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摘要：二次系统设计对于电气化铁路的安全性和稳定性具有重要的意义。本文结合电气化铁路综合自动化系统的结构提出了一套牵引变电所二次系统设计的思路。
关键词：牵引变电所；二次系统；思路
引言：
随着电气化铁道事业的不断发展，对综合自动化程度的要求也越来越高，近期设计的铁路电气化所亭已经全部实现了无人值班。而二次系统是综合自动化的关键组成部分，它主要包括所内交、直流系统、测量系统、控制系统、信号系统、保护系统、监测系统、通信系统等。如何遵循一定的思路，合理、有效地完成二次系统的设计是本文讨论的重点。下面以电气化铁路中的牵引变电所为例，对二次系统的设计分为五个阶段进行探讨：
第一阶段：综合自动化系统结构及功能的二次系统设计
电气化牵引变电所综合自动化系统采用分层分布式网络结构，由调度层、站控层、间隔层和设备层组成（如图一）
1.调度层
调度层是运营单位的调度中心，大量实时信息通过远动通道传送到调度中心，调度人员根据所传信息掌握牵引变电所的运行状态并能及时处理事故。
二次设计中需要确定调度层的通道类型、组网方式。
2.站控层
站控层主要包含牵引变电所二次控制室内的通信设备，综合自动化系统采集到的信息通过站控层上传至调度中心。
二次设计中首先需要明确各通信设备之间的接口类型，目前较常采用的是RJ-45或RS-232/485标准接口；另外，电气化铁道中接触网开关的远动控制、交直流屏系统的远动控制以及其他需上传远动的信息量往往也需要通过综自系统的远动通道一并纳入调度中心，设计中需预留；最后需要注意的是，站控层的通道及接口类型必须与调度层保持统一。
3.间隔层
间隔层由牵引变电所的保护测控模块所组成，每个模块集测量、保护、控制、通信等功能为一体，实现数据的采集、保护和信息传输功能。[1] 一般间隔层的配置包括主变压器保护测控装置、馈线保护测控装置、并补/动补保护测控装置、综合测控装置、备自投装置等。
二次设计中间隔层各装置必须满足以下要求：
① 主变压器保护测控装置需具备差动保护、非电量保护、高压侧过流保护、零序过流保护、低压侧过流保护、过负荷保护等功能。
② 馈线保护测控装置需具备距离保护、电流速断保护、过流保护、电流增量保护、二次谐波闭锁、失压保护、自动重合闸等功能。
③ 并补/动补保护测控装置需具备电流速断保护、过流保护、谐波过流保护、差电流保护、差电压保护、过电压、欠电压等保护功能。
④ 综合测控装置需具备遥测、遥信、遥控等功能。
⑤ 备自投装置需具备分别以进线备自投方式和变压器备自投方式实现自投的功能。
4.设备层
设备层主要是指牵引變电所中除综自设备以外的操作机构设备，其中包括室外及室内的高压设备及其测量器件。
二次系统设计中，必须仔细阅读设备层操作机构设备的产品说明书，了解其机构的二次控制回路原理，确保其设计满足技术规格书要求。
综合自动化系统结构及功能设计阶段需要达到的结果有两个：
①明确综合自动化系统的结构；
②熟悉综自设备以及操作机构设备的控制原理，并确定其是否满足设计要求；不满足设计要求的设备需要求制造方调整，并及时提供调整后的资料。
该阶段的设计为牵引变电所二次系统的设计提供了校核后的设计资料以及全局性的设计思路。
第二阶段：110kV/220kV高压侧二次系统设计
1. 高压侧电压互感器、电流互感器的二次系统设计
高压侧电压互感器、电流互感器的设计需满足TB10009-2005《铁路电力牵引供电设计规范》的要求。
