大连快轨电力监控系统设计及关键技术实现new

1、 中文摘要摘要：轨道交通电力体系的安全运行是保障电力机车运行稳定的基础以及轨道公司建设智能电网的首要条件。本文以大连快轨三号线为例，着重讨论了电力监控体系、变电所综合自动化体系、车辆段供电车间复示体系的总体构成、体系设计方案、体系基本配置、体系基本功能、软/硬件选型等原则及要求，其具体各体系的构架供货商应根据工程的实际情况以及自身工程经验，提出最佳解决方案，并提供解决方案的分析、计算过程及理论与实践依据,同时，分析了电力监控体系的结构、功能、构成等，然后详细研究了其在大连快轨现场应用情况，阐述电力监控体系在大连快轨供电体系安全、稳定运行的重要性，解析其在实现供电体系调度管理自动控制的具体实现，

2、并找到其在大连快轨应用设计原则。关键词：电力监控体系；控制中心；监控层；局域网分类号：请输入分类号（1-2），以分号分隔。 北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 ABSTRACTABSTRACTABSTRACT: The safe operation of rail power system is a prerequisite to guarantee stable operation of electric locomotives and rail-based company building the smart grid. In this paper, Dalian Fa

3、st Line, for example, focuses on the power monitoring system, substation automation systems, depot supply shop repeater overall system configuration, system design, system basic configuration, the basic functions of the system, software / hardware selection principles and requirements of the specifi

4、c architecture of each system supplier should be based on the actual situation of the project and its own experience in engineering, propose the best solutions and provide analysis solutions, calculations and theoretical and practical basis, at the same time analyzes the power monitoring system stru

5、cture, function, composition and other, then a detailed study of its application in Dalian Fast scene, describes the power monitoring system in Dalian Fast power system security, the importance of stable operation, analytic power in its implementation concrete realization of automatic control system

6、 scheduling management, and find it fast-track application design principles in Dalian.KEYWORDS：Power monitoring system; control center; monitoring layer; LANCLASSNO：北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 目 录目 录中文摘要3ABSTRACT41. 绪论61.1. 研究背景71.2. 电力监控体系概述71.2.1. 电力监控体系作用71.2.2. 电力监控体系构成71.2.3. 电力监控系统功能81.3. 电力监

7、控体系的研究现状与发展91.4. 本文的主要研究工作112. 电力监控体系技术基础122.1. 计算机控制体系122.1.1. PLC体系122.1.2. 数据采集与监控体系122.1.3. PC-Based监督/控制体系172.1.4. 几种系统的比较与选择172.2. 通信网络与现场总线技术182.2.1. 计算机网络基础182.2.2. 工业通信网络192.2.3. 工业以太网202.2.4. PLC现场总线202.3. 系统接口技术202.3.1. 接口概念212.3.2. 接口通信协议213. 电力监控系统架构设计233.1. 系统整体结构设计233.2. 车站系统结构设计243.3

8、. 系统监控优先级规划243.4. 系统接口规划与功能划分243.5. 监控系统配置规划254. 电力监控系统软件设计364.1. 软件平台的选择364.2. 软件总体框架364.3. 采用的软件技术374.4. 数据流374.5. 软件部署384.6. 软件系统主要功能414.6.1. 数据库管理414.6.2. 报警管理414.6.3. 人机界面424.6.4. 安全性424.6.5. 用户管理455. 电力监控系统典型功能设计475.1. 监控管理层功能475.2. 监控功能475.3. 调度功能495.4. 自动化功能496. 结论与展望516.1. 结论51参考文献53附录 A54索

9、引55作者简历56独创性声明57学位论文数据集58北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 绪 论1. 绪论大连市轨道交通始于2002年，第一条城市轨道交通线路快轨三号线建成通车，而2009年7月开工建设的大连地铁1、2号线则标志着大连城市轨道交通建设迈入了新的里程。截至2014年9月，大连轨道交通已有快轨3号线、快轨3号线续建和202延长线等3条快轨线路。地铁1、2号线一期工程正在紧张建设中，预计2015年4月，通车试运营。2010年开工建设的快轨普湾新区线预计在2015年开通。金普城际轨道、金州九里至普兰店快轨工程也在建设施工中。地铁5号线、新机场连接线、3号线小窑湾改造工程

10、和3号线东延工程等轨道交通建设项目与将陆续启动。通过深入研究总结轨道交通电力监控（SCADA）大连快轨的应用经验，对大连未来的轨道交通电力监控体系设计及技术关键提出建议，有助于将来进一步实现电力监控体系与现场需求更紧密的结合，在经济上节省开发和维护成本。1.1. 研究背景目前国内应用较广泛的是第三代SCADA体系，即基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的SCADA体系。展望未来，轨道交通作为一种与我国国情和资源禀赋相适应的交通运输方式，发展前景十分广阔。1.2. 电力监控体系概述1.2.1. 电力监控体系作用轨道电力监控系统对供电系统的实时性、安全性、可靠性、易用性、兼容

