城軌監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計

（封面）

XXXXXXX學(xué)院

城軌監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計報告

題目：

院（系）：

專業(yè)班級:

學(xué)生姓名:

指導(dǎo)老師:

時間:年月日

課程設(shè)計

L工程概況

XX市地鐵X號線工程全長26.188公里，其中線路中間段為地下線，兩端為地

上線，全線共設(shè)車站22座，(其中地下站13座，高架站8座，地面站1座)，車輛

段、停車場、控制中心和綜合辦公樓各一座。

地鐵電動車組受電方式為DC750V接觸軌上部受電方式。

地鐵供電系統(tǒng)采用集中供電方式，分別由A、B、C、D四個35/10kV主變電所向

地鐵沿線AC10kV/DC750V牽引變電所及10/0.4kV降壓變電所供電。全線共設(shè)主變

電所4座、牽引降壓混合變電所16座、降壓變電所8座、跟隨式變電所2座。

2.環(huán)境條件

2.1電力調(diào)度中心控制室和機(jī)房環(huán)境

環(huán)境溫度：+5℃?40℃

相對濕度：10%?90%

海拔高度W1000m

大氣壓力：86?108kpa

振動：f<10Hz,振幅為0.3mm；10HzVf<150Hz時,加速度為0.lm/s?。

工作電源：兩路獨(dú)立的380/220V電源；波動范圍：-15%?+10%

地震烈度：<7度

接地電阻W1Q

2.2牽引、降壓變電所內(nèi)環(huán)境

控制室溫度：-5℃?+45℃

開關(guān)柜溫度：-10℃?+55℃

環(huán)境溫度在-5℃?+40℃時、最大變化率10°C/h,設(shè)備應(yīng)能滿足技術(shù)規(guī)格書所

規(guī)定的精度要求，環(huán)境溫度在T0℃?+55℃時，設(shè)備應(yīng)能正常工作，不誤動、不拒

動。

相對濕度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%(25℃)；有凝露的情況

發(fā)生。

海拔高度W1000m

地震烈度：<7度

II

課程設(shè)計

3.設(shè)計內(nèi)容

3.1設(shè)計依據(jù)及范圍

3.1.1設(shè)計依據(jù)

1.國家計委項目建議書批復(fù)文。

2.《XX市地下鐵道X號線工程可行性研究報告》。

3.設(shè)計合同。

4.XX市市政工程局技術(shù)委員會關(guān)于對《XX市地下鐵道X號線可行性研究報告》的

評審意見。

3.1.2設(shè)計范圍

1.控制指揮中心內(nèi)目力監(jiān)控調(diào)度中心的設(shè)計，電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計；

2.綜合維修基地供弓車間復(fù)示終端設(shè)計；

3.控制站與被控站之間遠(yuǎn)動通道設(shè)計；

4.新建及改建主變習(xí)所、牽引降壓混合變電所、降壓變電所的監(jiān)控系統(tǒng)被控站通

信接口設(shè)計；

5.監(jiān)控系統(tǒng)與通信、信號、房建、電力配電等其他專業(yè)之間的接口設(shè)計。

3.2SCADA系統(tǒng)構(gòu)成

3.2.1主要設(shè)計原則

1.電力監(jiān)控系統(tǒng)由控制站、遠(yuǎn)動通道及被控站組成。

2.控制站采用計算機(jī)型電力集中監(jiān)控裝置，1：N結(jié)構(gòu)。

3.問答式通訊規(guī)約，通道結(jié)構(gòu)為點(diǎn)對點(diǎn)方式。

4.通道采用地鐵綜合通信光纖網(wǎng)中的專用通道，并設(shè)置主用和備用通道，主備通

道能實現(xiàn)手動及自動切換。

5.控制站與通信站及被控站與車站通信機(jī)械室之間為雙絞線形式的RS485或RS422

接口。

6.控制站具備與其它系統(tǒng)的通信接口能力。

7.系統(tǒng)設(shè)備選型立足于國產(chǎn)化。

3.2.2主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

1.《遠(yuǎn)動系統(tǒng)和設(shè)備》(IEC870-88)

2.《地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件》(GB/T13730-92)

3.《遠(yuǎn)動終端通用技術(shù)條件》(GB/T13729-92)

4.《計算機(jī)場地技術(shù)要求》(GB/2887-89)

5.《地下鐵道設(shè)計規(guī)范》(GB50157-92)

III

課程設(shè)計

牽引降壓混合變電所主接線圖

V

課程設(shè)計

摘要

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種大型的SCADA監(jiān)控系統(tǒng)。它基于系統(tǒng)骨干網(wǎng)，

通過專業(yè)接口裝置，在SCADA系統(tǒng)軟件平臺上實現(xiàn)多專業(yè)、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、信

息集成和信息共享，為城市軌道交通科學(xué)和高效的運(yùn)營組織和管理提供先進(jìn)的技術(shù)

手段。

本文通過設(shè)計中央監(jiān)控主站、變電站綜合自動化系統(tǒng)、通信信道，對城市軌道

交通監(jiān)控系統(tǒng)的整體概貌有一個清楚的認(rèn)識。本文主要介紹中央監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成與

功能及其配制、網(wǎng)絡(luò)采用的方案、變電站綜合H動化系統(tǒng)的功能及其配置，網(wǎng)絡(luò)接

線方案等。在變電站提供復(fù)示終端，為工作人員實時了解變電站的運(yùn)行情況提供一

個接口。通信信道主要采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，能夠很好的實現(xiàn)多個專業(yè)的接口。工

作人員能及時了解變電站各個設(shè)備、線路以及保護(hù)設(shè)備的故障情況，保證城市軌道

交通供電系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、正常的運(yùn)行，為最終實現(xiàn)變電站的無人值守創(chuàng)造條

件。

關(guān)鍵詞SCADA系統(tǒng)；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；中央監(jiān)控系統(tǒng)；工業(yè)以太網(wǎng)；變電站綜合自

動化系統(tǒng)；復(fù)示終端

VI

課程設(shè)計

目錄

城軌監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計原始資料.............................................I

摘要..................................................................VI

第一章城軌電力監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)構(gòu)成..................................1

1.1城軌電力監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)計原則.......................................1

1.2城軌電力監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).......................................1

1.3城軌電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的功能.......................................1

1.4城軌電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成與配置.........................................2

第二章中央監(jiān)控系統(tǒng).......................................................3

2.1概述................................................................3

2.2中央監(jiān)控系統(tǒng)功能....................................................3

2.4中央監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)....................................................8

2.5中央監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案............................................9

第三章變電站綜合自動化系統(tǒng)..............................................11

3.1概述...............................................................11

3.2系統(tǒng)主要功能.......................................................11

3.2.1微機(jī)繼電保護(hù)的功能............................................11

3.2.2監(jiān)視控制功能..................................................11

3.3變電站綜合自動化系統(tǒng)方案設(shè)計......................................14

3.3,1系統(tǒng)構(gòu)成.......................................................14

3.3.2變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式................................16

3.3.3變電所綜合自動化系統(tǒng)間隔層設(shè)備組態(tài)模式.......................17

3.3.4變電所綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模式..................................17

3.4系統(tǒng)硬件配置.......................................................18

3.5變電站綜合自動化系統(tǒng)監(jiān)控對象......................................19

3.6主要技術(shù)指標(biāo).......................................................19

第四章通信信道..............................................22

VII

課程設(shè)計

4.1工業(yè)以太網(wǎng)..........................................................22

4.1.1網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬.................................................22

