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淺談電力監控系統在城市軌道交通的設計與應用

文章更新時間：2023-07-25　點擊量：709

摘要：以呼和浩特地鐵1號線電力監控系統為例，介紹了軌道交通電力監控系統的組成和功能，主要由控制中心電力調度系統、系統骨干網絡和變電站綜合自動化系統組成。

關鍵詞：軌道交通；電力監控；人機界面

引言

城市軌道交通電力監控系統主要對城市軌道交通各變配電站、接觸網等電力設備的運行進行分層分布、遠程實時監控，處理供變配電系統的各種異常事故和報警事件，確保系統的正常運行。過去，電力監控系統單獨建設，集成度低，各變電站的接口方式和接口協議不同，使用困難，維護繁瑣，不能滿足綜合調度管理和運行穩定性的要求。本文提到的電力監控系統具有以下優點：電力監控軟件分散布置，主要安裝在控制中心和全線各變電站，各變電站具有設備監控功能，中心具有全線變電站設備集中監控和統一調度控制功能；緊急情況下，控制中心遙控功能可下放到變電站，變電站具有設備遠程控制功能；系統采用冗余設備和網絡結構，提高系統運行的穩定性；使用豐富的人機界面，方便用戶操作和維護，如報警推圖、故障統計報表、趨勢分析、功率報表等。

1系統結構

電力監控系統主要分布在控制中心、車站和變電站。系統采用熱備冗余的方式，保證了系統的高可用性，通常集成在綜合監控中（ISCS）在系統內，控制中心調度系統、各變電站綜合自動化系統和系統骨干網絡共同構成全線完整的電力遠程監控系統。系統按照集中調度和分散儲備的原則進行設計。這種工作模式確保站級能夠wan全獨立于水平，并在降級模式下接管中心級的大部分功能。

1.1控制中心系統結構

控制中心電力監控系統設備包括服務器、存儲、三層工業以太網核心交換機、工業網絡擴展交換機、信息安全設備、調度員雙屏工作站、打印機和大屏幕系統（OPS）等等。控制中心服務器部署全線電力監控數據庫副本，通過系統骨干網絡與全線變電站通信控制器設備進行通信，然后在工作站上顯示收到的信息。

調度大廳設備：線路調度輔助工作站2套；環調工作站2套；電調工作站2套；維修工作站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；中央機房設備：區域實時服務器7臺（冗余）；中心歷史服務器1套（冗余）；2套區域實時服務器(冗余)；可視化數據分析服務器1臺，中心FEP1套(冗余)；磁盤陣列2套。

1.2系統骨干網

控制中心與全線各車站骨干網交換機形成電力監控系統內的局域網。骨干網采用雙環結構，通過通信系統提供的1000mbps單模光纖連接。交換機是工業以太網交換機。當其中一個環路有斷點時，網絡仍然可以正常運行。當一個環路中有兩個斷點時，網絡會自動切換到另一個熱備網絡。中央局域網:由兩臺千兆工業以太網交換機構建，兩臺交換機相互冗余，采用TCP/IP協議，符合IEE802.3標準；車站級局域網。各車站局域網也由兩臺千兆工業以太網交換機構建，兩臺交換機相互冗余，采用TCP/IP協議，符合IEE802.3標準。

1.3變電所綜合自動化系統

變電站綜合自動化系統分布在全線各變電站，對電力設備進行控制和監控(臨站環網設備可監控)；可獨立運行，無人值守。該系統由一個監控工作站、兩個冗余通信控制器和間隔設備組成。監控工作站部署原始數據庫，通過管理網絡與通信控制器通信，通信控制器通過變電站現場總線連接間隔設備。

圖1.png

圖1變電所綜自動化系統結構

2系統功能

2.1控制和操作功能

電調可在控制指揮中心調度工作站集中控制全線變電站設備，包括單獨控制、程序控制、遠程回歸等。遙控權限默認在控制中心，變電站無控制權限，變電站可向中心請求設備控制權限，中心電源轉移確認后移交變電站。中心和變電站可通過遙控權限轉移功能實現遙控權限轉移管理，設備控制權限可通過權限轉移和強制回收轉移到中央調度員和其他級別操作員之間；此外，在特殊情況下（中央服務器停機、中央與變電站通信中斷）中心的遙控權限自動下放到變電站。此時，變電站也具有遙控功能。故障恢復后，由中央調度人員確認，權限轉回控制中心。

