韓歡慶

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）

摘要：本文以呼和浩特市地鐵1號線(xiàn)電力監控系統為例，介紹了軌道交通電力監控的系統構成和系統功能，系統主要由控制中心電力調度系統、系統骨干網(wǎng)絡(luò )、變電所綜合自動(dòng)化系統組成。

關(guān)鍵詞：軌道交通；電力監控；人機界面

0 引言

城市軌道交通電力監控系統主要是對城市軌道交通全線(xiàn)各類(lèi)變配電所、接觸網(wǎng)等電力設備運行情況進(jìn)行分層分布遠程實(shí)時(shí)監視和控制，處理供變配電系統的各種異常事故及報警事件，保障系統的正常運行。以往的電力監控系統單獨建設、集成度較低，每個(gè)變電所內的接口方式、接口協(xié)議也不盡相同，造成使用困難、維護煩瑣等問(wèn)題，不能滿(mǎn)足綜合調度管理與運營(yíng)穩定性的要求。本文所述的電力監控系統有以下優(yōu)點(diǎn)：電力監控軟件分散布置，主要安裝在控制中心和全線(xiàn)各個(gè)變電所中，每個(gè)變電所都有對所內設備的監視功能，中心具有對全線(xiàn)變電所設備集中監視和統一調度控制功能；緊急狀況下，通過(guò)權限移交功能，控制中心遙控權限可以下放至變電所中，變電所具備對設備遠程控制功能；系統采用冗余的設備和網(wǎng)絡(luò )結構，提高了系統運行的穩定性；采用豐富的人機界面，便于用戶(hù)的操作和維護，如報警推圖、故障統計報表、趨勢分析、電量報表等。

1系統結構

電力監控系統主要分布于控制中心、車(chē)站、變電所，系統采用熱備冗余的方式，保證系統有高度的可用性通常是集成在綜合監控（ISCS）系統之內，由控制中心調度系統、各變電所綜合自動(dòng)化系統、系統骨干網(wǎng)絡(luò )共同構成全線(xiàn)完整的電力遠程監控系統。系統按照集中調度、分散后備的原則來(lái)設計，這種工作模式保證站級可以獨立于級，并在降級模式下接管中心級的絕大部分功能。

1.1控制中心系統結構

控制中心電力監控系統的設備由服務(wù)器、存儲、三層工業(yè)級以太網(wǎng)核心交換機、工業(yè)級網(wǎng)絡(luò )拓展交換機、信息安全設備、調度員雙屏工作站、打印機及大屏幕系統（OPS）等組成?？刂浦行姆?wù)器部署全線(xiàn)電力監控數據庫副本，通過(guò)系統骨干網(wǎng)絡(luò )與全線(xiàn)變電所通信控制器設備通信，然后將收到的信息加工處理后在工作站上顯示。

調度大廳設備：行調輔助工作站2套；環(huán)調工作站2套；電調工作站2套；維調工作站1套；總調工作站1套；交換機1套（冗余）；事件打印機3臺；報表打印機1臺；彩色打印機1臺；中心機房設備：區域實(shí)時(shí)服務(wù)器7套（冗余）；中心歷史服務(wù)器1套（冗余）；區域實(shí)時(shí)服務(wù)器2套（冗余）；可視化數據分析服務(wù)器1臺；中心FEP1套（冗余）；磁盤(pán)陣列2套。

1.2系統骨干網(wǎng)

控制中心與全線(xiàn)各個(gè)車(chē)站骨干網(wǎng)交換機組成電力監控系統內部的局域網(wǎng)，骨干網(wǎng)絡(luò )采用雙環(huán)型結構，通過(guò)通信系統提供的1000Mbps單模光纖實(shí)現連接，交換機為工業(yè)級的以太網(wǎng)交換機。當其中一條環(huán)路有一個(gè)斷點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò )仍可正常運行，當一條環(huán)路中有2個(gè)斷點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)切換到另一條熱備網(wǎng)絡(luò )。中心級局域網(wǎng)：由2臺千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機搭建，兩臺交換機互為冗余，采用TCP/IP協(xié)議并，符合IEEE802.3標準；車(chē)站級局域網(wǎng)。每個(gè)車(chē)站局域網(wǎng)也由2臺千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機搭建，兩臺交換機互為冗余，采用TCP/IP協(xié)議并，符合IEEE802.3標準。

