1.3.1 电能的产生

德国铁路通过12座水力发电站和热电厂以及10座变流所生产和自备单相16.7Hz牵引电能。于2000年底用于集中牵引供电网的装机容量达到2588MW，其中热电厂占57%，水力发电站占14%，集中式旋转变流设备占24%以及静态变流设备占5%。特别值得提及的是在内卡威斯海姆的第一公共核电厂内的最大16.7Hz单相交流发电机的容量为187.5MVA， 其功率因数为COS＝0.83。同样无与伦比的是为平衡牵引供电网出现负荷高峰而在朗根卜劳采腾建设的抽水蓄能电站，它有两台均为75MW的16.7Hz单相交流发电机。另外在分散式牵引供电网区域的分散式旋转变流所 (DRCS) 的装机容量为608MW。在分散式变流所中以10MVA的额定功率用同步-同步变流方式产生16.7Hz电能。因此，在分散式旋转变流所中借助这种变流设备把频率由50Hz转换成16.7Hz，并同时把三相电能转换成单相牵引电能。

1.3.2 电能传输和接触网供电

在发电之后，16.7Hz的电能通过经由110kV架空线的德国铁路牵引电网进行传输，至2000年的年底，德国铁路110kV架空线路网长度总共有7409km，并向161座牵引变电所供电。通过在哈尔廷根 (Haltingen) 和兴根 (Singen) 处的3台耦合变压器与瑞士联邦铁路 (SBB) 的132kV牵引电网在斯台道尔夫 (Steindorf) 和兹尔 (Zirl) 直接与奥地利联邦铁路 (OBB) 的110kV牵引电网联网。德国110kV架空线路网为电力牵引运输提供最佳能源并确保可靠供电。因为该网作为带接地灭弧线圈电网运行，电流为100A的12个消弧线圈可补偿线路的全部电容。

110kV架空线路的一部分沿着德国铁路的干线铁路通往各个分别作为带双母线的中心

图1.10 德国铁路接触网供电示意图

变电所或简单组合式变电所(见第1.3.3节)。图1.10为这种线路供电方式的例子。

1.3.3 德国铁路的16.7Hz标准变电所

1.3.3.1 标准变电所的功能和种类

按照标准规定，变电所设有开关、控制、测量、保护信号装置以及必要的互感器。用它可以按要求切断和连通电路，以及迅速和有选择地切断故障设备，或者为维修任务切断某些电路。

在德国铁路16.7Hz单相交流15kV的牵引变电所、开闭所和分区所均按照DB 995规程设计和施工。

德国铁路标准牵引变电所规定为无人值班，并由带有标准接口，可根据功能要求以单元形式选型和组装的标准部件组成。　标准适用于以下设施：

—带有110kV设备和15kV设备的变电所 (SS);

—带有110kV设备的高压开关站;

—带有15kV设备的开闭所 (SP);

—带有15kV断路器的分区所 (CP)。

德国铁路的变电所把16.7Hz牵引电网的110kV标称电压降至接触网的15kV标称电压，并将牵引电能分配给各条馈线。

没有变压器的开关站用作110kV牵引供电线路的连接和分路。

开闭所连接多条线路接触网以及馈电线，并以15kV电压向单边供电接触区段供电。

分区所连接两个供电臂，尤其适用于变电所间距很大或者出于保护技术原因以及单边供电区段很长的情况。

德国铁路所保存的牵引变电所设计手册成为规划和建造不同类型牵引变电所的主要依据。所规范的标准化接口使不同生产厂家生产相同设备和设备的不断地开发成为可能。它包含大量的设计文件和线路图，这是规划、设计和建造所有标准牵引变电所的基础！

第一代标准变电所设备还包括压缩空气断路器以及绝大部分机械式继电器的控制、报警和保护技术。在20世纪80年代初采用的15kV真空断路器和电子信息处理和保护系统，设备体积的缩小和大幅度降低的建造和维护费用等为第二代变电所设备的显著特征[1.10]。

1.3.3.2 110kV户外设备

根据运行要求，德国铁路规程955以及标准规范规定了110kV设备的构成，主要包括：

—有双母线，两个纵向隔断和一个连接装置的110kV设备;

—有单母线和两个纵向隔断的110kV设备;