其中高压侧电流互感器差动线圈的接线类型需根据变压器的类型来确定。目前牵引变电所较常采用的变压器有单相变压器、单相V/V接线变压器、平衡变压器等。单相变压器、单相V/V接线变压器高压侧流互差动线圈采用星形接线，平衡变压器高压侧流互差动线圈则采用三角形接线。
2. 高压侧主变非电量保护二次系统设计
报警信号：温度I段、轻瓦斯、油位异常；
跳闸信号：温度II段、重瓦斯、压力释放；
可选配件：主变温湿度显示仪（装于二次控制内）、主变电动调压开关。
3. 高压侧操作机构的二次系统设计
电源及控制回路：包括控制电源回路、电机电源回路、加热电源回路、合闸回路、分闸回路。在上一阶段的设计中已经熟悉了综自系统及操作机构的控制原理，电源及控制回路的设计需根据其控制原理选择正确的接口，合理的处理间隔层与设备层的对接。当接口间的电压、电流限值不匹配时，需要对设备做相应调整。
闭锁回路：根据主接线的形式，各高压操作机构之间需要符合一定闭锁关系。
输入、输出量：常见的输入、输出量有分/合闸信号、就地/远方信号、控制电源故障信号、电机电源故障信号、加热电源故障信号、断路器储能/未储能信号、断路器压力报警/压力闭锁信号、操作故障信号、电机运转信号等。可根据综自系统的功能和运行方的要求选用。
第三阶段：27.5kV低压侧馈出回路二次系统设计
1. 低压侧电压互感器、电流互感器的二次系统设计
低压侧电压互感器、电流互感器的设计需满足TB10009-2005《铁路电力牵引供电设计规范》的要求。低压侧流互采用星形接线。
2.低压侧操作机构的二次系统设计
电源及控制回路：设计原则同高压侧操作机构的二次系统设计。
闭锁回路：设计原则同高压侧操作机构的二次系统设计。
输入、输出量：常见的输入、输出量有分/合闸信号、就地/远方信号、控制电源故障信号、电机电源故障信号、加热电源故障信号、断路器储能/未储能信号、气室压力异常信号（GIS开关柜式断路器）、手车试验位置/运行位置信号（手车式断路器）、操作故障信号、电机运转信号等。可根据综自系统的功能和运行方的要求选用。
第四阶段：27.5kV低压侧并联补偿/动态补偿二次系统设计
1. 并联补偿的二次系统设计
并联补偿是指在27.5kV低压侧接入并联电容器、并联电抗器或静止补偿器，以补偿系统的无功功率和维持系统的电压水平的措施。二次设计原则与低压侧二次设计原则类似，需要注意的是当并联补偿采用带油箱的电容器时，还需增加电容器的非电量保护。
2. 动态补偿的二次系统设计
当采用固定并联电容补偿装置不能满足功率因数要求时，宜设动态无功补偿装置[2]。TCR+FC型动态无功补偿装置能够快速跟随负载的变化提供需补的无功容量，实现功率因数无级自动调节，还能补偿一定的谐波电流[3]。对于动态补偿的二次设计需要注意TCR支路和FC支路之间的闭锁。
第五阶段：交、直流系统设计
牵引变电所分别从所内27.5kV母线和所外10kV电力线路引入两回进线，通过三相或单相所用变压器降压至380/220V后供交流盘使用。由于所用变压器的种类不同，目前常见的交流盘接线方式有两种：一种是单相所用变和三相所用变的组合形式，该方式目前采用两段单相220V和一段三相380/220V交流母线的接线方式；另一种是两个三相所用变的组合形式，该方式则采用常规的两段380/220V交流母线的接线方式。直流盘由交流盘引入两回进线通过整流装置为直流盘供电。
交、直流系统的设计需要依据本专业以及其他专业对设备要求进行。重要回路可以采用环网供电，设计中要注意环网两端的供电回路必须同相，且开关额定电流相同。
结束语
二次系统标准化设计一直是一个热点问题。虽然目前电气化铁路中二次系统的设计还没有形成一个统一的标准，但遵循同一个思路完成不同牵引变电所的二次系统设计必然也会提高效率，同时保证设计质量。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：牵引变电所；二次系统；思路
