摘要：以呼和浩特地鐵1號(hào)線(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹了軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能，主要由控制中心電力調(diào)度系統(tǒng)、系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)組成。

關(guān)鍵詞：軌道交通；電力監(jiān)控；人機(jī)界面

引言

城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)城市軌道交通各變配電站、接觸網(wǎng)等電力設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行分層分布、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，處理供變配電系統(tǒng)的各種異常事故和報(bào)警事件，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。過(guò)去，電力監(jiān)控系統(tǒng)單獨(dú)建設(shè)，集成度低，各變電站的接口方式和接口協(xié)議不同，使用困難，維護(hù)繁瑣，不能滿(mǎn)足綜合調(diào)度管理和運(yùn)行穩(wěn)定性的要求。本文提到的電力監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：電力監(jiān)控軟件分散布置，主要安裝在控制中心和全線(xiàn)各變電站，各變電站具有設(shè)備監(jiān)控功能，中心具有全線(xiàn)變電站設(shè)備集中監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度控制功能；緊急情況下，控制中心遙控功能可下放到變電站，變電站具有設(shè)備遠(yuǎn)程控制功能；系統(tǒng)采用冗余設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；使用豐富的人機(jī)界面，方便用戶(hù)操作和維護(hù)，如報(bào)警推圖、故障統(tǒng)計(jì)報(bào)表、趨勢(shì)分析、功率報(bào)表等。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要分布在控制中心、車(chē)站和變電站。系統(tǒng)采用熱備冗余的方式，保證了系統(tǒng)的高可用性，通常集成在綜合監(jiān)控中（ISCS）在系統(tǒng)內(nèi)，控制中心調(diào)度系統(tǒng)、各變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成全線(xiàn)完整的電力遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)按照集中調(diào)度和分散儲(chǔ)備的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種工作模式確保站級(jí)能夠wan全獨(dú)立于水平，并在降級(jí)模式下接管中心級(jí)的大部分功能。

1.1控制中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制中心電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、三層工業(yè)以太網(wǎng)核心交換機(jī)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展交換機(jī)、信息安全設(shè)備、調(diào)度員雙屏工作站、打印機(jī)和大屏幕系統(tǒng)（OPS）等等?？刂浦行姆?wù)器部署全線(xiàn)電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)副本，通過(guò)系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)與全線(xiàn)變電站通信控制器設(shè)備進(jìn)行通信，然后在工作站上顯示收到的信息。

調(diào)度大廳設(shè)備：線(xiàn)路調(diào)度輔助工作站2套；環(huán)調(diào)工作站2套；電調(diào)工作站2套；維修工作站1套；總調(diào)工作站1套；交換機(jī)1套（冗余）；事件打印機(jī)3臺(tái)；報(bào)表打印機(jī)1臺(tái)；彩色打印機(jī)1臺(tái)；中央機(jī)房設(shè)備：區(qū)域?qū)崟r(shí)服務(wù)器7臺(tái)（冗余）；中心歷史服務(wù)器1套（冗余）；2套區(qū)域?qū)崟r(shí)服務(wù)器(冗余)；可視化數(shù)據(jù)分析服務(wù)器1臺(tái)，中心FEP1套(冗余)；磁盤(pán)陣列2套。

1.2系統(tǒng)骨干網(wǎng)

控制中心與全線(xiàn)各車(chē)站骨干網(wǎng)交換機(jī)形成電力監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的局域網(wǎng)。骨干網(wǎng)采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)通信系統(tǒng)提供的1000mbps單模光纖連接。交換機(jī)是工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。當(dāng)其中一個(gè)環(huán)路有斷點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍然可以正常運(yùn)行。當(dāng)一個(gè)環(huán)路中有兩個(gè)斷點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)切換到另一個(gè)熱備網(wǎng)絡(luò)。中央局域網(wǎng):由兩臺(tái)千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建，兩臺(tái)交換機(jī)相互冗余，采用TCP/IP協(xié)議，符合IEE802.3標(biāo)準(zhǔn)；車(chē)站級(jí)局域網(wǎng)。各車(chē)站局域網(wǎng)也由兩臺(tái)千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建，兩臺(tái)交換機(jī)相互冗余，采用TCP/IP協(xié)議，符合IEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。

