冯 宁

0 引言

铁路配电所是铁路电力供电系统的主要组成部分，是铁路运输组织中的重要技术装备，是维持铁路运输正常秩序的电力供应中枢，具有设备多而集中、技术复杂的特点。随着国民经济的飞速发展，国家对铁路运输业基本建设和改造工程的投资不断加大，一些高科技产品和技术在铁路电力设备中得到推广和应用，铁路配电所的改造设计项目也越来越多。既有配电所改造设计与新建配电所设计有着明显的不同，其主要表现在：运行中的既有配电所改造必须结合既有情况考虑设备选型及配置，需要既满足技术先进性又兼顾经济性，而且还要解决现有设备在运行过程中的问题，要考虑的问题远比新建配电所复杂。根据笔者几年来在新菏兖日、滨绥、丰沙大等数条长大干线设计实践，就配电所改造设计的若干问题进行初步探讨。

1 一次设备选择

铁路配电所改造过程中，大多遇到的是20 世纪90 年代初之前建设的配电所，在改造过程中，尤其是利旧改造，应充分利用既有空间进行设备选择，笔者就遇到的若干问题进行初步探讨。

1.1 有载调压器是否必要

在标准铁路配电所设计中，有载调压器以及调压器柜是配电所主接线的标准配置。在配电所改造过程中，可能由于投资或者面积的限制，有运营单位提出，可以取消调压器和调压器柜。理由是当前电力系统供电电压稳定，不需要调压。

笔者认为，这种考虑是不够全面的。设置有载调压器的用途有2 点：一是铁路供电系统中，给自动闭塞及电力贯通线路供电的变、配电所设有有载调压器，通过调压器调整自闭（贯通）母线段的电压，保障自闭（贯通）母线段的供电质量，从而保证自闭（贯通）线路的稳定运行；二是出于铁路电力自闭（贯通）线系统供电连续可靠性的考虑。因为铁路电力自闭（贯通）线系统容量不大但可靠性要求高，所以目前在铁路10 kV 配电系统采用的是中性点不接地运行方式。该方式的优点是：当系统发生单相接地故障时，系统仍可在故障状态下继续运行一段时间，有供电连续性高的优点。由于铁路10 kV 自闭（贯通）线路通过10/10 kV 调压器馈出，有载调压器可以起到隔离其他段母线和自闭（贯通）母线的作用，这样其他段母线出现单相接地故障不致影响到自闭（贯通）线路的正常工作，从而保证10 kV 自闭（贯通）线路供电的连续、可靠。

由此可以看出，调压器的设置并非可有可无，不能因为其他条件的限制在改造设计过程中就将其弃之不用。

1.2 永磁操作机构的应用

传统的操作机构有弹簧操作机构和电磁操作机构。弹簧操作机构由弹簧储能、合闸、保持合闸和分闸几个部分组成。优点是不需要大功率的电源，缺点是结构复杂，制造工艺复杂，成本高，可靠性较难保证。电磁操作机构结构较简单，但结构笨重，合闸线圈消耗功率很大。在借鉴了以上2 种操作机构优缺点的基础上，对永磁操作机构进行了改进设计。它由永久磁铁、合闸线圈和分闸线圈组成，永磁操作机构是一种新设备、新技术、新课题，它有结构简单、可靠性高、维护量少、体积小、重量轻的特点。但在运营过程中也被反映有以下问题：一是分合闸控制系统出现故障不能分合闸操作；二是不适用于交流操作。当然该问题也引起生产厂家的重视并进行了相应的改造尝试。

在铁路配电所改造过程中，笔者曾经和不同的运营单位进行过多次接触和沟通，大家对永磁操作机构表现了不同的态度。笔者认为对于新技术的使用应该采用积极谨慎的态度，首先要保证铁路供电的可靠性，其次在可以充分发挥永磁机构优点的设计方案中考虑选择永磁操作机构。例如在那些面积约束比较大，能够较方便实现跨所供电的配电所，在选用永磁操作机构的同时，要考虑到其分合闸控制系统出现故障不能手动分合闸操作的缺陷，做好补救措施。

2 配电所综合自动化改造

2.1 保护装置分散式布置

铁路配电所二次设备改造中，目前的主流做法是进行微机保护改造，从而实现继电保护综合自动化。所谓综合自动化，就是广泛采用微机保护和微机远动技术，分别采集配电所的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号，经过功能的重新组合，按照预定的程序和要求实现配电所监视、测量、协调和控制自动化的集合体和全过程，从而实现数据和资源共享，提高配电所综合自动化的整体效益。