1.3變電所綜合自動(dòng)化系統

變電所綜合自動(dòng)化系統分布于全線(xiàn)各變電所，對本所電力設備進(jìn)行的控制、監視（可以監視臨站環(huán)網(wǎng)設備）；可獨立運行，無(wú)人值守。系統由一個(gè)監控工作站、2個(gè)冗余通信控制器、間隔層設備組成。監控工作站部署本所數據庫正本，通過(guò)所內管理層網(wǎng)絡(luò )與通信控制器通信，通信控制器通過(guò)變電所內現場(chǎng)總線(xiàn)將所內的間隔層設備連接起來(lái)。

圖1變電所綜自動(dòng)化系統結構

2 系統功能

2.1 控制及操作功能

電調可以在控制指揮中心調度工作站上，對全線(xiàn)變電所設備進(jìn)行集中控制，包括單獨控制、程序控制、遠方復歸等。遙控權限默認在控制中心，變電所無(wú)控制權限，變電所可以向中心請求設備控制權限，經(jīng)中心電力調取確認后，移交到變電所。中心和變電所可以通過(guò)遙控權限移交功能實(shí)現遙控權移交管理，設備控制權限可通過(guò)權限移交和強制取回實(shí)現在中心調度員和其他級別操作員之間傳遞；另外，特殊情況時(shí)（中心服務(wù)器宕機、中心與變電所通訊中斷）中心的遙控權限自動(dòng)下放至變電所，此時(shí)變電所也具備遙控功能，待故障恢復后，經(jīng)過(guò)中心調度人員確認，權限重新移交回控制中心。

2.2 數據采集與處理功能

遙信。電力監控系統采集變電所內各種裝置的遙信信息，包括位置遙信（雙位置）和保護遙信（單位置）。根據采用的通訊協(xié)議的不同，設備的狀態(tài)通過(guò)主動(dòng)上送或是輪詢(xún)的方式發(fā)送給電力監控系統，實(shí)時(shí)的顯示在人機界面。位置遙信包括各種開(kāi)關(guān)的分位、合位，開(kāi)關(guān)柜手車(chē)的工作位、試驗位、退出位，各個(gè)設備的啟動(dòng)、停止狀態(tài)、接觸網(wǎng)帶電狀態(tài)等。保護遙信包括過(guò)流保護、零序過(guò)流保護、過(guò)負荷報警、重合閘失敗報警、變壓器超溫跳閘、整流器超溫跳閘，以及系統過(guò)電壓、失壓報警、裝置異常報警信號。

遙測。電力監控系統采集35kV系統、1500V系統、變壓器、400V系統、能饋逆變裝置等的三相電流、零序電流、三相電壓、線(xiàn)電壓、系統功率、頻率、功率因數、電度、設備溫度等遙測信息。遙測以周期掃描的方式進(jìn)行采集，采集周期可設置，長(cháng)不得小于60s，遙測數據以周期的方式保存在歷史服務(wù)器中。根據采集電度信息可以生成用電量日報表、周報表、月報表、年報表；根據采集的電壓、電流、溫度等可以棒圖、圖形列表的方式展現出來(lái)；根據保存的遙測信息可以在趨勢圖形中打開(kāi)，了解設備在任何一段時(shí)間的工作狀態(tài)。

2.3 顯示及操作功能

中心電力調度、變電所值班人員通過(guò)監控工作站的畫(huà)面對變電所設備進(jìn)行監視。監控工作站實(shí)現的主要功能有：用戶(hù)登、錄注銷(xiāo)功能；對開(kāi)關(guān)設備進(jìn)行遙控、程控操作功能；對開(kāi)關(guān)設備進(jìn)行遙信、遙測監視功能；對開(kāi)關(guān)設備進(jìn)行權限移交操作功能；歷史事件、報警查詢(xún)及打印功能；電量報表統計功能；定值組投退功能。

