高速鐵路供電scada系統(tǒng)調(diào)試研究

高速鐵路供電scada系統(tǒng)調(diào)試研究

高速鐵路列車scada系統(tǒng)是監(jiān)測高壓系統(tǒng)的主電源，以及在運(yùn)行狀態(tài)和故障時快速恢復(fù)電源的第一個方法。SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系統(tǒng),即監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),由調(diào)度主站、通道和被控站組成。SCADA系統(tǒng)的調(diào)試,也稱遠(yuǎn)動調(diào)試,調(diào)試完成數(shù)據(jù)上傳與控制指令的有效下達(dá),側(cè)重于運(yùn)行數(shù)據(jù)的匯集與調(diào)度端功能的實現(xiàn)。新線開通前,有效地組織對供電SCADA系統(tǒng)的調(diào)試工作,運(yùn)用科學(xué)的調(diào)試方法對SCADA系統(tǒng)各項功能進(jìn)行完整的驗證,是高鐵正式運(yùn)營后實時監(jiān)控供電系統(tǒng)運(yùn)行,指揮故障處理的重要保障。1、高速鐵路行業(yè)的特點(diǎn)和問題1.1主要調(diào)度主站功能(1)調(diào)度主站:供電SCADA系統(tǒng)調(diào)度主站提供人機(jī)交互式界面,通過主站界面實現(xiàn)對被控設(shè)備實時監(jiān)測、遠(yuǎn)動控制及調(diào)度管理功能。我局管內(nèi)高鐵供電SCADA系統(tǒng)調(diào)度主站主要有成都交大光芒公司GM-2000、GM-6000DAS分布式調(diào)度管理自動化系統(tǒng)和北京南凱公司的NK6000電氣化鐵道遠(yuǎn)動系統(tǒng)三種。不同的調(diào)度主站操作界面和使用要求均有明顯差異。(2)被控站:被控站是受調(diào)度端監(jiān)視的站點(diǎn),主要完成遠(yuǎn)動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、發(fā)送、接收及輸出執(zhí)行等功能。根據(jù)使用功能分成遠(yuǎn)動終端RTU和變電所綜合自動化系統(tǒng)兩種。遠(yuǎn)動終端RTU的監(jiān)控以遠(yuǎn)動(RTU)為數(shù)據(jù)采集和控制的基礎(chǔ),保護(hù)相對獨(dú)立;變電所綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)控則以微機(jī)保護(hù)為數(shù)據(jù)采集和控制的基礎(chǔ),將保護(hù)與控制、測量結(jié)合在一起。被控站變配電所綜自系統(tǒng)和RTU設(shè)備的多元化、設(shè)備功能側(cè)重點(diǎn)不同、數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約不同,具有多樣性特點(diǎn)。1.2管網(wǎng)高鐵sca系統(tǒng)各條網(wǎng)通道是SCADA系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì),由鐵路通信部門提供,是SCADA系統(tǒng)的重要組成部分。目前管內(nèi)高鐵SCADA系統(tǒng)的組網(wǎng)方式主要有T接環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、串接環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)通道三種,各站點(diǎn)組網(wǎng)后通過通信站或通信機(jī)械室匯接入鐵路專用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳至主站。數(shù)據(jù)傳輸通道組網(wǎng)的差異化決定了通道質(zhì)量和運(yùn)行工況不同,表1。1.3牽引供電與電力二合一監(jiān)控模式普速鐵路僅實現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)監(jiān)控,然而高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)不但實現(xiàn)了牽引供電與電力二合一的監(jiān)控模式,而且也將電力低壓設(shè)備及交直流屏納入調(diào)度監(jiān)控范圍。高鐵SCADA系統(tǒng)監(jiān)控量約為常規(guī)普速鐵路監(jiān)控量的5至6倍,監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量劇增加大了SCADA調(diào)試難度和任務(wù)量。