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摘要 本文简要地介绍了国内牵引变电所综合自动化系统的现状，结合ARAS3000系统分析了牵引变电所综合自动化系统的结构模式和主要的功能特点。同时也提出了以牵引变电所为核心，以供电臂为单元的分层分布式系统结构。针对高速电气化铁路的特点，提出新的保护设想。
关键词 电气化铁路 牵引变电所 综合自动化 网络通讯
0 引言
电气化铁路由于具有高速、重载、对环境无污染等特点，使得铁道电气化已成为我国铁路发展的必然趋势，目前我国铁路网总长6万多公里，其中电气化铁路通车里程已达1万多公里，因此，研究电气化铁路牵引变电所综合自动化技术，对于牵引供电系统安全、稳定而又可靠的运行，具有十分重要的意义。
1 牵引变电所综合自动化系统的特点及结构组成
现针对阿城继电器股份有限公司电站设备自动化设计研究所最新开发的ARAS3000牵引变电所综合自动化系统的特点及结构形式，作以简单介绍。
1.1 系统的特点
ARAS3000牵引变电所综合自动化系统集牵引变电所保护、监测、控制和远动于一体，替代了常规的牵引变电所保护、仪表、中央信号、远动装置（RTU）等二次设备。通过牵引变电所各设备间相互交换信息，资料共享，实现对牵引变电所运行自动进行监视、协调和控制，提高了变电所保护和控制性能,提高了牵引变电所自动化水平。它是一个技术先进、功能齐全、安装调试方便0、使用更可靠的牵引变电所综合自动化系统，它具有以下特点：
① 分层分布式，可分散安装于就地间隔。
② 封闭、加强型单元机箱（4U高，19/2英寸宽），多层印制板、表面贴装，耐高温、抗振动性好，抗干扰能力强。
④ 液晶中文显示，信息详细直观，操作、调试方便。
⑤ 工业级CAN 总线网，组网经济、方便。
⑥ 设计简捷，使用维护方便，便于扩容。
1.2 系统结构形式
ARAS3000牵引变电所综合自动化系统采用了完全分层分布式系统结构,由分布在间隔层的保护装置、自动装置与分布在变电所层的当地监控主站及通信网络组成。分布在间隔层的各种保护装置除了具有保护功能外，还兼有测量（交流采样）、控制、CAN网络通信功能。另外，每套保护装置均设有12路开入回路，可输入开关位置、刀闸位置、手车位置、脉冲电度、远方操作等相关的信号。保护装置可直接安装于开关柜，也可集中组屏。
ARAS3001监控主站可作为电力监控（SCADA）系统的远方控制终端，通过通信网络把变电所的各种实时信息，包括断路器的开关位置、保护动作信号和预告信号，以及测量值传输到调度中心，并接收调度中心的操作命令。
整个系统分为两层：间隔层和变电所层。间隔层内各装置通过常规二次电缆与开关场的各设备相连；通过CANBUS现场总线间隔层内各装置与当地监控主站（ARAS3001）相连。变电所层设备主要包括当地监控主站、远动主站（与当地监控主站合二为一），与调度端通过调制解调器相连；当地监控主站通过CANBUS通讯网络同各间隔层通信，收集由间隔层各装置采集的各种信息和事件报文，以及下达控制、定值整定等命令；通过RS485（或RS232）与直流系统、电度表、接触网故障测距装置通信。其比较典型的系统结构如附图所示。 （图片）
附图 典型系统结构图 2 牵引变电所综合自动化系统的功能配置
变电所综合自动化系统功能配置主要以完成保护、监控为目的，考虑系统可靠性、灵敏度、实时性等要求来合理的配置系统功能。正常运行时，随时在线监测牵引网运行及设备的运行状况。故障时保护应迅速动作切除故障，使故障限制在最小范围之内，同时完成牵引网的在线计算、故障测距、滤波、信息远传和智能控制等功能。
2.1 保护部分系统构成及配置
