CN113783293A - 一种铁路电力运维作业管控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路电力运维作业管控系统及方法，该系统包括至少两路铁路电力电源，一路为公用电网的10kV电源，另一路为铁路净化电源；至少一条贯通线，连接在两个车站的主接线上，且沿线配置有若干箱式变电站；若铁路净化电源故障时转换为由公用电网10kV电源供电，当铁路净化电源维修完成后，由公用电网10kV电源转换为由铁路净化电源供电；在铁路净化电源没有接到铁路电力运维作业管控系统启动命令时，若检测到故障停机，将在自动清除故障信息后自动启动输出电压，有效解决站域保护装置、广域保护装置、净化电源装置的配置问题和如何接入到铁路电力运维作业管控系统的问题，以及铁路净化电源装置的控制特性与传统公用电网电源不一致的问题。

Description

一种铁路电力运维作业管控系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统供电保护技术领域，特别涉及一种铁路电力运维 作业管控系统及方法。

背景技术

随着国家政策不断推动和实施，一些新型电力设备在国民经济生产生 活中不断增多。特别是在铁路行业，一些大型电力设备、新型智能化系统 不断得到应用。但是，申请人发现：传统的一些铁路电力运维手段与新增 的电力设备和智能化系统存在一定的兼容性问题，如何更合理的使用新型 电力设备和系统，揉合新老设备或系统，提高生产运维效率，解决新旧设 备并存是一个新的课题。

此外，申请人还发现：由于27.5/10kV新型电能变换装备的出现，典 型的该类型电能变换装备，有铁路净化电源、贯通线供电电源、铁路双网 互联装备等，都是27.5转10kV的新型电能变换装备。这些新型电能变换 装置的方案具有多样性，但是控制具有类比性，其控制速度、保护速度与 既有电源设备、既有保护设备存在明显差异化，因此，如何在涵盖该类型 电源设备的铁路电力供配电系统中更合理的使用、更能充分的利用其控制 特性，也是工程中值得思考的问题。

在配网中广泛使用的广域保护装置、分布式智能终端装置也开始在铁 路电力系统使用，其独特的对等通讯控制，可以最快识别到故障区间。但 是如何在铁路电力系统内实现配置、如何接入到运维系统还没有成熟方案。

不难看出，现有技术方案还存在不足。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种有效解决站域 保护装置、广域保护装置、净化电源装置的配置问题和如何接入到铁路电 力运维作业管控系统的问题，以及解决了铁路净化电源装置的控制特性与 传统公用电网电源不一致问题的铁路电力运维作业管控系统和运维作业管 控方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种铁路电力运维作业管控系统，包括：

至少两路铁路电力电源，一路为取自公用电网的10kV电源，另一路 为将牵引27.5kV转换为10kV为铁路电力供配电系统供电的铁路净化电源， 所述两路铁路电力电源连接在每个车站的主接线上；

至少一条贯通线，设置在两个车站之间，该贯通线的两端分别连接在 该两个车站的主接线上，且该贯通线的沿线配置有若干箱式变电站；

以及设置在每个车站内的运维作业管控系统主机、通讯管理机、规约 转换器、第一光纤环网交换机和站域保护装置，而且所述两路铁路电力电 源、贯通线、上行贯通线和站馈线连接在主接线上的一端均设置有断路器， 上述所有断路器经站域保护装置与第一光纤环网交换机信号连接，所述规 约转换器与第一光纤环网交换机信号连接，所述规约转换器和运维作业管 控系统主机之间通过通讯管理机通讯连接；并且车站与车站之间主接线采 用手拉手开环运行；

所述运维作业管控系统主机用于执行残压转供电运行控制和自动重 启动控制，所述执行残压转供电运行控制是指铁路电力供配电系统优先由 铁路净化电源进行供电，若铁路净化电源故障时转换为由公用电网10kV 电源供电，当铁路净化电源维修完成后，由公用电网10kV电源转换为由铁 路净化电源供电；所述自动重启动控制是指铁路净化电源在没有接到铁路 电力运维作业管控系统启动命令时，若检测到故障停机，将在自动清除故障信息后自动启动输出电压。

