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摘要：上海軌道交通其第一條線路于1995年4月10日正式運營，是繼北京地鐵、天津地鐵建成通車后中國內(nèi)地投入運營的第三個城市軌道交通系統(tǒng)，也是目前中國線路最長的城市軌道交通系統(tǒng)。本文主要介紹地鐵配電系統(tǒng)的架構(gòu)及力控軟件平臺在上海地鐵2號線變電所綜合自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用。
一．前言
截止2011年6月30日，上海軌道交通線網(wǎng)已開通運營11條線、275座車站，運營里程達420KM（不含磁浮線）位居世界第一。上海軌道交通2號線是上海第二條地下鐵路線路，于2000年6月11日開始運營。該線從青浦區(qū)徐涇東站，經(jīng)過有中華第一街之稱的南京路，穿越黃浦江，到達浦東新區(qū)張江高科技園區(qū)，并且再續(xù)經(jīng)唐鎮(zhèn)、川沙等地，最后到達上海對外聯(lián)絡(luò)大空港浦東國際機場，可以說是連接上海過去和未來的紐帶。
2號線全長60公里，共有30個車站，每天運營18小時11分鐘，日客流達130萬人次，成為國內(nèi)單線運營里程最長，客流最大的軌道交通線路。
二．項目概述
2.1 現(xiàn)狀
虹橋綜合交通樞紐交通中心配套工程（軌道交通2號線西西延伸段工程淞虹路站～諸光路站）由青浦區(qū)的諸光路至2號線已運營的淞虹路站。線路走向為：諸光路站—徐民路—軸線大道—虹橋綜合交通樞紐虹橋西站—虹橋東站—天山路—淞虹路站。線路全長8.58km，全部為地下線，共設(shè)3座車站。分別為：虹橋機場東站、虹橋機場西站和諸光路站。
2號線西西延伸段工程共設(shè)置2座牽引降壓混合變電所分別在諸光路站、虹橋東站。2座降壓變電所位于虹橋西站、區(qū)間4號風井。5座跟隨式降壓變電所位于虹橋東站、虹橋西站2座、諸光路站、區(qū)間2號風井。
2.2 系統(tǒng)設(shè)計目標
2號線西西延伸工程變電所綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計目標如下：
★各變電所內(nèi)設(shè)備的控制、監(jiān)視、聯(lián)動、聯(lián)鎖、閉鎖功能，自動投切、電流、電壓、功率、電度和其它各種信息量的采集功能；
★各變電所能動態(tài)顯示變電所主接線畫面和接入綜合自動化系統(tǒng)的微機測控、保護單元、信息采集單元等裝置的通信工況；
★各變電所采用窗口模式顯示所內(nèi)事故、報警信息以及事故、報警發(fā)生的時間；
★各變電所主要參數(shù)的趨勢圖展示，以及主要參數(shù)的日報，月報，季報，年報展示；
★與調(diào)度中心pSCADA平臺 進行通信，向pSCADA調(diào)度或當?shù)鼐S護計算機傳輸變電所操作、事故、預(yù)告等信息；接收pSCADA調(diào)度或當?shù)鼐S護計算機下發(fā)的控制命令。
2.3系統(tǒng)設(shè)計原則
★快速響應(yīng)性
從電力行業(yè)的要求來看，系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)滿足快速響應(yīng)性的要求，軟件畫面切換時間≤1s；變電所內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信速率≥100Mbps；所內(nèi)事件分辨率≤5ms。
★開放性
系統(tǒng)平臺模塊化分布式架構(gòu)，具備良好的開放性，支持用戶二次開發(fā)，方便客戶依據(jù)現(xiàn)場需求進行個性化設(shè)置。支持各種主流設(shè)備及實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)接口，并通過標準關(guān)系數(shù)據(jù)庫接口(如ODBC、OLE DB)實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成。
★安全穩(wěn)定性
軌道交通系統(tǒng)運行中，電力系的安全穩(wěn)定統(tǒng)對列車正常運行起著至關(guān)重要的作用，系統(tǒng)平臺具備嚴格的權(quán)限管理機制，并且具備故障處理查詢、事件記錄查詢功能。
2.4系統(tǒng)需求
本系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下功能：變電所綜合自動化系統(tǒng)平臺可以實現(xiàn)變電所各種設(shè)備的控制、監(jiān)視、聯(lián)動、聯(lián)鎖、閉鎖功能，自動投切、電流、電壓、功率、電度和其它各種信息量的采集功能。系統(tǒng)需要具備協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而將各個變電站數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的協(xié)議模式匯總到上級調(diào)度電力pSCADA系統(tǒng)。
重要設(shè)備之間不僅利用二次回路實現(xiàn)硬線的聯(lián)動、聯(lián)鎖、閉鎖，還可以利用綜合自動化軟件在組態(tài)中完成上述功能，實現(xiàn)邏輯判斷、計算、繼電器等功能。
三．系統(tǒng)架構(gòu)
根據(jù)上述功能需求，系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖
3.1 通信網(wǎng)絡(luò)
變電所內(nèi)綜合自動化通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)級光纖以太網(wǎng)，提高所內(nèi)通信的帶寬和抗干擾能力。站級監(jiān)控室內(nèi)配置一臺工業(yè)級光纖以太網(wǎng)交換機，用于連接不同設(shè)備群的光纖以太網(wǎng)接口，滿足變電所綜合自動化系統(tǒng)控制、測量、保護的通信技術(shù)要求，完全滿足全所自動化要求。