引言：
随着电气化铁道事业的不断发展，对综合自动化程度的要求也越来越高，近期设计的铁路电气化所亭已经全部实现了无人值班。而二次系统是综合自动化的关键组成部分，它主要包括所内交、直流系统、测量系统、控制系统、信号系统、保护系统、监测系统、通信系统等。如何遵循一定的思路，合理、有效地完成二次系统的设计是本文讨论的重点。下面以电气化铁路中的牵引变电所为例，对二次系统的设计分为五个阶段进行探讨：
第一阶段：综合自动化系统结构及功能的二次系统设计
电气化牵引变电所综合自动化系统采用分层分布式网络结构，由调度层、站控层、间隔层和设备层组成（如图一）
1.调度层
调度层是运营单位的调度中心，大量实时信息通过远动通道传送到调度中心，调度人员根据所传信息掌握牵引变电所的运行状态并能及时处理事故。
二次设计中需要确定调度层的通道类型、组网方式。
2.站控层
站控层主要包含牵引变电所二次控制室内的通信设备，综合自动化系统采集到的信息通过站控层上传至调度中心。
二次设计中首先需要明确各通信设备之间的接口类型，目前较常采用的是RJ-45或RS-232/485标准接口；另外，电气化铁道中接触网开关的远动控制、交直流屏系统的远动控制以及其他需上传远动的信息量往往也需要通过综自系统的远动通道一并纳入调度中心，设计中需预留；最后需要注意的是，站控层的通道及接口类型必须与调度层保持统一。
3.间隔层
间隔层由牵引变电所的保护测控模块所组成，每个模块集测量、保护、控制、通信等功能为一体，实现数据的采集、保护和信息传输功能。[1] 一般间隔层的配置包括主变压器保护测控装置、馈线保护测控装置、并补/动补保护测控装置、综合测控装置、备自投装置等。
二次设计中间隔层各装置必须满足以下要求：
① 主变压器保护测控装置需具备差动保护、非电量保护、高压侧过流保护、零序过流保护、低压侧过流保护、过负荷保护等功能。
② 馈线保护测控装置需具备距离保护、电流速断保护、过流保护、电流增量保护、二次谐波闭锁、失压保护、自动重合闸等功能。
③ 并补/动补保护测控装置需具备电流速断保护、过流保护、谐波过流保护、差电流保护、差电压保护、过电压、欠电压等保护功能。
④ 综合测控装置需具备遥测、遥信、遥控等功能。
⑤ 备自投装置需具备分别以进线备自投方式和变压器备自投方式实现自投的功能。
4.设备层
设备层主要是指牵引變电所中除综自设备以外的操作机构设备，其中包括室外及室内的高压设备及其测量器件。
二次系统设计中，必须仔细阅读设备层操作机构设备的产品说明书，了解其机构的二次控制回路原理，确保其设计满足技术规格书要求。
综合自动化系统结构及功能设计阶段需要达到的结果有两个：
①明确综合自动化系统的结构；
②熟悉综自设备以及操作机构设备的控制原理，并确定其是否满足设计要求；不满足设计要求的设备需要求制造方调整，并及时提供调整后的资料。
该阶段的设计为牵引变电所二次系统的设计提供了校核后的设计资料以及全局性的设计思路。
第二阶段：110kV/220kV高压侧二次系统设计
1. 高压侧电压互感器、电流互感器的二次系统设计
高压侧电压互感器、电流互感器的设计需满足TB10009-2005《铁路电力牵引供电设计规范》的要求。
其中高压侧电流互感器差动线圈的接线类型需根据变压器的类型来确定。目前牵引变电所较常采用的变压器有单相变压器、单相V/V接线变压器、平衡变压器等。单相变压器、单相V/V接线变压器高压侧流互差动线圈采用星形接线，平衡变压器高压侧流互差动线圈则采用三角形接线。
