轨道交通电力监控系统的设计及实现

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1、汪 文 功 ! 电 气 工 程 师关 键 词 ! #$%&()北 京 地 铁 四 号 线 直 流 牵 引 电 力 监 控 系 统 专 栏!#$%&!# 石 化 电 气 *+, 年 第 *- 卷 第 .- 期轨 道 交 通 电 力 监 控 系 统 的 设 计 及 实 现! ! 以 北 京 地 铁 四 号 线 为 例 ， 简 要 地 介 绍 了 北 京 地 铁 四 号线 工 程 概 况 ， 给 出 了 北 京 地 铁 四 号 线 及 其 电 力 监 控 系 统 的整 体 结 构 ， 并 根 据 实 际 需 求 ， 给 出 了 北 京 地 铁 四 号 线 电 力监 控 系 统 的 具 体 实 现 方

2、 案 。汪 文 功 ! 国 网 自 动 化 研 究 院 国 电 南 瑞 有 限 公 司# #工 程 概 述北 京 地 铁 四 号 线 起 自 南 四 环 路 北 侧马 家 楼 ， 向 北 沿 马 家 堡 西 路 、 菜 市 口 大街 、 宣 武 门 外 大 街 、 宣 武 门 内 大 街 、 西单 北 大 街 、 西 四 南 大 街 、 西 四 北 大 街 、新 街 口 南 大 街 至 新 街 口 ， 由 新 街 口 向 西 ，沿 西 直 门 内 大 街 、 西 直 门 外 大 街 、 至 首都 体 育 馆 后 转 向 北 ， 沿 中 关 村 大 街 至 清华 西 门 ， 之 后 向 西 进

3、入 颐 和 园 路 ， 经 圆明 园 、 颐 和 园 、 终 至 龙 背 村 ， 线 路 全 长$%& ( )*。北 京 地 铁 四 号 线 工 程 共 设 $( 座 车站 ， 其 中 地 下 站 $+ 座 ， 地 面 站 一 座 ， 另设 车 辆 段 一 处 ， 停 车 场 一 处 ， 分 别 设 在马 家 楼 和 龙 背 村 ； 四 号 线 控 制 中 心 与 在建 的 五 号 线 及 十 号 线 合 设 在 小 营 ， 并 在车 辆 段 信 号 楼 设 置 备 用 控 制 中 心 ， 在 车辆 段 供 电 车 间 设 置 复 示 系 统 。电 力 监 控 系 统 结 构 设 计北 京 地

4、 铁 四 号 线 全 线 设 置 一 套 电 力监 控 系 统 ， 该 系 统 在 指 挥 中 心 内 设 置 电力 监 控 主 站 系 统 ， 在 车 辆 段 设 置 备 用 控制 中 心 一 座 ， 在 沿 线 各 变 电 所 内 设 置 电力 监 控 被 控 站 ， 全 线 共 设 $, 个 变 电 所 综合 自 动 化 系 统 作 为 电 力 监 控 的 被 控 站 ，如 图 所 示 。在 供 电 检 修 车 间 调 度 室 内 设 置 一 套# # # # # # # # 供 电 复 示 系 统 ， 通 过 通 信 通 道 与 控 制 中心 电 调 系 统 接 口 完 成 对 供 电

5、 系 统 的 复 示 功能 ， 用 于 检 修 调 度 管 理 。电 力 监 控 系 统 完 成 对 上 述 各 变 电 所 的供 电 设 备 及 牵 引 网 电 动 开 关 设 备 运 行 状 态的 监 视 控 制 ， 负 责 全 线 牵 引 及 电 力 供 电 系统 的 运 行 管 理 、 正 常 检 修 及 事 故 抢 修 的 调度 指 挥 ， 以 确 保 整 个 供 电 系 统 及 设 备 安全 、 可 靠 地 运 行 。 供 电 复 示 系 统 实 现 运 营维 修 人 员 对 全 线 供 电 系 统 设 备 的 监 视 和 对设 备 的 维 修 管 理 ， 提 高 维 护 及 维

