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【摘 要】伴随高速电气化铁路的快速发展，铁路供电可靠性已成为铁路系统管理水平和安全生产的重要标志。电气化铁路开闭所的合理设置，可以提高铁路供电正常运行及调度指挥的灵活性。有了一定数量的开闭所，就可以灵活地进行供电方式的调整，做到设备检修时线路不停电。当发生设备故障时，开闭所可发挥其操作灵活的优势，迅速隔离故障设备单元，使停电范围缩减至最小，保证铁路供电的可靠性和不间断性，极力保障铁路正常的运输秩序。
【关键词】高速铁路 开闭所 供电方式 可靠性
【分类号】U225
1 .高速铁路开闭所的作用
开闭所的主要作用是提高供电的可靠性和缩小事故停电范围。高速铁路发生故障或需要停电检修时，停电范围太大。因此，在供电臂中间需要设置开闭所，将供电臂分段，缩小停电范围，将对铁路运输的影响降到最低。开闭所是电气化铁路的重要组成部分，其自动化程度的高低，直接反映了综合自动化的水平。开闭所综合自动化就是对所内设备进行测量、保护、控制及信息的远程传输，采用微机化产品，并充分利用微机数字通信的优势实现数据共享。这些自动化技术的实现，对于掌握系统的实时运行情况、提高系统的安全可靠性，都有很大价值，最终将大大提高上级变电所和接触网的运行管理水平，促进电气化铁路的蓬勃发展。
2 铁路开闭所的分析与设计
2.1 铁路开闭所与变电所的分析比较
开闭所与变电所都是电气化铁路的重要组成部分，在电能的输送、分配过程中起着重要作用。它们都是在计算机技术、数据通信技术基础上发展起来的，都是集保护、测量、监控、远动于一体，替代了常规的保护、仪表、中央信号系统等二次设备，实现了操作监视屏幕化。开闭所由于没有变压器，在微机保护方面，就不会涉及变压器保护，数据采集中也就没有了与变压器相关的各种状态量或模拟量的采集。从功能方面讲，开闭所比变电所要简单一些，一次设备上开闭所的设置相对简单，其一般结构应至少有两路进线。
2.2 开闭所主接线的设计依据
开闭所的电气主接线是开闭所电气设计的首要部分，也是构成配电网的重要环节。开闭所主接线的确定与配网及开闭所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置布置有较大影响。因此，必须全面分析开闭所在配网中的地位、用途及配网规划等因素，通过技术经济比较，合理确定其接线方案。
开闭所接入系统方案是开闭所接入系统时，应考虑其供给电源的配电线路能否承担接入开闭所所增加的负荷，按其在配电网中的功能分为环网性开闭所和终端型开闭所，开闭所的规模应根据配电网的规划、设备及负荷增长情况和电网结构等因素进行选择。
2.3 开闭所主接线设计的基本要求
2.3.1 可靠性：可靠性是配电网安全运行的基本要求，主接线首先应满足这个要求。即进线开关检修时，尽量减少对设备供电的影响；开关或母线故障及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分负荷的供电，尽量避免开闭所全停的可能性。
2.3.2 灵活性：主接线应满足调整，检修及扩建的灵活性，供电调度可以灵活的投入和切除线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、特殊运行方式下的要求。检修时可以方便的停运开关、母线等设备，而不致影响配电网的运行和对设备的供电。
2.3.3经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
3 开闭所的二次接线
3.1 二次接线的基本概念
供变电系统中，对一次设备进行控制、保护、监察和测量的低压、弱电设备通称为二次设备。二次设备按一定顺序相互连接而成的电路成为二次电路，也称二次接线。二次接线描述二次电气设备的外部接线和接线原理，主要包括：监视测量回路、控制合闸回路、信号回路、保护回路、远动装置回路。以上这几部分共同构成一个完整体系，设计时必须统一进行，保持其完整性。
3.2 二次设备的布置
开闭所的二次设备布置方式有集中布置和分散布置两种。集中布置是将开闭所中所有的控制、保护和自动装置，都集中布置在控制室内。分散布置是除了在主控制室布置继电保护装置和自动装置外，还将部分二次设备分散到各配电装置。
3.2.1二次设备集中布置的优点是：控制、信号、测量等系统之间的联系电缆较短，运行人员对这些设备的监视、维护方便。集中布置的缺点是：控制电缆用量大，电缆敷设费用高，电流、电压互感器二次回路负担重，测量误差大。
3.2.2二次设备分散布置的优点是：能减小主控室的建筑面积和控制电缆的用量及电缆敷设的费用，减轻电流、电压互感器二次回路的负担，提高测量精确度。分散布置的缺点是：二次设备分散布置，给监视和维护带来不便，控制、信号回路接线较复杂。近年来由于采用了计算机监控、微机保护等新技术，给二次设备的分散布置提供了更为有利的条件。二次设备分散布置已逐步被运行人员接受，并成为开闭所推广采用的新技术方案。