进一步地，所述箱式变电站包括有第二光纤环网交换机、配电变压器、 馈入断路器、馈出断路器和配变断路器，以及馈入侧广域保护装置、馈出 侧广域保护装置和变压器保护装置；其中所述馈入断路器的输入端和馈出 断路器的输出端连接在贯通线上，且所述馈入断路器和馈出断路器分别通 过馈入侧广域保护装置和馈出侧广域保护装置与第二光纤环网交换机信号 连接；所述配电变压器经配变断路器连接在所述馈入断路器的输出端和馈 出断路器的输入端之间，且所述配变断路器经变压器保护装置与第二光纤 环网交换机信号连接；所述第二光纤环网交换机与第一光纤环网交换机信 号连接，实现车站与箱式变电站的通讯连接。

进一步地，所述站域保护装置、馈入侧广域保护装置和馈出侧广域保 护装置均具有对各线路进行保护的功能，该保护功能至少包含过压保护、 过流保护、零序保护、负序保护、过载保护，且所述站域保护装置与馈入 侧广域保护装置和馈出侧广域保护装置之间采用对等通讯；当站域保护装 置、馈入侧广域保护装置和馈出侧广域保护装置中任意2个保护装置之间 的线路发生故障，且该2个保护装置检测到电源侧有故障电流和负荷侧无 故障电流时，判定该2个保护装置的区间是故障点所在的区间，并上传到 铁路电力运维作业管控系统，显示故障区间，为运维人员最快到达故障区 域提供运维诊断建议。

进一步地，所述运维作业管控系统主机包括有：

动态模拟量显示模块，用于接收和显示站所和沿线箱变的电压、电流 模拟量，及其数据的曲线、数据频域显示、暂态故障波形显示等；

动态开关量显示模块，用于接收和显示各个位置的断路器状态及其开 关的日、周、月和年度动作次数、累计次数等；

票库管理模块，用于开具操作票、检修票等；

故障告警记录模块，用于对站域保护装置、箱变内广域保护装置上传 的告警和故障信息记录，区间故障记录；

一键封存模块，用于封存当前设备的状态，只允许按照铁路电力运维 作业管控系统开出的票据对涉票设备进行指定顺序和指定内容的操作，其 它操作均被禁止，尤其禁止铁路净化电源的自动重启功能；

历史记录查询模块，用于查询各种历史数据及其曲线。

本发明还提供了一种铁路电力运维作业管控系统的运维作来管控方 法，包括：

残压转供电运行控制，是指铁路电力供配电系统优先由铁路净化电源 进行供电，若铁路净化电源故障时转换为由公用电网10kV电源供电，当铁 路净化电源维修完成后，由公用电网10kV电源转换为由铁路净化电源供 电；

自动重启动控制，是指铁路净化电源在没有接到铁路电力运维作业管 控系统启动命令时，若检测到故障停机，将在自动清除故障信息后自动启 动输出电压。

进一步地，所述残压转供电运行控制具体包括以下步骤：

S101：铁路电力运维作业管控系统启动一键封存模块，只允许对涉及 到本次操作范围内的设备进行远程动作；

S102：铁路净化电源用多个大阻值电阻串联分压的方式，采集铁路电 力供配电系统母线电压信号，分别为Va，Vb，Vc；

S103：铁路电力运维作业管控系统下发公用电网10kV电源与铁路电力 供配电系统母线之间的联结断路器分断命令，铁路电力运维作业管控系统 下发铁路净化电源与铁路电力供配电系统母线之间的联结断路器闭合闸命 令，同时下发净化电源启动命令，两个断路器分合闸状态信号送入铁路净 化电源；

S104：铁路净化电源装置判别母线电压最小电压的峰值；

S105：当铁路净化电源检测到公用电网10kV电源与铁路电力供配电系 统母线之间的联结断路器已经分断且铁路净化电源与铁路电力供配电系统 母线之间的联结断路器已经合闸完毕，执行步骤S106；

