鐵路FTU的防雷解決方案
一、鐵路電力貫通線/自閉線簡介
鐵路供電系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：一是為鐵路行車提供電源的牽引供電系統(tǒng)，由接觸網(wǎng)承擔(dān)電能輸送任務(wù)，將27.5kV的電壓輸送給電力機(jī)車，為列車提供牽引動(dòng)力；二是承擔(dān)牽引供電以外所有鐵路負(fù)荷的供電任務(wù)（簡稱鐵路供電系統(tǒng)），由沿鐵路沿線假設(shè)的貫通線和自閉線為包括信號系統(tǒng)、生產(chǎn)、車站、供水系統(tǒng)以及生活等鐵路用電負(fù)荷提供電能，電壓等級為10kV，其供電可靠性不僅直接影響鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行，還關(guān)系到很多鐵路職能部門的正常工作。貫通線/自閉線運(yùn)行方式如圖1。
圖1 鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)行方式
自閉線只供自動(dòng)閉塞信號負(fù)荷，為一級負(fù)荷；貫通線所供負(fù)荷對象比較廣泛即鐵路沿線各相關(guān)部門的用電負(fù)荷，通常為二、三級負(fù)荷。通常貫通線作為自閉線的備用電源，即對自閉信號用電而言，自閉線為主供電源，貫通線為備供電源；但自閉線不能作為貫通線所供負(fù)荷的備用電源，否則，會(huì)影響自閉供電的可靠性。
一般情況下，鐵路10KV自閉貫通電源電力線路的長度為40KM左右。同一個(gè)
供電臂的自閉和貫通線路一般由兩個(gè)配電所分別供電。比如說上行側(cè)的配電所主
供電自閉線路，則貫通線路應(yīng)該由下行側(cè)的配電所主供。兩相鄰的配電所對自閉
貫通線路的供電是一個(gè)所主供，一個(gè)所備供。
二、FTU簡介
FTU是“配電自動(dòng)化終端”的簡稱，也稱“饋線終端設(shè)備”，其在配電系統(tǒng)中的主要作用是采集就地的交流測量量（如電壓、電流、功率等）和狀態(tài)量（如開關(guān)位置、儲能情況等），以及執(zhí)行遙控命令（如跳、合開關(guān)）。配電自動(dòng)化中段廣泛適用于10kV配電線路中，可對負(fù)荷開關(guān)、分段器、環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)等進(jìn)行監(jiān)控。FTU可以直接掛裝在室外電線柱上，可用于單線控制，也可以用于同桿架設(shè)的雙線控制。
(1)遙信功能。FTU應(yīng)能對柱上開關(guān)的當(dāng)前位置、通信是否正常、儲能完成情況等重要狀態(tài)量進(jìn)行采集。若FTU自身有微機(jī)繼電保護(hù)功能的話，還應(yīng)對保護(hù)動(dòng)作情況進(jìn)行遙信。
(2)遙測功能。FTU應(yīng)能采集線路的電壓、開關(guān)經(jīng)歷的負(fù)荷電流和有功功率、無功功率等模擬量。一般線路的故障電流遠(yuǎn)大于正常負(fù)荷電流，要采集故障信息必須能適應(yīng)輸入電流較大的動(dòng)態(tài)變化范圍。測量故障電流是為了進(jìn)行繼電保護(hù)和判斷故障區(qū)段，因此對測量精度要求不高，但要求響應(yīng)速度快，而且要濾出基波信號，一般采用全波或半波傅氏算法；測量正常運(yùn)行情況下的電流對測量精度有很高要求，但響應(yīng)可以慢些，并且要求的電流有效值是一種平均的概念，一般采用均方根算法。因此用于保護(hù)的數(shù)據(jù)和用于測量的數(shù)據(jù)一般不能共享，而必須分別獨(dú)立采集，并且應(yīng)分別取自保護(hù)TA和測量TA繞組，而目前國產(chǎn)的10kV真空開關(guān)一般只有一套保護(hù)TA，這是不能滿足要求的。FTU一般還應(yīng)對電源電壓及蓄電池剩余容量進(jìn)行監(jiān)視。
(3)遙控功能。FTU應(yīng)能接受遠(yuǎn)方命令控制柱上開關(guān)合閘和跳閘，以及起動(dòng)儲能過程等。
(4)統(tǒng)計(jì)功能。FTU還應(yīng)能對開關(guān)的動(dòng)作次數(shù)和動(dòng)作時(shí)間及累計(jì)切斷電流的水平進(jìn)行監(jiān)視。
(5)對時(shí)功能。FTU應(yīng)能接受主系統(tǒng)的對時(shí)命令，以便和系統(tǒng)時(shí)鐘保持一致。
(6)事件順序記錄(SOE)。記錄狀態(tài)量發(fā)生變化的時(shí)刻和先后順序。
(7)事故記錄。記錄事故發(fā)生時(shí)的最大故障電流和事故前一段時(shí)間(一般是Imin)的平均負(fù)荷，以便分析事故，確立故障區(qū)段，并為恢復(fù)健全區(qū)段供電時(shí)進(jìn)行負(fù)荷重新分配提供依據(jù)。
