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浅谈电力监控系统在城市轨道交通的设计与应用

文章更新时间：2023-07-25　点击量：155

摘要：以呼和浩特地铁1号线电力监控系统为例，介绍了轨道交通电力监控系统的组成和功能，主要由控制中心电力调度系统、系统骨干网络和变电站综合自动化系统组成。

关键词：轨道交通；电力监控；人机界面

引言

城市轨道交通电力监控系统主要对城市轨道交通各变配电站、接触网等电力设备的运行进行分层分布、远程实时监控，处理供变配电系统的各种异常事故和报警事件，确保系统的正常运行。过去，电力监控系统单独建设，集成度低，各变电站的接口方式和接口协议不同，使用困难，维护繁琐，不能满足综合调度管理和运行稳定性的要求。本文提到的电力监控系统具有以下优点：电力监控软件分散布置，主要安装在控制中心和全线各变电站，各变电站具有设备监控功能，中心具有全线变电站设备集中监控和统一调度控制功能；紧急情况下，控制中心遥控功能可下放到变电站，变电站具有设备远程控制功能；系统采用冗余设备和网络结构，提高系统运行的稳定性；使用丰富的人机界面，方便用户操作和维护，如报警推图、故障统计报表、趋势分析、功率报表等。

1系统结构

电力监控系统主要分布在控制中心、车站和变电站。系统采用热备冗余的方式，保证了系统的高可用性，通常集成在综合监控中（ISCS）在系统内，控制中心调度系统、各变电站综合自动化系统和系统骨干网络共同构成全线完整的电力远程监控系统。系统按照集中调度和分散储备的原则进行设计。这种工作模式确保站级能够wan全独立于水平，并在降级模式下接管中心级的大部分功能。

1.1控制中心系统结构

控制中心电力监控系统设备包括服务器、存储、三层工业以太网核心交换机、工业网络扩展交换机、信息安全设备、调度员双屏工作站、打印机和大屏幕系统（OPS）等等。控制中心服务器部署全线电力监控数据库副本，通过系统骨干网络与全线变电站通信控制器设备进行通信，然后在工作站上显示收到的信息。

调度大厅设备：线路调度辅助工作站2套；环调工作站2套；电调工作站2套；维修工作站1套；总调工作站1套；交换机1套（冗余）；事件打印机3台；报表打印机1台；彩色打印机1台；中央机房设备：区域实时服务器7台（冗余）；中心历史服务器1套（冗余）；2套区域实时服务器(冗余)；可视化数据分析服务器1台，中心FEP1套(冗余)；磁盘阵列2套。

1.2系统骨干网

控制中心与全线各车站骨干网交换机形成电力监控系统内的局域网。骨干网采用双环结构，通过通信系统提供的1000mbps单模光纤连接。交换机是工业以太网交换机。当其中一个环路有断点时，网络仍然可以正常运行。当一个环路中有两个断点时，网络会自动切换到另一个热备网络。中央局域网:由两台千兆工业以太网交换机构建，两台交换机相互冗余，采用TCP/IP协议，符合IEE802.3标准；车站级局域网。各车站局域网也由两台千兆工业以太网交换机构建，两台交换机相互冗余，采用TCP/IP协议，符合IEE802.3标准。

1.3变电所综合自动化系统

变电站综合自动化系统分布在全线各变电站，对电力设备进行控制和监控(临站环网设备可监控)；可独立运行，无人值守。该系统由一个监控工作站、两个冗余通信控制器和间隔设备组成。监控工作站部署原始数据库，通过管理网络与通信控制器通信，通信控制器通过变电站现场总线连接间隔设备。

图1.png

图1变电所综自动化系统结构

2系统功能

2.1控制和操作功能

电调可在控制指挥中心调度工作站集中控制全线变电站设备，包括单独控制、程序控制、远程回归等。遥控权限默认在控制中心，变电站无控制权限，变电站可向中心请求设备控制权限，中心电源转移确认后移交变电站。中心和变电站可通过遥控权限转移功能实现遥控权限转移管理，设备控制权限可通过权限转移和强制回收转移到中央调度员和其他级别操作员之间；此外，在特殊情况下（中央服务器停机、中央与变电站通信中断）中心的遥控权限自动下放到变电站。此时，变电站也具有遥控功能。故障恢复后，由中央调度人员确认，权限转回控制中心。