11、性具有重要作用，是整个轨道交通供电体系必不可少的组成部分。1.2.2. 电力监控体系构成大连快轨电力监控体系主要是计算机的资源管理体系，它实现对计算机资源的分配、控制、调度及回收。在操作体系平台的选择上主要考虑以下性能特点：可靠性、安全性、可移植性、实时响应性、柔软性、技术支持性、多任务并发处理能力、网络管理能力。操作体系选用Windows操作体系。电力监控体系由设在控制中心的控制站、设在沿线的牵引降压混合变电所、降压变电所（被控站）内的综合自动化体系、远动通道、供电车间复示终端体系组成。用于实现对沿线各变电所内电气设备的遥控、遥信、遥测功能，监控范围包括沿线各变电所的变配电设备、接触网电动开

12、关设备及沿线各迷流监测点。电力监控体系的结构采用1：N的集中监控方式。体系的通信规约采用目前流行的问答式（Polling），网络为双重网络结构。图1：ISCS-PSCADA体系结构Figure 1: ISCS-PSCADA architecture1.2.3. 电力监控系统功能根据PSCADA体系的特点，中心级和变电所级监控的重心有所不同：PSCADA体系的监控重心在中央控制中心（OCC）， 变电所保留对供电设备的控制功能但重点是监视；对所控设备，中心、变电所遥控是互斥关系，即中心、变电所不可同时对受控设备进行遥控操作。大连快轨电力监控体系的功能主要是通过人机对话来实现。具体如下：管理整个所内

13、监控体系，并监视各间隔内的保护测控下位单元的运行状态；接收控制中心或所内监控终端的控制命令，向控制中心或所内监控终端传送变电所开关位置、事故、预告等信息；直接监视控制不宜装设监控单元的设备（如接触网上开关），或独立性较强的终端，如迷流监测体系终端。1.3. 电力监控体系的研究现状与发展国外对轨道交通监控体系的研究开展较早，目前技术已经相对成熟。德、美、加拿大、日本等对这一技术的探究位居世界前列。日本欧姆龙公司在上世纪七十年代中期研发的Controller Link环网控制技术，德国Phoenix Contact公司于其后十年左右研发了INTERBUS现场总线技术，以及美国埃施朗公司在20世纪9

14、0年代推出的LONWORKS分布式轨道轨道交通监控体系(TMCS )技术，在轨道交通安全监控体系方面一直有着相当广泛的应用。国外轨道交通安全监控体系应用比较成功，其对轨道交通内的行车安全起到十分重要的作用。国外长轨道交通中都安装了非常完善的监控体系，技术十分先进，其中尤以挪威的拉尔达轨道交通监控体系与日本的关越轨道交通监控体系最为著名，可谓轨道交通监控体系设计之范例，现简要介绍这两个轨道交通监控体系的基本情况。拉尔达轨道交通全长24.Skm，是挪威两大城市一一卑尔根与奥斯陆之间的E16高速轨道上的重要轨道交通，同时也是当前世界上长度最长的轨道轨道交通，轨道交通通行方式设计为双向行车的单洞双车道

15、轨道交通，其年日均车流量为1000辆。拉尔达轨道交通同时建有世界上先进的轨道交通监控体系，较好地保证了轨道交通的运营安全。拉尔达轨道交通监控体系包含通风调整子体系，交通传导调整子体系，照明调控子体系，火灾预警子体系，视频检测子体系以及中心计算机监督体系。轨道交通外场设施使用双机冗余的PLC-5型可编程调整器作为轨道交通区域调整器，调整轨道交通的照明、通气和环境监测等子体系。中心调整计算机与轨道交通范围调整器之间的通讯网络使用SDH Synchronous Digital Hierarchy)通讯网，保证了信息传递的稳定性以及实时性。日本关越轨道交通包括上行轨道交通、下行轨道交通和避难轨道交通，

16、上行轨道交通全长为11055m，下行轨道交通全长为11 km，避难轨道交通全长为10943m。轨道布铺设了两处直径达9.7m的通风竖井。上行轨道交通轨道安装4处湿式静电吸尘设施，下行轨道交通轨道安装处干式静电吸尘设施。关口轨道交通同样安装由多个子体系组建的使用DCS(Distributed Control System)集散型调整体系的监控体系，对轨道交通内机电设施展开即时监控，确保了关口轨道交通的运转安全性。在欧洲，研究人员建立了轨道交通智能交通委员会，采用智能交通的概念，结合交通工程学的原则和办法，由全面监控转化为微观监控，对进入轨道交通的每个车辆，通过检测、建立信息卡以及出口识别，达到对

17、轨道交通运营状态、轨道交通内车辆数与车辆类型展开即时监控和政策扶持、提升效率和减少消耗的目标，在信息高效整合的基础上，对检测设施进行全面调整，朝着智能调整的方向发展。在通风照明调控方面，国外主要使用模糊通风调控技术、风光结合供电技术、模糊照明调控技术以及部分高效调控机器，高效光源等在确保轨道交通安全运行的基础上，科学减少轨道交通运行的投入。国内研究人员对于轨道交通监控体系的研究和应用开始得比较晚。我国国内轨道轨道交通监控体系的发展历程，是一个从无到有，从国外引进借鉴到自主开发创新的过程。20世纪70年代以前，我国的轨道轨道交通长度短、等级低、数目少，没有条件配备相应的机电设备。进入80年代，随