—组合式变电所用整体运行的110kV设备。

每个变电所均由多条回路构成，例如牵引供电回路，变压器，纵向隔断回路或集成回路，这些回路根据当地条件要求从多种回路标准型号中选择。图1.11为组合式变电所的典型总接线图，而图1.12是其平面布置图。带单母线或双母线的牵引变电所在变压器回路和牵引架空接触网回路中都配备有断路器，而德国铁路的组合式变电所在牵引架空接触网回路的出线处不设置断路器。

图1.11 组合式变电所的110kV主接线图

这种简化变电所作为在设备齐全的中心变电所之间的变电所使用，当其牵引接触网回路，包括组合式变电所附近接触网发生故障时其断路功能由中心变电所接触网回路的断路器承担。

有关电气、机械和几何结构的标准适用于断路器和隔离开关、互感器、变压器和接地线圈。并要求不同生产厂家的同类装置具有匹配性和互换性。

图1.12 组合式变电所平面布置图

在牵引变电所和高压开关站中，进线架空电力线路的单个系统回路与标准架设的AC-SR(钢芯铝绞线)300/50单导线或集束导线和所外导线L₁和L₃连接，并通过架空电力线支路与AL/st300/50或A1/st 1045/45工作母线连接 (图1.12)。架空电力线在分段支柱或垂直悬挂的架空电力线路的终端支柱上下锚，接着与带有接地开关 (Q8) 的双极旋转式隔离开关 (Q9) 连接 (图1.11)，它与所有第二代标准变电所中的隔离开关一样均通过可靠的60V直流驱动。

双极断路器(Q0) 含有作为灭弧介质的SF₆气体和装有电机-弹簧蓄能式压缩空气驱动装置。有单极充油组合仪用互感器(T5) 用来测量电流和电压。

采用ONAN冷却方式的户外移动型15MVA单相油浸变压器(图1.12) 作为电源变压器(T10)。这种变压器配有特定的行程限制装置，用于防止每年约150次短路后的绕组松动[1.4]。　变压器与大地绝缘并通过碰壳保护互感器接地，另外它装有电流互感器 (T1)。

带双母线的变电所设有母线隔离开关 (Q1，Q2)，用于母线的更换，母线纵向隔离开关 (Q11，Q21，Q12，Q22) 与本身带有的一个或两个接地开关 (Q15-Q17，Q25-Q27) 连接。带有接地开关 (Q15，Q16) 的母线隔离开关 (Q11) 在一个系统供电回路断电时可以连通另一个回路继续向变压器馈电。隔离开关极位布置取决于设备方案，纵向布置时极位之间距离为2800mm或者3000mm，并列布置断开方向相反时，极位间距离为1400mm或者并列布置而同向断开时，极位间距离为2000mm或3000mm。

由于德国铁路的110kV电网是在谐振接地条件下运行，有选择地在变电所中设有带集成中性点的灭弧线圈，它采用带分级调节器的固定铁心线圈或用于频率控制作用的感应电流为10～100A的活动铁心线圈。为了通过牵引输电线路进行通信，在一些牵引变电所使用带扼流变压器和耦合电容器的高压载频装置(PLCT)。

所采用的接地网为95mm²的镀锌铜绞线并通过预留环与所有的钢结构及球形固定点连接。装在照明支柱上的避雷针及牵引输电回路支路和母线上的接地线用作防雷保护。1.3.3.3 15kV户内设备

标准中压户内设备的主要配置如下：

—有一条工作母线和一条测试母线及两个纵向分段的15kV设备;

—有一条工作母线和一条测试母线的15kV设备;

—有一条工作母线的15kV设备。

第一种方案为牵引变电所和开闭所的标准形式。如图1.13所示。

图1.13 牵引变电所15kV侧主接线图

基于一般情况复线接触网是横向并联的，每个供电臂和牵引变电所附近的车站通常均由单独的接触网馈线供电。所以在图1.13中所示设备有三条接触网馈线和通常一个变电所有两条变压器馈线。

由1或2×80×10mm的铜带构成的工作母线(OBB) 用作各个间隔回路的连接、电流的分配和电压的提供。如第1.3.3.6节所述，由50×5mm铜带构成的测试母线(TBB) 用于接触网和回流电压检测。两条母线根据间隔的双排布置设置成U形，为进行维修和排除故障可通过纵向隔离开关Q11，Q12和Q61，Q62，按相应测试设备将其分割成若干段。　变压器和馈线间隔设置在工作母线的两端。第三台变压器或车载式变电所在需要时连接在母线的中段。为提高变电所设备的利用率，作为供电备用的架空接触网间隔应同时接人工作母线的不同分段如接入车站所在的母线中段。测试母线的接线方案将在第1.3.3.6节与接触网自动检测装置一起描述。

