鐵路FTU的防雷解決方案
一(yi)、鐵路電(dian)力貫通線/自閉線簡介(jie)
鐵(tie)路(lu)供電(dian)系(xi)統分為兩個(ge)部分(fen)：一是為(wei)鐵路(lu)行車(che)提供(gong)電源的牽引供(gong)電系(xi)統，由接觸(chu)網承(cheng)擔電能(neng)輸送任務(wu)，將(jiang)27.5kV的電壓(ya)輸(shu)送給(gei)電力(li)機車，為列(lie)車提供牽引(yin)動力(li)；二是承(cheng)擔牽引供(gong)電(dian)以外所有鐵(tie)路負荷的供(gong)電(dian)任務（簡稱(cheng)鐵(tie)路供(gong)電(dian)系統），由(you)沿(yan)鐵路沿(yan)線假(jia)設(she)的貫通(tong)線和自閉線為(wei)包括信(xin)號(hao)系統(tong)、生(sheng)產、車站、供水系統(tong)以及(ji)生(sheng)活等(deng)鐵路用電負荷提供電能，電壓等(deng)級為10kV，其供電可靠性不(bu)僅直接影響鐵(tie)路運(yun)(yun)輸系統的(de)正常安(an)全運(yun)(yun)行(xing)，還關系到(dao)很多鐵(tie)路職能(neng)部門(men)的(de)正常工作(zuo)。貫(guan)通線/自閉(bi)線運(yun)(yun)行(xing)方式如圖1。
圖1 鐵路供電系統運行方式
自(zi)(zi)(zi)(zi)閉(bi)線(xian)(xian)(xian)(xian)只供自(zi)(zi)(zi)(zi)動閉(bi)塞信號(hao)(hao)負(fu)荷(he)，為一級(ji)負(fu)荷(he)；貫(guan)(guan)通(tong)線(xian)(xian)(xian)(xian)所(suo)供負(fu)荷(he)對象比較廣泛即(ji)鐵路(lu)沿線(xian)(xian)(xian)(xian)各(ge)相(xiang)關部門(men)的用(yong)電(dian)(dian)負(fu)荷(he)，通(tong)常(chang)為二、三級(ji)負(fu)荷(he)。通(tong)常(chang)貫(guan)(guan)通(tong)線(xian)(xian)(xian)(xian)作(zuo)為自(zi)(zi)(zi)(zi)閉(bi)線(xian)(xian)(xian)(xian)的備(bei)用(yong)電(dian)(dian)源，即(ji)對自(zi)(zi)(zi)(zi)閉(bi)信號(hao)(hao)用(yong)電(dian)(dian)而言(yan)，自(zi)(zi)(zi)(zi)閉(bi)線(xian)(xian)(xian)(xian)為主供電(dian)(dian)源，貫(guan)(guan)通(tong)線(xian)(xian)(xian)(xian)為備(bei)供電(dian)(dian)源；但(dan)自(zi)(zi)(zi)(zi)閉(bi)線(xian)(xian)(xian)(xian)不能作(zuo)為貫(guan)(guan)通(tong)線(xian)(xian)(xian)(xian)所(suo)供負(fu)荷(he)的備(bei)用(yong)電(dian)(dian)源，否則，會影響(xiang)自(zi)(zi)(zi)(zi)閉(bi)供電(dian)(dian)的可(ke)靠性。
一般情況下，鐵(tie)路(lu)10KV自閉貫通(tong)電源(yuan)電力線(xian)路的(de)長(chang)度為40KM左右。同一(yi)個
供(gong)電臂(bei)的(de)自(zi)閉和貫通線路一般由兩個配電所(suo)分別供(gong)電。比如說上行側(ce)的(de)配電所(suo)主
供電(dian)自(zi)(zi)閉線路，則貫(guan)通線路應(ying)該(gai)由下行側的配電(dian)所主供。兩相(xiang)鄰的配電(dian)所對自(zi)(zi)閉
貫(guan)通(tong)線路的供電是一(yi)個(ge)所(suo)(suo)主供，一(yi)個(ge)所(suo)(suo)備供。
二、FTU簡介(jie)