2.1.1 WBH-71B型微机变压器主保护装置
该保护装置主要用于电气化铁路牵引变电所变压器的主保护。适用于YNd11、YN/V、YN，A类型的变压器，其主要功能有：差电流速断保护、差动保护、CT断线告警及网络通讯功能等。
2.1.2 WBH-72B型微机变压器后备保护装置
该保护装置主要用于电气化铁路牵引变电所变压器高压侧（110kV侧）的后备保护。其主要保护功能有：低电压启动两段过流保护、两段过负荷保护、两段零序过流保护、失压保护、本体保护（重、轻瓦斯和温度高等）以及PT断线和控制回路断线告警等。同时完成对本变压器的测量、网络通信等功能。
2.1.3 WBH-73B型微机变压器后备保护装置
该保护装置主要用于电气化铁道牵引供电系统中的主变压器中，作为变压器的低压侧后备保护。其主要功能有：三次谐波闭锁低电压起动过流保护，过负荷保护，PT断线告警，控制回路告警，电流测量，温度测量和CAN网通讯等功能 。该装置既可单独供货,亦可组成牵引变电所自动化系统成套供货。
2.1.4 WKH-17B微机电铁馈线保护装置
该保护装置作为单相工频交流电气化铁路馈电线路的保护及故障测距，适用于AT，BT及直供方式，可作牵引变电所、分区亭和开闭所的牵引馈出线保护及测距。装置主要功能包括：由电流速断作辅助保护的三段式四边形距离保护、过电流保护、高阻Ⅰ段（扇形过流）保护、高阻Ⅱ段（电流增量）保护、重合闸元件及故障测距等。由于采用了自适应原理，能够有效地区分出负荷和故障状态，可对不同类型的机车运行下的馈电线所发生的各类故障进行可靠的保护。装置可组成微机保护测控综合自动化系统成套供货，也可单独使用。
2.1.5 WBB-3B型微机并补保护装置
该保护装置主要用于单相电气化铁路牵引供电系统，既可作为常规固定投入并联电容补偿设备的保护装置，也可作为双分支并联电容补偿设备的保护装置。其主要功能有：电流速断保护、过电流保护、谐波过电流保护、差电流保护、差电压保护、过压保护及低压保护等。同时具有测量、网络通信等自动化功能。该装置既可单独供货,亦可组成牵引变电所自动化系统成套供货。
2.1.6 ARAS2101B线路保护测控装置
该保护测控装置主要用于110kV及以下电压等级的单侧电源线路，作为线路相间故障的保护，同时完成本线路的遥测、遥信和遥控。其主要功能有瞬时电流速断、限时电流速断、定时限过流、过负荷、低频减载、检无压三相一次重合闸、控制回路断线告警、小电流接地选线等功能。
2.1.7 ARAS2204B遥信遥控装置
该集中式遥信和遥控装置主要用于110kV及以下电压等级的变电站，主要完成32路开入量采集，24路开关量输出。
以上所述保护装置除了具有保护功能外，还兼有测量（交流采样）、控制、CAN网络通信功能。另外，每套保护装置均设有12路开入回路，可输入开关位置、刀闸位置、手车位置、脉冲电度、远方操作等相关的信号。在安装方面可直接安装于开关柜，也可集中组屏；配置方面可依据用户要求灵活配置自动装置。如自投装置、接触网故障测距装置、牵引变压器热状态测试装置、综合电能分析装置和高压线路故障判断装置等。
2.2 监控部分系统构成及配置
ARAS3001牵引变电所综合自动化系统的监控部分采用前后台机模式,前台机(ARAS3001当地监控主站)主要负责各保护测控单元、直流系统、电度表等装置数据的采集、转发、初步处理，中央信号，电压/无功综合控制。后台机主要负责人机界面、数据的存储和处理、打印等功能。
根据变电所的规模不同，前台机有不同的配置方式。该系统采用一台主控机装于屏上来完成与后台机的通讯和远动数据的传送，叫唯一主站，其系统构成见附图。当地监控主站具有CAN网络接口，能与CAN网上所有间隔层进行通讯。与后台机或调度端之间采用串行通讯，物理层为RS-232，通讯协议采用标准的远动规约（CDT、POLING）。