4 馈线测控保护论述
4.1 馈线测量和控制
为了保障开闭所供电运行的可靠性与经济性，以及准确、有效地监视各种电气设备的运行状况，在开闭所的二次设备中，设置有各种监视性和计量性的仪表。测量仪表一般都装设在控制室的控制、信号及计量的盘面上，主要是对各种电气设备的运行状况和供电质量进行监视性的测量，如电压表、电流表、功率因数表等，还有就是对开闭所各种经济性指标进行的测量，如有功，无功电度表等。
馈线控制回路主要是针对断路器和隔离开关的控制，可分为远方控制和就地控制两种。控制回路不仅能利用控制开关进行手动合、分闸的操作，而且还要满足用继电保护和自动装置实现自动合、分闸操作的要求。应有反映断路器处于合闸或分闸状态的位置信号，并在自动装置或继电保护动作使断路器合、分闸后，有区别于手动操作的不同信号。
4.2 馈线保护的主保护
输电线路最主要的电气参数是阻抗，线路越长，阻抗越大：线路越短，阻抗越小。因此，测量阻抗就是测量距离。当故障发生在保护安装处近端时，短路残压很低，短路电流很大，测量阻抗很小；当故障发生在远端时，短路电压较高，短路电流较小，测量阻抗较大。据此可在保证选择性的条件下，通过动作定值的整定，确定保护范围。在馈线保护中，将距离保护设定为主保护方式。距离保护由阻抗测量元件、启动元件和逻辑电路构成。现代距离保护多采用向第四象限偏移的四边形动作特性，在躲振荡和反应过渡电阻能力方面比圆动作特性具有明显的优点。
4.3 馈线保护的后备保护
距离保护为了躲过线路的最大负荷，所以整定值一般比较小，当线路接地电阻较大时，保护就无法动作，降低了供电系统的可靠性。因此在牵引网中除了距离保护作为主保护外，还需要一些后备保护来构成完整的保护系统。电流增量保护、过电流保护、过负荷保护、一次重合闸、PT断线检测等作为后备保护，来更好地实现继电保护的功能。
5.结语
本文紧密结合高速铁路设计与运行的实际情况，论述了开闭所的产生背景及其一、二次主接线的设计原则，并讨论了开闭所电气量的测量、控制和保护，使开闭所长期安全可靠地运行。在事故情况下，开闭所最大限度地缩小停电范围，缩短停电时间，增强电气化铁路的供电可靠性，保障高速铁路的正常运输秩序，实现高速铁路的安全生产。
参考文献
[1] 李警路.电路分析.北京：中国铁道出版社，2000.
[2] 贺威俊，高仕斌，张淑琴等.电力牵引供变电技术，2000.
[3] 铁路电力牵引供电设计规范.北京：中国铁道出版社，1999.
[4] 郑皆得 林功平 配网开闭所监控的一种新模式，电力系统自动化，1999.
[5] 盛寿麟 电力系统远程监控原理，北京：中国电力出版社，1997.
【关键词】高速铁路 开闭所 供电方式 可靠性
【分类号】U225
1 .高速铁路开闭所的作用
开闭所的主要作用是提高供电的可靠性和缩小事故停电范围。高速铁路发生故障或需要停电检修时，停电范围太大。因此，在供电臂中间需要设置开闭所，将供电臂分段，缩小停电范围，将对铁路运输的影响降到最低。开闭所是电气化铁路的重要组成部分，其自动化程度的高低，直接反映了综合自动化的水平。开闭所综合自动化就是对所内设备进行测量、保护、控制及信息的远程传输，采用微机化产品，并充分利用微机数字通信的优势实现数据共享。这些自动化技术的实现，对于掌握系统的实时运行情况、提高系统的安全可靠性，都有很大价值，最终将大大提高上级变电所和接触网的运行管理水平，促进电气化铁路的蓬勃发展。
2 铁路开闭所的分析与设计
2.1 铁路开闭所与变电所的分析比较
开闭所与变电所都是电气化铁路的重要组成部分，在电能的输送、分配过程中起着重要作用。它们都是在计算机技术、数据通信技术基础上发展起来的，都是集保护、测量、监控、远动于一体，替代了常规的保护、仪表、中央信号系统等二次设备，实现了操作监视屏幕化。开闭所由于没有变压器，在微机保护方面，就不会涉及变压器保护，数据采集中也就没有了与变压器相关的各种状态量或模拟量的采集。从功能方面讲，开闭所比变电所要简单一些，一次设备上开闭所的设置相对简单，其一般结构应至少有两路进线。
2.2 开闭所主接线的设计依据
开闭所的电气主接线是开闭所电气设计的首要部分，也是构成配电网的重要环节。开闭所主接线的确定与配网及开闭所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置布置有较大影响。因此，必须全面分析开闭所在配网中的地位、用途及配网规划等因素，通过技术经济比较，合理确定其接线方案。
开闭所接入系统方案是开闭所接入系统时，应考虑其供给电源的配电线路能否承担接入开闭所所增加的负荷，按其在配电网中的功能分为环网性开闭所和终端型开闭所，开闭所的规模应根据配电网的规划、设备及负荷增长情况和电网结构等因素进行选择。
2.3 开闭所主接线设计的基本要求