15kV回路按照图1.14设置成中间有通道的两排钢结构隔断的间隔，采用坚固的钢门和防电弧的天花板。为检测15kV设备的短路情况，设备支架和钢结构与建筑物之间绝缘并通过一台变比为1000/1的电流互感器接地。设备代号，例如，K8表示柜子和接触网馈电间隔的数量 (见第1.3.3.7节)。

图1.14 K8型牵引变电所或开闭所的中压和二次侧技术设备的平面布置图

真空断路器(Q0) 由依据当地预期发生的20～50kA短路电流并按1600A或2000A额定电流选择的小车式开关和一个或两个真空管组成，并经过铜膨胀带与母线相连。断路器固有动作时间约为17ms [1.12]。在直流60V电源故障时，可由弹簧机械跳闸。

纵向分段隔离开关(Q11、Q12、Q61、Q62) 采用滑动式隔离开关，而测试回路隔离开关 (Q6) 则采用切换隔离开关。工作母线隔离开关 (Q1) 适用于1600A额定电流，接地隔离开关 (Q8) 则适合于短路时合闸。

标称电压为24kV的浇注树脂电流互感器(T1) 应用于主变压器、架空接触网和馈线支路。它们用于保护和测量电流的转换。为了测量设备支架的电流、变压器总电流和网栅接地极的电流，采用模压树脂绝缘的低压互感器，并将它们安装在牵引变电所的中性母线接线柜中 (图1.19和图1.20 )。以便快速地检测出某些装置的故障状态，如母线和架构之间发生的短路。在单母线分区所和开闭所中采用50VA电压互感器(T5)，配置于接触网供电回路和用于测量、纵向分段以及测试回路中。通过它们的输出信号，对架空接触网和母线的电压进行监控。在电压互感器前设置高压熔断器 (F1)。为限制接触网测试时的电流，在测试回路中采用了高压电阻器R1，高压熔断器 (F1，F2) 通过熔断信号对高压电阻器R1进行保护。

1.3.3.4 自用电的供给

德国铁路牵引变电所和开闭所自用电的供电原则是，根据设备在牵引运行中，保持开关设备功能的重要程度分为两组或三组。第一组包括在地方电源故障时需短时由独立的230/400V50Hz变压器供电的设备 (盘1)，如照明电力、插座和采暖设备; 第二组则为需持续用电的设备，如保护装置、SCADA以及通过整流器转换的DC60V直流电源设备等。自1996年以后，整流控制和蓄电池组监控已合为一个控制盘。

必要时，对需持续供电的设备如通信设备的载波调频装置PLCT、隔离开关和紧急中性段 (ENS) 等的230V电源，还可通过一个附加的交流230V/50Hz配电盘 (盘3) 提供保安电源。盘3则由60V直流保安电源 (盘2) 经直流/交流逆变器转换成AC230V电压。

图1.15 德国铁路牵引变电所和开闭所的自用电供给示意图

——每套设备均安装; ---—只有需要时才安装

分区所自用电供给较为特殊，可以通过自用电变压器将接触网的15kV电压降至所需要的电压并使用独立的整流器为蓄电池充电。

按照设备规模和DYN开关类别，10～40kVA容量的隔离变压器起保护和防干扰作用，并与50Hz的公共电网隔离。两组整流器通过两个独立的熔丝向两组60V蓄电池组供电，每个蓄电池组设计可供5h紧急用电之需。第二组整流器只有在第一组整流器故障解列后方可接入。

配电盘1还与附加备用发电机相连，当地方电源停电超过5h后，发电机应投入工作。

1.3.3.5 保护

分区所中装有唯一保护类装置——接触网保护装置。在开闭所中增加了通用保护。组合式变电所中还增加了变压器保护。所有其他牵引变电所装置如图1.16中所示的通用保护，以及接触网、变压器和牵引馈线保护。在高压开关站中仅使用架空输电线路保护。

