城市轨道交通供电系统概况万芳

城市轨道交通供电系统概况

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上述比重清楚地显示出大城市在我国经济中的重要地位，这些城市能否实现经济快速增长，对我国能否保持经济的持续增长意义重大。

许多发达国家和发展中国家的历史表明，在加速城市化阶段，由于大城市的强烈聚焦效应，存在着一个“大城市及其周边地区超先发展”的规律，但在90年代，该规律在我国表现得并不明显。究其原因，大城市交通运输结构缺陷是一个很重要、很普遍又经常被忽视的方面。因此，应该调整大城市交通运输结构，解决交通拥堵、环境日趋恶化的问题。而城市轨道交通在这方面有突出的优点：准点快捷、安全舒适，人均占用道路少，特别适合我国大城市人口密度高、高峰期对交通需求量大、污染严重的特点。

2.2 先进的电力监控综合自动化系统是牵引供电安全、可靠的有力保证

地铁、轻轨是一种高密度、大运量的轨道交通系统，必须保证其高度安全、可靠。

过去的城市轨道交通系统，无论是中心调度室调度还是各站值班员的操作，都沿袭了电力系统调度通过电话下令、值班员进行操作的旧的传统模式。这种操作模式已远远不能适应牵引供电系统高密度、大运量运转的需求，在一系列环节中可能会发生人为误操作而导致错投、错分事故，电力调度对全系统的运行状况也根本做不到全面的、实时的了解，特别是事故状态下，只能根据值班员的电话报告进行指挥和调度，很可能导致故障面的扩大，甚至造成严重的断电停车事故。因此，为使牵引供电安全、可靠，采用先进的电力监控综合自动化系统愈来愈迫切。

2.3 电力监控综合自动化系统在城市轨道交通中作用

城市轨道交通的电力监控综合自动化系统借助于城市轨道交通内部独立的通信系统，通过变电所综合自动化系统对城市轨道交通的牵引供电系统的各种电压、电流、交流、直流等设备的运行进行监控和管理。通过电力监控综合自动化系统，可以使调度中心及时掌握各个变电站的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，使牵引供电系统的管理科学化、规范化，并且还可做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。

目前，随着我国计算机应用技术和通信技术发展的逐步成熟，国产化的电力监控系统以其完善的监控、保护功能、友好的中文操作界面、优越的性能价格比为城市轨道交通实现电力监控自动化提供了良好的基础。

3 电力监控综合自动化系统的技术发展趋势

3.1 电力监控综合自动化系统功能的技术发展

电力监控系统发展初期，只是完成远动信息的采集和集中监视、集中控制，即完成传统的三遥功能。随着自动化技术的发展，电力监控系统正在向综合控制、设备维护管理、故障分析和处理的综合自动化方向发展。在调度中心，操作员可以了解到电力系统的运行数据、各个站内电力设备的状态信息。发生故障时，故障点的位置、故障类型、扰动数据、站内变位等信息均能快速送到调度中心，以便及时处理。对于一些重要的站，系统还可以将站内遥视多媒体信息送到调度中心，便于操作员直接了解站内的情况。

3.2 电力监控综合自动化系统体系结构的技术发展

电力监控综合自动化系统由控制中心调度主站、变电站自动化系统和联系两者的通信通道组成。

在发展初期，调度主站系统仅由中央计算机和相应的人机界面设备组成；变电站自动化系统还不能称为“自动化系统”，仅是一个RTU，负责实时数据的采集。调度主站系统的中央计算机与各个站内RTU之间通过RS232串口和MODEM采用电力载波通道或音频通道实现通信以互换信息。此种体系结构能够满足常规的数据采集、监视控制的功能要求。

随着变电站向综合自动化方向过渡，由于受到电力载波通道或音频通道的带宽限制，此种体系结构无法实现站内各种保护、控制设备的参数设定与定值整定、故障报告和扰动数据的上传、声音图像等远程遥视信息的上传等功能需求。

随着RTU技术、数据传输技术的飞速发展，RTU结合高速数据通道，日益将采集、控制功能完善化，也可以将各种保护装置通过串行通信连接到系统中。但此种方式，并不符合IEC关于变电站自动化系统通信网络的要求。

目前，网络技术飞速发展。电力监控综合自动化系统逐步分为调度主站计算机系统和变电站内计算机系统两级计算机系统结构，两级计算机系统之间通过计算机网络实现连接。自动化系统体系结构也逐渐进步为基于远程计算机网络的分布式计算机系统。这样，使原来受技术条件限制无法实现的功能变为现实。

3.3 电力监控综合自动化系统调度主站系统开放性的技术发展

九十年代电力监控综合自动化系统开始注重开放性。早期的开放系统以尽可能多地采用国际标准为主。例如，操作系统采用 Unix或Windows NT, 数据库为Microsoft SQL 或SYBASE 等，网络协议采用 TCP/IP 等。这类开放系统由于具备基本的开放基础，在支撑软件和应用软件的持续发展方面以及与其它系统互联等诸方面具有了开放的特征。然而，技术和应用的发展对开放系统提出更高要求，系统仅在硬、软件支撑平台上开放已不能满足快速发展的电力应用需求。应该将开放系统的开放性延伸至应用系统，应用软件的开放性设计从基础层到应用软件平台层，一直延伸至用户级。

3.4 电力监控综合自动化系统变电站自动化系统的技术发展

我国电力系统从八十年代末涉足变电站自动化系统领域，并在九十年代初开始工程运用。综合当前国内外电力系统中变电站自动化设备的运用情况，系统网络结构大体有如下三种模式：

3.4.1 增强型RTU模式：系统结构模式1

利用RTU提供的三遥或四遥功能以及同调度系统的数据交换功能，结合微机保护提供的串行接口，实现RTU对变电所内设备的控制、监视及保护数据的采集。

3.4.2 基于串行总线主从通信方式的系统结构：系统结构模式2

采用厂站级、间隔级两层结构，厂站级设备与间隔级单元设备采用主从通信方式的RS232串行接口或RS485总线接口，通信介质为屏蔽电缆或光纤。厂站级设备同调度系统进行数据交换。

3.4.3 基于局域网络的系统结构：系统结构模式3

采用厂站级、间隔级两层结构，厂站级设备及间隔级设备均作为网络节点构成局域网络配置。局域网络采用以太网或现场总线网，通信介质为双绞线、同轴细缆或光纤。该种系统结构又可派生出二种配置方式：

第一、后台机与前置通信处理装置以及前置通信处理装置与间隔单元设备之间构成二层局域网络。

第二、系统采用保护及测控双网结构，保护设备和测控设备分别构成不同的局域网络，使保护和测控严格分开。

3.4.4 国内外电力系统变电站自动化系统各种结构模式比较

系统结构模式1基本上是一种站级RTU概念，在硬件设计上不按一次系统的间隔设备考虑。设计思想不符合IEC关于变电站自动化系统的技术规范，仅是RTU功能的扩充。

系统结构模式2是早期开发的以串行通信总线结构的变电站自动化系统，基本符合IEC关于变电站自动化系统分为站级和间隔级两层结构的技术规范。

系统结构模式3采用计算机局域网络结构，开放式通信协议，系统扩展、移植方便，完全符合IEC关于变电站自动化系统分为站级和间隔级两层结构的技术规范。

3.5 电力监控综合自动化系统通信通道通信介质的技术发展

远程通信介质从电话线、通信电缆、电力线载波，发展到目前光纤、微波、无线扩频率、卫星等多种方式。光纤通信以其容量大、抗电磁干扰能力强、传输距离远等优越性得到了越来越广泛的应用。目前，光纤通信成为网络通信的首选。查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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