解决方案：铁路电力远动系统组网方式的探讨
单位：大秦铁路股份有限公司太原供电段作者：杨凤霞
近年来，随着我国铁路自动化水平的不断发展，远动系统广泛应用于铁路10kV电力系统中，提高了铁路电力自动化装备水平，为铁路运输秩序提供了优质的技术支撑和物质保障。
1、电力远动系统组成及特点
电力远动系统由调度端、远动通道、被控端三个部分组成。其中远动通道是实现调度端和被控端之间相互联系的纽带，远动通道的通畅与否直接影响远动系统能否正常使用。
铁路电力远动系统的特点：（1）电力系统设备除了配置在配电室内，还有很多电力设备沿线路分布；（2）电力系统远程终端数量大，每个远程终端采集量较少，但总数大；（3）电力系统中的开关设备遥控频率低，更侧重于遥信遥测和故障类型及故障区段的判定，要求遥信量大，采集精度高，而对遥控频度要求低。
2、太原供电段管内普速电力远动系统的组网方式
2.1、协议转换器点对点方式
太原南站枢纽现配置2座配电室、7座箱变；太中银线配置4座配电室均配置远动系统，其组网方式为"协议转换器点对点"的方式。被控端设备连接情况：被控端设备通过网线将信号传输到通信管理机或RTU上，再通过网线连接到协议转换器上，为匹配从通信机房配置的两兆光纤接口，协议转换器将网线接口转换为两兆光纤接口，从而完成网线与两兆线之间的转换；调度主站连接方式：通信机房配置两兆光纤一端接到调度机房，一端接到协议转换器上转换为网线接口，通过网线连接到交换机传到调度机房服务器主机，再通过显示器、操作键盘完成对被控端设备的遥测遥信遥控。调度端与被控端配套同样的协议转换器，协议转换器之间确立了一一对应关系，故称为"协议转换器点对点"方式。
2.2、协议转换器挂接方式
吕临支线电力箱变远动采用的协议转换器挂接的组网方式。这种组网的设备连接情况是：整个网络从受控端最远处到调度端有两条通信主通道，被控端将信号通过网线传输到RTU上，RTU再通过网线连接到协议转换器上，协议转换器将网线接口转换为光纤接口，完成网线与光纤之间的转换，把信号传输到主通道上，通过主通道返回调度端。光纤从主通道接引下来，网络上的每处被控端都是直通主通道。
2.3、协议转换器环网方式
韩原线电力箱变远动系统组网采用"协议转换器环网"的组网方式。这种组网方式被控端数量有限，规定不大于10个，各被控端数据采集单元是RTU，RTU与被控设备之间是网线传输，每处有两个协议转换器。第一处被控端RTU采集的数据通过网线连接于其中一个协议转换器上，自通信机房配置的两兆光纤接于协议转换器两兆接口上，从而完成RTU采集信号到通信机房的传输，调度端配置对应的协议转换器，这样第一处被控端信号就传输到调度端。第一处被控端另一个协议转换器，与下一个协议转换器串接，并与第二处被控端连接。第二处被控端设备信号同样通过RTU采集，同样配置两个协议转换器，一个用于传输本被控端设备信号，另一个协议用于往下传输信号，以此类推，直至最后一处被控端。最后一处被控端设备将传输信号送回调度端，调度端同样配置接受协议转换器，这样就组成了一个"环形"数据传输网络，第一处和最后一处被控端互为"环头"和"环尾"，调度端有两个协议转换器分别与"环头"和"环尾"协议转换器相对应。
2.4、路由器环网方式
太兴线电力箱变远动系统采用路由器环网的组网方式。这种组网方式与"协议转换器环网"方式类似，被控端是一个一个被串联起来的，与"协议转换器环网"不同的是接口装置不一样，协议转换器改为路由器，而且每处被控端设有一个路由器。因为路由器本身网络接口多，功能比协议转换器强大。
3、组网方式的比较
3.1、协议转换器点对点方式