通用保护装置具有以下三种保护功能。

—开闭所和牵引变电所内的母线保护： 当通过15kV设备支架和电流互感器支架的短路电流大于0.5kA(近似值) 时该装置立即动作，并通过主操作机构或备用操作机构断开牵引变电所内所有的15kV断路器以及110kV断路器。

1.16 德国铁路牵引变电所保护方案示意图

--—通过SCADA进行连接

—断路器监控： 当对架空接触网系统的断路器或架空牵引供电线路保护装置下达 “跳闸” 指令时该装置动作，可使最初启动的但在设定时间内未能跳闸的断路器跳闸。

—总电流监控： 在某一特定时间内，当总电流互感器所测量的电流超出整定值时，该装置会使所有的15kV断路器跳闸。

因此，通用保护装置可以提供非常重要的备用保护功能。

对架空供电线路保护装置，在第二代标准的16.7Hz变电所中采用了静态保护装置，而自1993年后新建设备则采用了数字保护装置。这种保护装置具有多个时间级别和校准的距离级别，多边形跳闸起动区域，高灵敏度的方向检测，进行短路线路的快速跳闸，故障点标定，接地继电器和自动重合闸。通过一系列光缆接口可以进行网络系统控制的信息交换，测量电路阻抗以检测网络的故障。一旦发现网络故障阻抗，则需进行角度测量，以决定短路状态下电能的流向。依据故障阻抗和测量的角度，在两个导线一大地环路上有低阻抗时通过一系列时间元件向断路器发出跳闸命令。用于测量大地短路的模拟瞬间接地故障继电器向保护继电器的二进制输出发出方向性和永久接地短路信号。在发生单相接地故障时，架空供电线路和相应的变电所还可连续运行一段时间 (约2h)。

在第二代标准变电所中安装了作为静态保护单元的变压器保护装置，亦于1995年安装了数字式保护单元。静态保护单元配备有带时限的大电流保护、测量变压器外壳接地电流的碰壳保护、有多重信号的瓦斯保护和主变压器电压抽头切换转换开关等。由于组合变电所未配备架空电力线路保护，在变压器继电保护中还增设了阻抗保护。在变压器数字保护单元中还设有差动保护、热过载保护及上述的数据储存设备。有关架空接触网保护装置的详细描述见第11.3节。

在中心变电所内的中心保护数据装置用来存储和传输所有数字式保护继电器和数据。

1.3.3.6 监视、控制和数据采集系统 (SCADA)

监视、控制和数据采集系统(SCADA) 是控制、自动化和信息处理和转换的中心系统，它符合标准AC 15 kV、16.7 Hz开关设备的牵引特定要求。它是于20世纪70年代中期作为报告和记录系统而被采用的，由此发展成为带数据显示技术的多功能变电所控制中心，其与钢轨网络的连接，如： 与15kV或110kV设备、自用电配电盘以及保护系统的连接是通过专门铺设的、柔韧的、带镀锡屏蔽层的，两端都接地的电缆并在充分考虑电磁兼容(EMC) 的基础上完成的。所有开关设备和电流互感器均直接连接，在15kV或110kV设备中没有使用附加的控制盘或电气柜。

SCADA设备由下列功能部分组成：

—当地控制;

—自动化组件;

—信号和测量数据处理;

—数字表监视和处理 (DMM);

—远动控制系统;

—闭锁

—执行。

当地控制于1993年以前还是在开关信息处理柜的面板上通过用执行操作按键并通过发光二极管输出运行信号来进行的。紧接着采用的数据显示技术通过视窗技术全图形显示TFT监视器。通过预操作选择开关装置并选择所需要的开关状态。在随后的命令输出的执行操作由附加的键盘予以保证。运行装置以规定的颜色进行显示，并在选定状态改变时不断闪烁。

众多附加功能，如保安、闭锁、存储、应答、责任者身份确认、故障报告清单、运行报告记录、总体询问、参数调整装置等使操作人员与信息处理设备 (SCADA) 之间进行人机对话。

下列自动装置保证无人值守的开关设备的自动运行，并减少操作人员的工作量：

—接触网自动检测装置 (ACLT);

—接触网反馈电压自动检测装置 (ACLRT);

—接触网自动重合闸装置 (ACLR);

—分相绝缘器事故自动调整装置 (AENS);

