摘要：近年来，我国现代化铁路的发展速度持续提升，铁路对国民生活的影响程度随之增大，由此对铁路运营安全性和可靠性提出更高的要求。在铁路电气化建设过程中，可对智能变电所进行合理应用，通过智能牵引供电系统，能够提高列车的运行稳定性。鉴于此，下面就智能变电所在铁路电气化中的应用展开分析探讨。
关键词：铁路；电气化；智能变电所；牵引供电系统
引言
电气化铁道牵引网是一个无备用系统，可用性较低，为了保证实时监视牵引供电系统及设备的状态、快速切除故障、快速判断故障性质、快速重构以恢复供电以及检修安全的功能需求，需要变电所、分区所、AT所等的二次设备全方位采集信息、共享信息、协调配合、快速反应。
1智能牵引变电所技术的特点
1.1一次设备智能化
非磁性/磁光型电压和电流传感器、合并单元、智能终端等元件与断路器、主变压器、避雷器等高压设备有机结合，融为一体，形成智能化断路器、变压器和避雷器等；把高电压、大电流直接就地变换成光纤数字网络信号，通过高速光纤以太网实现数据传输；保护和控制命令通过光纤传输网络送到智能断路器操作模块的数字端口。
1.2二次设备网络化
在智能变电所中，装置无I/O硬件接口，而通过网络实现数据共享。系统的通信协议遵循EC61850，该标准具备开放性、系统性和完整性，保证了变电所设备间的“互联、互换、互操作”通过各设备间的信息交互，实现变电所二次设备从设备冗余到信息冗余。智能牵引变电所技术采用的IEC61850标准，和早期的101规约、103规约、104规约不同，它是建立了一个统一的数字化变电所平台而不是一个简单地通信协议，充分利用IEC61850的面向对象和分层分布思想构建，建立全所统一的数据模型和数据通信模式，实现智能化的一次设备和网络化的二次设备之间数字化通信，确保智能化二次设备之间的互通性和互操作性。
2铁路电气化建设中智能变电所的具体应用
2.1牵引供电广域保护测控系统
在电气化铁路中，可对牵引供电广域保护测控系统进行应用。该系统以JDA-3000数字化牵引变电所自动化系统为基础，以供电臂作为主要单元，对保护测控装置进行设计。保护测控系统可以分为以下三个层次，即广域层、站域层和就地层。
2.1.1广域层
该层以供电臂作为基本单元，引入高速广域通信网络，可实现供电臂选择性快速跳闸。当铁路牵引网出现故障后，广域层能够控制故障区段跳闸，由此大幅度缩小了停电区域，开关的动作次数也随之减少，供电可靠性得到显著提升。除此之外，广域层还具备如下功能：开关逻辑闭锁、供电臂自动愈合重组等等。
2.1.2站域层
该层能够对牵引变电所的共享数据进行利用，借助GOOSE和SV通信，可以实现装置间的实时数据交互，由此不但使牵引变电所保护功能的冗余和优化问题得以解决，而且还能实现快速母线保护、快速后备保护以及断路器失灵保护等功能。随着保护的全面覆盖，大幅度提升了保护可靠性。除此之外，站域层还具备如下功能：间隔的开关逻辑闭锁、牵引变电所内供电重组等等。
2.1.3就地层
该层能够完成既有综合自动化系统的所有功能，通过光缆实现一次设备与二次系统之间的连接，由此除了能实现一、二次设备的电气隔离之外，还能使二次系统的防雷问题得到有效解决。
2.2新建智能牵引变电所网络架构
图1示意智能化牵引变电所的架构，包括站控层、间隔层和过程层，站控层包括系统主机、电压无功控制装置（VQC）、工作站、北斗/GPS对时系统等，根据IEC61850-5所提的要求，站控层提供了变电所内一个运行的人机联系界面，从而实现了管理间隔层设备等功能；间隔层由110kV和27.5kV保护、测控装置组成；过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能终端设备、合并单元和新型非磁性/光电式互感器等，这意味着智能终端设备可以随一次设备就地安装。
全站可采用3层2网，2个网络均可采用100M双环形或双星型工业以太网。站控-间隔层网采用构建在IEC61850-8-1通信协议上的MNS冗余以太网，具备了智能电气设备间信息共享和互操作的条件，同时，站控层采用SNTP对时，对时精度很高，优于5μs。间隔层和过程层之间则通过交换式光纤以太网通信，采用IEC61850-9-1/2点对点采样值通信协议与GOOSE网络通信协议，同时，北斗/GPS提供统一标准的IRIG-B信号和时间信息，确保了间隔层与过程层设备之间的有效、高速信息传输。在实际的设计中，如果牵引变电所信息负荷率高或包括了供电臂的管理，一般采用冗余的间隔-过程层网。
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图1智能牵引变电所网络结构简图
智能变电所的采样值传输模式是基于IEC61850-9-1和IEC61850-9-2这2种采样值（SV）传输模式，即点对点或网络化传输方式，对于后者，非磁性互感器通过合并单元输出的采样值报文，经过程层交换网络传送给智能设备，这有利于实现跨间隔、全站和区域性的集中保护，保护装置可灵活定义帧格式以及灵活配置数据集内容，同时支持单播方式；合并单元可下放至就地端子箱安装，并只需1根光纤就可接入主控室的过程层网络。鉴于此，故障录波器可经网络接收任一合并单元数字化的交流采样信号。
3系统的主要功能
3.1站控层的功能
该系统的站控层采用当前较为先进的一体化设计思路，由此使得系统除了具备常规监控系统的所有功能之外，还具备一些高级应用功能，如图形浏览等；软件总线技术的引入，使得系统的扩展性能大幅度提升；站控层能够对一次设备的运行状态进行实时显示，自动推导功能可使供电状态的显示更加直观、准确；站控层可对保护装置进行维护，如定值维护、事件及自检报告查阅等等；站控层能够对故障动作信息进行详细显示，包括故障动作发生的具体时间、动作元件以及参数等等；远动通信单元支持多种规约的装置接入，可以按照用户的使用需求进行定制。
3.2间隔层的功能
间隔层采用如下设计模式：一套装置负责一组断路器及隔离开关的保护、测量与控制。保护测控单元同功能的插件均可进行互换，利用仿真工具软件，可实现远程诊断功能；间隔层具备高精度的故障测距能力，为故障点位的快速查找提供了便利条件。
3.3过程层的功能
该层采用的是当前较为先进的DSP+FPGA架构体系，由此使得数据通信的实时性得到可靠保障。过程层具备完善的自检和自恢复功能，支持相关的工具软件，通过接口可直接接入到变电站层；过程层还具备非常丰富的网络接口，支持组网模式和保护直接采集快速跳闸模式。
结束语
智能牵引供电系统是铁路牵引供电系统的发展趋势。它综合运用数字化、信息化技术和互联网技术，可完成数据分层管理、信息共享、互联互通和智能事故综合判别等操作，实现对牵引供电系统运行状态、潮流分布、故障预警和辅助决策的自动调整与组织，大大提升牵引供电系统的可靠性和运行效能，在故障快速处理、快速恢复上能力突出。
参考文献
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