监控技术在城市轨道交通变电所的应用

监控技术在城市轨道交通变电所的应用

方刚

中铁电气化局集团西安电气化工程有限公司 , 陕西省 宝鸡市 721000

摘要：在现代城市的发展中，轨道交通占据着重要的地位。从系统建设和运营管理的角度，构建城市轨道交通信息化管理平台和机制，是现代城市轨道交通监控系统建设的一个重要目标。城市轨道交通电力监控系统的应用，是保证轨道交通供电系统正常运行的前提和基础。通过一定的网络设备和技术支持，实现变电所内外数据传输，将提高轨道交通供电系统的服务水平和智能化水平。

关键词：轨道交通；电力监控技术；变电所应用

1城市轨道交通及其电力监控系统概念简述

在中国国家标准《城市公共交通通用术语和术语》中，城市轨道被定义为“以电能为动力，采用轮轨运输的快速大容量公共交通的总称”，一般包括地铁、轻轨、单轨和有轨电车。城市轨道交通电力监控系统（又称综合自动化系统）英文名称为PSCADA，一般用于轨道供电系统中的主变电所、降压变电所、牵引变电所及其供电设备。在轨道供电系统中，监控主变电站及其供电设备，及时测量异常数据，并在紧急情况下发布相关指令。该系统包括控制中心调度系统、站用电监控系统和分布广泛的通信通道。

具有实时监控和采集监控对象运行数据的功能，通过对数据的整理和分析，形成表格、图像等多种形式，为工作人员提供更直观的数据，反映供电系统的运行状态，便于动力设备的动态监测。同时，系统遵循逻辑关系，可以向各个监控系统和目标发送远程控制命令，并自动执行。一旦检测到故障，将立即响应，实现供电系统的自动化管理，充分保证供电系统的安全运行。

2综合监控系统与电力监控系统关系简述

作为实现信息资源交换和共享的平台，综合监控系统开放通用硬件接口和软件协议，实现轨道交通各机电设备的集中监控功能。供电系统作为城市轨道交通重要组成部分，为城市轨道交通各子系统，如信号系统、车辆系统、消防系统等提供稳定可靠的电力。

电力监控系统用于对供电系统进行可靠监控，是综合监控系统的重要一环，通过软硬件接口接入综合监控系统，实现与其他各个系统的信息传递和联动控制。

3监控技术在城市轨道交通变电所的应用

伴随着因特网技术、计算机技术和通信技术的迅速发展，电力监控系统实现了分立自动化系统的综合集成，在众多行业领域均被广泛应用。在城市轨道交通领域的应用中，根据使用环境和影响，存在其特殊性。

3.1系统结构的选择及应用

在城市轨道交通电力监控系统的结构选择，需要结合当地城市轨道交通和区域的实际情况。

一般而言，会采用二级管理方式进行轨道交通单线管理，同时辅以三级控制方式的使用。二级管理是站一级和中央级的统一管理，二级管理和现场级管理相结合，即所谓三级控制，既独立又有联系。该结构主要用于大型系统，但与自动化系统适应性较强，能充分满足电力发展和轨道交通应用的需要。举例来说，应用于某地铁轨道交通的国电南瑞公司RT21-SCADA电力监测系统，即采用这种结构。

这种分层、分布式结构有利于提高系统的可靠性、简化程度。同时，轨道交通电力监控系统构架的动态分布和冗余分布也能有效地提高系统的并行度。

主备用冗余系统被广泛应用。城市轨道交通采用软件冗余和硬件冗余。通过硬件冗余系统能够实现平滑的主从切换、自动事件同步、操作期间可对系统进行修改、运行中所有部件可更换。基于硬件冗余的可靠性高，但构建系统成本也较高，而软件冗余是一种成本低又能提高可靠性的方案，在技术成熟、可靠的前提下，软件冗余逐步被运营所接受。

3.2电力监控系统通信网的应用

城市轨道交通电力监控系统中，各种间隔层智能设备通过现场通信网络连接而成，总线型的通信方式被广泛应用于已建及在建的地铁电力监控系统中。

但变电所内部集成设备种类较多，因厂家的不同，总线形式也不尽相同。以往的地铁变电所，可能同时存在 Modbus、 Profibus、 Lonworks、 CANbus等总线协议，有的设备制造商还有专利通讯协议。目前，Modbus和CANbus协议应用较为广泛，一定程度上减少了通信协议的转换工作，降低了系统的复杂性。

由于监控系统所需的监控对象越来越多，智能电子设备需要通过内部通信网络传输大量信息，例如，遥测和故障记录，特别是在发生故障时，需要传输的信息量很大，单独由现场总线组成的电力监控通信网络不能满足系统数据传输的要求。近年来，以太网技术和TCP/IP通信技术已成为网络应用的首选技术，为解决现场总线技术在自动化领域的不足提供了方向，并越来越多地应用于电力监控网络中。

3.3新型独立监测方式的应用

以往的电力监控系统通过光缆接入站级综合监控系统，再由综合监控主干网构成与控制中心的通信，这种方式目前仍较为普遍，优点是节约硬件设施降低成本，缺点是受硬件制约较大，且数据量大时容易出现问题。

在独立监测方式下，各变电所电力监控系统的信息直接通过通信主干网传送到控制中心的电力调度系统，不再需要在站级综合监控系统进行信息处理和转发。这一结构避免了电力监控系统集成到综合监控系统时所引发的问题，变电所电力监测系统的远动调试，不再受站级综合监控系统建设进度的制约，只要电力监控系统本身及通信骨干网建设完成，就可以开展电力监控系统的远动调试工作，从而大大提前供电系统的试运行时间，进而保障其他系统的正常用电。

与综合监控系统集成后，电力监控系统在变电站综合自动化系统的交换机端口设置工程边界接口；然而，在该系统独立设置后，工程实施可以由承包商统一实施，因此系统不会考虑与其他系统的兼容性，转换模块很少使用。在一定程度上增强了数据的可靠性，使施工界面更加清晰。此外，由于软件和硬件都是独立设置，因此避免了由于其它系统数据量大时出现雪崩数据，而导致整个集成系统出现运行错误。

3.4平台化系统的应用

相比于过去利用硬件操作开关柜等供电系统设备，软件平台因其易用性及数据分析功能、逻辑功能等优势，已经成为电力监控系统的重要组成部分。

长期以来，平台系统一直被国外垄断。例如，广州地铁采用法国软件平台，北京地铁5号线采用英国软件平台。目前，基于国产化的平台已经得到应用，如北京首都机场线RailSys平台。该平台主要遵循两级管理和三级控制体系，具有标准化、开放性、可靠性和层次性。系统采用1+n容错运行模式，多层体系结构。该系统具有很强的可扩展性，能够满足电力监控各种实时业务的数学模型需求。

结束语

城市轨道交通的正常运营需要建立电力监控系统。目前，城市轨道交通电力系统的监管还存在一些问题。在应用实践中，应逐步完善系统结构、组网模式、监控模式和平台体系，使电力监控系统更好地服务于城市轨道交通的稳定运行。

参考文献

[1]赵欣健.城市轨道交通电力监控系统的设计及发展[J].智能建筑与智慧城市，2018（8）：77-78.

[2]田胜利.城市轨道交通电力监控系统结构的标准化问题思考[J].城市轨道交通研究,2004(04):13-16.

[3]张佳,吴玉怀,徐斌涛.城市轨道交通电力监控系统的不足与未来展望[J].工业控制计算机,2012,25(10):17-18+20.