电气化铁路广域保护系统浅谈

电气化铁路广域保护系统浅谈

李强  秦浩

中铁五局集团电务工程有限责任公司 湖南长沙  410000

摘要：广域保护系统是现代铁路电气化中至关重要的组成部分，它承担着监测、检测和保护铁路电力系统的关键设备和线路，以确保系统的安全、稳定和可靠运行的使命。随着电气化系统规模的不断扩大和复杂度的增加，广域保护系统的作用变得日益重要。它不仅能够快速准确地检测系统中的故障和异常情况，还能够迅速做出保护动作，以最大限度地减少故障对系统的影响。对于保障列车运行安全，提高供电系统可靠性，保障旅客和货物运输安全，以及降低运营成本具有重要意义。

关键词：广域保护、电气化、重要性

引言：铁路电气化广域保护是现代铁路运输系统中至关重要的一环，旨在确保电气化铁路网络的安全、可靠和高效运行。随着科技的不断进步和铁路交通的日益发展，电气化铁路系统已成为城市交通和国际物流的主要组成部分。然而，随之而来的是对电力设备和信号系统更高水平的保护需求，以应对潜在的故障、事故或恶意干扰。本文将探讨铁路电气化广域保护的概念、关键技术、优势以及和综合自动化的区别。通过研究电气化铁路网络的广域保护机制，我们可以更好地理解如何提高铁路系统的安全性和可靠性，从而推动铁路交通迈向更为可持续和创新的未来。

1.广域保护概念

广域保护是基于牵引变电所、AT 所、分区所的信息共享，可实现供电臂保护功能、系统重构自愈及开关分层闭锁等功能。铁道电气化广域保护是指在铁路电气化系统中采取一系列措施来保护系统的正常运行和安全性，铁道电气化系统包括供电系统、接触网、牵引设备等组成部分。

供电臂保护功能是通过故障测距装置判断故障类型和故障行别，实现供电臂故障选择性跳闸，提高了保护的选择性和速动性。广域保护的由就地保护装置和站域保护装置共同实施完成，同一供电臂的变电所、AT 所和分区所的所有层次保护通过过程层网络和广域网络构建成一个广域保护系统；当接触网故障后由故障测距装置根据故障交流量判别上行或下行故障行别，输出故障行别的 GOOSE 信号，站域保护装置根据故障判别信息，闭锁变电所非故障行别的馈线保护 T ms，同时联跳 AT 所和分区所故障行别的联络馈线断路器，实现供电臂故障时快速且有选择性地切除故障功能。

系统重构自愈功能是站域保护装置根据牵引网和所内设备故障情况，调整开关的组合能够实现牵引供电系统的故障重构。

开关分层闭锁功能是根据一次设备安全防护和运行安全需要，实现供电单元范围内的开关分层闭锁。

2.广域保护的关键技术

广域保护是指针对整个电气化铁路系统进行保护的措施和技术，其主要目的是确保系统的稳定运行，防止因故障或其他原因引发的电力中断、设备损坏或安全事故[1]。

铁路电气化广域保护的关键技术包括以下几个方面：

高速通信技术：广域保护系统依赖于高速和可靠的通信技术来实现数据的实时传输。这包括但不限于光纤通信、无线通信和卫星通信。这些技术确保了从不同地理位置的传感器和设备收集到的数据能够快速、准确地传输到中央控制系统。

同步测量技术（如PMUs）：广域保护系统广泛使用相量测量单元（Phasor Measurement Units, PMUs）来实时监测电网状态。PMUs提供高精度的电压和电流相量数据，这些数据是同步的，即它们是在电网的不同位置但在同一时刻测量的。这种同步测量是广域保护系统的核心，它允许系统对整个电网的状态进行准确的评估。

电源系统保障技术：电源系统保障技术涵盖了电源系统设计、备份电源、智能监控、故障检测与定位、远程控制、电气设备保护、防雷技术以及安全性和可靠性考虑等多个关键方面。系统设计需综合考虑规模、负载、可靠性和稳定性，采用备份电源如UPS或备用发电机应对突发故障，同时引入智能监控和远程控制系统以实时监测和响应。故障检测与定位技术、电气设备保护和防雷技术则在提高系统稳定性和安全性方面起关键作用。综合而言，该系统需在多方面技术的有机整合下，确保电气设备正常运行和系统安全稳定。

高级数据处理和分析：广域保护系统需要处理和分析大量的实时数据。这通常涉及到高级算法和计算技术，包括机器学习和人工智能，以快速识别和响应电网异常。例如，系统可以在短时间内检测到故障，并自动执行必要的保护和控制措施，以防止电网故障扩大。

集成控制和管理系统：广域保护不仅仅是监测和响应电网故障，它还与电网的整体管理和优化紧密相关。这意味着它需要与电网的其他管理系统（如能源管理系统、分布式资源管理）集成，以实现对电网的全面控制和优化。

数据安全与隐私保护技术：由于涉及大量的数据交换和处理，采用数据安全与隐私保护技术是必要的。加密、权限控制等手段被用于确保系统数据的完整性和机密性，防止未授权访问和数据泄露。