中心電力調度工作站圖形畫(huà)面。系統根據用戶(hù)權限的不同，為OCC操作員提供對PSCADA全線(xiàn)設備的不同監視畫(huà)面。主要畫(huà)面有：全線(xiàn)一次系統圖；全線(xiàn)供電分區系統圖；全線(xiàn)35kV系統圖；全線(xiàn)1500V系統圖；全線(xiàn)35kV母線(xiàn)電壓柱形圖；全線(xiàn)1500V母線(xiàn)電壓柱形圖；全線(xiàn)1500V開(kāi)關(guān)饋出電流柱形圖；全線(xiàn)1500V程控送電；全線(xiàn)1500V程控停電；全線(xiàn)1500V接觸網(wǎng)狀態(tài)圖；全線(xiàn)35KV系統、1500V系統、400V系統模擬量顯示圖；趨勢、報表顯示圖；控制權限移交圖。

變電所圖形畫(huà)面。變電所一次系統圖；10kV系統圖；1500V系統圖；400V系統圖；信號光字牌圖；通訊結構圖；變電所平面布置圖；模擬量圖；電能表圖；有源濾波信息圖；交直流屏信息圖；溫控器信息圖；整流柜信息圖；負柜信息圖；接口柜信息圖；鋼軌電位信息圖；自動(dòng)化屏圖；排流柜圖；雜散電流圖；控制權限移交圖；遙控組屏蔽。

2.4 報警功能

當監視到供電設備產(chǎn)生跳閘、故障等信號時(shí)，電力監控系統自動(dòng)推送報警畫(huà)面，并且產(chǎn)生報警聲音，以提示相關(guān)人員。

人機界面報警顯示：人機界面報警畫(huà)面主要有信號光字牌、報警列表、一次系統圖。報警等級通常設置為3級，0級為設備通訊狀態(tài)異常報警、灰色；1級為設備事故跳閘報警，紅色；2級為設備運行狀態(tài)異常報警，橙色。1級報警推送一次系統圖畫(huà)面，畫(huà)面中跳閘的開(kāi)關(guān)閃爍，顯示設備故障跳閘；二級報警推送信號光字牌畫(huà)面，故障設備的光字牌閃爍為黃色；報警信息集中顯示在報警列表中，不同的報警顯示為不同的顏色，已復歸的報警顯示為綠色，未確認的報警狀態(tài)閃爍，已確認的報警不再閃爍，已確認且已復歸的報警信息不再顯示在報警列表中。

中心調度系統音響：中心調度工作站設置報警音響，當報警發(fā)生時(shí)，系統根據報警級別發(fā)出不同的報警聲音來(lái)提示調度人員，當調度人員點(diǎn)擊確認按鈕后報警聲音消失，即使報警已經(jīng)復歸但是調度人員仍未確認報警聲音也會(huì )一直存在。

變電所報警音響報警：自動(dòng)化屏設置事故、預告音響報警裝置。當報警發(fā)生時(shí)，安裝在自動(dòng)化屏柜內的報警裝置會(huì )發(fā)出報警聲音，當事故報警時(shí)電笛響；當預告報警時(shí)電鈴響，響鈴時(shí)間設置為1min。在自動(dòng)化屏設置響鈴投入、退出轉換開(kāi)關(guān)，當達到退出位置時(shí)不響鈴；也設置了音響復歸按鈕，按下按鈕響鈴停止。

3系統應用

3.1 控制中心調度系統

呼和浩特市地鐵1號線(xiàn)共設置2座主變電所，全線(xiàn)共設22座變電所，其中牽引降壓混合變電所11座，降壓變電所11座，控制中心調度系統負責對全線(xiàn)各個(gè)變電所的監視和控制、事故報警查詢(xún)、程控停送電、趨勢查詢(xún)等功能。