S106：铁路净化电源以检测到母线电压最小电压值的80％为起始电压 指令输出电压，直到电压增加到额定电压值；

S107：铁路净化电源输出到额定值后，转换为铁路电力供配电系统供 电。

本发明通过上述技术方案，主要具有以下有益效果：

(1)通过本发明的铁路电力运维作业管控系统，解决了铁路电力供 配电系统内站域保护装置、广域保护装置、净化电源装置的配置问题和如 何接入到铁路电力运维作业管控系统的问题。

(2)解决了铁路净化电源装置的控制特性与传统公用电网电源不一 致的问题，尤其解决了运维过程中铁路双路电源相互切换的技术问题，避 免了电压差异化(线路残压)造成的冲击电流。

(3)通过铁路电力运维作业管控系统一键封存功能，屏蔽了运维期 间非操作区域的远程控制命令，特别是禁止铁路净化电源装置自动重启功 能，大大降低了运维期间突然来电等问题，提高了运维人员的安全性。

附图说明

图1是本发明所述一种铁路电力运维作业管控系统实施例的电力网络 架构示意图；

图2是本发明所述一种铁路电力运维作业管控系统实施例的通讯网络 架构示意图；

图3是本发明所述一种铁路电力运维作业管控方法的流程图；

图4是本发明所述一种铁路电力运维作业管控方法中残压转供电运行 控制的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明实施例所述的一种铁路电力运维作业管控 系统，包括：

至少两路铁路电力电源，一路为取自公用电网的10kV电源1，另一路 为将牵引27.5kV转换为10kV为铁路电力供配电系统供电的铁路净化电源 2(该铁路净化电源2属于现有技术，如：专利号为2017112159243的基于 电流转移限流的铁路净化电源、专利号为2018201948414的一种基于拆分 直流电压的新型净化电源、申请号为2017112158452的一种多功能铁路净 化电源，具体结构和工作原理在此不再详细赘述。)，所述两路铁路电力电源连接在每个车站3的主接线4上；

至少一条贯通线5，设置在两个车站3之间，该贯通线5的两端分别 连接在该两个车站3的主接线4上，且该贯通线5的沿线配置有若干箱式 变电站6；

以及设置在每个车站3内的运维作业管控系统主机7、通讯管理机8、 规约转换器9、第一光纤环网交换机10和站域保护装置11，而且所述两路 铁路电力电源(1和2)、贯通线5、上行贯通线12和站馈线13连接在主 接线4上的一端均设置有断路器(包括净化电源连接断路器14、公用电网 电源连接断路器15、上行贯通断路器16、贯通线断路器17、馈线断路器18)，上述所有断路器经站域保护装置11与第一光纤环网交换机10信号连 接，所述规约转换器9与第一光纤环网交换机10信号连接，所述规约转换 器9和运维作业管控系统主机7之间通过通讯管理机8通讯连接；并且车 站3与车站3之间主接线4采用手拉手开环运行。

而且，所述运维作业管控系统主机7用于执行残压转供电运行控制和 自动重启动控制，其中所述执行残压转供电运行控制是指铁路电力供配电 系统优先由铁路净化电源2进行供电，若铁路净化电源2故障时转换为由 公用电网10kV电源1供电，当铁路净化电源2维修完成后，由公用电网 10kV电源1转换为由铁路净化电源2供电；所述自动重启动控制是指铁路 净化电源2在没有接到铁路电力运维作业管控系统启动命令时，若检测到 故障停机，将在自动清除故障信息后自动启动输出电压。所述运维作业管 控系统主机7还包括有动态模拟量显示模块、动态开关量显示模块、票库 管理模块、故障告警记录模块、一键封存模块、历史记录查询模块；其中， 所述动态模拟量显示模块用于接收和显示站所和沿线箱变的电压、电流模 拟量，及其数据的曲线、数据频域显示、暂态故障波形显示等；所述动态开关量显示模块用于接收和显示各个位置的断路器状态及其开关的日、周、 月和年度动作次数、累计次数等；所述票库管理模块用于开具操作票、检 修票等；所述故障告警记录模块用于对站域保护装置、箱变内广域保护装 置上传的告警和故障信息记录，区间故障记录；所述一键封存模块用于封 存当前设备的状态，只允许按照铁路电力运维作业管控系统开出的票据对 涉票设备进行指定顺序和指定内容的操作，其它操作均被禁止，尤其禁止 铁路净化电源的自动重启功能；所述历史记录查询模块用于查询各种历史 数据及其曲线。