6、修 的 质 量和 效 率 。电 力 监 控 系 统 由 电 力 监 控 中 心 以 及 设置 在 沿 线 的 各 个 牵 引 降 压 混 合 变 电 所 和 降压 变 电 所 内 的 变 电 所 综 合 自 动 化 系 统 （ 被控 站 ） 通 过 通 信 通 道 构 成 。 电 力 监 控 系 统实 施 对 全 线 上 述 变 电 所 主 要 供 电 设 备 及 接触 轨 电 动 隔 离 开 关 实 时 监 控 及 数 据 采 集 ，完 成 电 力 调 度 所 对 全 线 供 电 系 统 的 运 行 及维 修 调 度 自 动 化 管 理 ， 保 证 系 统 供 电 的 可靠 性 、 安 全

7、性 。系 统 设 备 应 采 用 模 块 化 、 冗 余 设 计 思想 ， 采 用 安 全 可 靠 性 高 、 运 行 成 熟 、 功 能完 善 、 性 能 先 进 、 质 量 稳 定 、 免 维 护 或 少维 护 等 特 点 的 产 品 。 系 统 的 硬 件 和 软 件 设计 应 充 分 考 虑 可 靠 性 、 可 维 修 性 和 可 扩 性的 要 求 。电 力 监 控 系 统 的 具 体 实 现变 电 所 综 合 自 动 化 系 统 采 用 集 中 管理 、 分 散 布 置 的 模 式 ， 分 层 、 分 布 式 系 统结 构 。 系 统 由 站 级 管 理 层 、 网 络 通 信 层

8、和间 隔 设 备 层 组 成 。 系 统 以 供 电 设 备 为 对象 ， 通 过 所 内 网 络 将 所 内 的 - ).、-& ( ).交 流 保 护 测 控 单 元 、 /0- . 直 流 保护 测 控 单 元 及 操 作 电 源 屏 系 统 监 控 单 元 等轨 道 交 通 电 力 监 控 系 统 的 设 计 及 实 现 ! ! ! ! #$ %& %( )*+ 年 + 月 下 石 化 电 气 !#图 ,- 北 京 地 铁 四 号 线 电 力 监 控 系 统 的 整 体 设 计 方 案间 隔 层 设 备 连 接 起 来 。开 关 采 用 三 级 控 制 方 式 ， 即 控 制 中 心

9、远 程 控制 、 所 内 控 制 信 号 屏 上 集 中 控 制 和 设 备 本 体 控 制 。三 种 控 制 方 式 相 互 闭 锁 ， 以 达 到 安 全 控 制 的 目 的 。控 制 中 心 远 程 控 制 时 ， 所 内 控 制 信 号 屏 、 设 备 本体 不 能 进 行 控 制 ； 所 内 控 制 信 号 屏 控 制 时 ， 控 制中 心 远 程 、 设 备 本 体 不 能 进 行 控 制 ； 设 备 本 体 控制 时 ， 所 内 控 制 信 号 屏 、 控 制 中 心 远 程 不 能 进 行控 制 。电 力 监 控 系 统 主 要 实 现 站 内 电 压 、 电 流 、 功率 、

10、 电 量 和 开 关 量 等 信 息 的 采 集 ， 并 将 信 息 送 往车 站 的 控 制 中 心 （ #$） ， 接 收 站 级 和 控 制 中 心 级的 控 制 命 令 ， 实 现 变 电 所 电 力 监 控 系 统 的 集 成 。变 电 所 内 一 体 化 监 控 计 算 机 、 车 站 综 合 监 控 室 中的 值 班 员 工 作 站 完 成 本 站 的 监 视 工 作 ， 控 制 中 心电 力 调 度 工 作 站 完 成 全 线 各 站 电 力 设 备 的 监 视 工作 。 在 正 常 情 况 下 ， 由 控 制 中 心 电 调 操 作 员 工 作站 实 现 电 力 设 备 的

11、控 制 工 作 ， 当 维 护 和 调 试 时 ，控 制 中 心 下 放 控 制 权 ， 由 变 电 所 监 控 计 算 机 实 现控 制 和 维 护 功 能 。北 京 地 铁 四 号 线 的 变 电 所 被 控 站 采 用 南 京 南瑞 集 团 公 司 生 产 的 %&( )*) 变 电 所 综 合 自 动 化系 统 。 %&( )*) 系 统 采 用 分 层 、 分 布 式 结 构 。系 统 分 为 三 层 ： 站 级 管 理 层 、 网 络 通 信 层 和 间隔 层 。(） 站 级 管 理 层 为 设 置 在 控 制 信 号 盘 内 的 冗 余热 备 的 通 信 控 制 器 、 通 用