18、着经济增长的加快，我国轨道轨道交通建设步伐也随之提速，轨道轨道交通机电体系的设计和施工也得到了较快的发展1987年7月，福建鼓山轨道轨道交通建成通车，轨道交通内布设有通信、闭路电视、防火、照明等诸多机电装置，是我国第一座较现代化的轨道轨道交通。1987年7月，福建鼓山轨道轨道交通建成通车，轨道交通内布设有通信、闭路电视、防火、照明等诸多机电装置，是我国第一座较现代化的轨道轨道交通。为了保证轨道交通运营安全，交通部组织大批科研、工程人员在学习和借鉴国外先进经验的基础上，结合我国的国情，于2001年制定并颁布了轨道轨道交通监控体系设计和施工的国家标准一一高速轨道轨道交通监控体系模式(GB/T 18

19、567-2001)。此后，我国建成的轨道轨道交通大都配置有较高水平的轨道交通监控体系，秦岭终南山轨道交通和湖南雪峰山轨道交通是它们之中比较成功的典范，现简要介绍其基本概况。秦岭终南山特长轨道交通长达18.02km，是我国规划建设的西部开发八条轨道干线中的“内蒙古阿荣旗一西安一重庆一广西北海”和“银川一西安一武汉”两条路线的共用段在山西穿越秦岭的关键项目。秦岭轨道交通建有非常完备的监管体系，包含交通监管子体系、照明监管子体系、环境检测及通风调控子体系、火灾报警子体系、电力监管子体系、闭路电视监管子体系以及中央监管子体系。轨道交通现场调控器使用SIEMENS公司的SIMATIC S7系列PLC可编

20、程调整器，通讯网络使用现场总线与工业以太网集合的形式，确保了轨道交通信息传输的即时性和可信度。雪峰山轨道交通是国家高速轨道网上海至瑞丽高速轨道少阳至怀化段的特大型轨道交通工程，全长6.95km，是湖南境内最长的轨道轨道交通，为上下分离式4车道轨道交通，设计车速8Okm/h。雪峰山轨道交通设有完备的监管体系，包含:轨道交通监管管理所中心调控体系、轨道交通现场掌控体系、电视画面监视体系、交通监管体系、通风监管体系、照明监管体系、火灾监测报警体系、有线电波体系、紧急通话体系、视频车辆检查体系、电力监管体系等。轨道交通调整器使用罗克韦尔自动化公司A-B品牌的PLC现场调整器，集合1756-ENBT以太

21、网通讯模块在双冗余以太网光纤环路的基础上进行环绕通电。另一方面，目前我国轨道交通监管体系的探究普遍按照采取什么样的途径可以确保轨道交通运转的安全为中心展开。但在实际运行中，除了这一点非常重要之外，还有一个非常重要的话题，那就是在确保轨道交通运转安全的前提下如何开展轨道交通运转的高效问题。 国内许多轨道交通在运行过程中都有明显的电能损耗问题，导致轨道交通运营管理方电费消耗颇大。当前我国政府正在大力提倡建立资源节约型社会，大力发展低碳经济，显然轨道交通运营电能浪费的这种情况是必须要改变的，这样才能有利于国计民生。轨道交通机电体系中耗能最大的部分当属轨道交通通风体系与轨道交通照明体系，而这两个体系同

22、时也是保障轨道交通运营安全的不可或缺的部分。因此，如何在保证轨道交通运营安全的前提下降低轨道交通通风体系与轨道交通照明体系的能耗成为了交通部门关注的焦点，同时也是当前我国轨道交通监管体系研究的热点。1.4. 本文的主要研究工作 笔者通过深入大连快轨交通现场查看调研轨道交通地形和轨道交通电力监控系统，并认真查阅了相关设计图纸，初步掌握了大连轨道交通的基本情况。在此基础上，本文对大连轨道交通电力监控系统的功能需求分析和大连轨道交通监管体系的总体设计进行了论述，并在深入研究了大连快轨电力监管体系设计及关键技术实现等节能关键技术进行了阐述。43北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 电

23、力监控体系技术基础2. 电力监控体系技术基础2.1. 计算机控制体系2.1.1. PLC体系自20世纪60年代美国采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了迅速的发展，在世界各地得到了广泛应用。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用，大连快轨电力监控系统上也采用PLC体系2.1.2. 数据采集与监控体系根据PSCADA体系的特点，中心级和变电所级监控的重心有所不同：PSCADA体系的监控重心在中央控制中心（OCC）， 变电所保留对供电设备的控制功能但重点是监视；对所

