jiān)測控制，消滅了事故隱患、加快事故的處理速度、保證了鐵路行車的供電需求。
鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)采用N鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，即一臺遠(yuǎn)動控制主站對應(yīng)著N個被控端，系統(tǒng)一般除了具有遙控、遙信、遙控功能外，還應(yīng)具有判斷和切除線路故障的功能。鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)如圖所示：
1.1 遠(yuǎn)動控制主站
遠(yuǎn)動控制主站主要是指在電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機(jī)控制系統(tǒng)，它是整個電網(wǎng)調(diào)度管理控制系統(tǒng)的心臟部分，一般采用計算機(jī)局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分布式控制系統(tǒng)，以計算機(jī)設(shè)備為核心，以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為單元進(jìn)行配置。它主要負(fù)責(zé)相關(guān)信息的收集與處理及綜合管理等，對沿線配電所及各站信號電源實(shí)施遙測、遙信和遙控，對個站貫通線和自閉線上的高壓分段開關(guān)實(shí)現(xiàn)遙控與遙信。
系統(tǒng)的硬件配置主要有前置機(jī)、后臺處理機(jī)、維護(hù)工作站、模擬屏、操作員節(jié)點(diǎn)機(jī)等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備及相應(yīng)的人機(jī)接口設(shè)備，設(shè)置了實(shí)時數(shù)據(jù)打印，文檔管理報表打印機(jī)、實(shí)時監(jiān)視及衛(wèi)星時鐘同步等外圍設(shè)備。
應(yīng)用軟件是整個系統(tǒng)的靈魂，應(yīng)用軟件協(xié)調(diào)完成同各個遠(yuǎn)動終端的數(shù)據(jù)通訊任務(wù)；應(yīng)用軟件把硬件系統(tǒng)采集的各種數(shù)據(jù)如電壓、電流、電量等經(jīng)過計算后以合理的方式顯示出來供操作人員參考；操作人員的操作也要通過應(yīng)用軟件才能執(zhí)行；應(yīng)用軟件還有很多其它功能。應(yīng)用軟件的好壞將直接影響整個遠(yuǎn)動系統(tǒng)的應(yīng)用水平。
1.2 運(yùn)動終端
運(yùn)動終端設(shè)備分為配電所監(jiān)控終端（RTU）、桿上開關(guān)監(jiān)控終端（FTU）及信號電源監(jiān)控終端（STU）。
運(yùn)動終端采集的數(shù)據(jù)有利于分析正常時的負(fù)荷變化和故障時的變化情況，為科學(xué)分析判斷故障和合理調(diào)配資源提供了依據(jù)。
配電所綜合自動化安裝集中式RTU，根據(jù)整個系統(tǒng)的配電功能要求，RTU實(shí)現(xiàn)對配電所的遙測、遙信和遙控，將配電所基礎(chǔ)單元的所有保護(hù)信息通過遠(yuǎn)動系統(tǒng)上送主站，以滿足遠(yuǎn)方遙測、遙信、遙控、遙視等在線監(jiān)測和遠(yuǎn)方診斷及維護(hù)的要求。
桿上開關(guān)控制終端FTU以配電遠(yuǎn)動控制終端為核心單元，配以不銹鋼控制箱體、操作機(jī)構(gòu)、智能充電裝置、免維護(hù)蓄電池以及其它外圍設(shè)備。它主要安裝在電力貫通線、自閉線的分段開關(guān)上，用來檢測和控制開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，測量電路的電流、電壓和有功功率及無功功率等電氣量，采集高壓遠(yuǎn)動負(fù)荷開關(guān)、高壓線路過流、短路遙信、高壓線路接地遙信等遙信量，保存十個故障錄波數(shù)據(jù)供系統(tǒng)事故分析。
信號電源監(jiān)控終端STU設(shè)在沿線車站信號機(jī)械室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對信號樓電源遙測、遙信、遙控功能。STU以配電遠(yuǎn)動控制平臺為核心單元，與桿上開關(guān)監(jiān)控終端FTU等遠(yuǎn)動控制終端共同組成車站的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)發(fā)它們的數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)動控制主站，完成遠(yuǎn)動控制功能。它主要檢測電力貫通線經(jīng)變壓器輸出的信號電源的電器參量，采集信號電源相電壓、相電流及有功功率、功率因數(shù)、正序、負(fù)序等模擬量及低壓遠(yuǎn)動斷流器過流、短路遙信等遙信量。記錄兩路信號電源的低壓遠(yuǎn)動斷路器在發(fā)生過流、速跳閘時故障點(diǎn)前后各5個周期的電壓、電流波形曲線，保存十個故障錄波數(shù)據(jù)供系統(tǒng)故障分析。另外還記錄發(fā)生越限時，越限點(diǎn)前后各5s的電壓、電流有效值的故障曲線。
遠(yuǎn)動終端主要包括數(shù)據(jù)輸入輸出模塊、數(shù)據(jù)通訊部分、電源部分等三個部分組成。
1.3 通信信道
通信信道是遠(yuǎn)動系統(tǒng)中的最重要的組成部分。借助于通信信道，各遠(yuǎn)動終端盒遠(yuǎn)動控制主站得以相互交換信息和信息共享，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少了連接電纜和設(shè)備數(shù)量，實(shí)現(xiàn)終端遠(yuǎn)方監(jiān)控。