2.2数据采集与处理功能

遥信。电力监控系统收集变电站各设备的遥信信息，包括位置遥信（双位置）和保护遥信（单位置）。根据通信协议的不同，设备的状态通过主动或轮查发送给电力监控系统，并实时显示在人机界面上。位置遥信包括各开关的位置、位置、开关柜手车的工作位置、试验位置、退出位置、各设备的启停状态、接触网的带电状态等。遥信保护包括过流保护、零序过流保护、过载报警、重合闸失败报警、变压器超温跳闸、整流器超温跳闸、系统过压、失压报警、设备异常报警信号。

遥测器。电力监控系统收集三相电流、零序电流、三相电压、线电压、系统功率、频率、功率因数、电度、设备温度等遥测信息，如35kV系统、1500V系统、变压器、400V系统、能馈逆变装置等。遥测是通过周期扫描收集的，可以设置收集周期，长度不小于60秒。遥测数据以周期的形式保存在历史服务器中。根据收集的电度信息，可以生成日用电报表、周报表、月报表和年报表；根据收集的电压、电流和温度，可以通过棒图和图形列表显示；根据保存的遥测信息，可以在趋势图中打开，了解设备在任何时候的工作状态。

2.3显示和操作功能

中央电力调度和变电站值班人员通过监控工作站的图片监控变电站的设备。监控工作站的主要功能包括：用户登录、注销功能、开关设备遥控、程序控制操作功能、开关设备遥信、遥控监控功能、开关设备权限转移操作功能、历史事件、报警查询、打印功能、功率报表统计功能、定值组投退功能。

中央电力调度工作站图形图。根据用户权限的不同，系统为OCC操作员提供PSCADA全线设备的不同监控图片。主要图片有:全线一次系统图；全线供电分区系统图；全线35kV系统图；全线1500V系统图；全线35kV母线电压柱图；全线1500V母线电压柱图；全线1500V开关反馈电流柱图；全线1500V程控送电；全线1500V程控停电；全线1500V接触网状态图；全线35kV系统、1500V系统、400V系统模拟量显示图；趋势和报告显示图；控制权限转移图。

变电站图形图。变电站一次系统图；10kV系统图；1500V系统图；400V系统图；信号光字图；通信结构图；变电站布局图；模拟测量图；电能图；有源滤波信息图；交直流屏信息图；温控器信息图；整流柜信息图；负柜信息图；接口柜信息图；轨道电位信息图；自动屏幕图；排水柜图；杂散电流图；控制权限转移图；遥控组屏蔽。

2.4报警功能

当供电设备发出跳闸、故障等信号时，电力监控系统会自动推送报警图片，并发出报警声，提示相关人员。

人机界面报警显示；中央调度系统音响；变电所报警音响报警；

3系统应用

3.1控制中心调度系统系统

呼和浩特地铁1号线设有2个主变电站，22个变电站，其中牵引降压混合变电站11个，降压变电站11个。控制中心调度系统负责监控、事故报警查询、程序控制停电、趋势查询等功能。

3.2变电所综合自动化系统

变电站电力监控系统收集变电站供电设备的遥信和遥测信息。信息在HMI界面上实时刷新，使值班人员及时了解现场设备的运行状态。主要监控对象包括：35kV开关柜、1500V开关柜、0.4kV开关柜、牵引变压器、整流器、配电变压器、排水柜、轨道电位、再生逆变装置等。当控制中心与变电站失去通信时，中心的控制权自动下放到变电站。此时，变电站系统管理员登录监控工作站账户，对设备进行紧急监控。

4安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统解决方案

4.1概述

对于用户变电站（一般35kV及以下电压等级），通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接触无线温度测量产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监测设备、弧光保护装置等设备组成综合自动化综合监测系统，实现变电站、配电、电力安全运行和更全面的管理。监控范围包括用户变电站、开关、变电站和配电室。

Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气有限公司根据电力系统自动化和无人值守要求，为35kV及以下电压等级开发的分层分布式变电站监控管理系统。该系统是一个开放式、网络化、单元化、组态化的系统，应用于电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监控、控制、通信等功能于一体。适用于35kV及以下电压等级的城市电网、农村电网变电站和用户变电站，可实现变电站的控制和管理，满足变电站无人值守或少人值守的需要，为变电站的安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。

4.2 应用场所

适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

4.3 系统架构

Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。