地铁电力监控系统特性分析

韩笑宓

（长安大学，陕西 西安710064）

【摘　要】为方便读者全面了解电力监控系统，本文从系统理论的角度，用系统特性对轨道交通电力监控系统进行了分析。

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关键词 系统；地铁；电力监控；分析

作者简介：韩笑宓（1995—），女，山西人，2008年入读长安大学，学生。

电力综合监控系统简称SCADA系统，它以计算机为基础，用于监控现场的运行设备，使调度中心实现采集数据、控制设备、测量和调节参数及报警等功能的调度自动化系统。以下用系统的八大特性介绍该系统：

1　整体性

整体性要求系统由多个要素组成，各要素之间相互联系，构成有机整体，实现“1+1>2”的效果。

电力监控中系统基本按照两级管理（控制中心级和车站级），三级控制（控制中心级、车站级和现场级）方式进行使用和管理，他们之间既相互联系又相对独立。

控制中心级电力监控系统对全线重要监控设备的状态、性能信息进行实时收集和处理，通过各种调度员工作站，将信息转换成数字化和图像化的形式显示出来，供调度人员监控，同时系统可以自动地根据一定的逻辑关系向被监控设备或系统传达指示命令，从而完成对全线供电设备的统一监视、控制、调度和管理。

车站级电力监控系统负责实时收集并处理所处车站供电设备的状态、性能信息，当控制中心级电力监控系统或通信网络出现故障，无法正常工作时，该系统可对车站范围内的供电设备进行控制管理。

现场级测控设备设置在各个供电设备附近，和监控系统的中心和车辆及均有通信接口，负责接口转换，信息的采集、汇聚、传送，命令的接收、执行和反馈。

在系统整体网络结构中，控制中心级监控系统和车站级监控系统是信息收集、处理、分析与系统实时调度管理的关键节点，而现场测控设备是整个监控系统的接口设备。三者缺一不可，共同组成一个完整的电力监控系统。

2　目的性

城市轨道交通系统是一种高密度、大运量的交通系统，必须保证其高度的安全性和可靠性，而电力综合监控自动化系统的目的则是为整个轨道交通的安全运行提供基础保障。

目的决定功能，城市轨道交通电力监控系统的“四遥”功能体现了它的目的性，即遥测、遥信、遥控、遥调。遥测指利用电子技术远方测量集中显示诸如电流、电压、功率、压力、温度等模拟量；遥信指远方监视系统及设备的工作、运行情况；遥控指远方控制或保护供电设备的分、合、起、停等工作状态；遥调指远方设定及调整所控设备的工作参数、标准参数等。电力监控系统通过数据采集、设备控制、测量参数调节以及各类信号报警等各项功能，对城市轨道交通全线各类变配电所、接触网等电力设备运行情况进行分层分布远程实时监视和控制，从而达到保障系统的正常运行、提升供变配电系统调度、管理及维修的自动化程度，提升供电质量，保证系统安全可靠运行的目的。

3　相关性

现实世界是普遍联系的，系统中相互关联的各要素相互制约与相互影响，它们之间的相关性确定了系统特有的整体形态与功能。

城市轨道交通SCADA系统通常包括调度主站系统，变电站综合自动化系统和通信专业提供的所间通信通道三部分。控制中心调度主站系统通过通信通道与变电所主控单元进行信息交换；变电站综合自动化系统通过所内通信网与所内IED装置通信，通过通信通道与调度主站进行通信，三者相互联系，相互影响，共同决定了SCADA系统的整体形态，实现了系统的功能。

4　动态性

各种物质的特性、结构、形态、功能及其规律都是通过运动表现出来的，要认识系统必须研究系统的运动。开放系统与外界进行物质能量和信息的交换，系统内部结构也随之不断变化。

电力监控系统的通道切换功能充分体现了系统的动态性。系统实时监视通道运行情况，能自动依据通道运行情况切换主、备通道，同时调度人员也可手动切换。

5　适应性

系统与周围环境之间通常都有物质、能量和信息交换，环境的变化会引起系统特性的改变。因此，一般结构良好的系统必须具有反馈系统、自适应和自学习系统，以保持对客观环境的适应能力。

电力监控系统的适应性体现在：

（１）容错能力、自诊断、自恢复能力。它具备高度的容错功能，系统关键节点采用冗余配置，软件按照模块化设计，不同的软件模块能配置到不同的节点上，并且可定义模块在设备或软件故障情况下的功能转移，实现“1+N”软件容错功能，保证系统在硬件节点、软件模块等任意单一故障的情况下能不受影响而正常稳定的运行。

（２）软件在线编辑、改进功能。系统软件满足开放性标准的要求，最大限度地保证在未来系统功能需求改变或增加的情况下，如硬件节点的增加、数据库容量的扩充、系统软件功能的增强等，不影响系统的稳定运行。