1.3變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分布在全線(xiàn)各變電站，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)控(臨站環(huán)網(wǎng)設(shè)備可監(jiān)控)；可獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)人值守。該系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)控工作站、兩個(gè)冗余通信控制器和間隔設(shè)備組成。監(jiān)控工作站部署原始數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)管理網(wǎng)絡(luò)與通信控制器通信，通信控制器通過(guò)變電站現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接間隔設(shè)備。

圖1變電所綜自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2系統(tǒng)功能

2.1控制和操作功能

電調(diào)可在控制指揮中心調(diào)度工作站集中控制全線(xiàn)變電站設(shè)備，包括單獨(dú)控制、程序控制、遠(yuǎn)程回歸等。遙控權(quán)限默認(rèn)在控制中心，變電站無(wú)控制權(quán)限，變電站可向中心請(qǐng)求設(shè)備控制權(quán)限，中心電源轉(zhuǎn)移確認(rèn)后移交變電站。中心和變電站可通過(guò)遙控權(quán)限轉(zhuǎn)移功能實(shí)現(xiàn)遙控權(quán)限轉(zhuǎn)移管理，設(shè)備控制權(quán)限可通過(guò)權(quán)限轉(zhuǎn)移和強(qiáng)制回收轉(zhuǎn)移到中央調(diào)度員和其他級(jí)別操作員之間；此外，在特殊情況下（中央服務(wù)器停機(jī)、中央與變電站通信中斷）中心的遙控權(quán)限自動(dòng)下放到變電站。此時(shí)，變電站也具有遙控功能。故障恢復(fù)后，由中央調(diào)度人員確認(rèn)，權(quán)限轉(zhuǎn)回控制中心。

2.2數(shù)據(jù)采集與處理功能

遙信。電力監(jiān)控系統(tǒng)收集變電站各設(shè)備的遙信信息，包括位置遙信（雙位置）和保護(hù)遙信（單位置）。根據(jù)通信協(xié)議的不同，設(shè)備的狀態(tài)通過(guò)主動(dòng)或輪查發(fā)送給電力監(jiān)控系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)顯示在人機(jī)界面上。位置遙信包括各開(kāi)關(guān)的位置、位置、開(kāi)關(guān)柜手車(chē)的工作位置、試驗(yàn)位置、退出位置、各設(shè)備的啟停狀態(tài)、接觸網(wǎng)的帶電狀態(tài)等。遙信保護(hù)包括過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、過(guò)載報(bào)警、重合閘失敗報(bào)警、變壓器超溫跳閘、整流器超溫跳閘、系統(tǒng)過(guò)壓、失壓報(bào)警、設(shè)備異常報(bào)警信號(hào)。

遙測(cè)器。電力監(jiān)控系統(tǒng)收集三相電流、零序電流、三相電壓、線(xiàn)電壓、系統(tǒng)功率、頻率、功率因數(shù)、電度、設(shè)備溫度等遙測(cè)信息，如35kV系統(tǒng)、1500V系統(tǒng)、變壓器、400V系統(tǒng)、能饋逆變裝置等。遙測(cè)是通過(guò)周期掃描收集的，可以設(shè)置收集周期，長(zhǎng)度不小于60秒。遙測(cè)數(shù)據(jù)以周期的形式保存在歷史服務(wù)器中。根據(jù)收集的電度信息，可以生成日用電報(bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表；根據(jù)收集的電壓、電流和溫度，可以通過(guò)棒圖和圖形列表顯示；根據(jù)保存的遙測(cè)信息，可以在趨勢(shì)圖中打開(kāi)，了解設(shè)備在任何時(shí)候的工作狀態(tài)。

2.3顯示和操作功能

中央電力調(diào)度和變電站值班人員通過(guò)監(jiān)控工作站的圖片監(jiān)控變電站的設(shè)備。監(jiān)控工作站的主要功能包括：用戶(hù)登錄、注銷(xiāo)功能、開(kāi)關(guān)設(shè)備遙控、程序控制操作功能、開(kāi)關(guān)設(shè)備遙信、遙控監(jiān)控功能、開(kāi)關(guān)設(shè)備權(quán)限轉(zhuǎn)移操作功能、歷史事件、報(bào)警查詢(xún)、打印功能、功率報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能、定值組投退功能。

