高速鐵路遠動系統的應用

張蒙蒙

中鐵十六局集團電氣化工程有限公司，北京 100018

0 引言

高速鐵路的運行受多種因素的影響，如電力基礎、電力系統為高速鐵路沿線的負載提供一定的電力。得益于信息技術的發展，應用遠動系統可以在很大程度上實現高速鐵路運行的信息化。隨著信息技術的發展和能源的建設，遠動系統得到了廣泛的應用[1]。遠動系統可以提高系統的使用性能，改善故障排除工作。因此，需要加強遠動系統的應用及系統故障分析，確保高速鐵路的高效運行[2]。

1 高速鐵路遠動系統的組成和作用

高速鐵路遠動系統的運行主要以計算機和通信系統為載體，可以結合電力系統的控制要求，對配電站、配電設施和線路進行系統性的監控[3]。遠動系統可以監控系統的運行狀態，動態監測供電電壓、功率和功率因數等[4]。

1.1 遠動系統的組成

高速鐵路遠動系統由主控站、被控站和通道組成[5]。以太崇鐵路項目為例，太崇鐵路項目遠動系統由15處被控站和1處主控站組成；通道有主用、備用通道，通道由通信專業建立，建立基礎是主控站和被控站的網絡和服務器。項目主控站位于北京鐵路局調度中心；被控站主要由RTU、微機保護、通信管理機等裝置組成，可以通過遠動通道監控系統的狀態，接收主控站的指令，完成系統的相關操作。

1.1.1 主控站

主控站由主服務器、WEB服務器和接口站組成[6]。主服務器由多臺服務器組成，可以處理接口的數據，并存儲在數據庫中；主服務器要負載均衡，以此動態分配負載，確保當某一臺服務器故障時，業務運行不受影響。接口站可以執行程序，并預處理配電站和交換站的相關數據，以此實現監控功能。WEB服務器可以發布報表和存儲數據。

1.1.2 被控站

被控站包括配電站和低壓監測站，如車站的10/0.4 kV變電所、箱變、10 kV配電所綜合自動化系統等[7]。其中，配電站可以采集設備的運行、故障、輸入輸出故障、電容補償故障信號，以及開關量、功率單元信號等，并根據設備的調度和監控要求，控制輸入線的電壓和母線的輸入電流、回路電流、有功功率、功率因數等。遠動系統可以收集設備狀態，如站內高低壓設備的信息，信息處理后通過通道發送給控制站，控制站也可以通過通道接收控制指令，并根據指令執行相應的命令，控制相關設備的運行。

1.1.3 監控系統和通道

高速鐵路遠動系統的主節點包括輸變電監控系統和通信通道。其中，輸變電監控系統可以利用設備監控沿線的變壓器，及時發現設備和線路運行中的問題和缺陷，控制、分析系統的運行；通信通道作為信息的傳輸媒介，負責連接控制站和終端信息。

1.2 遠動系統的作用

1.2.1 提高電力系統的安全性

遠動系統的應用具有自動化程度高和自動化測試的特點[8]。采用遠動系統對沿線的電力系統進行管理和控制，可以降低電力系統的運行強度，減少沿線施工的數量，提高電力系統運行的安全性和減少故障風險。通過遠動系統可以采集狀態信息，監控線路的運行，判斷線路是否正常。通過遠動系統還可以及時監測沿線的信號，如果檢測到故障或異常，將發出警報，并通過電力設備快速定位遠程線路故障點，及時排除故障線路和設備，保證高速鐵路的正常運行，以及保證停電后及時恢復供電，減少故障處理時間，提高系統供電的可靠性。

1.2.2 實現動態控制

遠動系統可以監控電力運行，遠程發送指令，保證列車按指令運行；系統可以連接多個節點，實現通暢的通信功能；系統收集的信息將發送到控制中心，可以節省信息的溝通成本。如今，大部分鐵路系統使用多種技術，如計算機技術、網絡和傳輸技術等，遠程控制系統可監測和測量列車運行中的參數，并實現動態控制。