(8)定值遠(yuǎn)方修改和召喚定值。為了能夠在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)地起動(dòng)事故記錄等過程，必須對FTU進(jìn)行整定，并且整定值應(yīng)能隨著配網(wǎng)運(yùn)行方式的改變而自適應(yīng)。為此，應(yīng)使FTU能接收DAS控制中心的指定修改定值，并使DAS控制中心可以隨時(shí)召喚FTU的當(dāng)前整定值。
(9)自檢和自恢復(fù)功能。FTU應(yīng)具有自檢測功能，并在設(shè)備自身故障時(shí)及時(shí)告警；FTU應(yīng)具有可靠的自恢復(fù)功能，一旦受干擾造成死機(jī)，則通過監(jiān)視定時(shí)器(WDT)重新復(fù)位系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
(10)遠(yuǎn)方控制閉鎖與手動(dòng)操作功能。在檢修線路或開關(guān)時(shí)，相應(yīng)的FTU應(yīng)能具有遠(yuǎn)方控制閉鎖的功能，以確保操作的安全性，避免誤操作造成的惡性事故。同時(shí)，F(xiàn)TU應(yīng)能提供手動(dòng)合閘／跳閘按鈕，以備當(dāng)通道出現(xiàn)故障時(shí)能進(jìn)行手動(dòng)操作，避免上桿直接操作開關(guān)。
(11)遠(yuǎn)程通信功能。FTU具有遠(yuǎn)程通信功能，只需提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232或RS485接口就能和各種通信傳輸設(shè)備(DCE)相連，重要問題是FTU的通信規(guī)約，這面臨著標(biāo)準(zhǔn)化的迫切需要。典型應(yīng)用見圖2.
圖2 FTU應(yīng)用典型組網(wǎng)圖
三、鐵路電力貫通線/自閉線的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)
鐵路電力貫通線路沿鐵路狹長分布，供電距離長，環(huán)境惡劣，事故多發(fā)，特別是遇到山區(qū)、叢林及河網(wǎng)地帶，交通十分不便。一旦線路發(fā)生故障，故障點(diǎn)查找和維修都十分困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，恢復(fù)供電時(shí)間長，嚴(yán)重影響供電可靠性。改變這種狀況的主要途徑就是在改善依次設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，特別是采用電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)和自閉/貫通線路自動(dòng)化技術(shù)，正常情況下，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)及線路的自動(dòng)監(jiān)視和控制；故障時(shí)，能夠自動(dòng)檢測故障和自動(dòng)確定故障位置，通過線路分段實(shí)現(xiàn)故障線段自動(dòng)隔離，非故障線段快速恢復(fù)供電，縮小停電范圍，減少停電時(shí)間，提高供電可靠性，以滿足列車安全、可靠、高效運(yùn)行的需要。
鐵路電力貫通線路的遠(yuǎn)動(dòng)，就是將較長的電力供電線路用開關(guān)進(jìn)行分段（一般以車站為單位），然后每臺分段開關(guān)安裝開關(guān)監(jiān)控器（FTU,FeederTer-minalUnit），由FTU對開關(guān)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，與調(diào)度主站配合完成線路故障檢測、故障定位、故障線段自動(dòng)隔離以及非故障線段的快速恢復(fù)供電等功能。圖3為遠(yuǎn)動(dòng)控制的示意圖。
圖3 遠(yuǎn)動(dòng)控制方式
四、FTU的防雷措施
鐵路系統(tǒng)配電自動(dòng)化終端FTU安裝在室外線桿上，周圍電磁環(huán)境比較惡劣，由于室外走線線路較長，無論傳到雷電流還是感應(yīng)雷電流都比較大，因此需要在其內(nèi)部加裝浪涌保護(hù)器來進(jìn)行雷電防護(hù)，保證FTU及整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)在雷雨天氣仍然能夠安全運(yùn)行。綜合考慮安裝位置和周圍環(huán)境，選擇加裝的浪涌保護(hù)器型號為JLSP-400/80/2P,見圖4。
圖4 SPD加裝位置示意圖