如图1和2，所述箱式变电站6包括有第二光纤环网交换机19、配电 变压器20、馈入断路器21、馈出断路器22和配变断路器23，以及馈入侧 广域保护装置24、馈出侧广域保护装置25和变压器保护装置26；其中所 述馈入断路器21的输入端和馈出断路器22的输出端连接在贯通线5上， 且所述馈入断路器21和馈出断路器22分别通过馈入侧广域保护装置24和馈出侧广域保护装置25与第二光纤环网交换机19信号连接；所述配电 变压器23经配变断路器23连接在所述馈入断路器21的输出端和馈出断路 器22的输入端之间，且所述配变断路器23经变压器保护装置26与第二光 纤环网交换机19信号连接；所述第二光纤环网交换机19与第一光纤环网 交换机10信号连接，实现车站3与箱式变电站6的通讯连接。

本发明所述铁路电力运维作业管控系统的站域保护装置11可以是线 路保护装置、母线保护装置、集中式FTU等，是车站内线路的保护装置， 用于承担对变电站母线或整条线路的主保护；所述馈入侧广域保护装置24 和馈出侧广域保护装置25是沿线的分布式保护装置，如分布式DTU装置、 分布式配电终端装置等，每个保护装置保护一段线路，多个保护装置就组 成了广域保护。所述站域保护装置11、馈入侧广域保护装置24和馈出侧 广域保护装置25均具有对各线路进行保护的功能(至少包含过压保护、过 流保护、零序保护、负序保护、过载保护功能)，而且所述站域保护装置 11与馈入侧广域保护装置24和馈出侧广域保护装置25之间采用对等通 讯；当站域保护装置11、馈入侧广域保护装置24和馈出侧广域保护装置 25中任意2个保护装置之间的线路发生故障，且该2个保护装置检测到电 源侧(靠近变电站的那侧即为电源侧)有故障电流和负荷侧(靠近线路末 端侧为负荷侧)无故障电流时，判定该2个保护装置的区间是故障点所在 的区间，并上传到铁路电力运维作业管控系统，显示故障区间(即将故障 点所在的区间信息上传至车站3内的运维作业管控系统主机7，并在运维 作业管控系统主机7的显示设备上显示出该故障区间。)，为运维人员最快 到达故障区域提供运维诊断建议。

如图3和图4所示，本发明还提供了一种铁路电力运维作业管控系统 的运维作来管控方法，包括以下步骤：

步骤S100.残压转供电运行控制，是指铁路电力供配电系统优先由铁 路净化电源进行供电，若铁路净化电源故障时转换为由公用电网10kV电源 供电，当铁路净化电源维修完成后，由公用电网10kV电源转换为由铁路净 化电源供电；具体为：

S101：铁路电力运维作业管控系统启动一键封存模块，只允许对涉及 到本次操作范围内的设备进行远程动作；

S102：铁路净化电源用多个大阻值电阻串联分压的方式，采集铁路电 力供配电系统母线电压信号，分别为Va，Vb，Vc；当从公用电网10kV电 源切换为铁路净化电源供电时，由于线路电容、线路旋转类负荷侧存在， 电压不会立刻跌落到0，此时铁路净化电源直接用输出的10kV电压供给到 线路上，会造成两个电压不一致，造成较大冲击电流，影响净化电源的供 电；此外，在切换过程中，线路残压是变化的，且电压呈现衰减，而电压 互感器(PT)是电磁感应，只对工频正弦信号有精确的测量效果，但对衰 减类信号，特别是衰减不规律、非正弦类信号会引起很大误差；此步骤通 过采用多个大阻值电阻串联分压的形式来测量线路残压，更加精确，效果 好；