由于受到配电所现场实际运行设备的限制，一般观点是在原来设备配置的基础上，增加计算机管理功能，按配电所的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和微机远动装置，安装在控制室内；电源、各进出线路及站内设备的运行状态通过电流互感器、电压互感器或相应变送器，经电缆传送到主控制室的微机保护装置和微机远动装置，经初步处理后送到前置机预处理，并与调度端的主计算机进行数据通信。上位计算机完成当地显示、控制和制表打印功能，这样就构成了配电所综合自动化系统。

现阶段，在配电所二次改造设计中持上述观点的还不少，但配电所综合自动化系统的目标是根据铁路配电运行的特点实现其无人值班高可靠性、配置灵活、自动化程度高；网络功能强等。上述集中式控制系统的诸多不足已显现，如：系统信息过于集中处理问题；中央控制计算机故障，整个二次系统瘫痪问题；需要敷设大量电缆问题；投资和工程量大问题；系统内信号采集后以模拟量传输为主，系统精度低，易受干扰信号的影响问题；集中式装置系统调试麻烦，维护工作量大问题；扩容灵敏性差且信息传输速度低等问题。

所以，笔者建议尽量实现保护装置分散式布置。《铁路电力设计规范》中第5.4.2 条“10 kV 变电所、10 kV 配电所、35 kV 及以上变电所控制保护设备可采用就地分散布置。”在相应的条文说明里，解释如下：传统的控制保护设备由于受高压开关设备震动影响，一般不设在高压柜上。随着高压电器技术的发展，高压开关一般采用了真空断路器等无油化设备，分合闸不会造成控制保护设备的误动，因此可采用就地分散布置在高压开关柜上，以减少占地面积和节约控制电缆。

2.2 组网方式选择

分散分层分布式是配电所综合自动化系统的发展方向，这就对通信的可靠性提出了更高的要求，选择一个可靠、高效的网络结构是解决问题关键。

目前，综合自动化系统通信网络主要有485 总线网、现场总线网和工业以太网3 种，各种网络在现场运行中各有特点：485 总线在现场设备间距离远，信息量小，可靠程度相对较低的场合应用广泛；现场总线在目前配电所综合自动化领域应用广泛，其较高的传输速率，可靠的通信连接得到用户的肯定。20 世纪90 年代中期，国内外曾掀起一场“现场总线热”，但是由于技术上的原因以及采用设备总线时信息量大且传输较慢的特点，造成了现场总线存在多种标准，阻碍了其发展。但随着现场对故障录波、负荷监测等大数据量需求的提高，以及随着新技术在综合自动化系统中的广泛应用以及嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已十分便利地应用于变电所综合自动化系统，以太网技术成为综合自动化系统组网的主流趋势，它具有高可靠、高速率的传输特性，而规约的标准化及开放性使其优势更加明显，大数据量传输无任何瓶颈，因此建议在设计中采用以太网结构进行组网。

从以上分析也可以看出随着计算机技术、网络技术和通信技术等高科技在配电所领域的综合应用，配电所综合自动化技术得到了迅速发展，并得到了广泛应用。电力专业不再是单一行业，因此，设计人员要学习掌握各种技术才能为铁路事业的发展作出自己的贡献。

2.3 相关消防问题探讨

采用保护装置分散式布置，微机保护设备安装在高压开关柜上，布置于高压室，而有电子设备的高压室的消防要求则未见明确规范。在《铁路电力设计规范》中第5.4.2 条关于控制保护设备可采用就地分散布置的条文为新增条文，同书中仅在5.5.10 中要求“变配电所的火灾报警及灭火装置应满足现行消防规范”。故保护装置分散布置后的高压室的消防要求成为空白。

结合工程实际，笔者认为有条件的情况下，还是应该考虑在保护控制设备分散布置的高压室设置气体灭火系统，在相关规定暂时未明确的情况下，建议先在高压室设置火灾报警系统，布置相应感温感烟探测器，以便在出现状况时能够报警。

3 结束语

随着国家对基本建设和改造工程投资的不断加大，铁路变配电所的改扩建项目也越来越多，如何谨慎积极地采用新技术、如何实现优化设计、如何全面提高铁路变配电所的技术水平和运营维护水平，提高供电质量和经济效益是设计者关注的重点。上述是在数条长大干线设计过程中遇到的相关问题的思考以及解决办法的探讨，笔者从设计及运行的角度提出上述看法，欢迎指正。

[1] TB10008-2006 铁路电力设计规范[S].北京：中国铁道出版社.

[2] TB10063-2007 铁路工程设计防火规范[S].北京：中国铁道出版社.