4.1.2網(wǎng)絡(luò)的通信媒介.................................................22

4.1.3網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).................................................22

4.2變電站的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)............................................22

4.3變電站與中央監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口.....................................23

4.4傳輸介質(zhì)...........................................................23

4.5網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)........................................................23

4.6變電所綜合自動化系統(tǒng)國產(chǎn)化分析....................................26

第五章復(fù)示終端系統(tǒng)....................................................27

5.1概述................................................................27

5.2復(fù)示系統(tǒng)的組成....................................................28

5.3復(fù)示系統(tǒng)的功能.....................................................29

5.4復(fù)示系統(tǒng)的特點(diǎn).....................................................30

后記...................................................................31

參考文獻(xiàn).................................................................32

附錄一四遙對象概述表...................................................33

附錄二主要工程數(shù)量表..................................................35

附錄三主要設(shè)備表.......................................................36

VIII

課程設(shè)計

IX

課程設(shè)計

第一章城軌電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)構(gòu)成

1.1城軌電力監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)計原則

1.電力監(jiān)控系統(tǒng)由控制站、遠(yuǎn)動通道及被控站組成；

2.控制站采用計算機(jī)型電力集中監(jiān)控裝置，1：N結(jié)構(gòu)；

3.問答式通訊規(guī)約，通道結(jié)構(gòu)為點(diǎn)對點(diǎn)方式；

4.通道采用地鐵綜合通信光纖網(wǎng)中的專用通道，并設(shè)置主用和備用通道，

主備通道能實現(xiàn)手動及自動切換；

5.控制站與通信站及被控站與車站通信機(jī)械室之間為雙絞線形式的RS485

或RS422接口；

6.控制站具備與其它系統(tǒng)的通信接口能力；

7.系統(tǒng)設(shè)備選型立足于國產(chǎn)化；

1.2城軌電力監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

1.《遠(yuǎn)動系統(tǒng)和設(shè)備》(IEC870-88)

2.《地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件》(GB/T13730-92)

3.《遠(yuǎn)動終端通用技術(shù)條件》(GB/T13729-92)

4.《計算機(jī)場地技術(shù)要求》(GB/2887-89)

5.《地下鐵道設(shè)計規(guī)范》(GB50157-92)

6.《地鐵直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB/T10411-89)

7.《鐵路電力牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(TB10117-98)

1.3城軌電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的功能

城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)主要是對城市軌道交通全線各類變配電所、接觸網(wǎng)

等電力設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分層分布遠(yuǎn)程實時監(jiān)視和控制。調(diào)度中心及時掌握各個變

電站的運(yùn)行情況，直接對設(shè)備進(jìn)行操作，及時了解故障情況，處理供變配電系統(tǒng)的

各種異常事故及報警事件，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提升供變配電系統(tǒng)調(diào)度、管理及

維修的自動化程度，提高供電質(zhì)量，并且還可做到與其他白動化系統(tǒng)互換數(shù)據(jù)，充

1

課程設(shè)計

分發(fā)揮整體優(yōu)勢，進(jìn)行全系統(tǒng)的信息綜合管理，保證系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。

1.各級調(diào)度端在其管轄范圍內(nèi)應(yīng)具備基本功能:

＞接收及處理遠(yuǎn)動終端發(fā)送的實時采集數(shù)據(jù)。

＞又寸可控電力設(shè)備進(jìn)行遙控操作。

＞遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)采集、分析處理及控制。

＞對實時采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。

2.遠(yuǎn)動終端應(yīng)具備下列基本功能:

＞實時數(shù)據(jù)采集及傳送；

＞接收及執(zhí)行遙控命令并向調(diào)度端發(fā)送返回信息；

＞具有當(dāng)?shù)剡x測、選控功能；

＞遠(yuǎn)動終端設(shè)備應(yīng)具有程序自恢復(fù)功能和設(shè)備自診斷功能；

＞具有信息J面直監(jiān)視功能，并可進(jìn)行主用、備用通道自動切換；

3.數(shù)據(jù)通信通道應(yīng)具備下列基本功能:

＞完成通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換；

＞完成調(diào)度端與遠(yuǎn)動終端之間的數(shù)據(jù)傳輸；

1.4城軌電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成與配置

電力監(jiān)控系統(tǒng)由電力調(diào)度中心中央監(jiān)控系統(tǒng)、變電所綜合自動化系統(tǒng)、通信信

道、供電復(fù)示綜端四部分組成。調(diào)度端宜設(shè)在運(yùn)營管理段的電力調(diào)度室內(nèi)。遠(yuǎn)動終

端宜設(shè)在變、配電所的控制室內(nèi)、地區(qū)主要負(fù)荷供電點(diǎn)處及鐵路沿線車站的集中供

電點(diǎn)處。在控制中心及車站集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、火

災(zāi)報警系統(tǒng)(FAS)、PIS、PSD等系統(tǒng)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)為這些不同的系統(tǒng)提供了一個

綜合信息的平臺，這些系統(tǒng)的主要硬件、軟件均由綜合監(jiān)控系統(tǒng)來統(tǒng)一構(gòu)建，綜合

監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)各系統(tǒng)在中心級和車站級的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)構(gòu)成圖見附錄一。

控制中心設(shè)備牽引供電安全監(jiān)控子系統(tǒng)的控制中心設(shè)備以牽引供電綜合調(diào)度

子系統(tǒng)設(shè)備為核心，經(jīng)計算機(jī)網(wǎng)橋設(shè)備與綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)控制中心設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。一方

面綜合調(diào)度子系統(tǒng)控制中心將接收到的災(zāi)害監(jiān)測等信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)控制級

別耍求，由網(wǎng)橋設(shè)備傳輸?shù)骄C合安全監(jiān)控系統(tǒng);另一方面綜合調(diào)度子系統(tǒng)經(jīng)網(wǎng)橋設(shè)備

接收來自綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)控制中心傳輸?shù)挠嘘P(guān)綜合災(zāi)害監(jiān)測信息;同時兩系統(tǒng)間

可實現(xiàn)電子郵件的互傳。牽引供電綜合調(diào)度子系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)配置災(zāi)害信息處理、顯示、

打印軟件,同時設(shè)置災(zāi)害信息專用數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)庫專用區(qū)域，提供人機(jī)交互式操作、

維護(hù)界面；變電所綜合自動化系統(tǒng)設(shè)備主要包括控制信號盤及其內(nèi)部的主監(jiān)控單

2

課程設(shè)計

元、后臺監(jiān)控計算機(jī)、打印機(jī)、UPS（不間斷電源），以及安裝在各開關(guān)柜內(nèi)的綜合保

護(hù)測控設(shè)備和智能電子裝置，還有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)等；遠(yuǎn)動通信信道

電力監(jiān)控系統(tǒng)使用的遠(yuǎn)動規(guī)約是車站變電所端和OCC中央調(diào)度系統(tǒng)端相互交流的

語言。

第二章中央監(jiān)控系統(tǒng)

2.1概述

電力監(jiān)控系統(tǒng)完成對城市軌道交通全線各變電所、接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的遠(yuǎn)程實時

控制、監(jiān)視及測量，處理供變電系統(tǒng)的各種事故及報警事件，實現(xiàn)供變電系統(tǒng)的運(yùn)

行、維修調(diào)度管理自動化，提高供電質(zhì)量，保證供電系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。

從今后軌道交通企業(yè)信息網(wǎng)發(fā)展的全局考慮，控制中心監(jiān)控系統(tǒng)位于承上啟下

的中間環(huán)節(jié)。為此，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)充分考慮其應(yīng)用擴(kuò)展性及與其它系統(tǒng)的互連性。開

