韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

 

 

摘  要 ：在城市軌道交通的運行過(guò)程中，電力監控系統很好地監控了各個(gè)配電所、電力設備以及接觸網(wǎng)等的運行情況，這對于城市軌道交通的安全穩定運行有著(zhù)關(guān)鍵性的作用。因此，隨著(zhù)當今城市軌道交通事業(yè)的不斷發(fā)展，城市軌道交通的電力監控系統越來(lái)越受到人們的重視。該文對城市軌道交通的電力監控系統進(jìn)行了分析，首先對城市軌道交通的電子監控中心調度系統進(jìn)行了研究，然后對城市軌道交通電力監控變電所的綜合自動(dòng)化系統進(jìn)行了研究，希望可以給當今城市軌道交通的良好運行與發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞 ：城市軌道交通 ；電力監控系統 ；變電所

 

       隨著(zhù)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快使得城市的各項基礎設施逐漸完善。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。將電力監控系統應用到城市軌道交通的運行過(guò)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定的運行，這對于當今城市軌道交通的發(fā)展以及城市經(jīng)濟的發(fā)展都有著(zhù)深遠的影響。

 

1.1 系統的構成

       城市軌道交通電力控制中主要應用的控制系統是 PSCADA電力控制系統，這是一個(gè)基于計算機局域網(wǎng)結構的分層分布式系統。該系統的硬件部分主要由 3 個(gè)部分組成。（1）電力調度系統。（2）供電復示系統。（3）通信通道。在系統的配置過(guò)程中，主要是通過(guò)現有的設備來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )單元的配置，系統包括服務(wù)器、雙局域網(wǎng)絡(luò )、交換機、工作站、UPS 以及打印機等設備。表 1 是對其主要設備和功能總結表。

表 1 城市軌道交通電力監控中心調度系統的主要設備和功能

1.2 電力調度系統

1.2.1 局域網(wǎng)絡(luò )

       在電力調度系統之中，局域網(wǎng)絡(luò )的結構是互為備用的雙以太網(wǎng)，在系統正常運行的過(guò)程中，雙網(wǎng)的工作同時(shí)進(jìn)行，可以分攤不同數據的傳輸工作，使網(wǎng)絡(luò )負荷達到平衡。如果其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障，系統會(huì )及時(shí)發(fā)出警報，而的網(wǎng)絡(luò )就會(huì )在一定的時(shí)間內承擔全部的數據傳輸工作，保證系統的正常運行。系統會(huì )根據數據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(kāi)環(huán)總線(xiàn)型的結構，并進(jìn)行了以太網(wǎng)交換機的配置，將 TCP/IP 作為通信協(xié)議，以光纖作為傳輸的媒介，通信速率可以達到 100 mbps 以上，系統網(wǎng)絡(luò )的擴展性很好，在增加網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的時(shí)候也不會(huì )對網(wǎng)絡(luò )性能造成不利影響。

表 2 是局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )性能指標要求表。

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，可以對數據流進(jìn)行管理和控制，同時(shí)也可以校驗數據，以此來(lái)保證數據庫的一致性，同時(shí)可以在雙機工作狀態(tài)中進(jìn)行在線(xiàn)檢測。另外，實(shí)時(shí)服務(wù)器也可以對后臺的數據進(jìn)行處理，并實(shí)現網(wǎng)上的節點(diǎn)資源分配管理。在其中的一套服務(wù)器出現故障時(shí)，另一套服務(wù)器會(huì )代替其工作，并通過(guò)打印機打印出故障信息，使其顯示在另一臺服務(wù)器的畫(huà)面上。歷史服務(wù)器也有 2 套，并且有著(zhù)相同的功能，可以對系統的歷史數據進(jìn)行處理和管理，并提供歷史數據查詢(xún)功能。

表 3 是服務(wù)器各項指標要求表。

 

1.2.3 工作站

        工作站分為操作員工作站、數據文檔工作站以及系統維護工作站。操作員工作站可以對相關(guān)人員的監視、控制以及調度管理工作進(jìn)行協(xié)調，操作員工作站也有2個(gè)，可以對各種信息同時(shí)進(jìn)行監視，但是同一時(shí)刻只允許其中一臺下達控制指令。數據文檔工作站可以對各種報表以及實(shí)時(shí)數據進(jìn)行選擇、積累、統計、組合等加工，并生成各種報表。系統維護工作站可以對系統中的軟件進(jìn)行維護，對運行參數進(jìn)行定義，并實(shí)現數據庫的定義、編輯以及修改等功能。

表 4 是工作站處理器和內存的指標要求表。

1.2.4 中心 UPS 電源

       在控制中心的機房中，所有設備的電源都是由集中供電系統 UPS 來(lái)提供的，而在這個(gè)綜合管理系統中，所有的 UPS接口都在配電柜端子外側。

表 5 是其各項參數的具體要求表。

1.3 供電復示系統

      供電復示系統主要的功能是為運營(yíng)人員提供一個(gè)全線(xiàn)監控平臺，進(jìn)而靈活地監視接觸網(wǎng)運行情況以及全線(xiàn)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，供電復示系統也可以和控制中心進(jìn)行遠程通信，發(fā)送或接收維修調度計劃，進(jìn)而讓檢修人員可以獲得第一手資料。