1.4供電scada系統(tǒng)的調(diào)試特性1.4.1系統(tǒng)調(diào)試周期較長SCADA系統(tǒng)監(jiān)控站點(diǎn)多,設(shè)備選型各異,同時需要接觸網(wǎng)專業(yè)、變電專業(yè)、電力專業(yè)、供電調(diào)度專業(yè)、通信專業(yè)及各設(shè)備廠家人員共同配合完成,涉及部門廣,需要精密的組織,故SCADA系統(tǒng)調(diào)試周期一般較長。1.4.2現(xiàn)場施工驗收受到現(xiàn)場設(shè)備工程施工進(jìn)度的制約,SCADA系統(tǒng)調(diào)試驗收需要在接觸網(wǎng)及變電所開關(guān)設(shè)備、綜自設(shè)備、RTU設(shè)備、通道設(shè)備、SCADA主站設(shè)備等現(xiàn)場施工全部驗交完成后才能開始。遠(yuǎn)動調(diào)試驗收較供電設(shè)備驗收進(jìn)度相對滯后,多選擇邊調(diào)試邊驗收的模式進(jìn)行。1.4.3路線路停機(jī)單元少一方面,SCADA調(diào)試要對遠(yuǎn)動開關(guān)進(jìn)行遙控分合并現(xiàn)場確認(rèn),調(diào)試工作需在鐵路線路停電封鎖或停用電力信號、通信電源時進(jìn)行,尤其在樞紐站地區(qū)調(diào)試天窗點(diǎn)時間短且停電單元多,導(dǎo)致調(diào)試對運(yùn)輸影響范圍大;另一方面,為確保遠(yuǎn)動設(shè)備的可靠性,保證調(diào)試質(zhì)量,遠(yuǎn)動開關(guān)的調(diào)試需反復(fù)確認(rèn)并逐點(diǎn)驗證,故調(diào)試耗時較多。1.4.4scad系統(tǒng)工程的特點(diǎn)SCADA系統(tǒng)是集通信技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸處理技術(shù)為一體的自動化系統(tǒng),隨著調(diào)度集中化的發(fā)展,監(jiān)控站點(diǎn)的增多,SCADA系統(tǒng)工程越趨復(fù)雜。鐵路供電部門技術(shù)人才擅長強(qiáng)電系統(tǒng)居多,遠(yuǎn)動專業(yè)技術(shù)隊伍規(guī)模小,對弱電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及通信組網(wǎng)等結(jié)合部專業(yè)知識儲備不足。1.5傳統(tǒng)scada系統(tǒng)的調(diào)試中存在問題1.5.1電源設(shè)備調(diào)試中不能綜合檢驗供電設(shè)備運(yùn)行關(guān)系傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動調(diào)試,采用對照數(shù)據(jù)點(diǎn)表逐項確認(rèn)的方法完成“四遙”(遙控、遙信、遙測、遙調(diào))基本功能的驗證,未能在調(diào)試中綜合檢驗供電設(shè)備閉鎖關(guān)系、帶電推倒關(guān)系、遙測值顯示的邏輯關(guān)系等。1.5.2遙感測信點(diǎn)逐點(diǎn)確認(rèn),未及時發(fā)現(xiàn)對于一個變配電所“四遙”量的調(diào)試點(diǎn)數(shù)可能達(dá)到成百上千之多,調(diào)試人員常采用部分確認(rèn)的方式調(diào)試,未對各遙信點(diǎn)逐點(diǎn)確認(rèn),對調(diào)試中存在的遙信錯位、取反現(xiàn)象,遙測不對應(yīng)等問題無法及時發(fā)現(xiàn)。1.5.3同一遙信點(diǎn)的現(xiàn)實問題設(shè)計圖紙和調(diào)度工作站的操作系統(tǒng)的多樣性,造成調(diào)度端圖形界面顯示的不統(tǒng)一、甚至針對同一遙信點(diǎn)的描述語言常有不一致等問題,給供電調(diào)度員使用帶來了諸多不便,埋下了安全隱患。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動調(diào)試中,供電部門過多地依賴設(shè)備廠家在即成圖形界面進(jìn)行調(diào)試,未能借助調(diào)試時機(jī)對調(diào)度主站界面各種顯示內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)整。