摘要：上海軌道交通其第一條線路于1995年4月10日正式運(yùn)營(yíng)，是繼北京地鐵、天津地鐵建成通車后中國(guó)內(nèi)地投入運(yùn)營(yíng)的第三個(gè)城市軌道交通系統(tǒng)，也是目前中國(guó)線路最長(zhǎng)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(tái)在上海地鐵2號(hào)線變電所綜合自動(dòng)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(yùn)營(yíng)11條線、275座車站，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)420KM（不含磁浮線）位居世界第一。上海軌道交通2號(hào)線是上海第二條地下鐵路線路，于2000年6月11日開始運(yùn)營(yíng)。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(dá)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(dá)上海對(duì)外聯(lián)絡(luò)大空港浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)，可以說是連接上海過去和未來的紐帶。
2號(hào)線全長(zhǎng)60公里，共有30個(gè)車站，每天運(yùn)營(yíng)18小時(shí)11分鐘，日客流達(dá)130萬人次，成為國(guó)內(nèi)單線運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)，客流最大的軌道交通線路。
二．項(xiàng)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(hào)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(hào)線已運(yùn)營(yíng)的淞虹路站。線路走向?yàn)椋褐T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(zhǎng)8.58km，全部為地下線，共設(shè)3座車站。分別為：虹橋機(jī)場(chǎng)東站、虹橋機(jī)場(chǎng)西站和諸光路站。
2號(hào)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(hào)風(fēng)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(hào)風(fēng)井。
2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
2號(hào)線西西延伸工程變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：
★各變電所內(nèi)設(shè)備的控制、監(jiān)視、聯(lián)動(dòng)、聯(lián)鎖、閉鎖功能，自動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示變電所主接線畫面和接入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的微機(jī)測(cè)控、保護(hù)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(bào)警信息以及事故、報(bào)警發(fā)生的時(shí)間；
★各變電所主要參數(shù)的趨勢(shì)圖展示，以及主要參數(shù)的日?qǐng)?bào)，月報(bào)，季報(bào)，年報(bào)展示；
★與調(diào)度中心pSCADA平臺(tái) 進(jìn)行通信，向pSCADA調(diào)度或當(dāng)?shù)鼐S護(hù)計(jì)算機(jī)傳輸變電所操作、事故、預(yù)告等信息；接收pSCADA調(diào)度或當(dāng)?shù)鼐S護(hù)計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制命令。
2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)過程中應(yīng)滿足快速響應(yīng)性的要求，軟件畫面切換時(shí)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(tái)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(chǎng)需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。支持各種主流設(shè)備及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)接口，并通過標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)接口(如ODBC、OLE DB)實(shí)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(yùn)行中，電力系的安全穩(wěn)定統(tǒng)對(duì)列車正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，系統(tǒng)平臺(tái)具備嚴(yán)格的權(quán)限管理機(jī)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(shí)現(xiàn)如下功能：變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)變電所各種設(shè)備的控制、監(jiān)視、聯(lián)動(dòng)、聯(lián)鎖、閉鎖功能，自動(dòng)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(gè)變電站數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的協(xié)議模式匯總到上級(jí)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(shí)現(xiàn)硬線的聯(lián)動(dòng)、聯(lián)鎖、閉鎖，還可以利用綜合自動(dòng)化軟件在組態(tài)中完成上述功能，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷、計(jì)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(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)級(jí)光纖以太網(wǎng)，提高所內(nèi)通信的帶寬和抗干擾能力。站級(jí)監(jiān)控室內(nèi)配置一臺(tái)工業(yè)級(jí)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)，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(dòng)化系統(tǒng)控制、測(cè)量、保護(hù)的通信技術(shù)要求，完全滿足全所自動(dòng)化要求。
在每個(gè)變電所，為33kV、DC1500V 及0.4kV 開關(guān)柜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號(hào)匯總到站級(jí)監(jiān)控室的監(jiān)控平臺(tái)。
3.2 控制系統(tǒng)
變電所內(nèi)的控制信號(hào)屏配置ABB的AC500系列控制器，該設(shè)備不僅具有工業(yè)級(jí)的快速專用核心處理器和大容量的RAM，并且其系統(tǒng)提供可編程接口，利用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)化Script語言，用戶可以完成數(shù)值計(jì)算功能、邏輯運(yùn)算功能和控制輸出功能等。
3.3 站級(jí)監(jiān)控
每個(gè)變電站站級(jí)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(tái)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控各開關(guān)柜內(nèi)監(jiān)控單元的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)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(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件編程技術(shù)開發(fā)的專業(yè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的組態(tài)軟件，適用于縣級(jí)調(diào)度自動(dòng)化、集控站自動(dòng)化、變電站綜合自動(dòng)化、電廠電氣監(jiān)控（ECS）、企業(yè)供配電自動(dòng)化、水電站綜合自動(dòng)化及樓宇配電自動(dòng)化等主站系統(tǒng)。
由于每個(gè)變電站具備多種設(shè)備，各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信協(xié)議不同，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)一，每個(gè)變電站配備一臺(tái)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(tái)。
力控pFieldComm系列工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)采用高性能的嵌入式計(jì)算平臺(tái)，服務(wù)內(nèi)核軟件可運(yùn)行于桌面操作系統(tǒng)或嵌入式操作系統(tǒng)中，是一個(gè)脫離于具體硬件設(shè)備接口的通訊服務(wù)平臺(tái)。具有多種通訊采集和轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)約庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)采集多個(gè)不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)集中匯總、分類和預(yù)處理，可以簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)
4.1 實(shí)時(shí)全面性
系統(tǒng)可以形象直觀的方式，實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況，變電站主接線圖可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示各個(gè)開關(guān)狀態(tài)?？蓪?shí)時(shí)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(shí)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(qiáng)大的報(bào)表曲線功能：通過所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)可以方便生成各種值班報(bào)表、操作報(bào)表、報(bào)警報(bào)表以及日月年報(bào)表。各種數(shù)據(jù)均可通過實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)曲線方式進(jìn)行展示。
4.2 安全可靠性
在操作上嚴(yán)格權(quán)限管理，運(yùn)營(yíng)級(jí)操作員通過工作站訪問本系統(tǒng)。無論工作站的初始啟動(dòng)或注銷，都將直接進(jìn)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(jì)跟蹤功能，記錄所有用戶操作過程，對(duì)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(bào)）可根據(jù)用戶要求，按站名、對(duì)象、性質(zhì)、時(shí)間等項(xiàng)目進(jìn)行檢索。
系統(tǒng)報(bào)警支持多種報(bào)警輸出方式，可通過音頻報(bào)警、手機(jī)短信、E-mail等方式輸出告警到手機(jī)、PDA、PC上。
4.3 集成開放性
本系統(tǒng)支持同時(shí)通過不同類型的通信協(xié)議來采集多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中?？芍С蛛娏DT、DNP、標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議、電力標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)程瀏覽系統(tǒng)內(nèi)的各種實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)，如主結(jié)線圖、系統(tǒng)圖、基于綜合保護(hù)裝置和間隔層的實(shí)時(shí)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(cè)歷史曲線和負(fù)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(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)據(jù)采集通信平臺(tái)，為數(shù)字城市建設(shè)提供了有力保障。