城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)研究

（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 400046）

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快使得城市的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善。尤其是城市軌道交通技術(shù)的發(fā)展，讓城市居民的生活變得更加便捷。將電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到城市軌道交通的運(yùn)行過程中，可以進(jìn)一步提升城市軌道交通的供電質(zhì)量，保障城市軌道交通安全穩(wěn)定的運(yùn)行，這對于當(dāng)今城市軌道交通的發(fā)展以及城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有著深遠(yuǎn)的影響。

1 城市軌道交通電力監(jiān)控中心的調(diào)度系統(tǒng)研究

1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

城市軌道交通電力控制中主要應(yīng)用的控制系統(tǒng)是PSCADA電力控制系統(tǒng)，這是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分層分布式系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件部分主要由3 個(gè)部分組成。1） 電力調(diào)度系統(tǒng)。2）供電復(fù)示系統(tǒng)。3）通信通道。在系統(tǒng)的配置過程中，主要是通過現(xiàn)有的設(shè)備來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)單元的配置，系統(tǒng)包括服務(wù)器、雙局域網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)、工作站、UPS 以及打印機(jī)等設(shè)備[1]。表1 是對其主要設(shè)備和功能總結(jié)表。

表1 城市軌道交通電力監(jiān)控中心調(diào)度系統(tǒng)的主要設(shè)備和功能

1.2 電力調(diào)度系統(tǒng)

1.2.1 局域網(wǎng)絡(luò)

在電力調(diào)度系統(tǒng)之中，局域網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是互為備用的雙以太網(wǎng)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中，雙網(wǎng)的工作同時(shí)進(jìn)行，可以分?jǐn)偛煌瑪?shù)據(jù)的傳輸工作，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷達(dá)到平衡。如果其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，而無故障的網(wǎng)絡(luò)就會(huì)在一定的時(shí)間內(nèi)承擔(dān)全部的數(shù)據(jù)傳輸工作，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)的不同功能要求對其進(jìn)行劃分，這樣就可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，同時(shí)提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性與安全性。網(wǎng)絡(luò)采用的是開環(huán)總線型的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了以太網(wǎng)交換機(jī)的配置，將TCP/IP 作為通信協(xié)議，以光纖作為傳輸?shù)拿浇?，通信速率可以達(dá)到100 mbps 以上，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性很好，在增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候也不會(huì)對網(wǎng)絡(luò)性能造成不利影響[2]。表2 是局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)要求表。

表2 局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)要求

1.2.2 服務(wù)器

服務(wù)器分為實(shí)時(shí)服務(wù)器和歷史服務(wù)器。實(shí)時(shí)服務(wù)器共有2 套，其功能與性能都十分接近，可以對數(shù)據(jù)流進(jìn)行管理和控制，同時(shí)也可以校驗(yàn)數(shù)據(jù)，以此來保證數(shù)據(jù)庫的一致性，同時(shí)可以在雙機(jī)工作狀態(tài)中進(jìn)行在線檢測。另外，實(shí)時(shí)服務(wù)器也可以對后臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)資源分配管理。在其中的一套服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，另一套服務(wù)器會(huì)代替其工作，并通過打印機(jī)打印出故障信息，使其顯示在另一臺(tái)服務(wù)器的畫面上。歷史服務(wù)器也有2 套，并且有著完全相同的功能，可以對系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和管理，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能。表3 是服務(wù)器各項(xiàng)指標(biāo)要求表。

表3 服務(wù)器各項(xiàng)指標(biāo)要求

1.2.3 工作站

工作站分為操作員工作站、數(shù)據(jù)文檔工作站以及系統(tǒng)維護(hù)工作站。操作員工作站可以對相關(guān)人員的監(jiān)視、控制以及調(diào)度管理工作進(jìn)行協(xié)調(diào)，操作員工作站也有2 個(gè)，可以對各種信息同時(shí)進(jìn)行監(jiān)視，但是同一時(shí)刻只允許其中一臺(tái)下達(dá)控制指令。數(shù)據(jù)文檔工作站可以對各種報(bào)表以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇、積累、統(tǒng)計(jì)、組合等加工，并生成各種報(bào)表[3]。系統(tǒng)維護(hù)工作站可以對系統(tǒng)中的軟件進(jìn)行維護(hù)，對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行定義，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的定義、編輯以及修改等功能。表4 是工作站處理器和內(nèi)存的指標(biāo)要求表。

表4 工作站處理器和內(nèi)存的指標(biāo)要求

1.2.4 中心UPS電源

在控制中心的機(jī)房中，所有設(shè)備的電源都是由集中供電系統(tǒng)UPS 來提供的，而在這個(gè)綜合管理系統(tǒng)中，所有的UPS接口都在配電柜端子外側(cè)。表5 是其各項(xiàng)參數(shù)的具體要求表。

表5 中心UPS 電源各參數(shù)要求

1.3 供電復(fù)示系統(tǒng)

供電復(fù)示系統(tǒng)主要的功能是為運(yùn)營人員提供一個(gè)全線監(jiān)控平臺(tái)，進(jìn)而靈活地監(jiān)視接觸網(wǎng)運(yùn)行情況以及全線散雜電流的情況，可以及時(shí)了解事故信息，進(jìn)一步提高事故的處理效率。另外，供電復(fù)示系統(tǒng)也可以和控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，發(fā)送或接收維修調(diào)度計(jì)劃，進(jìn)而讓檢修人員可以獲得第一手資料。

