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PSCADA电力监控系统技术对城轨交通的重要性

2020-06-22 765 上传者：管理员

摘要：城轨电力系统承担着城轨机车的供电任务,供电系统的可靠性直接影响到机车的运行安全。PSCADA监控系统深度集成于城轨综合监控ISCS系统,利用计算机网络系统进行信息传输,对供电系统运行的现场数据进行采集,实时监控供电系统设备运行的状态,实现对现场电气设备监视与操作控制。针对PSCADA系统的硬件结构进行分析,阐述了PSCADA监控功能及运行特点。

关键词：
PSCADA
变电综合自动化
城轨交通
电力系统
综合监控
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随着我国城市化建设步伐的加快,我国城轨交通进入快速发展新时期,运营规模、客运量、在建线路长度、规划线路长度均创历史新高,为提高城轨系统的安全、高效、舒适的运行环境,运行现场采用城轨综合监控技术,通过自动化设备与相关机电系统的集成与互联,实现各类信息资源的有效整合,电力监控系统(PSCADA)是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统,对变电所现场运行的供电设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节及各类信号报警等功能,使控制中心实时掌握各个变电所设备的运行情况,并直接对供电设备进行操作。电力监控系统直接关系到行车安全,是地铁系统中重要的监控系统。

1、PSCADA系统结构组成及功能

1.1 PSCADA系统结构组成

城轨供电系统由牵引变电所提供机车运行的直流电源及工作场所设备用电,PSCADA监控主要针对变电所内电气设备的运行状态进行全面监视和控制,SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源,PSCADA电力监控系统通过SCADA实现数据的采集,实现现场一次电气设备实时状态及运行数据采集,运行模式切换、高压开关设备操作、事故报警等任务。城轨PSCADA监控系统包括调度主站、变电所综合自动化、通信通道三个部分,调度主站通过通信通道与变电所综合监控系统主控单元进行信息交换,变电所综合自动化系统通过所内通信网络与智能电子设备通信,该系统设备分为三层:站级管理层、间隔设备层和网络通信层。

站级管理层的功能主要对全所变电设备的综合监控功能,是现场级设备与控制中心信息联络的桥梁,起到上通下达的作用,站级管理层获取间隔层现场采集的实时数据,并通过间隔通道向控制中心发送变电所操作、事故、预告等信息,接收来自调度或维护工作站下发的指令并传达到间隔层执行操作命令;设备通过远程通信网络和接口设备与综合监控的电力调度系统进行通信。间隔层设备通过所内通信网络层及相应的接口设备与站级管理层进行数据交换;主要分为不同的功能单元,完成对现场实时数据的采集、保护、控制等功能。网络通信层:为所内通信网络、远程通信网络和接口设备;所内通信网由交换机与以太网装换设备组成,目前先进的所内通信网通常采用光纤通信以太网。

1.2 PSCADA系统设备功能

PSCADA系统功能主要有间隔层装置的信息采集,控制命令下发,各间隔层的通信完全接入、所内连锁、联动关系的实现,与上层监控紫铜的通信接入和信息交互。通过以上数据通信功能、实现对供电系统设备的运行状态及运行参数进行全面的实施监控[1]。PSCADA监控系统可以实现对变电所设备的“四遥”功能,即遥控、遥测、遥信、遥调。遥控功能是对所辖范围内的电气设备对象进行远程操作控制,分为单独操作和程序操作;遥信是对现场电气设备状态进行采集,如开关的“断”“合”位置;遥测是对现场实时运行数据的采集,遥调是对变压器有载调压分接开关位置进行调整[4]。

1.2.1 站级管理层主要功能

站级管理层主要由通信控制器、显示设备、音响报警、机架式UPS等设备构成。通信功能器主要功能:通过所能通信网络完成对间隔层单元的数据采集与控制输出,实现与控制中心的远程通信,实现与间隔层设备的网络通信,与系统时钟保持同步,故障报警、自检自纠功能等。

1.2.2 间隔层设备主要功能

1) 10 KV设备系统,交流系统的间隔层装置通常由进线、母联、变压器间隔的测控保护装置构成,为独立的单元、可完成继电保护、遥信、遥测等功能,具有硬接线的开入、开出点,以及与直流系统额定组成、连锁关系。2) 750 V(或1 500 V)系统:提供机车直流牵引电源,是变电所的核心部分,通常采用微机测控装置与PLC来完成保护的测控系统。3) 0.4 KV系统:提供城轨交通系统的照明电源及工作场所用电。

1.3 PSCADA系统接口

1.3.1 与牵引降压混合变电所、降压变电所内设备接口

PSCADA系统和供电系统AC35 kV、AC0.4 kV开关柜接口分界在各开关柜内的串口/以太网终端服务器(即NPort 6450)入线端。变电综合自动化系统硬件设备结构,如图1所示。

图1 站级PSCADA系统硬件结构

C306通信控制器通过光电交换机引出的多模光纤实现与1.5 kV、35 kV、0.4 kV开关柜的综合保护测控单元的数据通信,通过D200智能控制单元实现控制单元的设备通信,并上传至车站级综合监控室,车站监控室是站级管理层,主要实现监控变电所设备的运行状态、测量电气设备运行参数、控制高压开关的通断、进行电气设备的微机保护等功能[6]。