FTU是“配電自動化終端”的(de)簡稱，也(ye)稱“饋線終(zhong)端設(she)備”，其在配電系統中的主要作用是采集就地的交流測量量（如電壓、電流、功率等）和狀態量（如開關位置、儲能情況等），以及執行遙控命令（如跳、合開關）。配電自動化中段廣泛適用于10kV配電線路(lu)中，可(ke)對負荷開關、分(fen)段器、環網聯絡開關等(deng)進行監(jian)控。FTU可(ke)以直接掛裝在室外電線(xian)柱(zhu)上，可(ke)用于單線(xian)控(kong)制，也可(ke)以用于同桿(gan)架設的(de)雙(shuang)線(xian)控(kong)制。
(1)遙(yao)(yao)信功能(neng)(neng)。FTU應能(neng)(neng)對(dui)柱上開關的(de)當前位置、通(tong)信是否正常、儲(chu)能(neng)(neng)完成情況(kuang)等(deng)重要狀態量進(jin)行(xing)采集。若(ruo)FTU自身有微(wei)機繼電(dian)保護功能(neng)(neng)的(de)話，還應對(dui)保護動(dong)作情況(kuang)進(jin)行(xing)遙(yao)(yao)信。
(2)遙測(ce)功能。FTU應(ying)(ying)能采(cai)(cai)集線(xian)路(lu)的(de)電(dian)(dian)(dian)壓、開關經(jing)歷的(de)負荷(he)電(dian)(dian)(dian)流(liu)和(he)有(you)(you)功功率(lv)、無功功率(lv)等模擬量(liang)(liang)。一(yi)(yi)(yi)般線(xian)路(lu)的(de)故障(zhang)電(dian)(dian)(dian)流(liu)遠大(da)于正(zheng)常(chang)負荷(he)電(dian)(dian)(dian)流(liu)，要(yao)采(cai)(cai)集故障(zhang)信息必(bi)須能適應(ying)(ying)輸入(ru)電(dian)(dian)(dian)流(liu)較大(da)的(de)動態變化(hua)范(fan)圍。測(ce)量(liang)(liang)故障(zhang)電(dian)(dian)(dian)流(liu)是(shi)為了進行繼電(dian)(dian)(dian)保護(hu)(hu)和(he)判斷故障(zhang)區段，因此(ci)對測(ce)量(liang)(liang)精度(du)要(yao)求(qiu)(qiu)不(bu)高(gao)，但(dan)要(yao)求(qiu)(qiu)響應(ying)(ying)速度(du)快，而且(qie)要(yao)濾出基波信號，一(yi)(yi)(yi)般采(cai)(cai)用全波或半波傅氏算法；測(ce)量(liang)(liang)正(zheng)常(chang)運行情況下的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)對測(ce)量(liang)(liang)精度(du)有(you)(you)很高(gao)要(yao)求(qiu)(qiu)，但(dan)響應(ying)(ying)可以(yi)慢些(xie)，并(bing)且(qie)要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)有(you)(you)效值是(shi)一(yi)(yi)(yi)種平均的(de)概念(nian)，一(yi)(yi)(yi)般采(cai)(cai)用均方根算法。因此(ci)用于保護(hu)(hu)的(de)數據和(he)用于測(ce)量(liang)(liang)的(de)數據一(yi)(yi)(yi)般不(bu)能共享，而必(bi)須分(fen)別獨立采(cai)(cai)集，并(bing)且(qie)應(ying)(ying)分(fen)別取自(zi)保護(hu)(hu)TA和(he)測(ce)量(liang)(liang)TA繞組，而目前國產的(de)10kV真(zhen)空開關一(yi)(yi)(yi)般只有(you)(you)一(yi)(yi)(yi)套(tao)保護(hu)(hu)TA，這是(shi)不(bu)能滿足(zu)要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)。FTU一(yi)(yi)(yi)般還應(ying)(ying)對電(dian)(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)(dian)壓及蓄電(dian)(dian)(dian)池剩(sheng)余容(rong)量(liang)(liang)進行監視。