2 高速鐵路遠動系統的關鍵技術

2.1 遙測和遙控技術

（1）遙測技術。在電力系統中，遙測和遙控技術的應用較為廣泛。其中，遙測技術可以監測變電站的電力和功率的相位，分析監測數據，然后根據分析結果了解工作情況，實現遠程報警。遙測技術可以根據故障信號完成信號的采集，保證鐵路信號監測的準確性；通過分析相關采集數據，合理地組織列車工作。

（2）遙控技術。在高速鐵路中使用遠動系統時會不可避免地出現一些故障，使用遙控技術可以及時發現運營中的故障。遙控技術可以基于電力系統中的電流檢測結果和線路故障評估結果找出故障部位，并交由相關的部門處理。相關部門可以根據故障隔離故障點，在維修部完成維修分析后對故障區域恢復供電。結合高低壓設備運行環境的實際情況，遙控技術可以減少環境因素對設備的影響，提高系統運行的穩定性。

2.2 屏蔽技術

遠動系統應在穩定的環境中運行，需要消除干擾。為了增強控制系統的抗干擾能力，應采用合理的屏蔽技術抑制系統運行過程中的干擾，并重點關注硬件和軟件屏蔽技術的科學應用。

3 高速鐵路遠動系統的應用

3.1 主控站

在高速鐵路中，主控站一般位于路局調度中心，采用局域網結構，系統采用雙機熱備，以核心、節點等功能為系統架構。主控站包括工作站、維護站等。工作站用于監控系統狀態，以此控制變電、配電等工作；維護站用于維護調試、系統開發和操作。為了保證高速鐵路遠動系統的可靠運行，避免因故障導致的運行中斷，主控站需要配備外接電源線與UPS相連。UPS電源可以滿足系統持續運行1 h的要求。

3.2 被控站

被控站可以配備可遠程控制的高低壓開關和RTU遙控終端等，還可以下載高低壓系統信息，以及接收和執行指令，對設備進行監控和切換管理。為了保證故障信息采集的準確性，并提供準確的故障點，被控站控制設備需要具有故障分析功能，為故障評估提供依據。被控站遠動設施的測量信息包括設施狀態信息、設備報警信息、避雷器報警信息、UPS電源狀態信息，以及線路電流、電壓和有功功率等信息。

為了保證系統的可靠、穩定運行，被控站采用16位RTU微處理器。RTU微處理器具有模塊化、高可靠性和高抗干擾等特點，可以滿足鐵路電力系統穩定運行的要求。RTU預留多個通信接口，為擴展系統的控制功能提供了必要的條件。為了保證配電站、控制站和低壓監控站等的運行準確性，要在控制站安裝GPS作為NTP服務器，確保系統與控制器的運行協調。

3.3 視頻監控系統

為了動態控制電力系統，需要建立遠程控制視頻監控系統，實時監控電力系統運行狀態，為故障分析、反饋確認提供必要的依據，同時為無人監管創造有利條件，提高系統管理水平。視頻監控系統采用“1+N”的模式，在實際應用中，可根據需要增加配電站、監控站的監控屏。每個被控站可以將采集的圖像存儲在本地，然后上傳到控制站，控制站配備陣列硬盤，可以存儲歷史監控圖像。監控系統具有云臺遙控、語音對講等功能，可以配合遠動系統進行系統操作、故障排除。

隨著線路的增加和網絡傳輸數據的增加，線路擴容成本也在不斷提高，一些系統的運行無法滿足監控要求。分析監控數據帶寬，監控系統需要至少需要1.5 MB的帶寬才能滿足傳輸要求。隨著設備的增加，視頻質量會影響其他業務通信。在傳輸監控數據時，可以同時訪問視頻監控數據，從而降低重建成本。