2.2數據采集與處理功能

遙信。電力監控系統收集變電站各設備的遙信信息，包括位置遙信（雙位置）和保護遙信（單位置）。根據通信協議的不同，設備的狀態通過主動或輪查發送給電力監控系統，并實時顯示在人機界面上。位置遙信包括各開關的位置、位置、開關柜手車的工作位置、試驗位置、退出位置、各設備的啟停狀態、接觸網的帶電狀態等。遙信保護包括過流保護、零序過流保護、過載報警、重合閘失敗報警、變壓器超溫跳閘、整流器超溫跳閘、系統過壓、失壓報警、設備異常報警信號。

遙測器。電力監控系統收集三相電流、零序電流、三相電壓、線電壓、系統功率、頻率、功率因數、電度、設備溫度等遙測信息，如35kV系統、1500V系統、變壓器、400V系統、能饋逆變裝置等。遙測是通過周期掃描收集的，可以設置收集周期，長度不小于60秒。遙測數據以周期的形式保存在歷史服務器中。根據收集的電度信息，可以生成日用電報表、周報表、月報表和年報表；根據收集的電壓、電流和溫度，可以通過棒圖和圖形列表顯示；根據保存的遙測信息，可以在趨勢圖中打開，了解設備在任何時候的工作狀態。

2.3顯示和操作功能

中央電力調度和變電站值班人員通過監控工作站的圖片監控變電站的設備。監控工作站的主要功能包括：用戶登錄、注銷功能、開關設備遙控、程序控制操作功能、開關設備遙信、遙控監控功能、開關設備權限轉移操作功能、歷史事件、報警查詢、打印功能、功率報表統計功能、定值組投退功能。

中央電力調度工作站圖形圖。根據用戶權限的不同，系統為OCC操作員提供PSCADA全線設備的不同監控圖片。主要圖片有:全線一次系統圖；全線供電分區系統圖；全線35kV系統圖；全線1500V系統圖；全線35kV母線電壓柱圖；全線1500V母線電壓柱圖；全線1500V開關反饋電流柱圖；全線1500V程控送電；全線1500V程控停電；全線1500V接觸網狀態圖；全線35kV系統、1500V系統、400V系統模擬量顯示圖；趨勢和報告顯示圖；控制權限轉移圖。

變電站圖形圖。變電站一次系統圖；10kV系統圖；1500V系統圖；400V系統圖；信號光字圖；通信結構圖；變電站布局圖；模擬測量圖；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；負柜信息圖；接口柜信息圖；軌道電位信息圖；自動屏幕圖；排水柜圖；雜散電流圖；控制權限轉移圖；遙控組屏蔽。

2.4報警功能

當供電設備發出跳閘、故障等信號時，電力監控系統會自動推送報警圖片，并發出報警聲，提示相關人員。

人機界面報警顯示；中央調度系統音響；變電所報警音響報警；

3系統應用

3.1控制中心調度系統系統

呼和浩特地鐵1號線設有2個主變電站，22個變電站，其中牽引降壓混合變電站11個，降壓變電站11個。控制中心調度系統負責監控、事故報警查詢、程序控制停電、趨勢查詢等功能。

3.2變電所綜合自動化系統

變電站電力監控系統收集變電站供電設備的遙信和遙測信息。信息在HMI界面上實時刷新，使值班人員及時了解現場設備的運行狀態。主要監控對象包括：35kV開關柜、1500V開關柜、0.4kV開關柜、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。當控制中心與變電站失去通信時，中心的控制權自動下放到變電站。此時，變電站系統管理員登錄監控工作站賬戶，對設備進行緊急監控。

4安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

4.1概述

對于用戶變電站（一般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、電氣接觸無線溫度測量產品、電能質量在線監測裝置、配電室環境監測設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化綜合監測系統，實現變電站、配電、電力安全運行和更全面的管理。監控范圍包括用戶變電站、開關、變電站和配電室。

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣有限公司根據電力系統自動化和無人值守要求，為35kV及以下電壓等級開發的分層分布式變電站監控管理系統。該系統是一個開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，應用于電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監控、控制、通信等功能于一體。適用于35kV及以下電壓等級的城市電網、農村電網變電站和用戶變電站，可實現變電站的控制和管理，滿足變電站無人值守或少人值守的需要，為變電站的安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

4.2 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。

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。