電力監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通變電所自動(dòng)化中的應(yīng)用

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(duì)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。表 1 是對(duì)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(duì)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(duì)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(biāo)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(duì)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(cè)。另外，實(shí)時(shí)服務(wù)器也可以對(duì)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(duì)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。

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(duì)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(duì)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(duì)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。系統(tǒng)維護(hù)工作站可以對(duì)系統(tǒng)中的軟件進(jìn)行維護(hù)，對(duì)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。

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。

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(yíng)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(jí)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(jí)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(cè)控單元以及信息采集單元等。

2.2 站級(jí)管理層

2.2.1 控制信號(hào)盤

在系統(tǒng)中，控制信號(hào)盤應(yīng)該在變電所的控制室里進(jìn)行安裝，其防護(hù)等級(jí)應(yīng)該在 IP40 及以上，控制信號(hào)盤的主要設(shè)備有人機(jī)接口單元、站控主單元以及測(cè)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(hào)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(hào)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(duì)報(bào)警的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。另外，在控制信號(hào)盤上也應(yīng)該對(duì)有關(guān)的試驗(yàn)繼電器、控制信號(hào)繼電器、報(bào)警信號(hào)燈以及軌電位變送器等裝置進(jìn)行設(shè)置。在控制信號(hào)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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)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(hào)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(duì)系統(tǒng)中所有的事件信息、測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)的干擾，滿足變電所通信技術(shù)的綜合性、自動(dòng)化測(cè)量要求，并對(duì)變電所進(jìn)行控制與保護(hù)，后者可以對(duì)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)要接入各個(gè)機(jī)電設(shè)備中分散安裝的微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元、智能測(cè)控單元以及信息采集單元等單元，現(xiàn)場(chǎng)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安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

5.1概述

針對(duì)用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級(jí)），通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、電氣接點(diǎn)無線測(cè)溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(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)測(cè)、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站全方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

5.2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)。

5.3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。

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

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

5.4.3 曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

5.4.4 運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備指定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

5.4.5 實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

5.4.6 歷史事件查詢：對(duì)事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

5.4.7 電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。

5.4.8 用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

5.4.9 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5.4.10 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。

5.4.11 遙控功能：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

5.4.12 故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過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(wěn)態(tài)信息。

5.4.14 Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

5.4.15 APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6 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(duì)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(duì)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。

參考文獻(xiàn)

[1]姚永高 .城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)研究

[2] 陶旭東 . 城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及發(fā)展 [J]. 科技風(fēng)，2018（18）：163.

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

審核編輯黃昊宇