放性設(shè)計是關(guān)鍵要素，要應(yīng)用成熟的國際與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)構(gòu)成上，采用并設(shè)計

開放式的系統(tǒng)支撐平臺結(jié)構(gòu)與應(yīng)用平臺結(jié)構(gòu)。兩平臺應(yīng)為分離架構(gòu)。

2.2中央監(jiān)控系統(tǒng)功能

中央監(jiān)控系統(tǒng)，即電力調(diào)度中心主站系統(tǒng)，簡稱電力調(diào)度中心，其功能主要有

控制、數(shù)據(jù)采集處理、顯示、報警、查詢等。

1）控制功能

主控系統(tǒng)在遙控操作方面具有完善的操作手段及安全措施，保證系統(tǒng)的安全、

可靠、方便的控制操作，對變電所內(nèi)滿足聯(lián)鎖約束條件（如果存在）并允許遙控的

開關(guān)、刀閘進(jìn)行〃分〃、〃合〃控制，或?qū)χ髯兎纸宇^進(jìn)行升降調(diào)節(jié)操作。并生成操作

過程的全部記滎，所有遙控聯(lián)鎖條件自動判定。系統(tǒng)配置如下遙控功能：

（a）單獨(dú)控制

通過鼠標(biāo)（鍵盤）操作對變電所內(nèi)可以遠(yuǎn)方操作的開關(guān)設(shè)備、自動裝置的投/

切、主變分接頭、微機(jī)保護(hù)等間隔層設(shè)備的信號復(fù)歸等進(jìn)行控制，可進(jìn)行控制前條

件校核，防止誤操作。遙控過程完全按照“選擇一返校一執(zhí)行”的原則操作執(zhí)行，

確保控制操作準(zhǔn)確可靠。操作前需登錄，有必要的安全檢查、提示、口令檢驗、返

校、確認(rèn)、撤消及防同時操作功能等，人為注鐺后取消控制權(quán)。

3

課程設(shè)計

(b)程序控制控

將若干個單控組合在一起，以簡化操作步驟，完成供電系統(tǒng)所內(nèi)、所間數(shù)個開

關(guān)的倒閘作業(yè)。在程序控制執(zhí)行前首先自動檢查各控制對象是否具備控制條件，若

不具備程控條件，列出不具備控制的控制對象，并提醒值班人員注意。在程控過程

中可以人為終止程控的執(zhí)行。程控選擇后，不對位開關(guān)進(jìn)行預(yù)閃提示以防誤操作。

程控執(zhí)行方式也可分單步執(zhí)行和自動執(zhí)行。程控執(zhí)行成功或失敗均有相應(yīng)的漢字提

示，任何一種程控方式均可因控制過程中事故的出現(xiàn)而自動中止或由調(diào)度員進(jìn)行手

動中止。

2)遙信及信息處理功能

(a)遙信顯示

遙信信號內(nèi)容：斷路器、主要的刀閘位置信號，有載調(diào)壓變壓器抽頭位置信號,

變電所內(nèi)事故信號、預(yù)告信號，通信工況異常信號、裝置自檢信息等。

正常運(yùn)行狀態(tài)時，各變電所將各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和信息實時地傳遞到控制中

心的主控系統(tǒng)，實現(xiàn)控制中心通過監(jiān)視器裝置和大屏幕系統(tǒng)對各變電所供電設(shè)備運(yùn)

行狀態(tài)的監(jiān)視。

當(dāng)變電所設(shè)備或援觸網(wǎng)發(fā)生故障時，把故障信息迅速地傳遞到控制中心顯示、

打印，同時啟動音響報警，操作員按〃確認(rèn)鍵〃后，解除音響。所有異常信息分類分

顏色顯示和打印，報警程度分四級，各級含義和顏色在數(shù)據(jù)庫中定義。音響報警包

含事故報警和預(yù)告報警兩種，以不同的級別音響報警。

(b)報警信息處理功能

＞事故報警

當(dāng)事故發(fā)生時，在監(jiān)視器故障窗口顯示故障站名，系統(tǒng)自動推出故障所在的變

電所主接線畫面，相應(yīng)的自動變位模擬開關(guān)閃爍，同時在故障細(xì)目畫面顯示事故內(nèi)

容。按閃光復(fù)歸鍵后停止閃爍，模擬開關(guān)顯示綠色，故障細(xì)目畫面自動消失，若故

障仍存在，則保留故障細(xì)目內(nèi)容。若同時有兩個及以上變電所發(fā)生故障時，在監(jiān)視

器故障顯示窗口同時顯示發(fā)生故障的站名。系統(tǒng)具有拓?fù)渲δ?，故障停電的?/p>

分自動轉(zhuǎn)為灰色或其它指定的顏色。大屏幕投影顯示屏上相應(yīng)的站名、故障信號顯

示區(qū)域變?yōu)榧t色閃爍、變位模擬開關(guān)閃爍。按閃光復(fù)歸鍵后停止閃爍，開關(guān)的狀態(tài)

顯示與設(shè)備實際情況對應(yīng)，若故障仍存在，則站名和故障信號顯示為紅色，否則恢

復(fù)綠色。在監(jiān)視器報警畫面上顯示事故發(fā)生的詳細(xì)內(nèi)容，并在打印機(jī)上進(jìn)行打印，

內(nèi)容包括：故障發(fā)生地點(diǎn)、對象、性質(zhì)、時間等，打印顏色為紅色。

＞預(yù)告報警

4

課程設(shè)計

當(dāng)某站發(fā)出預(yù)告信號時，在監(jiān)視器報警畫面上顯示詳細(xì)預(yù)告內(nèi)容，并在打印機(jī)

上進(jìn)行打印，包括站名、對象、性質(zhì)、發(fā)生時間等。

大屏幕系統(tǒng)顯示屏的站名、預(yù)告信號顯示區(qū)域閃爍。確認(rèn)、復(fù)歸處理方式與事

故處理方式相同。

當(dāng)控制中心接收到預(yù)告信號，發(fā)出音響報警，操作員按〃確認(rèn)鍵〃后，解除音響。

為了避免過多的報警對操作人員的影響，系統(tǒng)可以定義雪崩條件，在雪崩條件下，

非關(guān)鍵性報警被自動抑制以免干擾操作員的事故處理注意力。雪崩條件預(yù)先定義并

可在線編輯。

系統(tǒng)具有模擬操作功能，運(yùn)行值班人員可進(jìn)行各種模擬操作而不對系統(tǒng)正常運(yùn)

行造成任何影響。模擬操作界面與實際界面一致。

3）遙測及數(shù)據(jù)處理功能

系統(tǒng)對變電所主要電源、電壓、功率、電度、主變溫度等模擬量或脈沖電度量

和保護(hù)裝置的參數(shù)設(shè)定值、保護(hù)動作值等數(shù)字量進(jìn)行實時采集，并使模擬量在監(jiān)視

器的主接線畫面上或通過窗口、曲線、棒圖等方式動態(tài)顯示并打印出來。對變壓器

過負(fù)荷情況和出現(xiàn)時間，各種模擬電量的極值和出現(xiàn)時間進(jìn)行統(tǒng)計，并對越限量報

警。

4）遙調(diào)功能

主控系統(tǒng)可對主變電站內(nèi)有載調(diào)壓變壓器分接頭位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，遙調(diào)結(jié)果在監(jiān)