（３）地铁电力监控系统正向通信接口标准化、设备间的互操作性增强化的方向发展。从目前地铁建设实践经验来看，有效解决好各种设备间的接口通信是保证并提高地铁电力监控系统运行安全性的关键所在。由于各大传统的间隔层电力设备和监控系统厂商几乎都有适用于自家设备的通信协议，各种协议之间无法直接通信，因此只有要求各厂家采用开放式的接口和通信协议，构建一个开放的系统，才能从根本上解决接口问题，适应系统本身不断变化的要求。

6　复杂性

现代系统的复杂性一般表现在多结构、多目标、多功能、多参数、多输入、多变化。

城市轨道交通电力监控系统采用分层分布的结构体系，属于大型复杂系统。系统各站信息量大，包括遥测、遥信、遥控量，信息量的采集点分散，分布在沿线的各变电所，且数量众多。监控系统实时和定时采集现场设备的信息，包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、温度、开关位置、设备运行状态等，将采集到的数据通过统计计算生成新的直观的数据信息再显示（总系统功率、负荷最大值、功率因数上下限等），并在数据库中存储重要的信息量。另外，目前地铁逐渐趋于网络化，运营线路交叉，出现2条线路共用变电站的“共用点”情况及一条线电源来自另一条线路的变电站的“转供电”情况，两条线路的电力监控系统需要进行数据的交互和复用，一个变电站的稳定运行决定着至少两条线路的安全和稳定运行，加之电力监控系统的动态变化特性，使其成为复杂度极高的系统。

7　有序性

系统的结构、功能和层次的动态演变有某种方向性，体现了系统的有序性，系统的有序性可表述为系统是由较低级的子系统组成的，而该系统自己有是更大系统的一个子系统。

电力监控系统与高压供电系统、牵引供电系统、动力照明供电系统、以及综合接地系统、供电系统运行维修机构共同组成供电系统。

高压供电系统将电从发电厂经升压、高压输电网、区域输电网、区域变电站至主降压变电所；牵引供电系统则负责将电能转化为机械能，为牵引列车组在轨道上运行提供动力；动力照明供电系统提供车站和区间各类照明、扶梯、风机、水泵等动力机械等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源；综合接地系统在防雷电流、防杂散电流、工作接地等方面均起到重要作用，是地铁工程人身安全、设备安全和运营可靠性的重要保证；电力监控系统对整个监控系统中变电所和电网运行状态进行监控和控制，实现自动化调度管理。各个子系统分工合作，协调配合，保证供电系统的有序进行。

而电力监控系统又由调度主站系统，变电站综合自动化系统和所间通信通道三部分构成。

调度主站系统主要由如下几个子系统组成：数据采集和SCADA服务器，数据库服务器，操作员工作站（OPU），WEB服务器等，它们通过以太网连接。其中：数据采集和SCADA服务器接收被控站通过网络通道传送的原始数据，将其处理成熟数据后，由SCADA服务器传送给全系统其他节点。数据库服务器负责把系统的所有YC、YX、KWH、通道、厂站、接点的参数存储到硬盘上。OPU为操作员提供全图形操作人机界面，供调度员进行数据监视。

变电所综合自动化系统的系统结构由站控层，间隔层和所内通信网三部分组成。不仅可以完成传统的RTU功能，还可以实现变电所各个设备的电流、电压、功率、电度采集和供电设备的监视、控制、联动、联锁、闭锁、自动投切等功能。

所间通信通道采用冗余方案，通信软件采用冗余线程，保证系统的可靠性。

8　开放性

系统与环境是相互适应、协调的，开放性是指系统与环境发生交换关系的属性，输入与输出是开放性的两个方面。

电力监控系统与通信系统：通信系统是实现电力监控系统的关键部分，电力监控系统借助有效的通信手段，通过通信网络将控制中心的命令准确的传送到为数众多的远方终端，并将从远方终端采集的各设备的运行信息反馈回控制中心。

电力监控系统与漏电火灾报警系统：漏电火灾产生的根源是供电系统中存在的不易被发现的漏电电流，而电力监控系统可检测供电系统中的电气参数及状态变化，为判断电气故障提供参数依据；另一方面，漏电火灾报警系统能准确监控电气线路的故障和异常状态，发现电气火灾隐患，及时报警，并将信息传递给电力监控系统。

电力监控系统与列车运行调度系统：列车正常运行需要电力监控系统对行车组织、故障维修和分析提供实时支持，若二者不能协调配合会造成一系列的问题。随着运输需求的增加，地铁运行调度可能通过加密班次来增加运能，一旦无法正确评估电网的负载能力，极易导致牵引供电设备的负荷超过系统的保护整定值，从而过载跳闸，即使没有跳闸，电力设备长期高负荷运转，也易引起设备老化、故障，这就要求各线路的电力监控和列车运行调度系统相互配合，将电力系统运行数据与行车数据结合分析，充分发挥多资源共享和多系统控制协同的优势。

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参考文献

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［责任编辑：邓丽丽］