2.2.1 当地监控功能
a 收集前置上送的网络信息
● 由用户定义接收的遥测、遥信、遥脉报文
● 所有突发事件报文，包括所有的事件报文、告警报文
● SOE报文及遥控报文
● 保护定值及其他特定报文
b将网络信息转换成通讯规约所要求的格式
● 模拟量格式转换：电流、电压、有功、无功、温度、频率等
● 遥信量格式转换：开关刀闸压板主变分接头位置及其他开入信号等
● 电度量格式转换：脉冲累加、脉冲增量等
● 遥控报文格式互译：遥控预动、遥控执行等
● 特殊遥信报文模拟：通讯中断、事故总、预告总、网络状态等
● 特殊遥控报文模拟：信号复归、音响复归、发事故音响、发预告音响及其他附加控制
● 事件报文：SOE报文、事故报文、告警报文等
● 校对时钟报文：设置时钟、修正时钟等
● 各种保护报文（保护定值、保护动作报告、保护实时值）
c与后台配合模拟完成“四遥”功能
ARAS3001当地监控主站与后台机通讯是通过RS-232C串口完成的，通讯速率可以任意选择,装置出厂时默认9600波特率。
“四遥”是传统的远动概念，指的是“遥测、遥信、遥调、遥控”。ARAS2001监控主站与后台机配合完成这一功能。
2.2.2 远动功能
ARAS3001远动主站采用了功能强大的工业控制处理机作为主机,在通用的DOS操作系统下开发,可以实现同时与多个调度主站进行不同规约远动通信。它具有抗干扰能力强、运行可靠、响应速度快、运行方式灵活、易于扩展、适应规约多、调试维护方便等优点。是一种功能强大的新型网络分布式RTU。
2.2.3 中央信号功能
ARAS30XX系列网络主站具有中央信号功能，可以根据它从网络上采集来的信息，判断出信号类别，而向ARA2403集中式遥信和遥控装置发出事故音响或预告音响报文，当ARAS2403接收到报文后，确认并发出音响。
2.2.4 自动电压/无功控制功能
ARAS3001监控主站获得各有关信息，包括有关节点的电压、电流、功率因数、有关断路器和刀闸的位置信息等。并由本装置根据这些信息，按照预定的九域图控制原则作出控制决定，在需要调压时由ARAS3001监控主站发指令通过CAN网传给ARAS2403集中式遥信和遥控装置执行，需要投切电容器时，由相应的电容器保护装置执行。
2.2.5 GPS卫星同步时钟
通过RS-232C口与GPS卫星同步时钟装置相连，接收GPS时间，以此时间校正本系统时间。
2.2.6 与其它智能装置接口
通过RS-232C口或RS-422/485口与其它智能装置接口，例如防误操作装置、直流电源装置、智能电度表等。
3 结束语
综上所述，牵引变电所综合自动化系统具有以下优点：
● 牵引变电所综合自动化系统将现代的计算机、信息管理、网络通信等技术有机的结合起来，实现了信息共享、提高了设备的利用率，并且运行的可靠性和自动化程度均有了很大的提高，真正能够实现无人或少人值班。
● 牵引变电所综合自动化系统通过专用的数据通道与调度所设备组网，构成完整的综合调度自动化系统，可以实现对牵引供电系统灵活可靠而又科学的调度管理。解决间隔层中各保护间的复杂配合，提高保护系统的动作速度。同时避免不合理的系统资源配置，节省了工程投资。
● 牵引变电所综合自动化系统的应用，可以提高变电所的整体功能和管理水平，应该说，采用具有高可靠性、功能强大且自动化程度相当高的牵引变电所自动化系统，将是国内牵引供电系统自动化技术发展的必然趋势。
8/21/2005
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