視器主接線畫面上顯示。

5）模擬操作

開關(guān)不下位模擬對位操作；閉鎖、解鎖操作；掛地線操作；

6）調(diào)度事務(wù)管理功能

控制指揮中心根據(jù)從變電所采集的設(shè)備運(yùn)行信息，保護(hù)、開關(guān)動作等信息，設(shè)

備異常信息，分析設(shè)備的動作次數(shù)、累計運(yùn)行時間、異常或故障發(fā)生情況、為調(diào)度

決策提供依據(jù)。

7）供電系統(tǒng)運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)歸擋和統(tǒng)計報表功能

分類保存操作信息、事故和報警信息的歷史紀(jì)錄，系統(tǒng)可根據(jù)調(diào)度人員需要按

時間、對象、事件性質(zhì)等不同方式進(jìn)行檢索，以便進(jìn)行查詢和故障分析；實現(xiàn)模擬

量測量數(shù)據(jù)及開關(guān)跳閘次數(shù)等的日報、月報、年報等統(tǒng)計報表。報表的格式，定義

打印的時間均可以修改，已經(jīng)生成的報表可以用閱讀軟件在其他計算機(jī)瀏覽。

主控系統(tǒng)能夠提供報告模板。允許操作員〃修改、另存〃的方式來增加報告模板。在

5

課程設(shè)計

不重新啟動服務(wù)器和操作員站的情況下，修改后的報告模板可以直接被系統(tǒng)使用。

報告既可以定時輸出，也可以根據(jù)操作員命令輸出。輸出報告的格式和打印報告的

時間間隔，用戶可以在線定義。

8）信息查詢功能

用戶可設(shè)定時間和項目在系統(tǒng)中查詢各種實時、歷史信息。被查詢的信息可以

是一定時間內(nèi)的變化過程，被查詢的過程可以被重新演示，即過程回顧、事故重演。

9）用戶畫面顯示功能

系統(tǒng)提供圖/模/庫一體化的作圖軟件包，通過使用系統(tǒng)提供的作圖軟件包和圖

形顯示軟件包。

10）打印及畫面拷貝功能

打印管理實現(xiàn)對系統(tǒng)信息打印的管理功能，提供實時運(yùn)行信息打印及定時報表

打印功能。系統(tǒng)支持對圖形、報表、曲線、報警信息、各種統(tǒng)計計算結(jié)果等的打印。

同時對所有監(jiān)視器畫面均可實現(xiàn)隨機(jī)拷貝。畫面管理支持畫面的拷貝、重命名、畫

面支持等功能。用戶生成新畫面時可拷貝系統(tǒng)原有畫面，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，減

輕畫面生成工作。畫面編輯過程中提供對所有圖元、數(shù)據(jù)、區(qū)域的編輯、拷貝、刪

除等操作功能。所有圖形自動保持全網(wǎng)一致。

11）大屏幕系統(tǒng)功能顯示

主控系統(tǒng)控制的大屏幕支持動態(tài)顯示各變電所開關(guān)位置及接觸網(wǎng)帶電狀態(tài)?？?/p>

以靈活定義顯示內(nèi)容及顯示窗口，支持多屏幕拼接顯示方式。

12）對各種重要命令和操作設(shè)置超時監(jiān)視，超時時間可調(diào)。

主控系統(tǒng)對于各種重要命令和操作可以設(shè)定超時監(jiān)視，例如返校時間，操作時

間等等，超時時間可以調(diào)整。

13）系統(tǒng)具有防止各種誤操作所造成的鎖機(jī)現(xiàn)象的功能。

主控系統(tǒng)不會由于誤操作鎖機(jī)。對于錯誤操作，系統(tǒng)會給出提示。

14）培訓(xùn)功能

系統(tǒng)具有對操作人員、運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行上崗培訓(xùn)功能，使其掌握電力監(jiān)控系

統(tǒng)的運(yùn)行管理、操作、以及日常維護(hù)、故障排除、替換故障元件等業(yè)務(wù)。

15）口令功能

6

課程設(shè)計

對各等級的運(yùn)行管理人員進(jìn)行口令級別設(shè)置，以確定管理人員的管理范圍，管

理人員在崗位交接班時用口令替換形式完成?？诹罴壙煞譃椴僮鲉T級、應(yīng)用軟件級

（包括數(shù)據(jù)庫）、系統(tǒng)軟件級等。

16）漢化功能

系統(tǒng)人機(jī)操作界面進(jìn)行全〃漢化〃處理，系統(tǒng)最低應(yīng)配置中華人民共和國一級漢

字庫。

17）系統(tǒng)的維護(hù)、修改、擴(kuò)展功能

系統(tǒng)具有對各種用戶畫面、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)參數(shù)等實現(xiàn)人機(jī)交互式在線維護(hù)、修

改、編輯、定義、擴(kuò)展等功能。

18）系統(tǒng)自檢功能

系統(tǒng)具有遠(yuǎn)方診斷功能，具有容錯、自診斷、自恢復(fù)功能，主站設(shè)備芻檢標(biāo)志

達(dá)到設(shè)備級，被控站設(shè)備自檢標(biāo)志達(dá)到模塊級，故障時能提示報警并記錄和召喚打

印。當(dāng)系統(tǒng)外部斷電恢復(fù)后，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常運(yùn)行。

系統(tǒng)具有對各通道進(jìn)行監(jiān)視的功能，并能對通道誤碼率進(jìn)行統(tǒng)計。

19）事件順序記錄（SOE）

全網(wǎng)時鐘統(tǒng)一對時，亳秒級精度記錄主要斷路器和保護(hù)信號的狀態(tài)、動作順

序及動作事件。形成動作順序表。除顯示于系統(tǒng)畫面外，并可打?。ㄕ賳竞妥詣哟?/p>

?。?、存到歷史數(shù)據(jù)庫中，幫助調(diào)度運(yùn)行人員判明系統(tǒng)事故起因和斷路器跳閘順序。

對采用接受系統(tǒng)對時方式同步的變電所綜合自動化系統(tǒng)，可對通信線路傳輸

引起的時延進(jìn)行校正計算；

周期性的進(jìn)行時鐘同步。

20）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能

實時數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)；

轉(zhuǎn)發(fā)界面友好、統(tǒng)一，用戶可自行增刪及修改；

轉(zhuǎn)發(fā)過程可控制多路轉(zhuǎn)發(fā)，用戶可以實時啟動、定時啟動或人工啟動。

2.3中央監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置方案

中央監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置方案主要有雙冗余網(wǎng)絡(luò)配置、單網(wǎng)配置和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)與

應(yīng)用網(wǎng)分別配置。三種方案比較如表3-1所示。

表3/中央監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置方案比較

比較類別雙冗余配置網(wǎng)絡(luò)單網(wǎng)配置數(shù)據(jù)采集網(wǎng)與應(yīng)用網(wǎng)分別配置

7

課程設(shè)計

運(yùn)行方式主備或同時運(yùn)行單臺運(yùn)行兩網(wǎng)分開運(yùn)行，彼此之間無影響

可靠性可靠性高可靠性低可靠性低

經(jīng)濟(jì)性投資較高投資較低投資較低

適用范圍標(biāo)準(zhǔn)較圖工程標(biāo)準(zhǔn)較低工程標(biāo)準(zhǔn)較低工程

網(wǎng)絡(luò)配置方案確定：通過以上比較可知，如果工程標(biāo)準(zhǔn)較低，可選用數(shù)據(jù)采集

網(wǎng)與應(yīng)用網(wǎng)分別配置的方案；如果該工程標(biāo)準(zhǔn)較高，則需要采用雙網(wǎng)冗余配置方案,

保證系統(tǒng)正常、高效運(yùn)行。由于地鐵供電系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)較高，故采用雙冗余網(wǎng)配置