24、控设备，中心、变电所遥控是互斥关系，即中心、变电所不可同时对受控设备进行遥控操作。操作员在被控设备所在的显示画面上启动单控（鼠标左键双击弹出设备的控制页面，控制页面无操作超过 20s关闭控制页面，如果操作者无控制权或者不可控的设备则自动弹到信息页），其操作步骤如下：第一步：PSCADA体系下发遥控选择命令，此时该设备被占用，保护测控单元检查自身执行条件，发送返校命令给PSCADA体系，PSCADA 体系收到可以执行的返校命令方可执行操作，当有操作员对某设备进行操作时，PSCADA 锁定该设备，不允许其他操作员同时对此设备进行操作。当PSCADA下发选择命令后体系开始倒计时，在规定的时间（可以离

25、线调整该时间）内如果没有收到返回指令，体系在操作命令显示区给与提示。当选择成功后，体系的分合闸执行按钮被激活，体系开始等待执行下发倒计时；第二步：PSCADA体系下发执行命令，以规定时间内开关位置的变位信息来判断执行的结果。断路器下发执行命令后，在规定时间内未收到正确的变位信息判断为执行失败。遥控操作的说明：初次进入控制面板时，仅“选择”按钮可以点击，“执行”、“取消”按钮为灰色不可点击。选择操作执行成功后，“选择”按钮变灰，“执行”、“取消”为可点击状态。操作执行后，或者取消操作后，“选择”按钮会再次可点击，“执行”、“取消”按钮为灰色。如果在给定时间内未达到最终目标状态，则PSCADA 将

26、产生一个“控制操作失败”报警，并记入日志。如果设备正常工作，则PSCADA将在设备状态改变后产生状态正常变位日志，不产生报警。此超时时间可离线整定。在控制窗口提示栏显示操作成功或失败信息及失败的原因。若操作失败，产生报警，并在报警信息中有明确的失败原因。控制窗口打开一定时间（20s）无操作时，自动关闭。监视信息窗口手动关闭。以上每步操作的倒计时时间可离线配置，当计时为0时依然没有收到下一步的指令，体系自动收回并取消操作；该设备须重新进行选择命令后才可再次执行。下为PSCADA设备的控制对话框：图 4 ： PSCADA设备控制对话框Figure 4: PSCADA Device Control

27、dialog控制序列请参见控制序列章节。设备控制禁止在设备对话框中的标签页，通过设备挂牌的方式，可抑制控制输出（即：控制页被禁止），以确保当技术人员在现场作业（如电力线路作业）时，其它操作员不能发送控制指令，只具有设备监视功能，数据正常扫描刷新。在摘牌后，恢复设备的控制功能。检修人员在电调、车站变电所值班员挂检修牌后（在中心维修工作站，即NMS工作站、车站、变电所），可以不受挂牌（及软闭锁条件）的限制，允许进行控制操作，电调则不能进行任何控制操作。维护人员无权挂检修牌。图 5 ：遥控屏蔽Figure 5: Remote shield设定检修牌后，中心/车站全部挂检修设备相关报警列表将被体系自动

28、确认，报警项无闪烁及其报警音响将被抑制。遥控屏蔽屏蔽和解除屏蔽是实现对设备开关的闭锁、解锁操作，被屏蔽的对象禁止单控或控制序列操作。在中心授权的情况下，维护人员可以对任何一个或多个供电体系受控设备进行屏蔽，使其不能被遥控操作；屏蔽解除后才能恢复遥控功能。屏蔽分为单个对象屏蔽、一组对象屏蔽及全站对象屏蔽：单个对象屏蔽指屏蔽一个遥控设备。一组对象屏蔽包括按电压等级、按站设置屏蔽。电压等级，如1500V电压等级的所有开关、35kV I段的所有开关、35kV II段的所有开关、400kV I段的所有开关、400kV II段的所有开关。全站屏蔽，即屏蔽一个变电所内所有的遥控开关。点击PSCADA设备控制

29、对话框中的“高级”按钮，切换到详细操控窗口，如图5所示。通过点击“设置屏蔽”/“取消屏蔽”控制操作按钮，可对单个设备进行开关的闭锁、解锁操作。“设置屏蔽”/“取消屏蔽”控制操作按钮的激活/禁止按实时状态变更，如实时状态为“屏蔽”，“设置屏蔽”按钮被禁止，“取消屏蔽”按钮被激活。图 6： 遥控屏蔽管理面板1Figure 6: Remote management panel a shield在电力菜单中点击“遥控屏蔽”选项，主显示区中出现一组对象的遥控屏蔽管理面板，如下图所示。选择所需操控的组别，通过点击“设置屏蔽”/“取消屏蔽”控制操作按钮，可对一组设备进行开关的闭锁、解锁操作。“设置屏蔽”/“

30、取消屏蔽”控制操作按钮的激活/禁止按实时状态变更，如实时状态为“屏蔽”，“取消屏蔽”按钮将为激活状态，“设置屏蔽”按钮为禁止状态。图 7： 遥控屏蔽管理面板2Figure 7: Remote management panel shield 2不同方式的屏蔽操作可重复执行，但不能同时解除。具有控制权限的操作员可以设定控制屏蔽；相同位置、相同级别或更高级别的操作员可以互相解除屏蔽；进行屏蔽后，在供电体系图及主接线图界面会显示屏蔽标志（白色边框）。所有的屏蔽/解锁操作均记录在事件列表中，同时记录时间、操作对象和操作人。保护信号复归复归功能包括：保护复归；信号复归（PSCADA对保护装置上的瞬时报警信