2. 高压侧主变非电量保护二次系统设计
报警信号：温度I段、轻瓦斯、油位异常；
跳闸信号：温度II段、重瓦斯、压力释放；
可选配件：主变温湿度显示仪（装于二次控制内）、主变电动调压开关。
3. 高压侧操作机构的二次系统设计
电源及控制回路：包括控制电源回路、电机电源回路、加热电源回路、合闸回路、分闸回路。在上一阶段的设计中已经熟悉了综自系统及操作机构的控制原理，电源及控制回路的设计需根据其控制原理选择正确的接口，合理的处理间隔层与设备层的对接。当接口间的电压、电流限值不匹配时，需要对设备做相应调整。
闭锁回路：根据主接线的形式，各高压操作机构之间需要符合一定闭锁关系。
输入、输出量：常见的输入、输出量有分/合闸信号、就地/远方信号、控制电源故障信号、电机电源故障信号、加热电源故障信号、断路器储能/未储能信号、断路器压力报警/压力闭锁信号、操作故障信号、电机运转信号等。可根据综自系统的功能和运行方的要求选用。
第三阶段：27.5kV低压侧馈出回路二次系统设计
1. 低压侧电压互感器、电流互感器的二次系统设计
低压侧电压互感器、电流互感器的设计需满足TB10009-2005《铁路电力牵引供电设计规范》的要求。低压侧流互采用星形接线。
2.低压侧操作机构的二次系统设计
电源及控制回路：设计原则同高压侧操作机构的二次系统设计。
闭锁回路：设计原则同高压侧操作机构的二次系统设计。
输入、输出量：常见的输入、输出量有分/合闸信号、就地/远方信号、控制电源故障信号、电机电源故障信号、加热电源故障信号、断路器储能/未储能信号、气室压力异常信号（GIS开关柜式断路器）、手车试验位置/运行位置信号（手车式断路器）、操作故障信号、电机运转信号等。可根据综自系统的功能和运行方的要求选用。
第四阶段：27.5kV低压侧并联补偿/动态补偿二次系统设计
1. 并联补偿的二次系统设计
并联补偿是指在27.5kV低压侧接入并联电容器、并联电抗器或静止补偿器，以补偿系统的无功功率和维持系统的电压水平的措施。二次设计原则与低压侧二次设计原则类似，需要注意的是当并联补偿采用带油箱的电容器时，还需增加电容器的非电量保护。
2. 动态补偿的二次系统设计
当采用固定并联电容补偿装置不能满足功率因数要求时，宜设动态无功补偿装置[2]。TCR+FC型动态无功补偿装置能够快速跟随负载的变化提供需补的无功容量，实现功率因数无级自动调节，还能补偿一定的谐波电流[3]。对于动态补偿的二次设计需要注意TCR支路和FC支路之间的闭锁。
第五阶段：交、直流系统设计
牵引变电所分别从所内27.5kV母线和所外10kV电力线路引入两回进线，通过三相或单相所用变压器降压至380/220V后供交流盘使用。由于所用变压器的种类不同，目前常见的交流盘接线方式有两种：一种是单相所用变和三相所用变的组合形式，该方式目前采用两段单相220V和一段三相380/220V交流母线的接线方式；另一种是两个三相所用变的组合形式，该方式则采用常规的两段380/220V交流母线的接线方式。直流盘由交流盘引入两回进线通过整流装置为直流盘供电。
交、直流系统的设计需要依据本专业以及其他专业对设备要求进行。重要回路可以采用环网供电，设计中要注意环网两端的供电回路必须同相，且开关额定电流相同。
结束语
二次系统标准化设计一直是一个热点问题。虽然目前电气化铁路中二次系统的设计还没有形成一个统一的标准，但遵循同一个思路完成不同牵引变电所的二次系统设计必然也会提高效率，同时保证设计质量。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。