S103：铁路电力运维作业管控系统下发公用电网10kV电源与铁路电力 供配电系统母线之间的联结断路器分断命令，铁路电力运维作业管控系统 下发铁路净化电源与铁路电力供配电系统母线之间的联结断路器闭合闸命 令，同时下发净化电源启动命令，两个断路器分合闸状态信号送入铁路净 化电源；

S104：铁路净化电源装置判别母线电压最小电压的峰值；

S105：当铁路净化电源检测到公用电网10kV电源与铁路电力供配电系 统母线之间的联结断路器已经分断且铁路净化电源与铁路电力供配电系统 母线之间的联结断路器已经合闸完毕，执行步骤S106；

S106：铁路净化电源以检测到母线电压最小电压值的80％(因为在检 测和输出过程有延迟，等到输出电压时电压已经再次发生了衰减，所以要 比母线电压最小值还要小一些，最好为母线电压最小电压值的80％。)为起 始电压指令输出电压，直到电压增加到额定电压值；

S107：铁路净化电源输出到额定值后，转换为铁路电力供配电系统供 电。

步骤S200.自动重启动控制，是指铁路净化电源在没有接到铁路电力 运维作业管控系统启动命令时，若检测到故障停机，将在自动清除故障信 息后自动启动输出电压。

通过本发明的铁路电力运维作业管控系统和运维作业管控方法，即可 解决铁路电力供配电系统内站域保护装置、广域保护装置、净化电源装置 的配置问题和如何接入到铁路电力运维作业管控系统的问题，以及解决了 铁路净化电源装置的控制特性与传统公用电网电源不一致的问题，尤其解 决了运维过程中铁路双路电源相互切换的技术问题，避免了电压差异化(线 路残压)造成的冲击电流；同时通过铁路电力运维作业管控系统的一键封 存功能，屏蔽了运维期间非操作区域的远程控制命令，特别是禁止铁路净 化电源装置自动重启功能，大大降低了运维期间突然来电等问题，提高了 运维人员的安全性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和 润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铁路电力运维作业管控系统，其特征在于，包括：

至少两路铁路电力电源，一路为取自公用电网的10kV电源，另一路为将牵引27.5kV转换为10kV为铁路电力供配电系统供电的铁路净化电源，所述两路铁路电力电源连接在每个车站的主接线上；

至少一条贯通线，设置在两个车站之间，该贯通线的两端分别连接在该两个车站的主接线上，且该贯通线的沿线配置有若干箱式变电站；

以及设置在每个车站内的运维作业管控系统主机、通讯管理机、规约转换器、第一光纤环网交换机和站域保护装置，而且所述两路铁路电力电源、贯通线、上行贯通线和站馈线连接在主接线上的一端均设置有断路器，上述所有断路器经站域保护装置与第一光纤环网交换机信号连接，所述规约转换器与第一光纤环网交换机信号连接，所述规约转换器和运维作业管控系统主机之间通过通讯管理机通讯连接；并且车站与车站之间主接线采用手拉手开环运行；