31、号提供保持的功能，直到有操作员通过复归此信号报警信息才可恢复）。 当复归标志出现后，用鼠标左键双击体系图上显示的复归标志(红色实体圆点)，将弹出复归控制窗口。复归窗口按钮包括：保护复归。鼠标左键单击“保护复归”按钮，对设备进行复归操作，在“状态”栏中会显示复归操作的过程。2.1.3. PC-Based监督/控制体系随着网络时代的到来，工业PC或PC-based控制器由于可以完全融入到网络时代的信息系统中，PC-based控制器从外观到可靠性也都开始可以与PLC相近。 PC-BASED控制器将取代传统PLC，当然首先必须解决可靠性及编程问题。在编程方面，由于IEC61131-3编程语言标准的推出

32、和广泛采用，为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。这样，PC-based控制器不仅具有PC的优势，也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到电力监控的信息系统中。2.1.4. 几种系统的比较与选择推出的“A电力监控体系”的主要核心分布式体系，其借助IP网络对分布在大范围内的众多变电站的输变电线路展开全面监控。本体系可对35KV以下变电站内输变电线路展开同步遥控、信号传输，即时检修线路问题并即时报警，不间断监测变电站内的自动化设施的工作状态以及相关系数，并能凭借声音、电话语音、小灵通信息、手机信息等多种渠道做出预警提示，第一时间告知维修人员对系统进行检修。 本体系的建设是为了提升变电站电网

33、的管理能力，快速、精确地获取变电站运转的即时资料，全面地掌握变电站的实时运转状态，快速找出变电站运转的毛病并给出对应的处理意见，同时可以让值班管理人员按照变配电体系的运转现状展开负荷剖析、恰当调度、遥控合分闸、躲峰填谷，掌握安全监控、事故整治的主动性，降低和杜绝操作、误判断，减少事故停电时段，完成对变配电体系的现代化运营管理2.2. 通信网络与现场总线技术2.2.1. 计算机网络基础计算机网络采用成熟、可靠、通用性和容错能力强的以太网（Ethernet），网络访问方式为客户机/服务器方式，网络通信协议为TCP/IP协议。网络采用双网冗余配置，并行工作方式。在正常运行时，网络采用网络负载均衡技术

34、，实现双网同时工作并合理分担负载量。当某一网络故障时，另一网络能够完全接替故障网络执行全部功能。体系网络应具有足够的扩展能力及良好的扩展性能，既能保证今后体系的扩容，又能保证客户机的增加不影响网络的各项性能指标。通过虚拟网络划分（VLAN）功能，对各被控站网络进行划分，以强化网络管理和网络安全，控制不必要的数据广播。以太网三层交换机的主要性能指标如下：背板带宽不小于8.8Gbps第二层和第三层最大传输带宽4.4 Gbps基于64字节数据包的转发速率不小于6.6Mpps不小于8MB包缓冲结构32MB DRAM和8MB内存每台不少于24口支持IEEE802.3ab 1000BaseT、IEEE80

35、2.3ab 1000BaseTx及IEEE802.3 10BaseT及IEEE802.1QVLAN规范支持10BaseT、100BaseTX、1000BaseT端口上的IEEE802.3x全双工操作通信速率10M/100/1000Mbps自适应具有多层交换的性能，并具备虚拟网络（VLAN）划分功能可堆叠工作方式具有各端口运行状态指示灯支持冗余电源2.2.2. 工业通信网络工业通信网络是网络技术和现场总线技术在工业应用中的融合，是体系集成和企业信息化的关键。被控站设在沿线的牵引降压混合变电所、降压变电所内。大连快轨电力监控体系的通讯网络各被控站采用当地综合自动化体系，完成所内的控制、保护、测量及

36、体系监控终端的功能，各被控站通过所内综合自动化体系的通信处理单元实现与控制中心的信息交换，即遥测、遥信信息的上传和下行遥控信息的接收和执行，以实现变电所的无人值守。变电所采用计算机型全所综合自动化体系，采用分散、分层、分布式体系结构。体系分三层设置：站级管理层，网络通信层，间隔设备层。站级管理层为设置在控制信号盘内的主监控单元和所内监控终端，内部通信采用网络形式；间隔设备层包括安装于各开关柜内的各种间隔设备，设备采用保护测控一体化设备。间隔层设备通过与一次开关设备、CT/PT设备接口，完成对所内供电设备的控制、监视、测量及保护功能；网络通信层即为所内通信网络，采用单网结构。该体系采用集中管理、