中央電力調(diào)度工作站圖形圖。根據(jù)用戶(hù)權(quán)限的不同，系統(tǒng)為OCC操作員提供PSCADA全線(xiàn)設(shè)備的不同監(jiān)控圖片。主要圖片有:全線(xiàn)一次系統(tǒng)圖；全線(xiàn)供電分區(qū)系統(tǒng)圖；全線(xiàn)35kV系統(tǒng)圖；全線(xiàn)1500V系統(tǒng)圖；全線(xiàn)35kV母線(xiàn)電壓柱圖；全線(xiàn)1500V母線(xiàn)電壓柱圖；全線(xiàn)1500V開(kāi)關(guān)反饋電流柱圖；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(tǒng)、1500V系統(tǒng)、400V系統(tǒng)模擬量顯示圖；趨勢(shì)和報(bào)告顯示圖；控制權(quán)限轉(zhuǎn)移圖。

變電站圖形圖。變電站一次系統(tǒng)圖；10kV系統(tǒng)圖；1500V系統(tǒng)圖；400V系統(tǒng)圖；信號(hào)光字圖；通信結(jié)構(gòu)圖；變電站布局圖；模擬測(cè)量圖；電能圖；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(fù)柜信息圖；接口柜信息圖；軌道電位信息圖；自動(dòng)屏幕圖；排水柜圖；雜散電流圖；控制權(quán)限轉(zhuǎn)移圖；遙控組屏蔽。

2.4報(bào)警功能

當(dāng)供電設(shè)備發(fā)出跳閘、故障等信號(hào)時(shí)，電力監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)推送報(bào)警圖片，并發(fā)出報(bào)警聲，提示相關(guān)人員。

人機(jī)界面報(bào)警顯示；中央調(diào)度系統(tǒng)音響；變電所報(bào)警音響報(bào)警；

3系統(tǒng)應(yīng)用

3.1控制中心調(diào)度系統(tǒng)系統(tǒng)

呼和浩特地鐵1號(hào)線(xiàn)設(shè)有2個(gè)主變電站，22個(gè)變電站，其中牽引降壓混合變電站11個(gè)，降壓變電站11個(gè)。控制中心調(diào)度系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控、事故報(bào)警查詢(xún)、程序控制停電、趨勢(shì)查詢(xún)等功能。

3.2變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)收集變電站供電設(shè)備的遙信和遙測(cè)信息。信息在HMI界面上實(shí)時(shí)刷新，使值班人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。主要監(jiān)控對(duì)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、排水柜、軌道電位、再生逆變裝置等。當(dāng)控制中心與變電站失去通信時(shí)，中心的控制權(quán)自動(dòng)下放到變電站。此時(shí)，變電站系統(tǒng)管理員登錄監(jiān)控工作站賬戶(hù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行緊急監(jiān)控。

4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

4.1概述

對(duì)于用戶(hù)變電站（一般35kV及以下電壓等級(jí)），通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、電氣接觸無(wú)線(xiàn)溫度測(cè)量產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置、配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站、配電、電力安全運(yùn)行和更全面的管理。監(jiān)控范圍包括用戶(hù)變電站、開(kāi)關(guān)、變電站和配電室。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化和無(wú)人值守要求，為35kV及以下電壓等級(jí)開(kāi)發(fā)的分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，應(yīng)用于電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)控、控制、通信等功能于一體。適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城市電網(wǎng)、農(nóng)村電網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現(xiàn)變電站的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人值守或少人值守的需要，為變電站的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

4.2 應(yīng)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(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

4.3 系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶(hù)用電規(guī)模、用電設(shè)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(tǒng)功能

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；電參量查詢(xún)；曲線(xiàn)查詢(xún)；運(yùn)行報(bào)表；實(shí)時(shí)告警；歷史事件查詢(xún)；電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表；用戶(hù)權(quán)限管理

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)；遙控功能；故障錄波；事故追憶；Web訪(fǎng)問(wèn)；APP訪(fǎng)問(wèn)；

4.5 系統(tǒng)硬件配置

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，電力監(jiān)控系統(tǒng)將對(duì)軌道交通的建設(shè)起著越來(lái)越重要的作用，如在我國(guó)的智能城軌建設(shè)中，還可以通過(guò)對(duì)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)來(lái)即時(shí)生成相關(guān)的維修管理內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中信息的在線(xiàn)交流等，所以本系統(tǒng)仍需改進(jìn)和提高以滿(mǎn)足現(xiàn)代化的設(shè)備運(yùn)營(yíng)需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃昱旻 . 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及優(yōu)化 [J]. 城市軌道交通研究 ,2010,10.

[2] 駱漢賓 , 宮培松 , 等 . 地鐵設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 [J]. 鐵道工程學(xué)報(bào) ,2013,9.

[3] 李 鵬.城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版