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地铁是我国大型城市公共交通的重点发展方向,而可靠的供电是地铁安全运营的重要保障,功能强大的地铁供电变电站自动化系统又是保证供电质量的基础。地铁供电变电站的一次设备、运行方式及管理模式与大电网变电站有一定的差异,导致了其自动化系统的功能也与大电网变电站的功能存在不少差异。现着重探讨和研究这些具有地铁特色的功能要求及实现方案。
1 一次系统
地铁供电变电站按功能划分主要有4种类型:主变电站、牵引变电站、降压变电站和跟随变电站。主变电所将110kV电网电压降为35kV,给牵引变电站和降压变电站供电(电压等级仅为参考值,进口一次设备可能略有差异,以下同);牵引变电站则是将35kV交流电经变压器、整流器转换为直流1500V/750V,给接触网/接触轨供电;降压变电站则是将35kV电网电压降为400V,提供车站的动力和照明电源,同时也是跟随变电站的进线电源;跟随变电站无变压器,是降压变电站400V侧在地理上的延伸,是为离降压变电站较远的地铁设备供电。
主变电站、降压变
电站、跟随变电站与交流电网上的其他变电站并无本质的区别,无论是电气接线方式还是运行方式均与普通变电站类似,只有直流牵引变电站是地铁供电系统所特有的。地铁变电站自动化系统的很多独特之处也多与直流牵引变电站有关。
图1中,102、103为进线断路器,来自于主变电站的2段不同的33kV母线;101、104为出线断路器,给两边相邻的降压变电站供电。201、202为直流进线开关;211、212、213、214为直流馈线开关,分别给上行和下行接触网供电。2112、2134为接触网分段隔离开关, 仅当该站直流停止供电时才能合上。
2 系统功能
现代意义的变电站自动化系统的功能在IEC61850-5:2003[1]中作了系统、全面的阐述。IEC61850-5将系统的功能从逻辑上分为变电站层、间隔层和过程层3个层次和系统支持功能(如自检、时钟同步)、系统配置或维护功能(如测试、配置参数)、运行或控制功能(如遥控)、本地过程自动化功能(如数据采集、继电保护)、分布式自动化支持功能(如联锁、同期)和分布式过程自动化功能(如顺控、电压无功控制),共6种类别。
而传统意义的变电站自动化系统指的是数据采集与处理(SCADA)系统(不包括继电保护等功能)的子站部分,或称为远动终端设备。
远动终端设备可以视为现代意义的变电站自动化系统的一部分。
2002年颁布实施的国家标准《GB/T13729-2002远动终端设备》[2],对远动终端设备的功能要求作了明确的规定。铁道行业标准《TB/T2831-1997电气化铁道牵引供电远动系统技术条件》[3]则在引用GB/T13729-1992的基础上,对系统功能作出了针对行业应用的更为具体的要求。
地铁变电站自动化系统的功能不仅要符合上述2个有关远动终端设备的标准,还应该尽快向即将推出的IEC61850靠拢,将继电保护、故障录波等功能有机地、无缝地融入到自动化系统中去。
以下将重点探讨几个具有地铁变电站典型特征的自动化系统的基本功能。
2.1 遥控功能
《电气化铁道牵引供电远动系统技术条件》提出的功能要求包括6项内容:遥控、遥信、遥测、打印、接口和自检。遥信、遥测、打印、接口和自检功能的要求与GB/T13729-2002的要求是基本一致的。而遥控功能则赋予了其更多的内涵。
地铁变电站自动化系统的遥控功能按受控对象的数量分为单控和程控2种[3]。单控是指对单个对象的控制,也就是通常所指的基本遥控功能;而程控则是对多个对象的程序控制。
单控、程控的概念是地铁变电站所特有的,不管是单控还是程控,其内涵均包括控制和相关的联锁2部分。
单控联锁功能通常是由受控的间隔层[1]设备来完成的。例如,牵引变电站直流馈线开关的合闸,是由安装于直流开关柜内的