3.4 抗干擾設計

電力遠動系統受設備運行、周圍電場和配電線路等的影響，如電磁干擾的影響。電磁干擾包括電容性干擾、通信干擾、一般群干擾和輻射干擾等，在干擾因素的影響下，可能導致設備運行不穩定、數據精度降低、元件損壞、故障和事故發生等。針對這一問題，需要進行相應的抗干擾設計，包括系統接地設計、濾波器及數據的干擾保護設計，以確保電力遠動系統的安全穩定運行。

在高壓設備與設備之間可以采用屏蔽層電纜，電纜兩端接地，以減少感應電壓對設備的影響；在選擇配電站和監測站的設備時，應防止高頻干擾的影響，在設備輸出端接電容，可以抑制高頻干擾；設備的地線和母線通過接地電極連接，可以減少接地瞬態電位差，減少對設備的運行干擾。

數據采集的準確性是遠程控制的基礎。當出現干擾時，信號可能會出現誤差、失靈等，可以使用低通濾波去除諧波。當干擾嚴重時，采用電容和電阻抑制瞬態干擾。在對數據采集進行干擾保護時，優先選擇保護效率高的設備，可以提高終端設備的抗噪能力，防止電路受到干擾。

4 高速鐵路遠動系統的故障排除

高速鐵路遠動系統可以處理簡單的故障。例如，對于超限電壓可以實現快速保護，以維持供電的穩定性和鐵路的正常運行。遠動系統可以監控線路，提供相應的保護，并通過編程進行應急處理。目前，遠動系統已經實現自動化，一旦出現故障，系統就會自動改變相關運行參數。線路一旦發生故障，主對象將停機并切換電纜，以此確定故障類型。

通常，基礎設施在發生故障后會受到保護，遠動系統會根據故障實際情況進行處理。如果無法評估或糾正故障，需要重新設置重接點，以防止系統故障損壞其他正常線路。如果電纜存在永久性故障，可以通過線路中的電流來判斷故障。由于停電存在延遲，必須執行相關的步驟來確認故障點?；陔娏ο到y歷史數據及故障原因，可以采用神經網絡預測系統及設備的運行故障，建立線路故障分析模型。然后通過分析設備故障類型、周期等，制訂電氣設備的預防性維護計劃，以此提高設備維護和維修的水平，并提高系統的運行效率。在輸電線路中，單一的故障評估無法檢測接地故障，若要確定故障位置，可以結合GPS定位實現更精準的故障定位。

4.1 根據故障信息判斷故障位置

當電流流過設備時，可以用備用設備設置測量值，此時監控設備會將數據傳輸給系統。當主控站收到錯誤信息時，可以分析相關的運行信息和數據，計算出故障發生的時間，以此確定系統故障的位置。例如，高速鐵路線路發生行波故障時，可以根據行波的傳播速度來確定斷點的位置，遠動系統可以采集電流分布信息，為行波故障定位提供必要依據。

4.2 優化設備及其維護

在設備層面，市場上有大量的設備生產廠家，不同廠家在產品設計上存在差異。因此，在應用遠動系統時有必要統一設備的規格和型號，以此確保設備的通用性，為進一步開展維護工作提供便利。設備的使用需要大量的硬件，這也意味著大量的維護工作。從技術上講，需要不斷擴展軟件功能，優化軟件，使用模塊化功能，減少對硬件設備的投資，以方便后續的維護。

5 結束語

綜上所述，隨著高速鐵路的發展，對電力系統的運行要求也在提高，遠動系統在高速鐵路的運行中發揮著重要作用。遠動系統的應用和發展為我國高速鐵路的自動化發展提供了技術支撐，為提高高速鐵路的整體發展水平奠定了良好的基礎。遠動系統實現了信息與系統的結合，提高了鐵路電力系統運行及管理的自動化水平，保障了高速鐵路的安全運行。對于遠動系統技術研發，需要引進先進的技術，不斷為高速鐵路的發展貢獻技術力量。