—15kV和110kV的自动同步装置 (ASD)。

接触网自动检测装置(ACLT) 在断路器合闸之前和每次接触网保护跳闸之后针对是否有短路对接触网供电臂进行检测。

为此，检测回路通过检测母线和检测隔离开关Q6在一定时间内与接触网连通 (见图1.11)。检测标准是检测回路中电压互感器T5上的电压。如果电压超过7～8kV，则可认为检测结果良好，断路器Q0将立即自动重合闸。当备用保护跳闸以及热保护跳闸时，将通过延迟合闸使接触网冷却下来。

出现不良检测结果时，即检测电压值低于设定的7～8kV阈值，拒绝重合闸，且传信号至主控制中心 (MCC)。这个自动过程排除了短路的重复出现并防止因大电流冲击引起设备损坏。整个接触网馈线的检测过程从保护跳闸始至断路器重合闸止，持续时间不到10s，并不影响铁路的正常运行。如果多条接触网馈线同时跳闸，检测将按照一定的顺序进行，由此可以使最重要的供电区段迅速重新恢复供电。

接触网反馈电压自动检测(ACLRT) 在得到接地隔离开关Q8合闸的命令时针对反馈电压对接触网回路进行检测。“反馈电压” 这个词的意思是： 当断路器跳闸后接触网系统可能存在的电压。为此，在检测回路自检后，在检测回路和接触网馈线的母线隔离开关Q1打开，电压互感器T5通过检测母线和检测隔离开关Q6与接触网馈线连通。如果被测电压低于事先考虑到相邻接触网或供电线的感应电压而整定的值，那么即为良好，接地隔离开关Q8自动合闸。此自动过程避免了接地隔离开关Q8接入短路电流。

接触网自动重合闸装置(ACLR) 用于无测试回路的标准变电所，在保护单元起动后使断路器Q0执行自动重合闸操作。再由相邻变电所对接触网进行测试后，通过预先设定的时限，恢复送电。

应急中性段自动化实现对德国铁路非集中供电系统的中性段隔离开关和电气信号的控制。将接触网电压重新接入应急中性段 (ENS) 的条件是相邻分散变流站间已通过母线实现联络。

自动同步装置(ASD) 在发出断路器合闸命令前检测同步状态。属于该项检测内容的有： 因不同线路负荷引起的允许电压差条件下的相位同步和波幅相同，以及在一侧出现无电情况时可允许的旁路供电条件。

信号和测量数据处理包括采集和处理全部标准化的运行信号(OS)，如断路器位置、故障信号、回路电流、母线电压和试验电压、无功和有功功率等。这些数据对无人值班变电所的运行和事故分析是必需的。测量数据的采集由测量互感器完成。数据处理包括扩展调整设备用以进行循环测量和拨号测量的数据、限值、阀值和补偿测量值波动的窗口。此外，数据处理还包括决定架空接触网回路干扰电流的计算法则和数字监控系统。

在德国西部铁路，所有牵引变电所、变流所和发电厂都装备了一种专用的数字计量传输装置，除计数器脉冲外，它还把110kV母线隔离开关和断路器的状态处理成为开关信息通过通道信号专用的远动线路传输给莱茵河畔的法兰克福电网中心调度所。

1994年后建成的装置将数字计量、数据监控和预处理纳入成套信息处理系统。这样通过可根据时间和设定值调整的数学法则对有功功率表和无功功率表输出的脉冲进行监控和处理，并以数分钟的时间隔将数据输入到信息处理系统的遥控模块。这种智能化的遥控系统以及信息处理系统将在第1.3.4.3节的电力系统控制中作详细介绍。

闭锁功能是在计算机和软件控制的基础上实现的。开关状态配备多信号监视并采用双信号实现相关的故障状态监视。为了避免出现闭锁错误，应严格限制每个回路只可同时控制一台开关。另外对有接地刀闸的110kV隔离开关和断路器在硬件上也要相互闭锁。

一方面老式的SCADA系统仍通过继电保护装置处理来自当地控制和远动控制系统以及60V等级的自动化装置的信号和命令，另一方面自采用数据显示控制技术后，信号输入和两极的命令输出均直接安排在计算机主板上并通过相关的具备相应绝缘性能的继电器或光电转换器实现。为了提高使用率和采用冗余结构，在信息处理系统中采用了多计算机系统配置，配备相应的当地控制、遥控和服务器接口。尤其重视对用户支持的参数调整工具和故障分析及快速更换损坏元件的方法。