遠(yuǎn)動通道物理結(jié)構(gòu)一般采用由光纜構(gòu)成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，動態(tài)備用運(yùn)行方式；遠(yuǎn)動控制主站通過遠(yuǎn)動通道查詢報文查詢遠(yuǎn)動終端的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)動終端如有數(shù)據(jù)則上送遠(yuǎn)動控制主站，如無數(shù)據(jù)則回答正常應(yīng)答報文。
由于鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)本身沒有通信線路，遠(yuǎn)動控制主站通過鐵路通信系統(tǒng)提供的專用主／備光纖數(shù)字通道與被控終端進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，光纖數(shù)字通道采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。主控站采用雙以太網(wǎng)配置，在邏輯上與被控站通信構(gòu)成點(diǎn)對點(diǎn)通信方式。
2 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的主要功能
鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的主要任務(wù)就是將表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和各發(fā)電廠和變電所的有關(guān)實(shí)時信息采集到遠(yuǎn)動控制主站；把遠(yuǎn)動控制主站的命令發(fā)往遠(yuǎn)動終端，對設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。
從遠(yuǎn)動終端發(fā)往控制主站的信息有測量量和狀態(tài)量，測量量有有功功率、無功功率、電壓、電流、頻率和水庫的水位等。狀態(tài)量有斷路器、隔離開關(guān)的位置狀態(tài)、自動裝置、繼電保護(hù)的動作狀態(tài)，發(fā)電機(jī)組、遠(yuǎn)動設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。
主要功能包括遙測、遙信、遙控、打印；具有對線路故障進(jìn)行檢測的能力；有對實(shí)時數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析和處理的能力；具有對遠(yuǎn)動終端在線自檢和顯示的功能；對用戶畫面和用戶數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)在線修改、編輯和定義的功能；本文由論文聯(lián)盟http://www.LWlm.cOm收集整理所有計算機(jī)有自啟動、自恢復(fù)功能；冗余配置的雙主機(jī)系統(tǒng)，有可自動切換和手動切換的功能；對操作人員可進(jìn)行模擬培訓(xùn)和演示功能等。
2.1 遙測、遙信及遙控功能
遙測、遙信和遙控功能是鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的最基本的功能。應(yīng)用通信技術(shù)傳送被測變量的測量值稱之為遠(yuǎn)程測量，簡稱遙測；應(yīng)用通信技術(shù)完成對設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)視稱之為遠(yuǎn)程信號，簡稱遙信；調(diào)度控制中心發(fā)送給發(fā)電廠或變電所的遠(yuǎn)程命令有控制命令及調(diào)節(jié)命令，應(yīng)用通信技術(shù)完成改變運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的命令稱之為遠(yuǎn)程命令，又稱之為遙控。
當(dāng)調(diào)度中心需要直接抑制發(fā)電廠、變電所中的某些設(shè)備，就會發(fā)出相應(yīng)的控制命令，這種應(yīng)用通信技術(shù)完成對有兩個確定狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備的控制成為遠(yuǎn)程切換。在中國，通常把遠(yuǎn)程切換稱為遙控。
隨著科技的進(jìn)步，鐵路遠(yuǎn)動系統(tǒng)的功能根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際需要還在不斷地擴(kuò)展，為了有助于分析電力系統(tǒng)的事故、保證遠(yuǎn)動裝置的正常運(yùn)行和便于維護(hù)，還具有自檢查、自診斷等功能等。
2.2 線路故障檢測
遠(yuǎn)動系統(tǒng)在線路故障檢測也發(fā)揮了重要的作用，當(dāng)故障發(fā)生時采用過電流檢測原理，即可判斷線路電流是否超過整定值來檢測故障。由FTU檢測到故障并上報主站，主站系統(tǒng)首先要完成故障的自動定位，在確認(rèn)線路失電的情況下自動遙控斷開故障線段兩側(cè)的負(fù)荷開關(guān)，隔離故障點(diǎn)，然后，自動下發(fā)遙控命令閉合兩側(cè)配電所出現(xiàn)開關(guān)，恢復(fù)非故障線段的供電，并給出提示信息和故障的處理報告，供調(diào)度員進(jìn)一步分析。故障發(fā)生時，主站自動查找故障區(qū)間內(nèi)所有的FTU暫態(tài)3I0值，找到最大值所在的FTU，則故障點(diǎn)位于該FTU相鄰的一側(cè)。然后比較該FTU兩側(cè)的暫態(tài)3I0值，找到較大者，并比較最大值與較大值暫態(tài)零序電流的方向，如果相同，則故障點(diǎn)位于最大值FTU的另一側(cè)；如果相反，則故障點(diǎn)位于兩者之間。同時利用零序電壓3I0值作為故障處理的啟動條件和閉鎖條件，提高故障檢測和定位的準(zhǔn)確性。主站系統(tǒng)根據(jù)FTU上報的線路電壓數(shù)據(jù)，高壓斷相故障的位置應(yīng)該在第一個出現(xiàn)任意線電壓或相電壓低于斷相故障電壓上限門檻值（如小于180V），而且大于斷相電壓下限門檻值（不為0）的開關(guān)和與其相鄰的上游開關(guān)之間。
3 電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)存在的問題
