武广、郑西客运专线低压配电控制方案分析

核心提示：武广、郑西客运专线是国内较早的客运专线，高铁客专的特殊性要求其低压供电必须安全可靠、反应快速,采用人工手动控制方式已经不能满足配电控制要求，因而自动化程度较高的PLC和RTU被运用到低压配电控制中，高铁客运专线一般均为四路进线，……摘 要 武广、郑西客运专线是国内较早的客运专线，高铁客专的特殊性要求其低压供电必须安全可靠、反应快速,采用人工手动控制方式已经不能满足配电控制要求，因而自动化程度较高的 PLC和RTU被运用到低压配电控制中，高铁客运专线一般均为四路进线，主要供电模式有以下两种：①联合供电模式，武广线主要采用该模式；②独立供电模式：郑西线主要采用该模式；此两种模式均采用PLC联动控制实现电源的自动投切；当PLC或相关输入、输出设备出现故障时，辅助远动控制可大大提高系统的可靠性，远动控制方式主要有以下两种：①PLC远动控制方式；②RTU远动控制方式，武广、郑西前期均采用PLC远动控制方式；后期全部更改为RTU远动控制方式；文章将对武广、郑西线的两种供电模式和两种远动控制方式的低压配电方案进行简要分析。
关键词 PLC RTU 手动控制 自动投切 联动控制 远动控制
１　前言
近年来，高铁客运专线得到了快速发展，一方面其承担的客运任务越来越重，另一方面高铁客运专线自动化程度越来越高；采用完善的低压配电方案保障高铁设备的可靠供电，真正实现变电所的无人值守，保障旅客的生命财产安全，降低运营维护成本已势在必行。
武广、郑西客运专线已投运多年，目前运营情况良好，其低压柜由鑫龙电器公司生产，主要控制方式包括：①就地手动控制；②ＰＬＣ联动控制；③ＲＴＵ远动控制。前期运营阶段车站联动和远动控制均采用ＰＬＣ实现，如果ＰＬＣ出现故障，联动和远动均受到影响，整个系统可靠性降低；经过与设计院、运营单位的共同商定，进行了控制方案的改进（联动采用ＰＬＣ，远动采用ＲＴＵ），系统可靠性大大提高，笔者有幸参与了控制方案的改进和系统的编程调试，现将改进前后的几种方案做简单分析，希望对于后续高铁客专的低压配电生产商和相关部门有所借鉴。
２ 高铁客运专线供电和负载特点
高铁客运专线供电可靠性保证的主要设备包括联动ＰＬＣ和远动ＲＴＵ，要想真正做到轨道交通供电的高可靠性和无人值守，一方面，选择完善的供电模式，当部分电源异常时采用电源联动ＰＬＣ快速地进行电源投切，保障客运专线的重要负荷供电是关键，另一方面，当电源联动ＰＬＣ或部分输入、输出设备出现故障时，应能快速地从联动控制投入到ＲＴＵ远动控制，充分保障客运专线的重要负荷快速供电。
２．１ 供电电源
高铁客运专线因其供电的重要性，一般分为四路进线；其中两路电源取自车站变电所，命名为车站电源一和车站电源二；另两路电源分别取自相邻的两个车站变电所，命名为一级贯通电源和综合贯通电源。
２．２ 负载类型
为保证在紧急情况下对某些负荷优先保证供电，须对站内负荷按重要程度进行分类，分为重要负荷和次重要负荷。
重要负荷：信号、通信、售票广播、所用电、消防中心、公安电源、应急照明等。
次重要负荷：电化远动、综合信息、电梯、层间空调、消防泵、消防炮泵、喷淋泵、风冷热泵、出站照明、广告照明、配套照明、二级负荷：电化开关、小间空调、站场照明等。
２．３ 负载供电特点
（1）重要负荷供电
设置主、备两路电源通过双电源切换装置自动进行切换，主电源引自Ⅲ段母线，备用电源引自Ⅳ段母线，因而Ⅲ段或Ⅳ段母线只要有一段母线有电即可保障重要负荷的供电，具体模式图1、图2.
（2）次重要负荷供电
一部分负荷取自Ⅰ段母线，一部分负荷取自Ⅱ段母线，正常时（车站电源一和车站电源二都有电），１ＱＦ和２ＱＦ断路器合上，３ＱＦ断路器分断；当任一车站电源失电时，联动ＰＬＣ可自动分断该进线断路器，合上主母联，以保障Ⅰ段母线和Ⅱ段母线上的次重要负荷供电，具体情况见图1、图2.