PSCADA系统和供电系统1500V开关柜接口分界有以下两种情况:

(1) 与负极柜、进线柜接口分界在串口/以太网终端服务器(即NPort 6450)入线端;(2) 与隔离开关接口分界在光纤以太网交换机入线端。PSCADA系统和供电系统交直流电源装置、接触网电动隔离开关、钢轨电位限制装置、排流柜、单向导通装置等设备的接口分界在PSCADA控制信号盘的通信端子排。

1.3.2 与主变电站内设备接口

PSCADA系统与牵引变电所110 kV主变保护柜、110 kV线路测控柜、110 kV主变测控柜、110 kV分段保护测控柜、主变及110 kV线路电度表柜的接口设置在PSCADA控制信号盘的通信端子排。

1.3.3 PSCADA系统与35 kV GIS开关柜接口

(1) PSCADA系统与来自35 kV保护装置接口分界在35 kV开关柜内交换机入线端。(2) PSCADA系统和供电系统与35 kV GIS开关柜设备接口分界在35 kV GIS开关柜内的串口/以太网终端服务器(即UC 7410)入线端。保护测控柜、主变及110 kV线路电度表柜的接口在PSCADA控制信号盘的通信端子排。

1.3.4 PSCADA系统与通信系统接口

设置在车站/车辆段信号站通信设备室通信传输设备的端子排上。

1.3.5 PSCADA系统与综合监控系统接口

设置在车站综合监控设备室网络柜光电转换器的入线端。

2、PSCADA系统显示及监控操作

PSCADA监控系统人机显示界面主要有调度画面显示、窗口管理、供电系统运行图、牵引网系统图、变电所主接线图、数据信息采集曲线图、日常报表等内容。可以完成断路器控制、设备状态监视、现场信息采集及打印、信息查询、口令设置、在线维护及修改、自检自纠及自恢复等操作。

2.1 通信处理操作

控制信号盘上设置通信控制器C306(主监控单元),该控制器成为连接站控层设备、上级调度系统和间隔层设备的核心设备。C306的核心任务就是进行不同的硬件数据接口和软件规约转换。实现整个系统数据的互通和交换操作与控制、数据采集与处理、显示功能、信息打印、查询、软件维护、修改、扩展等操作功能。

2.2 集中监控操作

在变电所控制信号盘中设置了人机接口模块,该接口模块配置15寸液晶显示器,运行NS3000变电所综合自动化监控软件[2],实现变电所内的所有人机交互和集中监控管理功能。变电监控操作必须严格按照变电所开关倒闸作业流程对电气开关进行安全操作。监控界面,如图2所示。

图2 变电所主接线监控界面

变电所主接线图,此界面可以全面监控变电所设备的开关分、断状态及设备运行参数,对其中断路器及隔离开关进行合闸、分闸操作控制,由变电主所提供电源至37.5 kV母线,两段母线之间有隔离开关分段连接,101A、102A、101B、102B断路器开关红色代表闭合位置,103隔离开关绿色显示分闸位置;现场实时运行数据在开关一侧进行实时显示。37.5 kV母线电源经过RT1、RT2变换为直流1 720 V电源到母线,并通过馈线供给牵引机车用电。37.5 kV母线电压通过变压器STI、ST2转换为400 V交流电源,供给站内电气负荷用电。母线两侧配置电压互感器对电压进行测量。

供电系统送电操依循作从电源侧到负荷侧、停电操作从负荷侧到电源侧,断路器与隔离开关的操作联动关系是合闸送电时,先合隔离开关,再合断路器;分闸操作时,应先分断路器,再分隔离开关,监控操作流程应严格遵守牵引变电所安全工作规程[5,6,7,8]。控制信号盘上的液晶显示器可以动态的显示各变电所主接线图,以及主接线图上的各断路器的分/合状态,各进/出线的电流、电压、有功、无功等实时数据[9,10]。监控操作有断路器的控制操作、断路器故障跳闸及远方复位功能,保护定值设置及管理、保护投、退操作,控制闭锁功能、SOE记录、故障滤波、远程维护等。

2.3 采用三级闭锁控制操作

PSCADA系统采用三级控制方式,即远程控制、所内控制信号盘上集中控制、设备本体控制。三种控制方式相互闭锁,以达到安全控制的目的。正常运行时变电所无人值班,对电力设备的控制采用远程控制方式;当设备检修时,采用设备本体控制方式;当综合监控系统发生故障时,采用所内控制信号盘上集中控制或设备本体控制方式。各被控开关柜本体上设有“当地/远方”转换开关和“合/分”闸按钮,在控制信号盘上设置“OCC/所内”转换开关,用于控制中心和所内控制权限的切换。所内控制信号盘上集中控制:控制命令来自于控制信号盘上的人机接口单元NS3000系统[3]。对于接触网电动隔离开关,还可以在控制信号盘上进行按钮分/合的控制。

3、总结

PSCADA系统是城轨综合监控系统重要的组成部分,电力系统的供电质量是城轨机车安全运行的基本保障,本文对城轨电力监控系统的结构、功能运行操作进行了深入的分析,全面阐述了PSCADA技术的设备结构、现场功能及系统操作方式,对提高现场PSCADA设备运行维护提供实际应用价值。

参考文献：

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