2.3.1 可靠性：可靠性是配电网安全运行的基本要求，主接线首先应满足这个要求。即进线开关检修时，尽量减少对设备供电的影响；开关或母线故障及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分负荷的供电，尽量避免开闭所全停的可能性。
2.3.2 灵活性：主接线应满足调整，检修及扩建的灵活性，供电调度可以灵活的投入和切除线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、特殊运行方式下的要求。检修时可以方便的停运开关、母线等设备，而不致影响配电网的运行和对设备的供电。
2.3.3经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
3 开闭所的二次接线
3.1 二次接线的基本概念
供变电系统中，对一次设备进行控制、保护、监察和测量的低压、弱电设备通称为二次设备。二次设备按一定顺序相互连接而成的电路成为二次电路，也称二次接线。二次接线描述二次电气设备的外部接线和接线原理，主要包括：监视测量回路、控制合闸回路、信号回路、保护回路、远动装置回路。以上这几部分共同构成一个完整体系，设计时必须统一进行，保持其完整性。
3.2 二次设备的布置
开闭所的二次设备布置方式有集中布置和分散布置两种。集中布置是将开闭所中所有的控制、保护和自动装置，都集中布置在控制室内。分散布置是除了在主控制室布置继电保护装置和自动装置外，还将部分二次设备分散到各配电装置。
3.2.1二次设备集中布置的优点是：控制、信号、测量等系统之间的联系电缆较短，运行人员对这些设备的监视、维护方便。集中布置的缺点是：控制电缆用量大，电缆敷设费用高，电流、电压互感器二次回路负担重，测量误差大。
3.2.2二次设备分散布置的优点是：能减小主控室的建筑面积和控制电缆的用量及电缆敷设的费用，减轻电流、电压互感器二次回路的负担，提高测量精确度。分散布置的缺点是：二次设备分散布置，给监视和维护带来不便，控制、信号回路接线较复杂。近年来由于采用了计算机监控、微机保护等新技术，给二次设备的分散布置提供了更为有利的条件。二次设备分散布置已逐步被运行人员接受，并成为开闭所推广采用的新技术方案。
4 馈线测控保护论述
4.1 馈线测量和控制
为了保障开闭所供电运行的可靠性与经济性，以及准确、有效地监视各种电气设备的运行状况，在开闭所的二次设备中，设置有各种监视性和计量性的仪表。测量仪表一般都装设在控制室的控制、信号及计量的盘面上，主要是对各种电气设备的运行状况和供电质量进行监视性的测量，如电压表、电流表、功率因数表等，还有就是对开闭所各种经济性指标进行的测量，如有功，无功电度表等。
馈线控制回路主要是针对断路器和隔离开关的控制，可分为远方控制和就地控制两种。控制回路不仅能利用控制开关进行手动合、分闸的操作，而且还要满足用继电保护和自动装置实现自动合、分闸操作的要求。应有反映断路器处于合闸或分闸状态的位置信号，并在自动装置或继电保护动作使断路器合、分闸后，有区别于手动操作的不同信号。
4.2 馈线保护的主保护
输电线路最主要的电气参数是阻抗，线路越长，阻抗越大：线路越短，阻抗越小。因此，测量阻抗就是测量距离。当故障发生在保护安装处近端时，短路残压很低，短路电流很大，测量阻抗很小；当故障发生在远端时，短路电压较高，短路电流较小，测量阻抗较大。据此可在保证选择性的条件下，通过动作定值的整定，确定保护范围。在馈线保护中，将距离保护设定为主保护方式。距离保护由阻抗测量元件、启动元件和逻辑电路构成。现代距离保护多采用向第四象限偏移的四边形动作特性，在躲振荡和反应过渡电阻能力方面比圆动作特性具有明显的优点。
4.3 馈线保护的后备保护
距离保护为了躲过线路的最大负荷，所以整定值一般比较小，当线路接地电阻较大时，保护就无法动作，降低了供电系统的可靠性。因此在牵引网中除了距离保护作为主保护外，还需要一些后备保护来构成完整的保护系统。电流增量保护、过电流保护、过负荷保护、一次重合闸、PT断线检测等作为后备保护，来更好地实现继电保护的功能。
5.结语
本文紧密结合高速铁路设计与运行的实际情况，论述了开闭所的产生背景及其一、二次主接线的设计原则，并讨论了开闭所电气量的测量、控制和保护，使开闭所长期安全可靠地运行。在事故情况下，开闭所最大限度地缩小停电范围，缩短停电时间，增强电气化铁路的供电可靠性，保障高速铁路的正常运输秩序，实现高速铁路的安全生产。
参考文献
[1] 李警路.电路分析.北京：中国铁道出版社，2000.
[2] 贺威俊，高仕斌，张淑琴等.电力牵引供变电技术，2000.
[3] 铁路电力牵引供电设计规范.北京：中国铁道出版社，1999.
[4] 郑皆得 林功平 配网开闭所监控的一种新模式，电力系统自动化，1999.
[5] 盛寿麟 电力系统远程监控原理，北京：中国电力出版社，1997.