这种组网方式是各个被控端到调度端都是一条单独的通道，不存在资源共享所带来的通道竞争的问题，多个被控端可同时直接与调度端直接通信。这种通道组网方式的缺点是，要求调度端通信节点的可靠性要高，而且每个被控端均拥有一条独立的通道，所以通道资源占用较多。
3.2、协议转换器挂接方式
该通道组网方式特点是被控端到调度端共用一条通信通道，实现了通道资源的共享，节省通道资源，每个被控端同时接受调度端下发的命令，通过站地址来判断是否为本站信息，是则接受，不是则拒绝。该方式的缺点是，如果主通道某处发生故障，整个网络系统的通信都有可能受到影响，因此这种组网方式对主通道的要求比较高。
3.3、协议转换器/路由器环网方式
这两种组网方式运行均为两个通道，头尾都能相互转换，每处被控端双向传输，一条通道一旦发生问题，保证信号可以通过另一条通道传输，但是协议转换器只是简单的接口转换设备，不能长时间用于传输，遇有协议转化器不工作，影响此处及以后设备的远动信号传输，如另外一端设备同时或先后发生问题，中间被控端处于死胡同，信号将没有通道可传输。这种通道组网方式信息传输还会有一定程度的延时，通信接口设备增加；路由器环网组网方式仅在上述组网方式的基础上，减少了一个接口设备，但接口设备接口多。
3.4、协议转换器与路由器的区别
协议转换器种类繁多，多数为2层设备，电力远动系统采用的是一种RAD的协议转换器，它是将两兆的E1线路转换成双绞以太网，借助2M通信线路拓展局域网范围的远程接入和扩大。
在电力自动化系统中，无论被控端RTU还是调度端的通信接口设备多采用电接口，铁路通信系统采用的是光纤通道，均配置了相应的光电转换设备，将光接口转变为电接口。
路由器的功能是实现数据在不同网段间的传输，同时也可以实现广域通信接口与以太网接口间的转换，克服了交换机不能向其他网段路由转发数据包的不足。
协议转换器的功能是用来架设网路的链接，而路由器不仅具备网路架设功能，还用来完成数据的交换。
4、组网方式运行情况
以2015年1月-2016年1月各铁路线别由于接口装置损坏引起的通道中断故障为例，对以下组网方式运行情况进行比较。
从表中可以看出，协议转换器环网的方式是最不稳定的组网方式，故障率较高。各线别远动设备，如箱变的RTU、配电室的通信单元等，设备采用的通信接口各不相同，各种通信结构的协议不兼容，使得网络之间的操作和信息交换难以进行。采用协议转换器连接成环形，每处被控端多用一个协议转换器，增加设备接口，过多的接口容易引起接口传输不畅，接点多了，发生故障的几率就大，而协议转换器点对点的组网方式故障率低。
结论：综上所述，电力远动系统应根据设备的不同来选择组网方式，配电室远动系统选择"协议转换器点对点"组网方式为佳，这样即能保证各配电室与调度端之间数据传输量大，具备单独的通信通道，相互之间互不干扰；箱变远动系统，按其沿线分布的特点，且采集数量小，采用"协议转换器挂接"或"路由器环网"的组网方式更为可靠安全。
参考文献：
[1]陈奇志，王保国.铁路供电调度自动化与信息化[D].中国铁道出版社，2013.
[2]翟纯玉.铁路电力自动化技术.中国铁道出版社，2006.
[3]俞建中.电力系统通信[D].西南交通大学，2004.
[4]陈小川.铁路供电继电保护与自动化[D].中国铁道出版社，2010.
[5]叶世勋.现代电网控制与信息化.中国水利水电出版社，2004年.
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邓云川
中铁第二勘察设计院集团有限公司电化院总工程师
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何正友
西南交通大学电气工程学院副院长