12、测 控 装 置 和 一 体 化 监 视计 算 机 。） 间 隔 层 包 括 分 散 安 装 于 供 电 一 次 设 备 中 的各 种 微 机 保 护 测 控 单 元 、 信 息 采 集 设 备 、 智 能 测控 单 元 以 及 采 用 硬 接 点 接 入 的 现 场 设 备 。 设 备 包括 +, - 及 (, .- 交 流 保 护 测 控 单 元 、 /0, - 直 流保 护 测 控 单 元 、 变 压 器 温 控 器 、 轨 电 位 限 制 装 置 、制 动 能 量 吸 收 装 置 、 杂 散 电 流 监 控 单 元 、 12) 直流 屏 、 电 能 表 、 上 网 隔 离 开 关 和 跟

13、 随 所 负 荷 开关 等 。3） 网 络 通 信 层 即 为 所 内 通 信 网 络 和 接 口 设备 ， 间 隔 单 元 通 过 所 内 通 信 网 络 层 与 站 级 管 理 层进 行 数 据 交 换 。对 于 北 京 地 铁 四 号 线 ， 变 电 所 分 为 牵 引 降 压专 栏!#$%&!# 石 化 电 气 !# 年 第 !$ 卷 第 %$ 期混 合 所 和 降 压 所 ， 图 所 示 为 典 型 的 牵 引 降 压 混合 电 力 监 控 系 统 结 构 图 （ 粗 线 表 示 双 网 冗 余 结构 ） 。图 !& 北 京 地 铁 四 号 线 变 电 所 综 合 自 动 化 系 统

14、 的 典 型 实 现 方 案系 统 采 用 分 散 控 制 、 集 中 管 理 的 结 构 ， 即 使 系统 网 络 的 某 一 部 分 控 制 或 线 路 受 到 损 坏 ， 也 只 有 系统 的 这 一 部 分 瘫 痪 ， 不 会 影 响 到 整 个 系 统 的 运 行 。采 用 三 级 控 制 方 式 ， 正 常 运 行 时 采 用 远 动 控 制 ， 当设 备 检 修 时 ， 采 用 所 内 集 中 控 制 或 设 备 本 体 控 制 。在 开 关 柜 上 设 当 地 # 远 方 选 择 开 关 ， 对 于 接 触 轨 电动 隔 离 开 关 和 负 荷 开 关 ， 在 控 制 信 号

15、盘 上 设 置 当 地# 远 方 转 换 开 关 和 相 应 的 合 分 闸 开 关 。 三 种 控 制 方式 相 互 闭 锁 ， 以 达 到 安 全 控 制 的 目 的 。系 统 站 级 管 理 层 包 括 控 制 信 号 盘 及 安 装 于 控制 信 号 盘 内 的 主 备 通 信 控 制 器 $%&、 主 备 交 换 机 、通 用 测 控 装 $&、 通 信 控 制 器 $(&(、 一 体 化 监 控计 算 机 以 及 用 于 维 护 的 计 算 机 等 设 备 构 成 。 通 信服 务 器 和 交 换 机 均 采 用 冗 余 热 备 方 式 。 当 主 通 信处 理 器 # 交 换 机

16、 故 障 时 ， 备 用 通 信 处 理 器 # 交 换 机工 作 。 通 信 控 制 器 是 电 力 监 控 系 统 的 信 息 中 心 ，它 通 过 不 同 的 通 信 介 质 和 通 信 规 约 ， 对 变 电 所 内各 种 设 备 的 信 息 进 行 采 集 处 理 ， 形 成 标 准 的 信 息并 通 过 数 据 通 道 传 送 到 变 电 所 监 控 计 算 机 和 综 合监 控 系 统 。 北 京 地 铁 四 号 线 采 用 南 瑞 集 团 公 司 生产 的 冗 余 的 $%& 通 信 控 制 器 。 $%& 通 信 控 制 器是 采 用 实 时 操 作 系 统 开 发 的 嵌 入 式 多 任 务 通 信 控制 装 置 ， 具 有 可 靠 性 高 、 处 理 能 力 强 和 实 时 响 应快 的 特 点 。 主 备 通 信 控 制 器 完 全 相 同 ， 采 用 热 备冗 余 的 方 式 。 通 过 一 体 化 计 算 机 的 监 控 画