1.3.3.7 建筑物和支持结构

用于容纳15kV变电设备和二次侧技术装置的标准化建筑物(图1.14) 是由带隔热层的预制件，即是说以夹层建筑方式，在带状基础和一块混凝土板上建造而成的。所有混凝土构件，包括预制房顶的钢筋都通过接地棒与基础的接地极连接，形成法拉第笼式结构。这种接地连线的短路电流负荷能力为40kA/s。基础接地在开闭所是通过主电位平衡导线和接地电缆，而在牵引变电所是通过零母线柜和回流电缆与干线轨道连接。

开闭所和牵引变电所的标准建筑形式为两室K4至K16型 (图1.14) 和带面积较大的辅助房屋及一个车间的GW10至GW20型。

GW型建筑形式通常只用于中心变电所。字母K或者GW后面的数字表示宽度为1.4m的两侧安装的15kV设备的数量，并决定15kV中压室的长度 [1.11]。

各房间通过防火结构墙和防火门隔开。15kV中压室按正压0.16巴 (bar，1bar =105Pa) 设计并设有用于气压平衡和接触网试验中试验电阻保持适当温度的通风调节阀门。采用套管开口替代电缆地下室用于电缆引入。采用夹层地板用于建筑物内的电缆敷设。安置二次设备的房屋，称为辅助间，设有蓄电池供电的强制通风装置。另外维修车间也安装了通风装置。不带变压器的110kV开关站没有15kV设备。可移动的分区所 (CP) 为了减小其占地面积而采用整体式设备。其建筑物的接地和通风类似于开闭所 (SP)。无人值班的辅助间最低温度为+5℃，而中压室最低温度为-5℃。

牵引变电所110kV室外开关设备采用热镀锌的终端设备支架安装在地基结构按标准模板现场浇注的或预制的圆形或矩形基础上。110kV回路的标准布置和要求净空详见DINVDE0101及EN50110标准。牵引变电所内变压器基础必须能够承重50t以上，并有一个集油池，对其油面必须不断监视。它须位于装卸专用轨道或者按重负载设计的变电所道路旁。

所有钢结构以及球形接地点的接地须经过变电所接地网与零母线柜连接。

1.3.4 电力控制系统

1.3.4.1 发展、功能和设计

德国铁路的电力控制系统包括了用于牵引供电、接触网、变电所、变流站和发电厂运行控制的全部技术设备。它们的设计和主要功能与接触网的馈电紧密相关。

以前，系统控制的作用几乎仅仅是控制架空接触网的15kV的隔离开关和变电所的15kV和110kV的隔离开关和断路器。这些开关通过当地设备、控制中心和玛赛克模拟屏等实现人工操作。

对可靠和经济的运行管理提出的更高要求以及无人值班的开关设备的采用从根本上扩大了调度的任务和功能。由于控制系统与开关设备间距离的加大又出现了远动技术这一新词。它日益具有的集中控制特性，涵盖了当今德国铁路的整个网络。

远动的内容还包括远程通信，因为维修人员和开关操作申请人与数百公里外的开关操作负责人之间的相互联络非常　必要。所以铁路运营部门都拥有其铁路电话和内部通信线路，它们通过固定线路，交换设备等把特别重要的设施，如牵引变电所和开闭所与调度中心连接起来。

无人值守设备的运行管理同样要求有关运行设备，保护和自用电供给设备的广泛信息，尤其在故障情况下的信息以及针对性的记录和清晰的文字记录，调度人员可以依此情况进行分析，采取可缩小故障范围的正确措施和备用供电方案以及采用不需长时间中断铁路运行而及时排除故障的方法。为此在需要增加设备的同时还增加了传输给上一级网络控制系统的信息量。为了避免过量的传输和处理费用，越来越多的信息在较低一级进行预处理并且按程序自动运行。

通过预先准备的，自动激活的辅助程序，即，带有指令的宏程序，例如： 断开某些区段的线路，可以减少开关操作调度员的工作强度。远程诊断更具有特殊现实意义，它可以使控制中心的专业人员快速地进行故障分析。