所述运维作业管控系统主机用于执行残压转供电运行控制和自动重启动控制，所述执行残压转供电运行控制是指铁路电力供配电系统优先由铁路净化电源进行供电，若铁路净化电源故障时转换为由公用电网10kV电源供电，当铁路净化电源维修完成后，由公用电网10kV电源转换为由铁路净化电源供电；所述自动重启动控制是指铁路净化电源在没有接到铁路电力运维作业管控系统启动命令时，若检测到故障停机，将在自动清除故障信息后自动启动输出电压。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述箱式变电站包括有第二光纤环网交换机、配电变压器、馈入断路器、馈出断路器和配变断路器，以及馈入侧广域保护装置、馈出侧广域保护装置和变压器保护装置；其中所述馈入断路器的输入端和馈出断路器的输出端连接在贯通线上，且所述馈入断路器和馈出断路器分别通过馈入侧广域保护装置和馈出侧广域保护装置与第二光纤环网交换机信号连接；所述配电变压器经配变断路器连接在所述馈入断路器的输出端和馈出断路器的输入端之间，且所述配变断路器经变压器保护装置与第二光纤环网交换机信号连接；所述第二光纤环网交换机与第一光纤环网交换机信号连接，实现车站与箱式变电站的通讯连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述站域保护装置、馈入侧广域保护装置和馈出侧广域保护装置均具有对各线路进行保护的功能，该保护功能至少包含过压保护、过流保护、零序保护、负序保护、过载保护，且所述站域保护装置与馈入侧广域保护装置和馈出侧广域保护装置之间采用对等通讯；当站域保护装置、馈入侧广域保护装置和馈出侧广域保护装置中任意2个保护装置之间的线路发生故障，且该2个保护装置检测到电源侧有故障电流和负荷侧无故障电流时，判定该2个保护装置的区间是故障点所在的区间，并上传到铁路电力运维作业管控系统，显示故障区间，为运维人员最快到达故障区域提供运维诊断建议。

4.根据权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于，所述运维作业管控系统主机包括有：

动态模拟量显示模块，用于接收和显示站所和沿线箱变的电压、电流模拟量，及其数据的曲线、数据频域显示、暂态故障波形显示等；

动态开关量显示模块，用于接收和显示各个位置的断路器状态及其开关的日、周、月和年度动作次数、累计次数等；

票库管理模块，用于开具操作票、检修票等；

故障告警记录模块，用于对站域保护装置、箱变内广域保护装置上传的告警和故障信息记录，区间故障记录；

一键封存模块，用于封存当前设备的状态，只允许按照铁路电力运维作业管控系统开出的票据对涉票设备进行指定顺序和指定内容的操作，其它操作均被禁止，尤其禁止铁路净化电源的自动重启功能；

历史记录查询模块，用于查询各种历史数据及其曲线。

5.一种铁路电力运维作业管控系统的运维作来管控方法，其特征在于，包括：

残压转供电运行控制，是指铁路电力供配电系统优先由铁路净化电源进行供电，若铁路净化电源故障时转换为由公用电网10kV电源供电，当铁路净化电源维修完成后，由公用电网10kV电源转换为由铁路净化电源供电；

自动重启动控制，是指铁路净化电源在没有接到铁路电力运维作业管控系统启动命令时，若检测到故障停机，将在自动清除故障信息后自动启动输出电压。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述残压转供电运行控制具体包括以下步骤：

S101：铁路电力运维作业管控系统启动一键封存模块，只允许对涉及到本次操作范围内的设备进行远程动作；

S102：铁路净化电源用多个大阻值电阻串联分压的方式，采集铁路电力供配电系统母线电压信号，分别为Va，Vb，Vc；

S103：铁路电力运维作业管控系统下发公用电网10kV电源与铁路电力供配电系统母线之间的联结断路器分断命令，铁路电力运维作业管控系统下发铁路净化电源与铁路电力供配电系统母线之间的联结断路器闭合闸命令，同时下发净化电源启动命令，两个断路器分合闸状态信号送入铁路净化电源；

S104：铁路净化电源装置判别母线电压最小电压的峰值；

S105：当铁路净化电源检测到公用电网10kV电源与铁路电力供配电系统母线之间的联结断路器已经分断且铁路净化电源与铁路电力供配电系统母线之间的联结断路器已经合闸完毕，执行步骤S106；

S106：铁路净化电源以检测到母线电压最小电压值的80％为起始电压指令输出电压，直到电压增加到额定电压值；

S107：铁路净化电源输出到额定值后，转换为铁路电力供配电系统供电。

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