電氣工程在鐵路施工中的廣泛應(yīng)用論文
高速鐵路是運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，可以對鐵路的運(yùn)力資源進(jìn)行整合，釋放既有鐵路的運(yùn)力，緩解長期以來的貨運(yùn)矛盾和客運(yùn)矛盾，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在高速鐵路建設(shè)過程中，電氣化技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的施工內(nèi)容。隨著電氣自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍也日益廣泛，電氣工程和自動化技術(shù)為現(xiàn)代化建設(shè)提供了技術(shù)支持，特別是對于高速鐵路工程建設(shè)來說，電氣工程和自動化技術(shù)的應(yīng)用有效提高了高速鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，促進(jìn)了我國高速鐵路工程建設(shè)的發(fā)展。
1.電氣工程及自動化技術(shù)在鐵路施工中的應(yīng)用
電氣工業(yè)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，使電氣工程以及自動化技術(shù)由相對落后的創(chuàng)同領(lǐng)域進(jìn)入到一個嶄新的新技術(shù)領(lǐng)域，電氣工程技術(shù)學(xué)科的形成將為我國工業(yè)的飛速發(fā)展提供技術(shù)保障。當(dāng)前的電氣工程與有關(guān)自動化建設(shè)已經(jīng)形成了一個較為獨(dú)立的完整體系，從而為電氣工程進(jìn)軍商業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)造了條件，而在高速鐵路施工中大力推廣電氣工程以及自動化技術(shù)，能夠極大提升鐵路的運(yùn)載能力。從現(xiàn)階段我國高速鐵路的運(yùn)力需求來看，大量的外出務(wù)工人員、流動人口及能源的分布不均衡，均對鐵路運(yùn)輸存在較大的依賴性。若與其它運(yùn)輸方式相比，高速鐵路電力牽引在速度、載重量和環(huán)保等方面均呈現(xiàn)較大的優(yōu)越性，所以這種牽引模必將成為未來鐵路交通運(yùn)輸業(yè)最主要的發(fā)展方向。
2.概述鐵路供電的基本特點(diǎn)
2.1 供電系統(tǒng)電壓等級低，變、配電所結(jié)構(gòu)相對單一
以電力系統(tǒng)的角度思維來說，鐵路負(fù)荷是終端負(fù)荷，面對著最終用戶，因此高速鐵路供電系統(tǒng)通常是10kV配電所與35kV變、配電所，僅有極少數(shù)地方具有110kV的變、配電所。因?yàn)?10kV供電系統(tǒng)需要耗費(fèi)大量的建設(shè)資金，所以高速鐵路系統(tǒng)甚少使用。再加上高速鐵路系統(tǒng)功能要求與應(yīng)用范圍相似，因此供電系統(tǒng)變、配電所基礎(chǔ)構(gòu)成幾乎一致，而功能配置和每條線的設(shè)計(jì)類型也是大同小異。
2.2 供電系統(tǒng)接線方式較為簡單
高速鐵路供電系統(tǒng)各線路的接線組成單一的輻射網(wǎng)，變、配電所分布均勻且相互連接，形成手拉手式的供電方式。其中連接線主要包含有一級負(fù)荷貫通線和綜合負(fù)荷貫通線兩種。
在重要的鐵路干線供電系統(tǒng)中通常都有一級負(fù)荷貫通線和綜合負(fù)荷貫通線兩種連接線，譬如京滬高鐵和蘭新客專，兩者都屬于信號雙電源供電的系統(tǒng)。鐵路連接線不僅能夠連接相鄰電所，還能供給自動閉塞信號電源，其中接線方式如圖1。
3.對鐵路電氣工程自動化系統(tǒng)的功能提出較高要求
3.1 供電自動化系統(tǒng)具有安全性和高效性的要求
供電自動化系統(tǒng)是龐大而復(fù)雜的體系，主要包含有電力調(diào)度系統(tǒng)、MIS、變電所綜合自動化系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等。高速鐵路供電自動化系統(tǒng)主要通過運(yùn)、機(jī)、工、電、輛進(jìn)行分工運(yùn)作，必須依靠上下層與平行層相互協(xié)調(diào)才能高效運(yùn)行，但是在當(dāng)前體制下高速鐵路自動化系統(tǒng)仍然缺少穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行調(diào)度模式�；诖�，深入研究鐵路自動化系統(tǒng)，不斷優(yōu)化運(yùn)行模式，這樣不僅能夠滿足業(yè)務(wù)日益增長的需求，同時還能夠有效提升高速鐵路運(yùn)行的安全性和高效性，以滿足社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基本需求。
3.2 供電自動化系統(tǒng)具有可靠性的要求
雖然高速鐵路供電系統(tǒng)電壓等級相對較低，并且變、配電所結(jié)構(gòu)向相對單一，但是卻對供電自動化系統(tǒng)可靠性提出較高的要求。其中自動閉塞信號的供電中斷時間必須S150ms，不然供電區(qū)域自動閉塞信號燈將會全部變成紅色，對高速鐵路穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。當(dāng)前來說，高速鐵路供電系統(tǒng)已經(jīng)使用了許多方法來提高供電系統(tǒng)的供電可靠性，譬如，利用雙電源供電與安裝備用電源自動投入裝置能夠有效確保供電系統(tǒng)的供電可靠性。針對相鄰配電所可以使用自閉線和貫通線兩種組合連接方式來全面提高線路連接的可靠性。當(dāng)前高速鐵路供電系統(tǒng)已經(jīng)使用多種方式來確保供電可靠性，但實(shí)際上這些措施只適用于局部區(qū)域。只有在貫通線和自閉線兩組線上的車站處布設(shè)自動分段裝置，才能夠準(zhǔn)確定位和恢復(fù)線路故障，從而全面提升鐵路供電系統(tǒng)的供電可靠性。