就目前而言，我國的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)尚在建設(shè)之中，還沒有形成規(guī)模，在鐵路的供電網(wǎng)絡(luò)、路網(wǎng)供電方供電設(shè)備等與國外的差距還是很大[2-3]，從而導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行水平偏低，線路操作、倒閘作業(yè)、故障搶修、恢復(fù)供電等效率偏低，頻繁的導(dǎo)致了許多重特大安全事故的發(fā)生，造成了重大的人員和財產(chǎn)損失，故應(yīng)加快鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)建設(shè)提高供電網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行水平，減少人員使用
量，減少事故發(fā)生概率。
3.1 運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)備的干擾
遠(yuǎn)動系統(tǒng)設(shè)備屬高度集成化的弱電設(shè)備，其絕緣水平較低，對外界的干擾較為敏感，對于雷電等強(qiáng)電磁脈沖和過電壓的耐受能力很低。而遠(yuǎn)動設(shè)備工作環(huán)境卻是極易受到電磁干擾的強(qiáng)電場所，這些干擾對數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。這些干擾主要包括來自自然環(huán)境的干擾，放電過程產(chǎn)生的干擾和來自電網(wǎng)的干擾等。
為了防止此類干擾對遠(yuǎn)動系統(tǒng)的影響，可采取一些措施，如屏蔽措施、系統(tǒng)接地設(shè)計、濾波器的設(shè)計以及印刷電路板的設(shè)計等[3]，采用合理的抗干擾措施能夠明顯的電力遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)的安全性及可靠性。
3.2 運(yùn)動系統(tǒng)的通訊通道
路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)中通訊通道的設(shè)置方式主要以利用公網(wǎng)遠(yuǎn)程撥號方式為主。這種方式產(chǎn)生的原因主要由鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的歷史原因所造成。電力遠(yuǎn)動技術(shù)進(jìn)人鐵路電力系統(tǒng)時，全路還未組建DMIS、TMIS等系統(tǒng)。為了解決電力遠(yuǎn)動的通訊通道問題，可以采取以下解決方案，如：電力線載波、利用公網(wǎng)各站端遠(yuǎn)程撥號上網(wǎng)、用戶單位自行敷設(shè)通訊線等。隨著時間的推移，利用公網(wǎng)各站端遠(yuǎn)程撥號上網(wǎng)方式逐漸在路內(nèi)電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著鐵路內(nèi)部DMIS、TMIS等系統(tǒng)的組建，鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)完全可以借用它們的通訊通道，與這些系統(tǒng)組成綜合管理或綜合調(diào)度中心。鐵路電力系統(tǒng)是為鐵路通信信號設(shè)備供電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的正常工作是鐵路通信信號設(shè)備正常工作的基本條件，因此，該系統(tǒng)的信息也應(yīng)該屬于行車安全信息。由此可見，鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)應(yīng)該可以與DMIS、TMIS等系統(tǒng)合并，形成綜合管理或綜合調(diào)度系統(tǒng)。
3.3 遠(yuǎn)動系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計
由于現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸和指揮控制系統(tǒng)都是電氣化系統(tǒng)，以及一些跟列車行駛有關(guān)的新設(shè)備都更多的引入了自動化，鐵路用戶對鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提出了更高的要求，所以需要建立可靠、完善的鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)，這里主要的是遠(yuǎn)動系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計[4]。
在軟件設(shè)計上盡量使該軟件的穩(wěn)定性達(dá)到最好，功能齊全，并且有著嚴(yán)密的邏輯，減少外界干擾對系統(tǒng)的干擾，引起由于軟件故障導(dǎo)致的事故發(fā)生。在硬件上有優(yōu)秀的電路設(shè)計方案，并與該系統(tǒng)的軟件設(shè)計相互配合，完成信號的處理與短信息收發(fā)等。一旦出現(xiàn)故障能及時發(fā)現(xiàn)并使主機(jī)或維修人員第一時間獲得信息，及時處理。
4 總結(jié)
總之隨著鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，對鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的要求也在不斷的提高，進(jìn)一步的完善遠(yuǎn)動系統(tǒng)提高了故障分析的全面性，使主管部門及領(lǐng)導(dǎo)能及時了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并且遠(yuǎn)程操作提高故障處理的速度，較少了事故發(fā)生的概率，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。