1.5.4擴(kuò)展功能誤動很多人誤以為SCADA系統(tǒng)“四遙”功能的實現(xiàn),即完成了調(diào)試的任務(wù),卻常常忽略系統(tǒng)擴(kuò)展功能的調(diào)試,如SCADA系統(tǒng)報警、曲線、定值、報表等功能,導(dǎo)致擴(kuò)展功能缺陷常在正式運(yùn)行中才被發(fā)現(xiàn)。1.5.5遠(yuǎn)動調(diào)試未納入傳統(tǒng)調(diào)試范疇遠(yuǎn)動通道的測試牽涉到供電與通信部門跨專業(yè)合作,對通道傳輸?shù)馁|(zhì)量、雙通道的分別測試、雙通道切換功能等在傳統(tǒng)調(diào)試中均未納入遠(yuǎn)動調(diào)試的范疇,導(dǎo)致在運(yùn)行中常出現(xiàn)由于設(shè)備原因或通道本身原因?qū)е峦ǖ肋\(yùn)行不穩(wěn)定。2、cada系統(tǒng)集中化技術(shù)2011年6月30日京滬高速鐵路正式開通運(yùn)營,京滬高鐵供電SCADA系統(tǒng)代表著我國鐵路供電調(diào)度集中化和自動化程度的最高水平。下面筆者針對SCADA系統(tǒng)的特點(diǎn)和存在的問題,結(jié)合京滬高速鐵路SCADA系統(tǒng)調(diào)試的實際經(jīng)驗介紹SCADA系統(tǒng)的調(diào)試方法。2.1京滬高速鐵路scada系統(tǒng)模型2.1.1數(shù)據(jù)傳輸裝置京滬高鐵調(diào)度主站采用交大光芒公司GM6000系統(tǒng)。被控站由牽引變電所、AT所、分區(qū)所、開閉所、接觸網(wǎng)開關(guān)站、電力變配電所、電力箱變、車站信號變電所、車站綜合變電所、所亭交直流屏十類組成。調(diào)度主站與各被控站間通過2條SCADA通道實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,在牽引變電所、AT所、分區(qū)所間通過2條故標(biāo)通道實現(xiàn)故障測距信息的數(shù)據(jù)傳輸。SCADA通道與被控站成環(huán)匯入調(diào)度主站,故標(biāo)通道在牽引所亭間互聯(lián)后匯入綜合維修中心。SCADA和故標(biāo)通道利用以太網(wǎng)交換方式由兩個2M的T型單環(huán)網(wǎng)組成雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)2.2主導(dǎo)地位與調(diào)試前綜合考慮節(jié)點(diǎn)和工程節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn),確定調(diào)試方向和任務(wù)調(diào)試前明確調(diào)試的總體工作量。SCADA系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)量大,調(diào)試涉及的配合單位多,新建工程、改擴(kuò)建工程或同一工程中不同區(qū)段等開通時間節(jié)點(diǎn)各不相同,被控站設(shè)備安裝進(jìn)度、調(diào)試數(shù)據(jù)點(diǎn)表均存在差異,因此調(diào)試前綜合考慮工程節(jié)點(diǎn)和設(shè)備特點(diǎn)后明確調(diào)試總體工作量,是合理制定調(diào)試計劃、有效組織人力物力展開調(diào)試的首要任務(wù)。2.3scad系統(tǒng)功能的實施原則(1)即調(diào)即驗的原則。為達(dá)到過程跟蹤目的,調(diào)度人員與供電人員同步確認(rèn)調(diào)試結(jié)果并進(jìn)行驗收,可以大大提高調(diào)試效率,節(jié)省人力物力消耗。(2)先驗界面后調(diào)功能的原則。根據(jù)竣工圖紙首先對調(diào)度主站操作界面進(jìn)行驗收,核對界面中主接線圖、供電示意圖等圖形中供電回路、開關(guān)位置等與現(xiàn)場一致后,再對開關(guān)進(jìn)行功能性的調(diào)試,避免因操作界面繪制錯誤造成停送電錯誤。(3)功能逐項確認(rèn)的原則。嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)點(diǎn)表中項目調(diào)試,對各監(jiān)控點(diǎn)逐一確認(rèn),做到不漏項,保證SCADA系統(tǒng)功能的完整性。(4)供電設(shè)備功能同步驗證的原則。調(diào)試中同步對遠(yuǎn)動開關(guān)本體的閉鎖關(guān)系、開關(guān)上下行對應(yīng)關(guān)系、開關(guān)位置與遙測值數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系進(jìn)行充分驗證。2.4調(diào)度界面界面驗收方法:根據(jù)竣工圖紙對調(diào)度主站界面中主接線圖、接觸網(wǎng)供電示意圖、電力一級圖、二級圖、三級圖等進(jìn)行核對。