(3)遙控功(gong)能(neng)。FTU應能(neng)接受遠(yuan)方(fang)命令控制柱上開關合閘和跳閘，以及起(qi)動儲能(neng)過(guo)程等(deng)。
(4)統(tong)計(ji)功能(neng)。FTU還(huan)應能(neng)對開關的動作(zuo)次(ci)數和動作(zuo)時(shi)間及累計(ji)切斷電流的水平(ping)進行監視。
(5)對時(shi)(shi)功能。FTU應能接受主(zhu)系統的對時(shi)(shi)命令，以便(bian)和系統時(shi)(shi)鐘(zhong)保(bao)持一致。
(6)事件順序記(ji)錄(SOE)。記(ji)錄狀(zhuang)態量(liang)發(fa)生變(bian)化(hua)的時刻和先后順序。
(7)事故(gu)記錄。記錄事故(gu)發生時的最大故(gu)障電流和(he)事故(gu)前(qian)一(yi)(yi)段(duan)(duan)時間(一(yi)(yi)般是Imin)的平(ping)均(jun)負荷，以(yi)便分析(xi)事故(gu)，確(que)立(li)故(gu)障區段(duan)(duan)，并為恢復健全(quan)區段(duan)(duan)供(gong)電時進行負荷重(zhong)新分配提供(gong)依據。
(8)定(ding)(ding)值(zhi)遠方(fang)修(xiu)改(gai)和召喚(huan)定(ding)(ding)值(zhi)。為了能(neng)夠在(zai)故障發生時(shi)(shi)及時(shi)(shi)地起(qi)動事故記錄等過程，必須對(dui)FTU進行(xing)整(zheng)定(ding)(ding)，并且整(zheng)定(ding)(ding)值(zhi)應能(neng)隨著配網運(yun)行(xing)方(fang)式的改(gai)變而自適(shi)應。為此，應使FTU能(neng)接收DAS控制(zhi)(zhi)中心的指(zhi)定(ding)(ding)修(xiu)改(gai)定(ding)(ding)值(zhi)，并使DAS控制(zhi)(zhi)中心可以隨時(shi)(shi)召喚(huan)FTU的當前整(zheng)定(ding)(ding)值(zhi)。
(9)自(zi)(zi)檢和自(zi)(zi)恢(hui)(hui)復(fu)功能。FTU應具有自(zi)(zi)檢測(ce)功能，并(bing)在(zai)設(she)備(bei)自(zi)(zi)身故障時(shi)及時(shi)告警；FTU應具有可(ke)靠的自(zi)(zi)恢(hui)(hui)復(fu)功能，一旦受(shou)干(gan)擾造成死機，則(ze)通過監視定(ding)時(shi)器(WDT)重新復(fu)位系統(tong)恢(hui)(hui)復(fu)正常運行。
(10)遠(yuan)方控制閉鎖與(yu)手動操(cao)作(zuo)(zuo)功能。在檢修(xiu)線路或開關時，相應(ying)的(de)FTU應(ying)能具有遠(yuan)方控制閉鎖的(de)功能，以確保操(cao)作(zuo)(zuo)的(de)安全(quan)性，避免(mian)誤操(cao)作(zuo)(zuo)造成的(de)惡性事故。同(tong)時，FTU應(ying)能提供手動合(he)閘(zha)／跳閘(zha)按鈕，以備當(dang)通道出(chu)現(xian)故障(zhang)時能進(jin)行手動操(cao)作(zuo)(zuo)，避免(mian)上桿直(zhi)接操(cao)作(zuo)(zuo)開關。
(11)遠程通信功能。FTU具有遠程通信功能，只需提供標準的RS232或RS485接口就能和各種通信傳輸設備(DCE)相連，重要問題是FTU的通信規約，這面臨著標準化的迫切需要。典型應用(yong)見(jian)圖2.