信息和运行程序的快速控制要求高速传输数据的传输手段。所以德国铁路的集成网络(IN) 和计算机铁路运营集成网络 (CIR-NET) 绝大部采用了光缆技术。传输速度可以达到64kBd。供电系统控制结构如图1.17所示。主控制中心(MCC) 控制15kV设备和信号。输电调度中心(TCC) 和电网指挥中心(NCC) 则负责110kV高压牵引输电网调度和集中指挥。最重要的网络调度技术设施的功能和基本工作原理将继续在下面的章节中做进一步的阐述。

图1.17 德国铁路网络调度技术示意图

NCC—电网指挥中心; TCC—输电调度中心; MCC—主控制中心; GWC—网间连接器中心;GWS—网 间 连 接 器 分 中 心;CIR-NET—计算机综合铁路运输网; IN—集成网 (联网);LCU—当地控制单元; RCM—远动模块;CLD—接触网隔离开关; SS—变电所; SP—开闭所;CP—分区所; SB—高压配电站

1.3.4.2 当地控制单元和远动线路

为了满足接触网即使在故障和维修作业时也具有很高的可利用性的要求，将它们划分成许多基本段和辅助段。各个接触网区段通过电动隔离开关馈电并由串联在德国铁路设备中称之为第5型并联开关的短路报警电流互感器进行监视。第5型并联隔离开关在车站把接触网基本区段连接起来。当地控制单元(LCU) 用于控制和监视隔离开关，该单元安装在各个车站的信号楼中。隔离开关通过驱动连杆与操作机构箱连接，驱动电动机只有两个绕组而没有信号反馈接点。因此，在LCM里装设的硬件模块专门用于处理在为断路器驱动供电的三股线上传送的两极指令输出和反馈信号。硬件模块将远动模块 (RCM) 的60V控制指令转换成230V驱动电机的指令并根据流过的驱动电机的电流产生单独的反馈信号。这些模块还配备有自动监视断路器，以保证回路安全，并隔离电子设备免受进线电缆感应电压的干扰。另外，还设有独立的测量模块，用以测量、显示和确认短路电流的瞬态冲击。

在老式装置中，每一信号楼都设有当地控制盘，以便在远动控制联络失效时由运输调度人员当地操作LCU之用。这种控制功能也可集中应用于现代数字显示技术的信号控制中心进行。其余无人值班装置中的RCM则与辅助远动控制中心相连，以实现内部联锁。

RCM将信号转换成调频数字电报，并按常规周期查询方式 (或称定期查询) 以半双工交流电报 (ACT) 传送至总控制中心。

一条远动控制线可供30个牵引变电所使用，通过电调中心的发送和接收模块进行通信联络。较大车站的远动模块 (RCM) 基于其重要意义以终端对终端交换形式运行。通过IN通信和CIR-NET必需的网间连接器分站 (GWS) 连接现代化设备。根据实际需要才进行通信传输，即在主动操作情况下有规律地定期核查电报。远动模块还具有实时显示和对电报监视故障状态的功能。

1.3.4.3 SCADA远动控制技术

监视、控制和数据采集设备(SCADA) 的远动控制模块是此设备的固定集成元件。SCADA的结构及其与标准变电所和接触网的各个部件的相互作用已在第1.3.3.6节中阐述。

由于受电弓作用于接触网的机械荷载和因列车起动造成的电负载的强烈波动等，与电力公司的输电线路相比，发生意外事故的概率明显大得多。　保护跳闸的结果会导致列车运行中断。

因此必须对SCADA的远动系统提出特殊的要求，以避免无法掌握的故障报警和保证对信息迅速而有效地分析、处理。

故障分析可通过把所有关于同一事件的信息联系在一起形成一个字长不固定的报文而大为简化。这些信息包括： 保护动作判据、开关故障信号、可能成为决定性判据的实际时间、断路器跳闸周期等。采用DCF77型无线电时钟达到时间同步。

信息按优先原则进行传输。例如保护动作信号优先于测量信号。数字保护装置范围广泛的附加信息可以在数据交换不忙时向SCADA终端机序列传输。而如继电器跳动故障引起的虚假无用的信息则被抑制并代以故障报警。另外，计算机系统设有重复信号过滤器，监视着每一信号点并滤除重复信号。

SCADA终端机与主控制中心(MCC) 的连接大多为终端对终端交换方式，并采用查询和双工工作方式。通过外部的或集成的转换器以及集成网或者CIR-NET的GWU，新型设备以主动工作方式进行连接。