(1)圖形界面與現(xiàn)場的一致性。根據(jù)竣工圖紙檢查調(diào)度界面中高低壓開關(guān)編號是否統(tǒng)一、正確,股道、道岔號、電連接有無遺漏,饋出回路名稱是否標(biāo)錯等。(2)各級圖層的供配電關(guān)系。檢查調(diào)度界面中地理圖、一級圖、二級圖和三級圖等圖層間的供配電關(guān)系是否正確。(3)帶電推倒邏輯關(guān)系的驗證。檢查界面中帶電推倒關(guān)系是否正確,不同供電單元或不同相位的帶電區(qū)域的帶電著色是否有區(qū)分。2.5scada“四距離”功能調(diào)試與評估方法2.5.1故障信號上傳遙信調(diào)試由被控站現(xiàn)場觸發(fā)(或模擬觸發(fā))遙信信號,調(diào)度主站根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)表對被控站上傳的監(jiān)測點(diǎn)信號進(jìn)行逐項確認(rèn)。(1)遙信的種類:遙信信號由開關(guān)分合信號、遠(yuǎn)方當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換信號、報警信號及保護(hù)信號等組成。(2)按次序逐項確認(rèn):1)注意次序性。調(diào)試按順序逐一確認(rèn),當(dāng)保護(hù)信號輸出點(diǎn)較多,切忌一次性將信號全部上傳再確認(rèn),這樣會導(dǎo)致若信號點(diǎn)取反、節(jié)點(diǎn)粘連或多信號采同一節(jié)點(diǎn)時不易發(fā)現(xiàn)。2)唱票確認(rèn)。被控端與調(diào)度端調(diào)試人員緊密配合,當(dāng)被控端完成信號觸發(fā)上傳后立即告知主站,主站及時給予確認(rèn)反饋。(3)不同圖層的開關(guān)分合位要保持一致。如一級圖、二級圖、三級圖中對同一開關(guān)的定義、遙信顯示均要保持一致。(4)報警和保護(hù)動作信號:為實現(xiàn)故障信號的上傳,由被控站人員通過短接跳閘回路連片模擬各種故障信號,開關(guān)實際并未動作僅將故障信號上傳至主站。在調(diào)試時,要注意實際觸發(fā)信號的名稱與主站顯示故障描述語言是否一致,以及綜自系統(tǒng)后臺與調(diào)度主站顯示信息是否一致等。(5)當(dāng)遙信未上傳時,首先要利用軟件進(jìn)行召喚,判斷是否由于網(wǎng)絡(luò)延遲造成數(shù)據(jù)未及時更新。若召喚后,遙信仍未上傳,則檢查主站是否收到報文數(shù)據(jù)或是否報文解析失敗所致。若均未發(fā)現(xiàn)問題,則主站應(yīng)與現(xiàn)場核對遙信點(diǎn)表,判斷是否點(diǎn)表有誤或是遙信碼未對應(yīng)等造成。2.5.2遠(yuǎn)動調(diào)試的完成遙控的調(diào)試方法是調(diào)度主站遠(yuǎn)動操作分合高低壓開關(guān),被控站現(xiàn)場人員確認(rèn)分合狀態(tài)。(1)遙控的對象:遙控的對象有高壓斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān),低壓開關(guān)以及保護(hù)壓板等。(2)開關(guān)分合驗證:調(diào)度主站高低壓開關(guān)的遙控調(diào)試,要在當(dāng)?shù)厮鶅?nèi)后臺機(jī)(或監(jiān)控盤)遠(yuǎn)動調(diào)試完成后進(jìn)行。切不可在本體調(diào)試完成后,立即開始與調(diào)度端進(jìn)行遠(yuǎn)動調(diào)試。在與調(diào)度端確認(rèn)遙信信號時,要同時與監(jiān)控屏顯示確認(rèn)。接觸網(wǎng)隔離開關(guān)調(diào)試必須要有接觸網(wǎng)專業(yè)人員在線路進(jìn)行確認(rèn)進(jìn)行。(3)帶電推倒關(guān)系的驗證。調(diào)度主界面圖中,各線條圖形均通過判斷開關(guān)位置信號對線條進(jìn)行有電和無電狀態(tài)分別著色,當(dāng)操作開關(guān)分合時,需同步驗證線條的帶電著色與實際帶電狀態(tài)的一致性。(4)機(jī)械閉鎖關(guān)系的驗證。開關(guān)設(shè)備本體的機(jī)械閉鎖功能,能夠在調(diào)度員發(fā)生誤操作時阻止開關(guān)產(chǎn)生動作。采用人工現(xiàn)場操作驗證開關(guān)的閉鎖性能,耗時長,且操作繁瑣,利用遙控調(diào)試時充分驗證被控開關(guān)的閉鎖功能,可以優(yōu)化操作步驟,減少開關(guān)操作頻次,提高調(diào)試效率。(5)與遙測值的同步驗證。