4.電氣自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用
4.1 分布控制技術(shù)的應(yīng)用
分布控制方式指的是配電自動化終端（FTU）具備著故障自動診斷和隔離的能力，同時通過互相配合還具有網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能力，在此過程中無需系統(tǒng)主站的直接參與。分布控制技術(shù)主要包含有電壓時間型與電流計(jì)數(shù)型，這些技術(shù)都是直接由配電自動化終端（FTU）和開關(guān)組合形成具備重合功能的.分段器。但是受到原理限制，分布控制方式仍然存在著以下幾個問題。
（1）該種方式處理故障和恢復(fù)正常供電所花費(fèi)的時間較長，嚴(yán)重沖擊著供電系統(tǒng)和鐵路用戶。
（2）必須要改變變電站出現(xiàn)保護(hù)定值與重合閘的動作方式才能完成控制工作。
（3）故障監(jiān)測分段過多，配合難度較大，動作缺少選擇性。因此，針對于鐵路供電系統(tǒng)不適合采用此種控制模式。
4.2 集中控制技術(shù)的應(yīng)用
集中控制方式主要是通過現(xiàn)場配電自動化終端（FTU）向主站輸送故障信息，主站受到故障反饋信息后進(jìn)行計(jì)算，并提出故障解決方案，并將解決方案信息下達(dá)到配電自動化終端（FTU）執(zhí)行。通常情況下，可以劃分為下面3個層次。
�。�1）配電終端層將故障信息送達(dá)主站。
（2）配電子站對故障區(qū)域進(jìn)行管理和控制。
�。�3）主站下達(dá)故障解決和優(yōu)化方案。
集中控制方式對于通信系統(tǒng)的可靠性和高效性提出較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，在處理系統(tǒng)故障過程中必須要可靠而高效的信息傳遞指令。通常情況下，功能相對強(qiáng)大的主站系統(tǒng)比較適宜使用集中控制方式，通過專用高級應(yīng)用模塊能夠快速處理網(wǎng)絡(luò)故障問題。
4.3 上報變化數(shù)據(jù)
由于數(shù)據(jù)傳送可能會受到通道速率限制的影響，導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)充斥信道，因此裝置設(shè)置了變化數(shù)據(jù)優(yōu)先傳送的模式。其中傳送數(shù)據(jù)主要包括有變化前后的數(shù)值和實(shí)踐，通過定值設(shè)定能夠得出變化幅度。數(shù)據(jù)傳送到主站后，上位機(jī)存儲所有數(shù)據(jù)，通過動態(tài)曲線描述數(shù)據(jù)變化趨勢，結(jié)合數(shù)據(jù)曲線變化趨勢來分析故障產(chǎn)生的主要因素。因?yàn)楣收闲畔⒌姆直媛适?0ms，所以，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行周期監(jiān)測，確保故障信息的完整性。
5.電子工程系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 自動化控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
高速鐵路自動化控制系統(tǒng)主要是為了提高供電的安全性和可靠性，其中涵蓋著自動化技術(shù)、軟件技術(shù)及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)等多種學(xué)科，利用網(wǎng)絡(luò)電力調(diào)度系統(tǒng)信息、安全監(jiān)控信息和MIS管理信息及檢測信息等連接起來，從而統(tǒng)一管理各項(xiàng)信息。
其中，通信協(xié)議主要使用以IEC61850/61970/61968為主體的IEC新標(biāo)準(zhǔn)體系。供電自動化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
5.2 鐵路通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于高速鐵路供電系統(tǒng)缺少通信設(shè)施，因此需要采用鐵路系統(tǒng)公共通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。但是因?yàn)楣餐ㄐ畔到y(tǒng)服務(wù)于所有鐵路部門，通常情況下1RTU和調(diào)度端間信息傳輸速率是2Mbit/s，而2RTU，3RTU和調(diào)度端間的信息傳輸速率是64Kbit/s。
6.結(jié)束語
綜上所述，在高速鐵路電氣工程施工過程中運(yùn)用自動化技術(shù)可以顯著提升電氣系統(tǒng)的工作效率及工作安全性。在實(shí)際應(yīng)用過程中，要積極的借鑒和吸取成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，加快鐵路電氣工程自動化技術(shù)的改造，提升電氣工程的管理水平，促進(jìn)鐵路行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
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