圖2 FTU應用典型組網圖
三、鐵路電(dian)力(li)貫通線(xian)/自閉(bi)線的遠(yuan)動系統
鐵(tie)路(lu)(lu)電(dian)力(li)貫通線(xian)路(lu)(lu)沿鐵(tie)路(lu)(lu)狹長分布，供(gong)電(dian)距離(li)長，環(huan)境惡劣，事故(gu)多發，特(te)別是(shi)(shi)遇到山(shan)區、叢林(lin)及河網地帶(dai)，交通十分不便。一旦線(xian)路(lu)(lu)發生(sheng)故(gu)障，故(gu)障點查找(zhao)和維(wei)修都十分困難，勞動強度大，恢復供(gong)電(dian)時間長，嚴重影響(xiang)供(gong)電(dian)可(ke)靠性。改變這種狀況的主要(yao)途(tu)徑就(jiu)是(shi)(shi)在改善依次設備產品質(zhi)量的基礎上，提高現有電(dian)力(li)系統(tong)的自動化水平，特(te)別是(shi)(shi)采(cai)用電(dian)力(li)遠動技術(shu)和自閉/貫通線(xian)(xian)路(lu)自(zi)動化技(ji)術(shu)，正常(chang)情況下，實現電(dian)力(li)系(xi)統及線(xian)(xian)路(lu)的(de)自(zi)動監(jian)視和(he)(he)控制；故(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)時，能夠自(zi)動檢測故(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)和(he)(he)自(zi)動確(que)定故(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)位置(zhi)，通過線(xian)(xian)路(lu)分(fen)段(duan)實現故(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)線(xian)(xian)段(duan)自(zi)動隔離，非故(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)線(xian)(xian)段(duan)快(kuai)速恢復供電(dian)，縮小停電(dian)范圍，減少(shao)停電(dian)時間，提高供電(dian)可(ke)靠(kao)性，以滿足列車安(an)全、可(ke)靠(kao)、高效運(yun)行的(de)需(xu)要。
鐵(tie)路(lu)(lu)電力貫(guan)通線路(lu)(lu)的(de)遠(yuan)動(dong)，就是將較長的(de)電力供電線路(lu)(lu)用(yong)開關(guan)進行分(fen)段(duan)（一般以車站為單(dan)位），然后(hou)每臺分(fen)段(duan)開關(guan)安裝開關(guan)監控器（FTU,FeederTer-minalUnit），由FTU對開關(guan)設備進行自動(dong)化監控，與調度(du)主站配合完成(cheng)線路故障檢測、故障定位(wei)、故障線段自動(dong)隔離以及(ji)非(fei)故障線段的快速(su)恢復(fu)供電等功能(neng)。圖3為(wei)遠動控制的示意圖。
圖3 遠動控制方式
四、FTU的防(fang)雷(lei)措施
鐵路系統配電自(zi)動化終端FTU安(an)裝在(zai)室外(wai)線桿上，周(zhou)圍電(dian)磁環境(jing)比(bi)(bi)較惡劣，由于室外(wai)走線線路較長，無論傳(chuan)到雷電(dian)流還是感應雷電(dian)流都比(bi)(bi)較大(da)，因此需(xu)要在(zai)其內部加裝浪(lang)涌保(bao)護(hu)(hu)器(qi)來進行雷電(dian)防護(hu)(hu)，保(bao)證FTU及整(zheng)個配電(dian)自動化系統在(zai)雷雨(yu)天氣仍然能夠安(an)全運行。綜合(he)考(kao)慮(lv)安(an)裝位(wei)置(zhi)和周(zhou)圍環境(jing)，選擇加裝的浪(lang)涌保(bao)護(hu)(hu)器(qi)型號(hao)為JLSP-400/80/2P,見(jian)圖4。
圖4 SPD加裝位置示意圖