在每個變電所，為33kV、DC1500V 及0.4kV 開關(guān)柜根據(jù)現(xiàn)場需要配備串口服務(wù)器設(shè)備，該設(shè)備安裝于開關(guān)柜內(nèi)，用于將柜內(nèi)控制單位的RS485信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號匯總到站級監(jiān)控室的監(jiān)控平臺。
3.2 控制系統(tǒng)
變電所內(nèi)的控制信號屏配置ABB的AC500系列控制器，該設(shè)備不僅具有工業(yè)級的快速專用核心處理器和大容量的RAM，并且其系統(tǒng)提供可編程口，利用簡單的結(jié)構(gòu)化Script語言，用戶可以完成數(shù)值計算功能、邏輯運算功能和控制輸出功能等。
3.3 站級監(jiān)控
每個變電站站級監(jiān)控系統(tǒng)選用力控科技電力監(jiān)控軟件作為系統(tǒng)平臺，可實時監(jiān)控各開關(guān)柜內(nèi)監(jiān)控單元的運行狀態(tài)，實現(xiàn)變電所各種設(shè)備的控制、監(jiān)視、電流、電壓、功率、電度的采集等功能。
力控電力監(jiān)控軟件，完美的結(jié)合了通用組態(tài)軟件和電力專業(yè)技術(shù)，是使用先進的計算機軟件編程技術(shù)開發(fā)的專業(yè)電力系統(tǒng)自動化的組態(tài)軟件，適用于縣級調(diào)度自動化、集控站自動化、變電站綜合自動化、電廠電氣監(jiān)控（ECS）、企業(yè)供配電自動化、水電站綜合自動化及樓宇配電自動化等主站系統(tǒng)�！�
由于每個變電站具備多種設(shè)備，各個設(shè)備的數(shù)據(jù)通信協(xié)議不同，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)一，每個變電站配備一臺力控科技數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)pFieldcomm。變電站數(shù)據(jù)通過pFieldcomm采集網(wǎng)關(guān)可統(tǒng)一轉(zhuǎn)為電力104規(guī)約方式傳送到中央調(diào)度室的中心調(diào)度系統(tǒng)pSCADA平臺。
力控pFieldComm系列工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)采用高性能的嵌入式計算平臺，服務(wù)內(nèi)核軟件可運行于桌面操作系統(tǒng)或嵌入式操作系統(tǒng)中，是一個脫離于具體硬件設(shè)備接口的通訊服務(wù)平臺。具有多種通訊采集和轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)約庫，可以實現(xiàn)采集多個不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)集中匯總、分類和預(yù)處理，可以簡化系統(tǒng)中異種協(xié)議的轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)過程，異種協(xié)議容易接入并可轉(zhuǎn)換為標準協(xié)議（如OPC方式）與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。
四．系統(tǒng)功能特點
4.1 實時全面性
系統(tǒng)可以形象直觀的方式，實時動畫顯示系統(tǒng)設(shè)備運行情況，變電站主接線圖可根據(jù)現(xiàn)場運行狀況動態(tài)實時顯示各個開關(guān)狀態(tài)�？蓪崟r顯示電流、電壓、電能、功率、有功、無功、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的四遙功能。
圖2 主接線圖
圖3 四遙數(shù)據(jù)畫面
圖4 遙信狀態(tài)畫面
強大的報表曲線功能：通過所存儲的歷史數(shù)據(jù)可以方便生成各種值班報表、操作報表、報警報表以及日月年報表。各種數(shù)據(jù)均可通過實時、歷史趨勢曲線方式進行展示。
4.2 安全可靠性
在操作上嚴格權(quán)限管理，運營級操作員通過工作站訪問本系統(tǒng)。無論工作站的初始啟動或注銷，都將直接進入本系統(tǒng)登陸畫面或徹底退出操作系統(tǒng)，一般用戶不允許接觸到任何操作系統(tǒng)命令。
系統(tǒng)可提供審計跟蹤功能，記錄所有用戶操作過程，對出現(xiàn)的系統(tǒng)安全問題提供調(diào)查的依據(jù)和手段；系統(tǒng)應(yīng)具備事務(wù)日志功能。各種記錄（操作、警報）可根據(jù)用戶要求，按站名、對象、性質(zhì)、時間等項目進行檢索。
系統(tǒng)報警支持多種報警輸出方式，可通過音頻報警、手機短信、E-mail等方式輸出告警到手機、PDA、PC上。
4.3 集成開放性
本系統(tǒng)支持同時通過不同類型的通信協(xié)議來采集多個現(xiàn)場設(shè)備的實時數(shù)據(jù)信息，并按預(yù)先的系統(tǒng)配置要求存放于系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)庫中。可支持電力CDT、DNP、標準Modbus協(xié)議、電力標準IEC 101、102、103、104規(guī)約，支持ABB的AC500設(shè)備自有協(xié)議和AVERA(ALSTOM)的Courier規(guī)約。
具備Web Server功能，方便用戶遠程瀏覽系統(tǒng)內(nèi)的各種實時、歷史數(shù)據(jù)，如主結(jié)線圖、系統(tǒng)圖、基于綜合保護裝置和間隔層的實時數(shù)據(jù)查詢，以及歷史SOE、操作事件和系統(tǒng)事件查詢，遙測歷史曲線和負荷曲線瀏覽等。
五．總結(jié)
隨著城市交通的快速發(fā)展，地鐵依靠其方便快捷的特性已成為居民出行的重要途徑。本系統(tǒng)結(jié)合先進的計算機技術(shù)、自動控制理論、數(shù)據(jù)采集通信平臺，為數(shù)字城市建設(shè)提供了有力保障。
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