方案。

2.4中央監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于中央監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則所設(shè)計的一個軌道交通的電力監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

(SCADA)整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3T所示。控制中心與被控站之間采用通信系統(tǒng)專

用透明以太網(wǎng)絡(luò)通信通道?？刂浦行谋O(jiān)控系統(tǒng)主要包括冗余SCADA服務(wù)器、冗余數(shù)

據(jù)庫服務(wù)器、操作員工作站、統(tǒng)計報表工作站、維護(hù)工作站、網(wǎng)關(guān)等主要節(jié)點(diǎn)。其

中冗余數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用共享磁盤陣列實現(xiàn)數(shù)據(jù)高度一致共享，采用RAID5邏輯磁

盤組實現(xiàn)磁盤冗余備份。系統(tǒng)采用冗余100Mbit以太網(wǎng)雙網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)

議為TCP/IP協(xié)議。正常情況下，兩個LAN網(wǎng)同時工作，傳送不同的系統(tǒng)信息。當(dāng)其

中一個網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異?；蚬收蠒r，系統(tǒng)自動將全皆需傳送的信息切換到另一個網(wǎng)絡(luò)

±oSCADA服務(wù)器利用隔離的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，接收被控站通過通信系統(tǒng)專用透明以太網(wǎng)

絡(luò)通道上傳的生數(shù)據(jù)，將其處理成熟數(shù)據(jù)后，從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器后端的雙網(wǎng)提供給全系

統(tǒng)其它節(jié)點(diǎn)機(jī)使用。位于停車場的供電復(fù)示系統(tǒng)，通過通信系統(tǒng)提供的透明以太網(wǎng)

通道與控制中心監(jiān)控系統(tǒng)通信。供電復(fù)示系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器作為路由，從采集網(wǎng)

經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器享受后端主網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

8

課程設(shè)計

圖3-1中央監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.5中央監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

中央監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)備組成有以下特點(diǎn):采用主備、冗余、分層、分布式c/s結(jié)

構(gòu)，TCP/IP協(xié)議，具有有效的故障隔離和抗干擾措施。主要硬件設(shè)備有以太網(wǎng)交

換機(jī)、服務(wù)器（實時、歷史及磁盤陣列）、前端處理器、各操作員工作站、打印機(jī)、

大屏幕顯示器和在線式不間斷電源（UPS）、緊急后備盤（IBP）等，分別分布在控制

中心和各車站、車輛段。

1.局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

控制中心局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)根據(jù)4.2節(jié)內(nèi)容選擇交換機(jī)配置數(shù)量。交換機(jī)接口的數(shù)量

根據(jù)工程實際情況選擇，并預(yù)留一定數(shù)量端口。交換機(jī)應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)配置。

選擇端口類型時，需要考慮系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)的接口距離，如果雙方接口距離較

大（超過100米），應(yīng)選擇光接口，避免增加單獨(dú)的光電轉(zhuǎn)換裝置。

2.系統(tǒng)服務(wù)器

控制中心設(shè)冗余高端服務(wù)器作為全縣信息中心，可將全線各車站和車輛段的必

要信息匯集到實時數(shù)據(jù)庫中，支持個工作站的監(jiān)管功能，支持全線SCADA功能。

9

課程設(shè)計

服務(wù)器的數(shù)量可以根據(jù)工程投資條件及可靠性要求選擇單臺或雙臺，如果采用

雙臺服務(wù)器，則雙臺服務(wù)器形成雙機(jī)熱備用。兩臺服務(wù)器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時校

對，以保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致。

根據(jù)工程對歷史數(shù)據(jù)的存儲要求及工程投發(fā)條件，控制中心可以由系統(tǒng)服務(wù)器

兼作歷史服務(wù)器，也可以配置專用的歷史服務(wù)器，用于歷史數(shù)據(jù)存儲。

3.維護(hù)工作站、調(diào)度員工作站等

控制中心應(yīng)配置維護(hù)工作站，負(fù)責(zé)仝線計算機(jī)設(shè)備的組態(tài)、維護(hù)管理，支持系

統(tǒng)維護(hù)工程師功能。設(shè)調(diào)度員工作站，實現(xiàn)電力調(diào)度員操作功能。視用戶要求及工

程投資條件可設(shè)模擬培訓(xùn)工作站、網(wǎng)管工作站等，以實現(xiàn)員工的模擬培訓(xùn)，并對全

線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，做到性能管理、配置管理和故障管理。

另外，如果與其他系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)接口，宜設(shè)接口工作站，并采取軟件或硬件網(wǎng)

絡(luò)隔離措施沒，保證系統(tǒng)的安全。

4.打印機(jī)

按照電力調(diào)度及系統(tǒng)維護(hù)的需求，控制中心至少需要配置兩臺打印機(jī)。

打印機(jī)可以配置為網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)或者普通打印機(jī)。網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)可以直接與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)

各工作站連接，普通打印機(jī)需要通過某臺工作站實現(xiàn)打印機(jī)共享。

10

課程設(shè)計

第三章變電站綜合自動化系統(tǒng)

3.1概述

變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用多臺微型計算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動化

系統(tǒng)，代替常規(guī)的測量利監(jiān)測儀表、控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動屏，用微機(jī)保護(hù)

代替常規(guī)的繼電保護(hù)，改變常規(guī)繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的缺陷。變電站綜合

自動化系統(tǒng)可以采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計算機(jī)的高速計算能力和邏輯

判斷功能，可以方便地監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作。變電站綜合自

動化系統(tǒng)具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特征。

其出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴(kuò)大控制范圍及變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)

行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證；其應(yīng)用將為變電站無人值班提供強(qiáng)有力的現(xiàn)場

數(shù)據(jù)采集及控制支持。

3.2系統(tǒng)主要功能

3.2.1微機(jī)繼電保護(hù)的功能

變電站綜合自動化系統(tǒng)中的微機(jī)保護(hù)主要包括輸電線路保護(hù)、電力變壓器主保

護(hù)及后備保護(hù)、母線保護(hù)、配電線路保護(hù)、無功補(bǔ)償電容器保護(hù)、小電流接地系統(tǒng)

自動選線、自動重合閘等功能。

3.2.2監(jiān)視控制功能

3.2.2.1實時數(shù)據(jù)采集與處理

實時數(shù)據(jù)采集的主要內(nèi)容有變電站運(yùn)行實時數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，它包括：

1.模擬量的采集

2.狀態(tài)量的采集

3.脈沖量的采集

4.數(shù)字量的采集

3.2.2.2數(shù)據(jù)庫的建立與維護(hù)

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)、開放并符合實時系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)庫，將商用的分布式關(guān)系型數(shù)

據(jù)為庫與實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。系統(tǒng)的所有功能設(shè)計基于實時數(shù)據(jù)庫和歷

11

課程設(shè)計

史數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用設(shè)計，可實現(xiàn)與高級功能應(yīng)用數(shù)據(jù)庫的同一管理.，為系統(tǒng)擴(kuò)充功能

