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電力監控系統在城市軌道交通變電所自動化中的應用
更新時間：2023-01-10點擊次數：1111次
電力監控系統在城市軌道交通變電所自動化中的應用
任運業
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程中，電力監控系統很好地監控了各個配電所、電力設備以及接觸網等的運行情況，這對于城市軌道交通的安全穩定運行有著關鍵性的作用。因此，隨著當今城市軌道交通事業的不斷發展，城市軌道交通的電力監控系統越來越受到人們的重視。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化系統進行了研究，希望可以給當今城市軌道交通的良好運行與發展提供幫助。
關鍵詞 ：城市軌道交通 ；電力監控系統 ；變電所
0 前言
隨著經濟的不斷發展，城市化進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的發展，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程中，可以進一步提升城市軌道交通的供電質量，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展以及城市經濟的發展都有著深遠的影響。
1 城市軌道交通電力監控中心的調度系統研究
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，這是一個基于計算機局域網結構的分層分布式系統。該系統的硬件部分主要由 3 個部分組成。（1）電力調度系統。（2）供電復示系統。（3）通信通道。在系統的配置過程中，主要是通過現有的設備來進行網絡單元的配置，系統包括服務器、雙局域網絡、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 局域網絡
在電力調度系統之中，局域網絡的結構是互為備用的雙以太網，在系統正常運行的過程中，雙網的工作同時進行，可以分攤不同數據的傳輸工作，使網絡負荷達到平衡。如果其中一個網絡發生故障，系統會及時發出警報，而無事故的網絡就會在一定的時間內承擔全部的數據傳輸工作，保證系統的正常運行。系統會根據數據的不同功能要求對其進行劃分，這樣就可以進一步提升系統的網絡傳輸效率，同時提升網絡的可靠性與安全性。網絡采用的是開環總線型的結構，并進行了以太網交換機的配置，將 TCP/IP 作為通信協議，以光纖作為傳輸的媒介，通信速率可以達到 100 mbps 以上，系統網絡的擴展性很好，在增加網絡節點的時候也不會對網絡性能造成不利影響。
表 2 是局域網網絡性能指標要求表。
1.2.2 服務器
服務器分為實時服務器和歷史服務器。實時服務器共有2 套，其功能與性能都十分接近，可以對數據流進行管理和控制，同時也可以校驗數據，以此來保證數據庫的一致性，同時可以在雙機工作狀態中進行在線檢測。另外，實時服務器也可以對后臺的數據進行處理，并實現網上的節點資源分配管理。在其中的一套服務器出現故障時，另一套服務器會代替其工作，并通過打印機打印出故障信息，使其顯示在另一臺服務器的畫面上。歷史服務器也有 2 套，并且有著相同的功能，可以對系統的歷史數據進行處理和管理，并提供歷史數據查詢功能。
表 3 是服務器各項指標要求表。
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人員的監視、控制以及調度管理工作進行協調，操作員工作站也有2個，可以對各種信息同時進行監視，但是同一時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時數據進行選擇、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行維護，對運行參數進行定義，并實現數據庫的定義、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 來提供的，而在這個綜合管理系統中，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人員提供一個全線監控平臺，進而靈活地監視接觸網運行情況以及全線散雜電流的情況，可以及時了解事故信息，進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行遠程通信，發送或接收維修調度計劃，進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控變電所綜合自動化系統研究
2.1 系統的構成
城市軌道交通電力監控變電所綜合自動化系統主要可以分為3層。第1層是站級的管理層，第2層是網絡通信層，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。網絡通信層的主要設備是通信網絡以及接口。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
在系統中，控制信號盤應該在變電所的控制室里進行安裝，其防護等級應該在 IP40 及以上，控制信號盤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，以便設備的活動支架可以自由拉出。同時，在控制信號盤上也應該進行報警裝置的設置，報警裝置應該設置預警以及報警 2 種不同的音響，并使控制信號盤的開關可以實現投入和排除 2 種模式的轉換，報警裝置的音響應該可以自動復歸，并可以對報警的時間進行調整。另外，在控制信號盤上也應該對有關的試驗繼電器、控制信號繼電器、報警信號燈以及軌電位變送器等裝置進行設置。在控制信號盤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、設備以及工作站之間傳輸信息，同時也可以對來自于電力調度中心的指令或變電所的指令進行接收，并將其發送給各個基礎設備。另外，站控主單元也會對基礎設備中的各類信息進行采集和處理，它有著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行設計，其配置有著靈活的特點，在總插槽數量一定的情況下，可以對其中的各個系統進行任意形式的組合，可實現直流測量、控制以及開關量采集等功能，在實際的應用過程中，雙CAN 接口可以使其與通信控制器之間形成良好的連接，進而形成一個分布式的、面向用戶的變電站自動化系統。
2.2.4 一體化監控計算機
在系統的控制信號盤的前面板上，會配置工業一體化工作站以及鍵盤等設備，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、測量信息等進行查看，并以漢字的方式將這些信息數據顯示在人機對話界面中，進而實現系統的一體化集中監控。
3 網絡通信層
3.1 所內監控網絡
所內監控網絡的組成部分有網絡接口設備以及通信網絡，可對單網結構、光纖以太網以及網絡拓撲結構進行星型連接，如果一個節點出現故障，其他的網絡節點不會受到影響，很容易找到故障，并將故障隔離。在監控網絡的通信速率是10/100 M，通信協議是 TCP/IP 通信協議，在聯網設計的過程中對應用層的通信協議進行確定。
3.2 交換機
交換機包括所內的組網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絡受到電磁信號的干擾，滿足變電所通信技術的綜合性、自動化測量要求，并對變電所進行控制與保護，后者可以對通信通道進行遠程擴展。
4 間隔設備層
在間隔設備層中，變電所綜合自動化系統要接入各個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，現場設備通過硬點輸出的形式進行設置。在變電所的綜合自動化系統中，所有間隔單元的組網形式都應該和變電所內的通信組網形式一致，然后再納入系統中。
5安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案
5.1概述
針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產品、電能質量在線監測裝置、配電室環境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監控系統，實現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶變電站、開閉所、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化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發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化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。
5.2應用場所
適用于軌道交通，工業，建筑，學校，商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、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、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。
5.4系統功能
5.4.1 實時監測：直觀顯示配電網的運行狀態，實時監測各回路電參數信息，動態監視各配電回路有關故障、告警等信號。
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 運行報表：查詢各回路或設備某一時間的運行參數。
5.4.5 實時告警：具有實時告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。
5.4.6 歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
5.4.7 電能統計報表：系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況。
5.4.8 用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
5.4.9 網絡拓撲圖：支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。
5.4.10 電能質量監測：可以對整個配電系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。
5.4.11 遙控功能：可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。
5.4.12 故障錄波：可在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。
5.4.13 事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩態信息。
5.4.14 Web訪問：展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息，設備通信狀態，用電分析和事件記錄。
5.4.15 APP訪問：設備數據頁面顯示各設備的電參量數據以及曲線。
5.5系統硬件配置
6 結語
綜上所述，城市軌道交通的發展不僅方便了當今城市居民的生活，同時也有效促進了城市的經濟發展，城市軌道交通的安全穩定運行也越來越受到社會各界的關注。基于這一情況，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，通過先進的技術與設備，對城市軌道交通的各種運行情況進行實時監控。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足以及城市經濟的良好發展都有著重要意義。
參考文獻
[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展 [J]. 科技風，2018（18）：163.
[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版本
作者簡介：
任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力監控系統的研發與應用。
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