人机接口技术：人机接口技术通过实时监测系统状态，能够及时发现可能影响系统运行的异常情况，并生成相应的报警信息。操作人员可以通过人机接口系统查看这些报警信息，并进行相应的事件处理。报警信息通常以声音、图标或文本形式呈现，以引起操作人员的注意。人机接口技术允许操作人员通过图形界面或物理按钮等方式对电气化系统进行操作控制。这包括开关设备、调整参数、执行紧急操作等。通过人机接口，操作人员可以方便地进行系统控制，确保系统在各种情况下都能够正常运行。

这些关键技术共同使广域保护成为一种强大的工具，不仅能够提高电力系统的稳定性和可靠性，还能优化资源分配，提高电网的整体性能。通过实时监测和快速响应，广域保护有助于预防大规模停电和其他严重的电网故障。

3.广域保护与综合自动化的区别

广域保护的范围更广，目标是整个电网的稳定和安全，采用先进的通信和计算技术；而综合自动化更注重局部或单一设施的高效、安全运作，依赖于自动化设备和控制系统，目标是通过自动化技术提高系统的整体效率、安全性和可维护性[2]。

广域保护的一个主要优点是能够有效预防和减轻大规模电网故障，而综合自动化则更侧重于提高局部操作的效率和安全性。两者虽有不同的重点和应用范围，但都对提高电力系统的整体性能和可靠性发挥着关键作用。

4.广域保护的优势

在现代铁路运输领域内纷纷推广广域保护系统，以迎合不断增长的铁路运输需求，并实现铁路运输系统的升级与优化。这一趋势不仅是对传统铁路系统的改进，更是对未来智能、绿色、高效铁路运输的积极追求。广域保护系统的推广将为铁路运输带来全面的、长期的改善，其优势涵盖了安全性、系统稳定性、运输效率、节能环保、智能化管理、降低运营成本及提高客户满意度等多个方面。

（1）提升安全性：广域保护系统在提升安全性方面发挥了至关重要的作用。通过实时监测铁路系统的各个关键部分，系统能够快速检测到潜在的故障或异常情况，实施及时的响应措施，有效降低了事故发生的可能性。如通过监测和保护供电系统，可以减少因供电故障导致的列车停车或者在路上突发故障的风险，保障旅客和货物的安全[3]。这种实时监测和故障响应机制有助于预防潜在的危险情况，提高列车运行的整体安全性。

（2） 增强系统稳定性：系统稳定性是铁路运输系统正常运行的基石。广域保护系统可以快速准确地检测供电系统的故障和异常情况，及时采取保护措施，降低因供电系统故障引起的列车晚点和停运情况，提高供电系统的可靠性和稳定性。通过确保硬件和软件的高质量，采用合理的系统设计以及进行定期的更新和维护，保持系统的正常运行，定期的性能监测和故障排除是维护系统稳定性的关键步骤，有助于降低不必要的中断和延误，提高运输的可靠性。

（3）优化运输效率：广域保护系统不仅关注系统的稳定性，还致力于提高铁路运输的效率。通过实现更快速的列车速度、更短的停留时间以及更灵活的调度，系统能够优化运输流程，实现更高效的货物和人员运输。这对于提高整体铁路系统效能，满足日益增长的运输需求至关重要。

（4）节能环保：广域保护系统与电气化铁路等节能环保技术的结合，为铁路运输注入了可持续发展的动力。电气化铁路系统的推广提高了列车的能源利用效率，减少了对化石燃料的需求和排放。这种环保特性对于降低铁路运输对环境的影响，推动绿色交通的发展至关重要。

（5）智能化管理：广域保护系统的应用带来了铁路运输管理的智能化革命。系统具备智能控制、数据分析和预测维护等功能，通过数据驱动的管理方式，铁路运输可以更好地适应变化的需求和运营环境。智能化管理不仅提高了运输系统的灵活性，还为运营者提供了更准确的决策支持，推动了铁路运输朝着更加智能、高效的方向发展。

（6）降低运营成本：电气化铁路广域保护系统能够及时发现并处理供电系统的故障和异常情况，有效降低了维修和抢修成本，提高了供电系统的维护效率，从而降低了铁路运营的整体成本。

（7）提高客户满意度：广域保护系统在提高客户满意度方面发挥了积极作用。通过提升安全性、减少延误、增加运输效率和提供更舒适的乘车体验，系统间接地提高了乘客对铁路运输的满意度。客户满意度的提升不仅增加了用户黏性，也为铁路运输建立了更为可靠和受欢迎的形象。

结语：电气化铁路广域保护系统是智能化变电站的重要组成部分，也是铁路电气化行业的迫切发展的需要，可通过管理机信息共享，实现无人化、智能化管理的目标。广域保护系统有较高的技术要求，本文尝试从浅析角度对广域保护分析，希望对大家认识、理解广域保护有一定帮助，共同推动中国铁路电气化智能保护建设事业的发展与演化，使之能够更好地服务于社会。

参考文献

[1]井友刚.电气化铁路广域保护系统自愈重构功能研究与应用[J].北京:电气化铁道,2020:12-15.

[2]李淮.电气化铁路供电系统浅谈[J].北京:大科技,2015:67-68.

[3]李秀东,陈星.从10Kv系统到电气化铁路供电[J].露天采矿技术,2008,63-65.