提供便利。

1.實時數(shù)據(jù)處理功能。

2.歷史數(shù)據(jù)處理功能

3.2.2.3故障錄波和測距

故障錄波和測距是在輸電線路發(fā)生故障時盡快顯示故障距離的長短。變電站的

故障錄波和測距有兩種方法實現(xiàn)：

1.由微機(jī)保護(hù)裝置兼作故障記錄和測距，再將記錄和測距的結(jié)果傳進(jìn)監(jiān)控機(jī)存儲及

打印輸出，或直接送調(diào)度主站。該方法可節(jié)約投資，減少硬件設(shè)備，但故障記錄的

容量有限。

2.采用專用的微機(jī)故障錄波器，并且錄波器應(yīng)具有串行通信功能，可以與監(jiān)控系統(tǒng)

通信。

3.2.2.4事故順序記錄與事故追憶功能

事故順序記錄對變電站的繼電保護(hù)、自動裝置、斷路席等在事故時動作的先后

順序自動記錄。自動記錄的報告可以CRT顯示器上顯示和打印輸出，順序記錄的報

告有利于分析事故、評價繼電保護(hù)以及斷路器的動作情況。

3.2.2.5控制及安全操作閉鎖功能

控制功能是指對設(shè)備進(jìn)行操作的功能，它包括：

1.單獨(dú)遙控、2.程序遙控、3.遙控試驗、4.復(fù)歸操作、5.模擬操作、6.閉鎖、解鎖

操作、7.其它安全操作。

3.2.2.6數(shù)據(jù)處理與記錄功能

對遙信、遙測信息進(jìn)行采集后，通過DSP等具有處理信息的功能的微磯裝置進(jìn)

行處理，變換成控制量，下發(fā)控制指令到下位機(jī)，上下位機(jī)與去控制設(shè)備。在這個

過程中，必然產(chǎn)生數(shù)據(jù)，RTU必須將每一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存檔，供操作人員查看。

3.2.2.7人機(jī)聯(lián)系功能

變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的人機(jī)聯(lián)系是通過操作計算機(jī)的犍盤和鼠標(biāo)實現(xiàn)人機(jī)

對話。

3.2.2.8打印功能

變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)配備打印機(jī)

3.2.2.9畫面生成與顯示功能

RTU能夠?qū)⑦\(yùn)行中產(chǎn)生故障時的波形以動態(tài)的形式展現(xiàn)出來，供維護(hù)人員分析、

處理故障。

3.2.2.10諧波分析與監(jiān)視功能

12

課程設(shè)計

地鐵牽引供電系統(tǒng)是一個大的諧波源，通過整流柜將交流電壓變換成直流電壓,

產(chǎn)生了一些特征次諧波，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時將會產(chǎn)生某些不一樣的諧波，通過諧波

分析功能，確定故障產(chǎn)生的原因，使工作人員能盡快處理故障。

3.2.2.11報警處理功能

報警分為預(yù)告報警和事故報警。

預(yù)告報警一般包括設(shè)備變位、狀態(tài)信息異常、模擬量超限、監(jiān)控系統(tǒng)部件的狀

態(tài)異常、就地控制單元的狀態(tài)異常及通信異常等。

事故報警主要包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動作信號。

報警主要分為四種：越限報警、變位報警、事故報警和工況報警。

3.2.2.12在線計算與制表功能

電壓、電流通過壓互、流互變成小信號、然后通過A/D轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能處理的

小信號，然后送往計算機(jī)中進(jìn)行處理，當(dāng)電壓、電流變化時，計算機(jī)能夠隨時了解

其狀態(tài)，并且通過CPU計算其幅值、有效值等數(shù)字量，這種方式稱為在線計算。在

線計算的結(jié)果通過計算機(jī)中的應(yīng)用軟件將其處理為表格形式，供工作人員參考。

3.2.2.13運(yùn)行技術(shù)管理功能

變電站綜合自動化系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)管理內(nèi)容主要有：

1.變電站的主要設(shè)備的技術(shù)參數(shù)檔案表。

2.各主要設(shè)備故障和檢修記錄。

3.斷路器的動作次數(shù)記錄。

4.繼電保護(hù)和自動裝置的動作記錄。

5.運(yùn)行需要的各種記錄、統(tǒng)計等。

3.2.3自動裝置功能

在牽引供電系統(tǒng)中，為提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量，根據(jù)牽引供電的供電方式、電

氣接線等實際運(yùn)行情況，廣泛采用了自動重合閘、故障點(diǎn)位置檢測、備用電源自

投等自動裝置，保障城市軌道交通供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2.4遠(yuǎn)動及數(shù)據(jù)通信功能

變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)具有與電力系統(tǒng)控制中心通信的功能，不另設(shè)獨(dú)立的

遠(yuǎn)動裝置，而由綜合自動化系統(tǒng)的上位機(jī)或通信控制機(jī)執(zhí)行遠(yuǎn)動功能。把變電站所

需測量的模擬量、電能量、狀態(tài)信息和SOE等類信息傳送至控制中心。數(shù)據(jù)通信的

最終實現(xiàn)，變電站不僅要向控制中心發(fā)送測量和監(jiān)視信息，而且要從上級調(diào)度接收

數(shù)據(jù)和控制命令。

13

課程設(shè)計

3.3變電站綜合自動化系統(tǒng)方案設(shè)計

1.在單元設(shè)備中，采用“免調(diào)節(jié)”的概念設(shè)計、“即插即用”的設(shè)計方法以及通用

的軟、硬件平臺，并采用全漢化顯示/操作界面和圖形化、表格化的輸出界面。過

程分理處再現(xiàn)技術(shù)的運(yùn)用，使得使用者可能通過配套提供的維護(hù)分析系統(tǒng)非常方便

地讀取存儲在單元設(shè)備中的信息，并清晰再現(xiàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)和邏輯處理過程。

2.在通信網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)。利用這一技術(shù)，必須在單元設(shè)備的設(shè)

計中，在保證可靠性的同時采用大資源的硬件平臺。也正是這一技術(shù)的成功應(yīng)用，

使本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信速度得到極大提升，故障信息在變電站自動化系統(tǒng)中得到及時

傳輸和響應(yīng)，從而形成了從單元設(shè)備到監(jiān)控系統(tǒng)乃至遠(yuǎn)方通信的信息快速傳輸和響

應(yīng)系統(tǒng)，并取得了令人滿意的使用效果。

3.在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫采用透明化的管理方式，利用建立在COM/DCOM基礎(chǔ)

上的32位的C#及其軟件編譯平臺VisualStudio2008,軟件功能可重新紀(jì)態(tài)，保

證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

3.3.1系統(tǒng)構(gòu)成

變電站綜合自動化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃

分為兩層，即變電站層（站級測控單元）和間隔層（間隔單元）。

系統(tǒng)的間隔層在站內(nèi)按間隔分布式配置。間隔層的設(shè)備均可直接下放至開關(guān)場

就地，減少大量的二次電纜接線。各間隔設(shè)備杓對獨(dú)立，僅通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并

同變電站層設(shè)備通信，取消了原本引入主控室的信號、測量、保護(hù)、控制等使用的

電纜，節(jié)省投資，提高系統(tǒng)可靠性。

系統(tǒng)的變電站層沒備也采用分布式、開放式的設(shè)計，組態(tài)完成站內(nèi)監(jiān)控功能，

全面提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及控制、保護(hù)信息記錄與分析等功能。變電站層設(shè)備采用此

種配置模式，一方面保證了系統(tǒng)整體的可靠性，另一方面，也使得功能選擇、配置

更靈活、更合理。

變電站綜合自動化系統(tǒng)從功能上可以分為變電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、

保護(hù)與控制子系統(tǒng)以及測控子系統(tǒng)等部分。

地鐵牽引混合變電站綜合自動化系統(tǒng)方案一

14

課程設(shè)計

圖4-2變電站綜合自動化方案一

本方案采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，正常時，雙網(wǎng)同時運(yùn)行，不分主備方式，當(dāng)一條線