2 城市軌道交通電力監(jiān)控變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究

2.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

城市軌道交通電力監(jiān)控變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要可以分為3 層。第1 層是站級的管理層，第2 層是網(wǎng)絡(luò)通信層，第3 層是間隔設(shè)備層。站級管理層的主要的裝置有站控主單元、交換機(jī)、報(bào)警系統(tǒng)以及電源等。網(wǎng)絡(luò)通信層的主要設(shè)備是通信網(wǎng)絡(luò)以及接口。間隔設(shè)備層的主要設(shè)備有控制單元、智能測控單元以及信息采集單元等。

2.2 站級管理層

2.2.1 控制信號盤

在系統(tǒng)中，控制信號盤應(yīng)該在變電所的控制室里進(jìn)行安裝，其防護(hù)等級應(yīng)該在IP40 及以上，控制信號盤的主要設(shè)備有人機(jī)接口單元、站控主單元以及測控裝置等，同時(shí)也應(yīng)該給打印機(jī)以及便攜式計(jì)算機(jī)預(yù)留出足夠的位置，以便設(shè)備的活動(dòng)支架可以自由拉出。同時(shí)，在控制信號盤上也應(yīng)該進(jìn)行報(bào)警裝置的設(shè)置，報(bào)警裝置應(yīng)該設(shè)置預(yù)警以及報(bào)警2 種不同的音響，并使控制信號盤的開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)投入和排除2 種模式的轉(zhuǎn)換，報(bào)警裝置的音響應(yīng)該可以自動(dòng)復(fù)歸，并可以對報(bào)警的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。另外，在控制信號盤上也應(yīng)該對有關(guān)的試驗(yàn)繼電器、控制信號繼電器、報(bào)警信號燈以及軌電位變送器等裝置進(jìn)行設(shè)置。在控制信號盤上也應(yīng)該安裝兩插頭以及三插頭的220 V 交變電流插座，插座的容量都應(yīng)該在10 A 以上，這樣才可以為測試設(shè)備提供足夠的電能。

2.2.2 站控主單元

在整個(gè)變電所中，站控主單元是其信息的中心，其組成部分有主處理器模塊、電源模塊以及各類的接口模塊等。通過站控主單元，可以在所有的系統(tǒng)、設(shè)備以及工作站之間傳輸信息，同時(shí)也可以對來自于電力調(diào)度中心的指令或變電所的指令進(jìn)行接收，并將其發(fā)送給各個(gè)基礎(chǔ)設(shè)備。另外，站控主單元也會(huì)對基礎(chǔ)設(shè)備中的各類信息進(jìn)行采集和處理，它有著強(qiáng)大的處理功能和良好的恢復(fù)功能，其輸入接口和輸出接口都可以擴(kuò)充。

2.2.3 通用控制單元

通用控制單元的主要組成部分有半機(jī)箱和標(biāo)準(zhǔn)的I/O 模塊。在通用控制單元中，采用模塊化的方式對控制裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，其配置有著靈活的特點(diǎn)，在總插槽數(shù)量一定的情況下，可以對其中的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行任意形式的組合，可實(shí)現(xiàn)直流測量、控制以及開關(guān)量采集等功能，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，雙CAN 接口可以使其與通信控制器之間形成良好的連接，進(jìn)而形成一個(gè)分布式的、面向用戶的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.2.4 一體化監(jiān)控計(jì)算機(jī)

在系統(tǒng)的控制信號盤的前面板上，會(huì)配置工業(yè)一體化工作站以及鍵盤等設(shè)備，利用瀏覽器中的操作功能鍵，采用數(shù)據(jù)輸入的形式或者是菜單檢索的形式可以對系統(tǒng)中所有的事件信息、測量信息等進(jìn)行查看，并以漢字的方式將這些信息數(shù)據(jù)顯示在人機(jī)對話界面中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一體化集中監(jiān)控。

3 網(wǎng)絡(luò)通信層

3.1 所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的組成部分有網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備以及通信網(wǎng)絡(luò)，可對單網(wǎng)結(jié)構(gòu)、光纖以太網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行星型連接，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，其他的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不會(huì)受到影響，很容易找到故障，并將故障隔離。在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的通信速率是10/100 M，通信協(xié)議是TCP/IP 通信協(xié)議，在聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的過程中對應(yīng)用層的通信協(xié)議進(jìn)行確定。

3.2 交換機(jī)

交換機(jī)包括所內(nèi)的組網(wǎng)交換機(jī)以及遠(yuǎn)程通道擴(kuò)展的交換機(jī)。前者可以避免所內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)受到電磁信號的干擾，滿足變電所通信技術(shù)的綜合性、自動(dòng)化測量要求，并對變電所進(jìn)行控制與保護(hù)，后者可以對通信通道進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展。

4 間隔設(shè)備層

在間隔設(shè)備層中，變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)必須接入各個(gè)機(jī)電設(shè)備中分散安裝的微機(jī)保護(hù)測控單元、智能測控單元以及信息采集單元等單元，現(xiàn)場設(shè)備通過硬點(diǎn)輸出的形式進(jìn)行設(shè)置。在變電所的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，所有間隔單元的組網(wǎng)形式都應(yīng)該和變電所內(nèi)的通信組網(wǎng)形式一致，然后再納入系統(tǒng)中。

5 結(jié)語

綜上所述，城市軌道交通的發(fā)展不僅方便了當(dāng)今城市居民的生活，同時(shí)也有效促進(jìn)了城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市軌道交通的安全穩(wěn)定運(yùn)行也越來越受到社會(huì)各界的關(guān)注?；谶@一情況，我們應(yīng)該將電力監(jiān)控系統(tǒng)合理應(yīng)用到城市軌道交通的運(yùn)行監(jiān)控與管理中，通過先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，對城市軌道交通的各種運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。這樣才可以保證城市軌道交通的穩(wěn)定運(yùn)行，提升其運(yùn)行的安全性，這對于城市居民交通需求的滿足以及城市經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展都有著重要意義。