1.3.4.4 转换器、远动节点和分控制中心

随着电网调度技术的不断集中化，有必要使过去采用的不同型号的远动模块的报文格式转换为统一的操作数据格式。作为当地控制装置 (LCU) 或SCADA层面与主控制中心(MCC) 的程序计算机系统 (PCS) 之间的链路，主控制中心内的远动节点 (RCN) 承担这种预处理功能。

在每个远动节点 (RCN) 的五个发送和接收模块上，按照存储可利用性原则通过交流报文 (ACT) 或者网间连接器中心 (GWC) 连接远动线路和不超过两个变电所的信息处理器。在通过多个通信接口的格式转换后，远动节点 (RCN) 将信息提供给程序计算机设备以及电网调度中心 (TCC)。

在转换15个报文格式的同时，远动节点 (RCN) 补偿下属远动装置的不同质量。它补充信号的接收时间，区别旧的和新的工作信号 (OS)，避免由于中间转换引发的数据溢出，控制稳定的程序图像并保证所有计算机层面的数据的有效输入。

随着集成网络的采用，有必要将其功能部分地扩展到远动单元和SCADA上，以便有一个统一的与集成网络相匹配的格式将数据传送至GWU。为此采用转换器，它类似于远动节点把众多远动链路通过信息交换形式连接。这形成了类似于程序控制用的数据集中器，由它们把信息以集成网络 (IN) 的高传输速度向总牵引电网调度中心传输。

远动分控制中心 (SCC) 的控制功能受到严格限制，它只在主控制中心 (MCC) 接管变电所和接触网隔离开关的控制权之前，过渡性地实施控制职能。SCADA的远动分控制中心 (RCSC) 功能起到与更多子远动模块连接的作用。随着技术的不断发展，设备网络系统的进一步扩大和上述功能的灵活运用是可以预期的。

1.3.4.5 主控制中心

主控制中心(MCC) 控制着整个15kV网络和执行保护控制及其他辅助功能。最初装有玛赛克摸拟盘技术和操作不同开关的MCC被安装在主牵引变电所，以便控制从属变电所和隔离开关。

第一座计算机支持的主控制中心于1984年在卡尔斯鲁厄正式投人使用，当时作为备用也安装了玛赛克模拟盘 [1.13]。自1987年在博尔肯 (Borken)、勒尔特 (Lehrte)、纽伦堡 (Nurnberg)、慕尼黑、科隆和卡尔斯鲁厄实现了向计算机技术的转化。1993年在慕尼黑开通了第一所唯一通过计算机技术实现全部功能的主控制中心。

除慕尼黑外，最终的德国电气化铁路还包括下列新的主控制中心： 柏林、博尔肯、莱比锡、杜塞尔多夫、卡尔斯鲁厄、科垄勒尔特和纽伦堡。一个主控制中心包括远动节点，程序计算机设备，三个控制台各带6个监视器和一个用于数据输入和模拟的工作台。

主控制中心完整方案与迄今所描述的控制技术相比，它有很多附加功能，以支持带大量开关设备的有效运行。它们包括相应的视觉显示、自动的图形显示、测量值统计、开关程序、模拟、故障点自动定位、数据存档以及对短路、接触网干扰电流和控制操作进行记录等。在主控制中心内还有用于与总控制层交换有关110kV信息的远动站。此线路连接中断时，主控制中心还起备份作用。

1.3.4.6 输电调度中心和电网指挥中心

关于110kV电压等级的电网运行管理，德国铁路的电气化网络分为勒尔特、慕尼黑、科隆和德累斯顿四个输电调度中心(TCC)。信息的传输通过作为主控制中心信息量的一部分的110kV变电所或者直接通过下一级控制系统的转换器进行。

在法兰克福的电网指挥中心(NCC) 居于德国铁路输电控制电网的最高层。它通过最合理的电能输入，牵引变电所间的配电以及与奥地利铁路和瑞士联邦铁路联网部门的电能交换调节16.7Hz铁路设备电源和外部电源的电能使用。为此，每分钟将发电厂的计量值和开关状态信号以及每五分钟把牵引变电所的计量值和开关状态报往位于莱茵河畔的法兰克福/M [1.13]。改造后的电网指挥中心 (NCC) 同时还承担TCC功能，而TCC则仅作为数据集中器和电网控制的后备。