路出現(xiàn)故障時，通過切換裝置，自動切換到另一條鏈路上，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

此方案可靠性高，投資較大。

地鐵牽引混合變電站綜合自動化系統(tǒng)方案二

圖4-3變電站綜合自動化方案二

15

課程設(shè)計

本方案采用星形網(wǎng)絡(luò)方案，投資較低，但是當(dāng)交換機(jī)出現(xiàn)故障時，整個網(wǎng)絡(luò)出

現(xiàn)癱瘓狀態(tài)，不能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于現(xiàn)在科技的進(jìn)步，設(shè)備的平均無故障

時間（MTBF）縮短，此方案在一些地鐵供電系統(tǒng)也在采用。

332變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式

變電所綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為在控制室進(jìn)行集中監(jiān)控的集中式和我局域網(wǎng)

劃分的分層分布式及集中與分層分布式相結(jié)合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選。

1.方案一：分層分布式

從邏輯上將變電所綜合自動化系統(tǒng)劃分為三層：變電站層（站級管理層），網(wǎng)絡(luò)

通信層，間隔層（設(shè)各層）。采用“面向?qū)ο蟆奔疵嫦螂姎庵骰芈烽g隔，間隔層設(shè)備

單元分別安裝在各個開關(guān)柜內(nèi)或一次設(shè)備附近，與一次設(shè)備接口，各間隔層單元的

設(shè)備相互獨(dú)立，并分別與站級管理層間通過所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換，實現(xiàn)站級

管理層的數(shù)據(jù)集中處理。

2.方案二：集中與分層分布相結(jié)合的方案

該方案建立在分層分布式安裝方案的基礎(chǔ)上，對主變電站主變壓器以及牽引變

電所接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)等不易進(jìn)行當(dāng)?shù)乇O(jiān)控設(shè)備安裝的情況進(jìn)行充分考慮，采用

集中組屏和在控制信號盤上安裝，所內(nèi)其余間隔層設(shè)備采用分層分布式安裝。

對兩方案比較見表4-1o

表4-1網(wǎng)絡(luò)方案比較

比較內(nèi)容分層分布式安裝方案集中與分層分布式相結(jié)合方案

通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，較易得到系統(tǒng)各設(shè)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，較易得到系統(tǒng)各設(shè)

備的正常、故障信息，查找工作量備的正常、故障信息，查找工作事

運(yùn)營維護(hù)少，運(yùn)營維護(hù)方便，但由于接觸網(wǎng)少，運(yùn)營維護(hù)方便。解決了接觸網(wǎng)

開美在室外分布較廣，不適宜分散開關(guān)集中操作問題，而且節(jié)省操作

控制。時間。

設(shè)備安裝工程量少，使用控制保護(hù)設(shè)備安裝工程量不大，使用控制保

施工電纜少，因此施工方便、工作量小，護(hù)電纜少，施工方便，工作量及勞

勞動強(qiáng)度小，工期相對較短。動強(qiáng)度較小，工期較短C

通過采用光纖通信，要求間隔單元

系統(tǒng)的抗干擾設(shè)備抗干擾性能高，并進(jìn)行系統(tǒng)為同方案一

干擾設(shè)計，抗干擾性能大大增強(qiáng)

對室內(nèi)設(shè)備滿足要求，但間隔層設(shè)

安全可靠性高

備不適于安裝在網(wǎng)開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)。

系統(tǒng)靈活性

系統(tǒng)靈活性好、可擴(kuò)性強(qiáng)系統(tǒng)靈活性好、可擴(kuò)性強(qiáng)

和可靠性

系統(tǒng)硬件設(shè)備減少，盤面少，占地

投資基本同方案一

面積小，日常設(shè)備的維護(hù)工作量很

16

課程設(shè)計

_________________少，因此系統(tǒng)間接投資小。________________________________________

適用范圍采用室內(nèi)柜式開關(guān)的變電所適用于各類變電所

通過以上兩種方式，集中與分層分布式相結(jié)合方案在降低投資的同時考慮了一

號線工程實施的難點(diǎn)，系統(tǒng)具有良好的是可擴(kuò)展性和維護(hù)性。因此，變目所綜合

自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式推薦采用集中管理、分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、集中與分散布置相

結(jié)合的模式。

333變電所綜合自動化系統(tǒng)間隔層設(shè)備組態(tài)模式

保護(hù)、測控裝置是變電所綜合自動化系統(tǒng)的主要組成內(nèi)容之一，一般來說，保

護(hù)、測控裝置有兩種組態(tài)方案：

1.保護(hù)、測控設(shè)備獨(dú)立設(shè)置、獨(dú)立聯(lián)網(wǎng)

2.保護(hù)、測控設(shè)備一體化設(shè)置

兩種方案比較見下表：

案類型

比誦咨、保護(hù)、測控設(shè)備獨(dú)立設(shè)置、獨(dú)立聯(lián)網(wǎng)保護(hù)、測控設(shè)備一體化設(shè)置

功能要求保護(hù)功能與測量、控制功能獨(dú)立，由保護(hù)、測量和控制功能一體化，由一

不同的設(shè)備來完成套設(shè)備來完成

軟件較復(fù)雜相對簡單

對網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相對較多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)少，結(jié)構(gòu)簡單

影響但網(wǎng)絡(luò)層次清晰

可靠性保護(hù)與測控獨(dú)立設(shè)置，可靠性高采用保護(hù)測控一體化裝置，滿足可靠

性要求

造價需設(shè)置單獨(dú)的保護(hù)設(shè)備和測控設(shè)備僅需一套綜合保護(hù)測控設(shè)備，造價相

對便宜

使用場合一般用于llOkV以上電壓等級的變一般用于llOkV以下電壓等級的中

電站壓系統(tǒng)

從以上分析可以看出，兩種方案各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際，變電所的不同特

點(diǎn)選擇合理的方案。本文因線路設(shè)備屬于35kV及以下網(wǎng)絡(luò)，采用保護(hù)、測控一體

化設(shè)置。

3.3.4變電所綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模式

變電所綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模式的選擇要從組網(wǎng)模式、傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)傳輸模

式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)中央系統(tǒng)設(shè)備五方面分別進(jìn)行比較，應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)的實

時性、統(tǒng)一性、可靠性、高效性和合理性等因素。

17

課程設(shè)計

變電所綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為單網(wǎng)和雙網(wǎng)兩種組網(wǎng)模式，在選擇過程中應(yīng)根

據(jù)變電所的不同特點(diǎn)分別對待，合理選擇。

主變電站擔(dān)負(fù)著向地鐵牽引降壓變電所供電的任務(wù)，其安全可靠的運(yùn)行是地鐵系統(tǒng)

正常運(yùn)行的前提之i;同時主變電站容量較大，數(shù)據(jù)信息處理量較多，接線復(fù)雜，

建設(shè)規(guī)模大，對網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求高，故主變?nèi)账捎秒p網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

牽引變電所、降壓變電所負(fù)責(zé)向車站設(shè)備和區(qū)間接觸網(wǎng)供電，牽引供電系統(tǒng)可

靠性高，而且通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量較主變電站少，網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)較輕，根據(jù)已建成地鐵