遙控分合開關(guān)時,同步確認(rèn)停送電饋線的首末端電壓,可以檢驗饋電進(jìn)出線有無接反或遙測是否顯示異常情況。2.5.3使用遙感功能調(diào)試遙測的調(diào)試可以采用被控站現(xiàn)場輸入模擬量和實際加負(fù)載兩種方式進(jìn)行,由調(diào)度主站確認(rèn)顯示值與本體是否一致。(1)遙測的種類:遙測的種類分為電壓、電流、溫度遙測值。(2)遙測數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系。遙測功能調(diào)試時,要注意低壓開關(guān)總電流與各饋出電流的關(guān)系,牽引所總回流與軌回流、地回流間的邏輯關(guān)系。電力變電所貫通線首端電壓與末端電壓的關(guān)系;備用回路的電流顯示。通過觀察各數(shù)值間的邏輯關(guān)系,能夠及時發(fā)現(xiàn)遙測顯示的問題。(3)利用遙測值檢驗饋電線接線關(guān)系。從供電方向依次分?jǐn)嗲耙粋€出線開關(guān),觀察受電方向進(jìn)線的遙測值顯示情況,能夠判斷饋電線進(jìn)出線是否有接反情況發(fā)生。(4)如若發(fā)生遙測值顯示有誤及邏輯關(guān)系不符時,有可能是PT、PC采集錯誤,電壓相序、電流極性結(jié)反,SCADA系統(tǒng)中點(diǎn)表對應(yīng)關(guān)系有誤,界面顯示與實際數(shù)據(jù)庫不一致等原因造成。2.5.4規(guī)范設(shè)置調(diào)查方法遙調(diào)的調(diào)試方法由調(diào)度主站遠(yuǎn)動操作調(diào)節(jié)設(shè)備各級檔位,被控站確認(rèn)調(diào)節(jié)功能是否實現(xiàn)。(1)遙調(diào)的種類:遙調(diào)的種類分為有載調(diào)壓變壓器檔位調(diào)節(jié)、無載調(diào)壓變壓器檔位調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償檔位調(diào)節(jié)三種。(2)逐檔驗證的原則。調(diào)試中要對各個檔位逐檔驗證,并保持調(diào)度端、所內(nèi)后臺機(jī)與設(shè)備本體檔位一致。(3)同步驗證遙測值。調(diào)試有載或無載調(diào)壓變壓器檔位,在檔位發(fā)生變化后,應(yīng)核對調(diào)壓器負(fù)荷側(cè)的電壓是否按照檔位的調(diào)整進(jìn)行正確變化。2.6scad系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)功能擴(kuò)展功能的調(diào)試方法是根據(jù)調(diào)度管理系統(tǒng)功能,在主站遠(yuǎn)程操作修改相關(guān)數(shù)據(jù)或通過調(diào)取歷史事件記錄對各種運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢,并與被控站確認(rèn)數(shù)據(jù)顯示一致。(1)保護(hù)整定值修改。調(diào)試時調(diào)度主站按照設(shè)計定值單在遠(yuǎn)程修改保護(hù)定值,與被控站設(shè)備顯示值進(jìn)行逐項確認(rèn),確保調(diào)度端顯示與被控站實際顯示一致。(2)報警功能。通過短接被控站設(shè)備跳閘連片進(jìn)行模擬跳閘,檢驗SCADA系統(tǒng)跳閘推圖及報警音等功能是否實現(xiàn)。(3)歷史數(shù)據(jù)查詢。通過調(diào)取故障報文、故障錄波、事件記錄等數(shù)據(jù)信息,與被控站綜自系統(tǒng)進(jìn)行核對,檢驗數(shù)據(jù)記錄等是否一致。通過數(shù)據(jù)核對,及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄中上傳信息的漏項、缺失及顯示不一致問題。2.7防止網(wǎng)絡(luò)賬戶啟動通道檢測是在主站與被控站間通過網(wǎng)絡(luò)PING方法,對SCADA雙通道和故標(biāo)雙通道分別進(jìn)行測試。(1)對應(yīng)關(guān)系檢查。測試通道前,首先核對數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)端口和通信數(shù)據(jù)的正確性,防止由于接線及數(shù)據(jù)制作錯誤導(dǎo)致通道中斷。(2)網(wǎng)絡(luò)PING方法。利用筆記本電腦網(wǎng)絡(luò)PING方法進(jìn)行通道檢測,通過主站筆記本與被控站設(shè)備互PING、主站設(shè)備與被控站筆記本互PING、主站筆記本與被控站筆記本互PING三種方式,能夠有效檢測主站、被控站設(shè)