2.1 系統的構成

       城市軌道交通電力監控變電所綜合自動(dòng)化系統主要可以分為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層是間隔設備層。站級管理層的主要的裝置有站控主單元、交換機、報警系統以及電源等。網(wǎng)絡(luò )通信層的主要設備是通信網(wǎng)絡(luò )以及接口。間隔設備層的主要設備有控制單元、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(pán)

       在系統中，控制信號盤(pán)應該在變電所的控制室里進(jìn)行安裝，其防護等級應該在 IP40 及以上，控制信號盤(pán)的主要設備有人機接口單元、站控主單元以及測控裝置等，同時(shí)也應該給打印機以及便攜式計算機預留出足夠的位置，以便設備的活動(dòng)支架可以自由拉出。同時(shí)，在控制信號盤(pán)上也應該進(jìn)行報警裝置的設置，報警裝置應該設置預警以及報警 2 種不同的音響，并使控制信號盤(pán)的開(kāi)關(guān)可以實(shí)現投入和排除 2 種模式的轉換，報警裝置的音響應該可以自動(dòng)復歸，并可以對報警的時(shí)間進(jìn)行調整。另外，在控制信號盤(pán)上也應該對有關(guān)的試驗繼電器、控制信號繼電器、報警信號燈以及軌電位變送器等裝置進(jìn)行設置。在控制信號盤(pán)上也應該安裝兩插頭以及三插頭的 220 V 交變電流插座，插座的容量都應該在 10 A 以上，這樣才可以為測試設備提供足夠的電能。

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(lèi)的接口模塊等。通過(guò)站控主單元，可以在所有的系統、設備以及工作站之間傳輸信息，同時(shí)也可以對來(lái)自于電力調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)基礎設備。另外，站控主單元也會(huì )對基礎設備中的各類(lèi)信息進(jìn)行采集和處理，它有著(zhù)強大的處理功能和良好的恢復功能，其輸入接口和輸出接口都可以擴充。

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箱和標準的 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)行設計，其配置有著(zhù)靈活的特點(diǎn)，在總插槽數量一定的情況下，可以對其中的各個(gè)系統進(jìn)行任意形式的組合，可實(shí)現直流測量、控制以及開(kāi)關(guān)量采集等功能，在實(shí)際的應用過(guò)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(hù)的變電站自動(dòng)化系統。

2.2.4 一體化監控計算機

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

3.1 所內監控網(wǎng)絡(luò )

       所內監控網(wǎng)絡(luò )的組成部分有網(wǎng)絡(luò )接口設備以及通信網(wǎng)絡(luò )，可對單網(wǎng)結構、光纖以太網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行星型連接，如果一個(gè)節點(diǎn)出現故障，其他的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)不會(huì )受到影響，很容易找到故障，并將故障隔離。在監控網(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)設計的過(guò)程中對應用層的通信協(xié)議進(jìn)行確定。

3.2 交換機

       交換機包括所內的組網(wǎng)交換機以及遠程通道擴展的交換機。前者可以避免所內的通信網(wǎng)絡(luò )受到電磁信號的干擾，滿(mǎn)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，后者可以對通信通道進(jìn)行遠程擴展。

       在間隔設備層中，變電所綜合自動(dòng)化系統要接入各個(gè)機電設備中分散安裝的微機保護測控單元、智能測控單元以及信息采集單元等單元，現場(chǎng)設備通過(guò)硬點(diǎn)輸出的形式進(jìn)行設置。在變電所的綜合自動(dòng)化系統中，所有間隔單元的組網(wǎng)形式都應該和變電所內的通信組網(wǎng)形式一致，然后再納入系統中。

5.1概述

       針對用戶(hù)變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過(guò)微機保護裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、配電室環(huán)境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動(dòng)化的綜合監控系統，實(shí)現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶(hù)變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監測、控制、通信等功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現對變電站的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。

 

5.2應用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

5.3系統架構

       Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡(luò )結構、光纖星型網(wǎng)絡(luò )結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，根據用戶(hù)用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

5.4系統功能

5.4.1 實(shí)時(shí)監測：直觀(guān)顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

 

5.4.2 電參量查詢(xún)：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

5.4.3 曲線(xiàn)查詢(xún)：可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

5.4.4 運行報表：查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數。

5.4.5 實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

5.4.6 歷史事件查詢(xún)：對事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

5.4.7 電能統計報表：系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況。

5.4.8 用戶(hù)權限管理：設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

5.4.9 網(wǎng)絡(luò )拓撲圖：支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

5.4.10 電能質(zhì)量監測：可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。

 

5.4.11 遙控功能：可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

5.4.12 故障錄波：可在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。

5.4.13 事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩態(tài)信息。

5.4.14 Web訪(fǎng)問(wèn)：展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

5.4.15 APP訪(fǎng)問(wèn)：設備數據頁(yè)面顯示各設備的電參量數據以及曲線(xiàn)。

 

5.5系統硬件配置

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

 

[1]姚永高 .城市軌道交通電力監控系統研究 

[2] 陶旭東 . 城市軌道交通電力監控系統的設計及發(fā)展 [J]. 科技風(fēng)，2018（18）：163. 

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版本 

 

作者簡(jiǎn)介：

韓歡慶 ，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力監控系統的研發(fā)與應用。