的應(yīng)用經(jīng)驗，單網(wǎng)結(jié)構(gòu)軟、硬件簡單，安裝高度方便，故障率低，滿足運(yùn)行要求，

采用單網(wǎng)模式可使全線牽引、降壓變電所的網(wǎng)絡(luò)投資規(guī)模大幅降低。因此，牽引、

降壓變電所采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3.4系統(tǒng)硬件配置

變電所綜合自動化系統(tǒng)設(shè)備采用組屏安裝，綜控屏的數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)配置方案確

定。屏內(nèi)安裝監(jiān)控單元、局域網(wǎng)設(shè)備等；屏上設(shè)有音響報警裝置，具有事故、預(yù)告

兩種音響。

1.局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

所內(nèi)通信網(wǎng)采用適合于城市軌道交通使用環(huán)境的抗干擾性強(qiáng)、阻燃、鎧裝通信

介質(zhì)，優(yōu)先選用屏蔽5類線。網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備宜選用工業(yè)級產(chǎn)品。

2.操作員站

操作員站設(shè)置于有人值守的變電所，可以采用組屏安裝方式，也可以限據(jù)工程

需要單獨(dú)放置在專用值班室內(nèi)。操作員站應(yīng)采用工業(yè)級PC。

3.監(jiān)控單元

監(jiān)控單元用于實現(xiàn)各種類型子監(jiān)控單元規(guī)約的轉(zhuǎn)換，應(yīng)支持與CANbus、

Lonworks、Profibus等多種現(xiàn)場總線的借口，支持RS-232、RS-422或RS-485等標(biāo)

準(zhǔn)接口。

4.便攜式計算機(jī)

變電所綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)該配置便攜式計算機(jī)，計算機(jī)內(nèi)安裝調(diào)試軟4,用于

現(xiàn)場調(diào)試。

5.系統(tǒng)電源及接地

變電所綜合自動化系統(tǒng)的電源有以下兩種方案：

方案一：由變電所內(nèi)的交直流屏提供不間斷交流、直流電源。

方案二：由變電所內(nèi)的交直流屏提供交流電源，變電所綜合自動化系統(tǒng)配置UPS為

系統(tǒng)提供不間斷電源。

18

課程設(shè)計

這兩種方案都可以滿足系統(tǒng)的電源要求，但是方案一可以實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的

資源共享，也簡化了設(shè)備的維護(hù)管理。因此，在工程有條件的情況下優(yōu)選方案一作

為系統(tǒng)電源方案。

變電所綜合自動化系統(tǒng)一般為懸浮地系統(tǒng)，不存在工作接地。系統(tǒng)安全接地及

通信電源屏蔽層接地均可通過與變電所控制室內(nèi)綜控屏內(nèi)接地母排連接實現(xiàn)。綜控

屏內(nèi)接地母排與外引綜合接地網(wǎng)實現(xiàn)可靠的電氣接地。

3.5變電站綜合自動化系統(tǒng)監(jiān)控對象

變電站綜合自動化系統(tǒng)主要通過四遙功能來對設(shè)備以及線路進(jìn)行監(jiān)視與控制。

本設(shè)計的四遙對象概述表如附錄一：表47

3.6主要技術(shù)指標(biāo)

3.6.1測控精度

1.模擬量測量準(zhǔn)確度

交流電流、電壓量：±0.2/

直流電流、電壓量：±0.2%

功率、電度量：±0.5/

頻率：±0.01Hz

2.脈沖輸入量

允許脈沖寬度：210nls

允許脈沖電平：W30V

3.事故順序記錄

事故分辨率：〈Ims

4.遙控動作成功率

遙控動作成功率：100%

3.6.2有實時數(shù)據(jù)的畫面整幅調(diào)出響應(yīng)時間：

畫面調(diào)入：W2s

數(shù)據(jù)刷新：Wls（可設(shè)定）

3.6.3數(shù)據(jù)處理速度

從數(shù)據(jù)采集到主站顯示:Wl.5s

遙調(diào)命令傳輸時間；Wls（可設(shè)定）

19

課程設(shè)計

遙控命令選擇、執(zhí)行或撤銷傳輸時間：W1S（可設(shè)定）

3.6.4數(shù)據(jù)通信

1.站內(nèi)通信

以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)速率：lOMbps/lOOMbps。

2.遠(yuǎn)方轉(zhuǎn)發(fā)

Modem板內(nèi)主備信道自動切換，切換時間<5s；

傳統(tǒng)信道速率：300s2400bps；SDH/ATM傳輸；64KbpsOOMbpso

3.6.5雙機(jī)自動切換

雙機(jī)自動切換：<10s（可設(shè)定）

3.6.6歷史數(shù)據(jù)存檔

測量數(shù)據(jù)存檔最小時間間隔為Imin,生存周期為2年；

保護(hù)信息、事件汜錄、越限記錄等，生存周期為1年。

3.6.7系統(tǒng)可用率

系統(tǒng)可用率：99.99%

3.6.8平均無故障時間

平均無故障時間（MTBF）:240000h

3.6.9環(huán)境條件

電力調(diào)度中心控制室和機(jī)房環(huán)境

環(huán)境溫度：+5C?40℃

相對濕度：10%?90%

海拔高度WlOOOm

大氣壓力：86?108kpa

振動：f<10Hz,?幅為0.3mm；lOHzVfG50Hz時,加速度為0.lin/s?。

工作電源：兩路獨(dú)立的380/220V電源；波動范闈：-15%?+10%

地震烈度：W7度

接地電阻W1Q

牽引、降壓變電所內(nèi)環(huán)境

控制室溫度：-5C?+45C

開關(guān)柜溫度：T0C?+55C

20

課程設(shè)計

環(huán)境溫度在-5c?+40℃時，最大變化率10°C/h,設(shè)備應(yīng)能滿足技術(shù)規(guī)格書所

規(guī)定的精度要求，環(huán)境溫度在-10℃?+55℃時'設(shè)備應(yīng)能正常工作，不誤動、不拒

動。

相對濕度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%(25℃)；有凝露的情況

發(fā)生。

海拔高度WIOOOm

地震烈度：W7度

21

課程設(shè)計

第四章通信信道

4.1工業(yè)以太網(wǎng)

4.1.1網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬

以太網(wǎng)的帶寬高達(dá)10Mbps以上，100Mbps以太網(wǎng)也已廣泛使用，即使用于超大

規(guī)模變電站也游刃有余。以太網(wǎng)的一個沖突域口可支持1024個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)數(shù)小于

100時,10Mbps的以太網(wǎng)即使負(fù)載達(dá)到50%(500kB/s)響應(yīng)時間也小于0.01秒。由

于用交換式集線器能把一個以太網(wǎng)絡(luò)分成數(shù)個沖突域，可以把節(jié)點(diǎn)數(shù)大于100的變

電站分為若干個節(jié)點(diǎn)數(shù)小于100的子網(wǎng)來保證響應(yīng)速率。在可見的未來，變電站自

動化系統(tǒng)的通信節(jié)點(diǎn)數(shù)不會超過200個，數(shù)據(jù)流量的峰值最多能達(dá)到100kB/s,以

太網(wǎng)完全能滿足實時性的要求。

4.1.2網(wǎng)絡(luò)的通信媒介

本設(shè)計選用光纖作為通信網(wǎng)絡(luò)的媒介。

4.1.3網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為總線型、星型、環(huán)狀型。本設(shè)計選用總線型結(jié)溝，后文

將繼續(xù)介紹。

4.2變電站的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)

經(jīng)過充分論證，選用工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)建城市軌道交通牽引混合變電站綜合

自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。由于鐵路供電系統(tǒng)的