系統遙控功能，即在系統中心級對接入系統的任何一個(gè)可遙控的對象進(jìn)行合、分遙控；遙控操作執行嚴格的權限管理，執行遙控是有操作權限或經(jīng)過(guò)的系統工作人員；遙控可分為單控、程控，并可根據用戶(hù)要求自定義被控制設備及其順序操作，上述控制方式可以根據調度人員的要求設置手動(dòng)確認功能；在同一時(shí)間，當多個(gè)工作站對同一設備進(jìn)行遙控操作時(shí)，根據用戶(hù)的權限確定遙控的優(yōu)先級。系統具有控制閉鎖功能，當現場(chǎng)供電設備故障時(shí)，引起相應開(kāi)關(guān)跳閘，則此開(kāi)關(guān)控制命令的操作被自動(dòng)閉鎖；當現場(chǎng)供電開(kāi)關(guān)設備接地刀閘接地時(shí)，操作員可在主接線(xiàn)畫(huà)面上開(kāi)關(guān)符號處設置接地顯示，對有接地顯示的供電開(kāi)關(guān)設備，系統自動(dòng)閉鎖與之相關(guān)控制命令的操作?？刂崎]鎖功能可以人工投退，且可由用戶(hù)自定義。

中心操作員可以對35kV、1500V開(kāi)關(guān)保護裝置的保護定值組進(jìn)行統一管理，包括保護定值召喚、顯示、保存、切換、打印等?？梢赃x擇站名、裝置名稱(chēng)、裝置種類(lèi)進(jìn)行召喚顯示、保存，保存后可以按照報表格式進(jìn)行打印。具有操作權限的人員可以對35kV、1500V開(kāi)關(guān)保護裝置的保護定值組進(jìn)行遠程修改或切換。保護定值組預先根據供電系統各種運行模式來(lái)設定，當系統運行方式改變時(shí)，中心操作員可以從定值組中直接提取保護定值。

3.2 變電所綜合自動(dòng)化系統

變電所電力監控系統采集變電所內供電設備的遙信、遙測信息。信息在HMI界面上實(shí)時(shí)刷新，以便值班員及時(shí)了解現場(chǎng)設備運行狀態(tài)。主要監控對象包括：35kV開(kāi)關(guān)柜、1500V開(kāi)關(guān)柜、0.4kV開(kāi)關(guān)柜、牽引變壓器、整流器、配電變壓器、排流柜、鋼軌電位、再生逆變裝置等。當控制中心失去與變電所內的通訊時(shí)，中心的控制權限自動(dòng)下放至變電所內。此時(shí)，變電所系統管理員在監控工作站上登錄賬戶(hù)可以對所內設備實(shí)行緊急監控。

變電所內的網(wǎng)絡(luò )有2層，分為管理層網(wǎng)絡(luò )和間隔層網(wǎng)絡(luò )，管理層網(wǎng)絡(luò )用于連接通訊控制器與中心服務(wù)器、變電所監控工作站。間隔層網(wǎng)絡(luò )由光纖、超五類(lèi)屏蔽網(wǎng)線(xiàn)、屏蔽雙絞線(xiàn)組成。與35kV保護裝置、1500V保護裝置、400V保護裝置采用光纖通訊，起到加快傳輸速率、避免電磁干擾的功能；與控制信號屏PLC、交直流屏、溫控器、整流器、排流柜、再生逆變裝置、儀表等設備的通訊采用RS485屏蔽雙絞線(xiàn)，這些設備需要監控的信息量較少、傳輸距離較近，RS485屏蔽雙絞線(xiàn)已滿(mǎn)足電力監控實(shí)時(shí)性要求。

4 安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

4.1 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、用電的安全運行和較全管理。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。

4.2 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。

4.3 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。

4.4 系統功能

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。

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。

曲線(xiàn)查詢(xún)：可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

運行報表：查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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)。

4.5 系統硬件配置

5 結語(yǔ)

綜上所述，隨著(zhù)科技的發(fā)展，電力監控系統將對軌道交通的建設起著(zhù)越來(lái)越重要的作用，如在我國的智能城軌建設中，還可以通過(guò)對所監測到的數據來(lái)即時(shí)生成相關(guān)的維修管理內容，實(shí)現系統中信息的在線(xiàn)交流等，所以本系統仍需改進(jìn)和提高以滿(mǎn)足現代化的設備運營(yíng)需求。

參考文獻

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[3] 李 鵬.城市軌道交通電力監控系統的應用

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

作者簡(jiǎn)介：

韓歡慶，女，安科瑞電氣股份有限公司，從事電力監控系統的研究與應用