37、分布控制模式，各下位监控单元由上位主控单元管理，利用现场总线实现下位机与上位机及下位机之间的数据通信。上位主处理器用于数据管理、监控和与控制中心的通信，同时实现所内各开关间隔的相互联动、联锁、闭锁等功能。变电所内通信网络的网络传输介质可为双绞线、同轴电缆、光纤或针对不同设备提供商而混合使用网络介质。对于设置有串口的设备，如各变电所内设置的迷流监测体系终端, 可以通过规约转换器接入综合自动化体系的现场总线，或者直接单独接入综合自动化体系控制信号盘的上位监控单元。对于不宜设置下位监控单元的开关设备，如接触网上电动隔离开关等设施，由控制信号盘的上位监控单元直接监控。该体系满足分散、分层、分布式计算机

38、网络体系，开放式体系结构要求。软件采用模块化编程手段，硬件采用抗干扰能力强的产品。整个体系具备简捷方便的扩容手段及足够的扩容能力，并预留与其他体系接口能力。变电所综合自动化体系的组网方案主要有两种：现场总线网、以太网现场总线网。现场总线技术由于其具有简单易用、组网方便、抗干扰能力强等特点，作为变电站内的通信网被广泛采用。但随着变电站自动化的发展，现场总线的一些局限性逐渐暴露出来，如网络节点增多时，网络数据流量增大，特别是当多个保护同时动作时，或需要传输故障录波、谐波分析等数据量很大的信息时，网上冲突加剧，重发次数增多，通信效率降低。目前国外有名大企业已借助嵌入式技术把太网端口置于保护设施中，这

39、样各保护设施就能够用以太网构建一个自助化体系。以太网具备网速奇快，带宽较宽，与后台检测机、维修机等接口适合的特征，能够符合变电站自助化体系对通讯网的需求。分析变电所设施的向下兼容性和未来发展方向，使用将所内全部通讯网划分为两层的方案，中间用10M以太网组建以太网的主干网络，完成后台机、远程通讯单元和各区间的连通。在间隔内则使用现场总线网把把各保护设施组建起来，现场总线网上的资料借助间隔层的检测单元传送到主干网上。最下面的各种保护设施可保持原状，确保其向下兼容性。与现场总线网的体系组网方案相比，两种方案的投资相当。因此本次推荐采用将以太网与现场总线技术连接的方案，各显神通，有效提高网络的通信效率

40、和兼容性，同时提高了体系的抗干扰能力，体系的性能得到了较大的改善。为了提高体系的抗干扰能力，通信介质采用光纤，大大提高了体系的可靠性。2.2.3. 工业以太网工业以太网是当前工业控制领域新的研究热点。其研究目前还有许多不成熟的地方，但由于其具有巨大的应用前景，已经吸引了众多研究机构和公司进行研究探索。以太网具备可扩展性，可靠性，成本低廉以及拥有大量的网络管理和故障排除工具。体系主干网采用冗余以太网，可方便扩充接点；站内交换机均预留了以太网接口，机架留有扩展槽位，可以方便进行站内设备的扩展。2.2.4. PLC现场总线IEC（国际电工委员会）对现场总线的定义是“安装在制造和过程区域的现场装置与控

41、制室内的自动控制装置之间的数字式、串式、多点通信的数据总线称为现场总线”。10kV开关柜、0.4kV开关柜间隔层设备的电信号经过串口线传送到控制信号盘的总控单元。通信介质为双绞线。1500V开关柜电信号通过光电转换经过光缆传送到控制信号盘的光电转换装置，再接入总控单元，通信介质为光缆。2.3. 系统接口技术采用硬接线方式将接触网上网电动隔离开关和轨电位控制器的信号接入到控制信号盘内的SM模块的端子排中。SM模块经过以太网线连接到总控单元。通信介质为硬线电缆和双绞线。接口图图8：与接触网上网隔离开关和轨电位控制器的接口图Figure 8: OCS Internet isolating switc

42、hes and track potential Controller Interface Figure接口位置：控制信号盘输入端子排。接口类型：硬线接点。提供开关量输入口及所需的各种继电器、变送器、按钮、信号灯、转换开关等，并对接点（开关量）容量做出校核，具体数量及形式在设计联络时确定。2.3.1. 接口概念从技术上讲，接口是一组包含了函数型方法的数据结构。采用硬接线方式将接触网上网电动隔离开关和轨电位控制器的信号接入到控制信号盘内的SM模块的端子排中。SM模块经过以太网线连接到总控单元。通信介质为硬线电缆和双绞线。2.3.2. 接口通信协议计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式：并行通

43、信和串行通信。 物理接口接口位置：控制信号盘输入端子排。接口类型：硬线接点。接口责任计算机通过开关量输入口及所需的各种继电器、变送器、按钮、信号灯、转换开关等，并对接点（开关量）容量做出校核，具体数量及形式在设计联络时确定。北 京 交 通 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文 电力监控系统架构设计3. 电力监控系统架构设计3.1. 系统整体结构设计体系基本性能指标是体系结构设计中的关键参数，大连快轨电力监控体系的性能指标需要达到如下要求：遥控正确率99.99%遥信正确率99.99%遥测总精度0.5%（不含变送器）平均无故障工作时间(MBTF)：20000小时控制中心遥控命令传送时间小于1秒控

