鐵路FTU的防雷解決方案

一、鐵路電力貫通線/自閉線簡介

鐵路供電系統分為兩個部分：一是為鐵路行車提供電源的牽引供電系統，由接觸網承擔電能輸送任務，將27.5kV的電壓輸送給電力機車，為列車提供牽引動力；二是承擔牽引供電以外所有鐵路負荷的供電任務（簡稱鐵路供電系統），由沿鐵路沿線假設的貫通線和自閉線為包括信號系統、生產、車站、供水系統以及生活等鐵路用電負荷提供電能，電壓等級為10kV，其供電可靠性不僅直接影響鐵路運輸系統的正常安全運行，還關系到很多鐵路職能部門的正常工作。貫通線/自閉線運行方式如圖1。

圖1 鐵路供電系統運行方式

自閉線只供自動閉塞信號負荷，為一級負荷；貫通線所供負荷對象比較廣泛即鐵路沿線各相關部門的用電負荷，通常為二、三級負荷。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荷的備用電源，否則，會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

供電臂的自閉和貫通線路一般由兩個配電所分別供電。比如說上行側的配電所主

供電自閉線路，則貫通線路應該由下行側的配電所主供。兩相鄰的配電所對自閉

貫通線路的供電是一個所主供，一個所備供。

二、FTU簡介

    FTU是“配電自動化終端”的簡稱，也稱“饋線終端設備”，其在配電系統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）和狀態量（如開關位置、儲能情況等），以及執行遙控命令（如跳、合開關）。配電自動化中段廣泛適用于10kV配電線路中，可對負荷開關、分段器、環網聯絡開關等進行監控。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的雙線控制。

(1)遙信功能。FTU應能對柱上開關的當前位置、通信是否正常、儲能完成情況等重要狀態量進行采集。若FTU自身有微機繼電保護功能的話，還應對保護動作情況進行遙信。

(2)遙測功能。FTU應能采集線路的電壓、開關經歷的負荷電流和有功功率、無功功率等模擬量。一般線路的故障電流遠大于正常負荷電流，要采集故障信息必須能適應輸入電流較大的動態變化范圍。測量故障電流是為了進行繼電保護和判斷故障區段，因此對測量精度要求不高，但要求響應速度快，而且要濾出基波信號，一般采用全波或半波傅氏算法；測量正常運行情況下的電流對測量精度有很高要求，但響應可以慢些，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。因此用于保護的數據和用于測量的數據一般不能共享，而必須分別獨立采集，并且應分別取自保護TA和測量TA繞組，而目前國產的10kV真空開關一般只有一套保護TA，這是不能滿足要求的。FTU一般還應對電源電壓及蓄電池剩余容量進行監視。

(3)遙控功能。FTU應能接受遠方命令控制柱上開關合閘和跳閘，以及起動儲能過程等。

(4)統計功能。FTU還應能對開關的動作次數和動作時間及累計切斷電流的水平進行監視。

(5)對時功能。FTU應能接受主系統的對時命令，以便和系統時鐘保持一致。

(6)事件順序記錄(SOE)。記錄狀態量發生變化的時刻和先后順序。

(7)事故記錄。記錄事故發生時的最大故障電流和事故前一段時間(一般是Imin)的平均負荷，以便分析事故，確立故障區段，并為恢復健全區段供電時進行負荷重新分配提供依據。

(8)定值遠方修改和召喚定值。為了能夠在故障發生時及時地起動事故記錄等過程，必須對FTU進行整定，并且整定值應能隨著配網運行方式的改變而自適應。為此，應使FTU能接收DAS控制中心的指定修改定值，并使DAS控制中心可以隨時召喚FTU的當前整定值。

(9)自檢和自恢復功能。FTU應具有自檢測功能，并在設備自身故障時及時告警；FTU應具有可靠的自恢復功能，一旦受干擾造成死機，則通過監視定時器(WDT)重新復位系統恢復正常運行。

(10)遠方控制閉鎖與手動操作功能。在檢修線路或開關時，相應的FTU應能具有遠方控制閉鎖的功能，以確保操作的安全性，避免誤操作造成的惡性事故。同時，FTU應能提供手動合閘／跳閘按鈕，以備當通道出現故障時能進行手動操作，避免上桿直接操作開關。

(11)遠程通信功能。FTU具有遠程通信功能，只需提供標準的RS232或RS485接口就能和各種通信傳輸設備(DCE)相連，重要問題是FTU的通信規約，這面臨著標準化的迫切需要。典型應用見圖2.

圖2 FTU應用典型組網圖

三、鐵路電力貫通線/自閉線的遠動系統

    鐵路電力貫通線路沿鐵路狹長分布，供電距離長，環境惡劣，事故多發，特別是遇到山區、叢林及河網地帶，交通十分不便。一旦線路發生故障，故障點查找和維修都十分困難，勞動強度大，恢復供電時間長，嚴重影響供電可靠性。改變這種狀況的主要途徑就是在改善依次設備產品質量的基礎上，提高現有電力系統的自動化水平，特別是采用電力遠動技術和自閉/貫通線路自動化技術，正常情況下，實現電力系統及線路的自動監視和控制；故障時，能夠自動檢測故障和自動確定故障位置，通過線路分段實現故障線段自動隔離，非故障線段快速恢復供電，縮小停電范圍，減少停電時間，提高供電可靠性，以滿足列車安全、可靠、高效運行的需要。

   鐵路電力貫通線路的遠動，就是將較長的電力供電線路用開關進行分段（一般以車站為單位），然后每臺分段開關安裝開關監控器（FTU,FeederTer-minalUnit），由FTU對開關設備進行自動化監控，與調度主站配合完成線路故障檢測、故障定位、故障線段自動隔離以及非故障線段的快速恢復供電等功能。圖3為遠動控制的示意圖。

圖3 遠動控制方式

四、FTU的防雷措施

鐵路系統配電自動化終端FTU安裝在室外線桿上，周圍電磁環境比較惡劣，由于室外走線線路較長，無論傳到雷電流還是感應雷電流都比較大，因此需要在其內部加裝浪涌保護器來進行雷電防護，保證FTU及整個配電自動化系統在雷雨天氣仍然能夠安全運行。綜合考慮安裝位置和周圍環境，選擇加裝的浪涌保護器型號為JLSP-400/80/2P,見圖4。

                                                                                                                                                                                               圖4 SPD加裝位置示意圖