３ 高铁客运专线低压配电供电模式及联动ＰＬＣ工作方式介绍
高铁客运专线一般均为四路进线，主要供电模式有以下两种：①联合供电模式（见图1），武广线主要采用该模式；②独立供电模式（见图2），郑西线主要采用该模式。
３．１ 联合供电模式
联合供电模式主接线图见图1，系统共设１～７ＱＦ　７台断路器，系统配置一套联动ＰＬＣ及输入、输出设备对７台断路器进行联动控制，实现４路电源的自动投切，以满足重要负荷和次重要负荷的供电要求。
联动ＰＬＣ工作方式：因贯通电源量有限，只能用作重要负荷电源供电，因而４ＱＦ和５ＱＦ不能同时处于合位，６ＱＦ和７ＱＦ也相同。
其重要负荷有以下４种供电方式：
（１）车站两路进线电源正常时１ＱＦ和２ＱＦ合上，３ＱＦ分断；可合５ＱＦ和７ＱＦ，分４ＱＦ，６ＱＦ；重要负荷主用电源取自车站电源一，重要负荷备用电源取自车站电源二。
　　（２）当两路贯通电源正常时，无论车站两路电源是否正常，可分５ＱＦ和７ＱＦ，合４ＱＦ，６ＱＦ；重要负荷主用电源取自一级贯通，重要负荷备用电源取自综合贯通电源。
　　（３）当一级贯通电源和Ⅱ段母线电源正常时，分５ＱＦ合４ＱＦ，分６ＱＦ合７ＱＦ；重要负荷主用电源取自一级贯通，重要负荷备用电源取自车站电源。
　　（４）当综合贯通电源和Ⅰ段母线电源正常时，分７ＱＦ合６ＱＦ，分４ＱＦ合５ＱＦ；重要负荷主用电源取自Ⅰ段母线，重要负荷备用电源取自综合贯通电源。
次重要负荷有以下两种供电方式：
（１）车站两路进线电源正常时１ＱＦ和２ＱＦ合上，３ＱＦ分断；Ⅰ段母线次重要负荷电源取自车站电源一，Ⅱ段母线次重要负荷电源取自车站电源二。
　　（２）车站两路进线电源一路异常时，该路进线断路器分断，３ＱＦ合上；Ⅰ段母线和Ⅱ段母线上的次重要负荷均取自正常的车站进线电源。
　　上述重要和次重要负荷供电方式均可通过就地手动、ＰＬＣ联动和ＲＴＵ远动来实现，ＰＬＣ联动时，对于重要负荷供电的４~７ＱＦ断路器实现失电ＰＬＣ自投、来电ＲＴＵ远动恢复。
两路贯通电源引自相邻的两个车站，同时失电的可能性相对与本站的两路进线电源同时失电的几率小，因而正常工作模式推荐选择模式２，或３或４.
方案特点：
该重要负荷采用四路电源联动投切，与图2的独立供电模式相比系统供电的可靠性更高。
　　缺点：因增加了５ＱＦ和７ＱＦ母联，并需对１~７ＱＦ设置一套电源联动ＰＬＣ进行控制，主回路及控制回路设备增多，一、二次接线原理相对较复杂，柜间跨线较多，备自投调试和维护较复杂。
３．2 独立供电模式
独立供电模式主接线图见图2，系统共设１～３ＱＦ，４ＱＦ，６ＱＦ　５台断路器，系统配置的一套联动ＰＬＣ及输入、输出设备对１~３ＱＦ断路器进行联动控制，实现车站两路电源的自动投切，以满足次重要的供电要求。重要负荷的供电与联动ＰＬＣ无关，直接由两路贯通电源供电。
联动ＰＬＣ工作方式：
　　重要负荷主用电源取自一级贯通，重要负荷备用电源取自综合贯通电源，只要有一路贯通电源正常，即可保障重要负荷供电，与联动ＰＬＣ无关。
　　次重要负荷供电与联合供电方式相同，有联动ＰＬＣ实现。
此方案特点：
　　Ⅰ段和Ⅲ段母线、Ⅱ段和Ⅳ段母线间未设置母联，仅需对１~３ＱＦ设置一套电源联动ＰＬＣ实现次重要负荷联动功能，ＰＬＣ 控制设备及一、二次接线简单，调试和维护方便。
　　缺点：当两路贯通电源同时出现故障时，重要负荷会失去供电，相对于联合供电模式，可靠性有所降低。
４ 高铁客运专线低压配电远动控制方案介绍
当ＰＬＣ或输入输出设备出现异常，ＰＬＣ联动不能正常工作时，为增强高铁客运专线的可靠性，可增加远动控制方式，远动控制方式主要有两种：①ＲＴＵ远动控制；②ＰＬＣ远动控制，武广、郑西前期均采用ＰＬＣ远动控制；后期全部更改为ＲＴＵ远动控制。
４．１　ＲＴＵ远动控制方式
以武广线为例，ＲＴＵ远动控制方式见图3，该控制方式，保留联动ＰＬＣ，远动采用ＲＴＵ，增加了ＲＴＵ对断路器的遥信采集和断路器的遥控操作。
　　优点：ＰＬＣ联动与ＲＴＵ远动并联，肯定起到后备作用，系统的可靠性得到大幅度提高。
　　缺点：增加ＲＴＵ遥信和遥控，控制线路相对于ＰＬＣ远动方式复杂。
　　适用场所：该方案适用无人值守的高可靠性供电要求场所。
４．２　ＰＬＣ远动控制方式
以武广线为例，ＰＬＣ远动控制方式如图4所示，该控制方式，联动和远动均采用ＰＬＣ，实现对１~７ＱＦ断路器的联动或遥控操作。
优点：ＰＬＣ遥控利用ＰＬＣ联动控制线路和设备，只是通过ＰＬＣ软件编程和ＰＬＣ通讯实现，接线和控制设备相对简单，系统维护方便。
缺点：当ＰＬＣ本体或相应的输入、输出设备出现故障时，联动和远动可能出现同时对断路器不能执行自动和远方操作，只能采用就地人工操作，因而配电的快速响应和可靠性能与ＲＴＵ远动方式比较相对较弱。
适用场所：该方案适用负载供电要求可靠但需有人值守的场所。
因此，武广、郑西线考虑到高铁对供电的特殊要求和无人值守，最终采用ＰＬＣ联动辅以ＲＴＵ远动控制方式，正常时采用联动控制，当因ＰＬＣ本体或输入、输出设备出现故障，备自投不能正常投切时，监控后台会及时接收到告警信号，提醒操作人员退出联动模式或直接进行ＲＴＵ远动控制各个断路器的合分，提高了整个系统的供电可靠性。