44、制中心遥信变位传送时间小于3秒网络负荷率40%体系指标如下：硬件设施可以完成预防烟尘、预防腐蚀、防潮湿、防霉变、防震动、抗电磁影响和防静电的任务。所有光缆、通讯电缆、掌控电缆和相关设施型号符合地铁设计规范中的条件。产品电磁兼容性能满足国家有关标准。产品绝缘强度及耐压性能满足国家有关标准。体系电磁性和抗干扰性指标体系符合下列环境条件：由于体系与下层设备的接口大部分采用光纤通讯,大大增强了体系的抗干扰能力.而体系所使用的设备均采用工业级产品,这样就加大了体系的可靠性和抗振动能力。振动：f10Hz时，振幅为0.3mm；10Hzf150Hz时，加速度为0.1m/s2。抗电磁干扰及无线电干扰能力：在27

45、MHZ至1GHZ的范围内不少于20V/m得电磁场；可抵抗无线电频率为50KHZ至27MHZ中的接触性干扰。体系的可靠性、可维护性、可扩展性体系的可靠性主要依赖于硬件设备体系和软件体系,我公司提供的变电所综合自动化体系由于选用的硬件设备全部为工业级产品,具有相当高的可靠性,而我公司提供的软件有两部分,一部分为操作体系软件为正版的WINdows操作体系软件,应用软件则使用我公司大量实际应用的非常成熟的MACS-SCADA电力监控软件.从而使的整个体系具有非常高的可靠性。体系设备硬件配置采用成熟、稳定的工业产品。交换机、主控单元、SM均为公司的优质产品，并且在地铁现场有过多次应用。体系的可维护性体现

46、在以下几个方面：体系主要部件，如SM为模块可插拔结构，维护及更换相当迅速。体系采用优质的设备，交换机、SM均为故障率很低的产品，维护成本降低。软件体系可按照标准组态语言进行修改。3.2. 车站系统结构设计车站级监控体系，主要实现对本站的监控单元检测控制，或中央级监控体系故障，监控将下放至车站级。车站级监控体系装置起承上启下的作用，既可以完成对本站各测控单元的监控也可以接受来自中央级的命令，同时也将各测控单元状态上传至中央监控体系。3.3. 系统监控优先级规划目前国内地铁电力监控大部分采用中央级、车站级、单元级三级监控方式，通信通道采用环形网络传输通道，有效降低了电力监控故障率。杂散电流检测部分

47、采用独立通道，但是排流单元同时受杂散检测体系和电力监控体系控制，各级监控体系特点如下：（1）中央级监控体系，中央级监控体系主要完成对全部车站变电所信号控制盘检测控制，同时可以完成报表和事件打印，调度员可以根据要求灵活调整供电方式。中央级控制体系和车站级控制体系采用环形网络传输通道，如果一端通道故障可采用另一端通道，有效降低通道故障率为通道维修提供保障。（3）测控单元，是电力监控体系中最基本的测控单元，主要完成检测信号上传以及上级控制单元的命令执行。3.4. 系统接口规划与功能划分变电所电力监控盘、柜内的设备有以下各子体系：、遥控输出子体系：调试其接收控制输出命令并通过遥控出口继电器执行状况。、

48、遥信输入子体系：通过模拟试验使该体系采集来自现场监视对象的实时状态信息，包括位置遥信和非位置遥信。、模拟量输入接口：用于遥测，接收来自模拟量变送器设备的信息，模拟量输入可采用电流型或电压型。、通信接口子体系：变电所采用单网络结构，主要测试其网络完成远动数据的发送和接收能力。以上各子体系功能调试均能在控制信号盘和液晶显示器上出现正确的声光报警和液晶显示信号及消除。以上各项目分别按计划调试完毕，并处理存在问题，达到设计功能后，按照业主要求的格式出具详细完整的试验报告，报业主和监理单位，然后修正调试方案，按顺序进行下一变电所工作。3.5. 监控系统配置规划（1）联调准备条件电力监控体系与被控站的联调

49、是在变电所单体设备元件性能测试、变电所各子体系调试完成后开始进行。电力监控体系与被控站的联调必须按预先排定的计划一对一逐站进行，所有被控站均处在远方控制运行方式上。然后由指挥控制中心中央控制体系对被控站进行遥控方式操作，检验各体系功能完成情况。（2）供电体系运行方式全线供电体系采用控制指挥中心遥控，所内盘上控制，设备本体控制三级控制方式。正常运行时由调度中心进行遥控操作，当所内设备检修或通道故障时，采用所内盘上控制或设备本体控制。通过当地/远方转换开关，闭锁遥控操作，保证所内设备及人身安全。（3）联调方法电力调度体系与变电所间的联调目的是为了检测体系各项功能。电力监控体系功能为遥控、遥信、遥测

50、三类功能，联调按以下步骤进行。、遥信项目功能调试遥信项目的功能为位置信号、预告信号、事故信号三部分。开关位置信号的调试，是对变电所内被控开关进行分合位置与调度端一一对应操作，使其变化的信息数据通过处理和通道传递直达调度端，在控制台和大型屏幕上正确显示。各种保护动作发出的预告信号、保护动作的跳闸、合闸信号，是通过变电所设备上或各体系保护回路源头端施加模拟电量达到保护动作，并产生和传递保护动作状态信号为数据到调度端以便检验是否正确。、遥控项目功能调试本工程电力调度体系设计结构是1：N集中监控方式。项目投入运行后，变电所无人值班，由电力调度遥控操作完成变电所各种运行方式及检修维护的倒闸作业。操作时在

51、指挥中心调度室控制台上对变电所内的被控开关进行分合闸控制。遥控命令数据通过通讯通道及网络设备的处理和传输达到被控开关，被控开关正确动作，并将相应信号传输到调度端，反映在控制和显示屏幕上。、遥测项目功能调试遥测的项目有电压、电流等功能。调试时在变电所要测量的项目电流、电压回路源头加一定数值的模拟电量，并用0.2级仪表监测记录。然后与调度端、控制台上仪表显示数值相比较，其误差应满足设计要求，误差超标时找出原因并进行调整。所内监控终端及事故、预告音响功能：所内设集中监控终端，采用数字通信方式读取主控单元信息，显示变电所综合自动化体系监控范围内的所有信息；所内任何事故、预告信号均设置音响信号，在设定时

52、间内自动解除。具备“投入”“撤除”功能，音量可调。开关柜内下位监控单元主要功能：接收控制信号盘主控单元的控制命令，结合已经存储的开关位置信号，进行逻辑判断，通过输出继电器发出“分”“合”命令；采集和显示开关柜等设备的位置信号、设备运行的事故信号、预告信号；通过上位监控单元与其他下位监控单元配合实现开关的配合动作。变电所维护便携机功能：与上位监控单元进行通信，实现对变电所综合自动化体系（上位机、下位机）各监控单元的日常维护（监控软件的修改，整定值的修改）；实现在当地对变电所综合自动化监控范围内的所有对象的监视，控制，读取操作、数据统计等信息。人机界面显示及操作功能人机界面是值班员日常监视、操作的

53、主界面，由运行监控程序和其他辅助的模块组成。主要提供如下功能：画面显示、值班员常用操作等功能。人机操作接口应提供窗口管理、画面显示以及操作等功能。在人机界面可进行相关程序启动操作。对体系历史数据进行查询。体系可显示供电体系图、本变电站主接线图、报警/预告画面及其它画面等。具体画面包括以下内容：变电所一次体系接线图变电所平面布置图信号光字牌自动化体系设备状态图直流屏图10kV定值表1500V定值表0.4kV定值表调试用图操作记录画面报警列表趋势画面SOE列表设备列表车站变电站综合自动化构成示意图车站变电站牵引网图。报警/预告信息画面。变电站综合自动化体系网络拓扑图（2）接地状态显示当现场供电设备

54、接地刀闸处于接地位置时，体系自动在画面上做出明显标记（接地标志或挂接地牌），同时自动闭锁与之相关的控制命令。当现场设备由人工挂接地线时，变电站综合自动化体系不能提供接地刀闸信息。此时变电站值班员在画面上采用手工方式做出明显标记。控制中心及车站控制室相关界面上应有相应的接地状态显示，同时自动闭锁与之相关的控制命令。（3）中文显示功能体系配置中华人民共和国一级汉字库，所有人机界面均可实现中文显示。报警功能体系设备发生故障或异常时，自动发出各类预告/事故报警信号。人机界面报警显示：供电体系设备或者变电站综合自动化体系发生故障时，在变电站人机界面上自动推出报警画面（画面可由用户自定义）。报警应该分为多

55、级，不同级别的报警定义不同的显示方式，如：一般性报警信息在报警列表采用高亮度或醒目颜色显示，重要报警信息自动推出报警画面（画面可由用户自定义）。报警发生后，值班员必须通过界面上的确认按钮确认，否则，报警信息一直在列表顶端或者人机界面最前端。综控屏音响报警：在控制信号盘上设置两种不同音响的报警蜂鸣器，用于事故音响报警和预告音响报警。报警音响持续的时间由工程人员设置，可调节。控制信号屏上设置报警音响投切开关，音响投切开关“投入”时，发生事故和预告报警时蜂鸣器发声。投切开关“撤除”时，发生事故和预告报警，蜂鸣器均不发声。操作员通过变电所控制信号盘的按钮，对事故和预告报警蜂鸣器进行声音测试，检验报警蜂鸣器的完好性。操作员通过变电所监控终端，确认事故和预告报警，经确认后的报警停止发声。当报警发生时，综控屏内的监视工作站驱动音响报警装置发出报警信号，报警声音分为事故、预告两种类型，两种类型的声音应该有明显区别。冗余装置自动切换双冗余的通信通道采用热备工作方式，主用通道生故障时可自动切换到备用通道。运行方式如下：正常情况下由体系指定某条通道为主用通道，另一通道处于热备用状态；当主用通道退出运行时，处于热备状态的通道立即投入使用。两个通道之间的切换时间不大于5s。体系自检体系具有自检功能。体系能对变电站自动化体系设备实时监视。