重庆轻轨较新线SCADA系统———重庆轻轨较新线SCADA系统

摘　要　介绍了重庆轻轨较新线SCADA系统体系结构和典型牵引降压变电所综合自动化系统结构,通信主干道和变电所所内通信都采用了光纤;还论述了SCADA系统功能和系统特点。
  关键词　轻轨;SCADA;继电保护

      重庆轻轨较新线(二号线)东起市中心商业繁华地带的较场口,至西部工业中心新山村,全线长19.1km,共设18个车站、一个车辆段和一个控制中心。
      重庆轻轨较新线是国内第一条单轨轨道交通,引进日本单轨交通技术。重庆轻轨较新线采用跨座式单轨轨道,轨道梁高度为1500mm,宽度为850mm,轨道梁两侧安装刚性接触网,接触网供电电压为直流1500V。
      重庆轻轨较新线供电系统采用集中供电方式,设龙家湾和动物园两座110kV/10kV主变电所,每座主变电所分别由城市电网引入两路110kV独立电源,降压后通过10kV环网向牵引降压混合变电所(10kV/1500V/0.4kV)和降压变电所(10kV//0.4kV)供电。全线共设7座牵引降压混合变电所、13座降压变电所和1座配电所。
      较新线SCADA系统由控制中心主站子系统(含供电复视系统)、主变电所综合自动化子系统、牵引降压混合变电所和降压变电所综合自动化子系统、车辆段直流隔离开关集中监控子系统和通信通道等子系统组成。
      较新线SCADA系统除车辆段牵引降压混合变电所、主变电所近期按有人值班设计外,其它牵引降压混合变电所及降压变电所均按无人值班设计。控制方式采用控制中心远动控制、变电所所内集中控制、供配电设备本体控制3级控制方式,正常运行时采用远动控制,当设备检修或故障时,采用所内集中控制或设备本体控制,3种控制方式相互闭锁。

  1 控制中心主站子系统
      控制中心主站子系统和通信通道子系统体系结构如图1所示。
  
      控制中心主站子系统硬件由双100M以太网局域网络及网桥设备、SCADA主机、调度员工作站、工程师工作站、复视系统、模拟盘系统设备、打印服务器及打印机、UPS电源、电池柜、配电柜等设备构成。其中,主机采用两台基于RISC技术、字长为64位的ALPHAServerDS20E服务器,冗余配置,互为热备用,两套主机同时接收或发送网上数据,故障时系统可自动切换;主机主要用于整个SCADA系统的数据管理、资源管理、监控功能和作为网络内其它计算机的共享资源,另外还兼作前置通信工作站使用,负责接收下面各子站系统的实时数据,同时向各子站系统发送控制命令。调度员工作站采用两台ALPHAXP100工作站,互为备用,用于调度人员的日常控制、监视和调度管理工作,以及系统采集数据的归档、统计、报表、检索、维修计划、记录等。工程师工作站的硬件配置与调度员工作站相同,可与任意1台调度员工作站互换,成为调度员工作站的备用设备,用于生成、修改和管理系统实时数据库、历史数据库及用户画面,定义、修改系统运行参数和维护、开发系统程序等。
      控制中心主站子系统软件平台采用安全性很高的TRU64UNIX操作系统、Sybase数据库系统软件和国电南瑞的OPEN2000SCADA系统软件。
      控制中心主站子系统至下面各子站系统的主通信通道由通信专业的西门子OTN传输系统提供两路10M光纤以太网数据通道,两路通道互为备用。
      控制中心主站子系统具有较强的功能,具有控制功能(包括单独遥控、程序遥控、复归遥控及遥控试验功能等)、遥信处理功能(包括设备运行状态监视、报警信息处理等)、遥测监视和报表管理功能(包括遥测数据采集和处理功能、报表管理和打印功能)、人机交互功能强的画面显示功能、运行调度管理功能(包括值班调度记录功能等)、远程维护功能等。
      此外,系统还具有事故追忆功能,系统可以提供在一个特定事件(扰动)发生后,重新显示事件(扰动)前后的运行情况和状态;系统还具有培训功能系统可以提供和实际系统同样的操作环境及操作画面但其操作不影响系统的正常运行。

  2　牵引降压混合变电所及降压变电所综合自动化子系统
      牵引降压混合变电所及降压变电所综合自动化子系统采用分层分布式模块化结构,系统分为3个部分: 站级管理层,网络通信层,间隔层。牵引降压混合变电所综合自动化子系统体系结构图如图2所示。
  
        站级管理层设备由监控系统和通信控制器组成,组柜于控制信号盘内。监控系统采用南瑞D200和D100等监控系统,完成站内监视、控制等功能;通信控制器采用南瑞C200通信控制器,完成站内各种设备的信息采集和处理,通过通信主通道,向控制中心主站子系统传送相关信息。
      网络通信层即所内通信网络,以10M以太网为主网,通信介质采用6芯多模光缆,到间隔层采用南瑞NSC301通信接口转换器,将以太网接口转换成RS-485等接口。
      间隔层单元按供配电设备间隔分布配置,主要分散安装于交流10kV开关柜、直流1500V开关柜及0.4kV开关柜内,直流1500V接触网上网电动隔离开关及0.4kV开关等测控单元采用控制信号盘上集中安装方式。其中10kV进出线间隔单元采用西门子保护监控一体化的7SD610光纤纵差保护继电器作为10kV进出线设备的主保护和监控,采用西门子保护监控一体化的7SJ62电流继电器作为10kV进出线设备后备保护,分别分散安装于10kV进出线开关柜内,完成对10kV环网供电设备的保护、监控和测量;10kV馈线间隔单元采用西门子保护监控一体化的7SJ62电流继电器作为10kV馈线设备的主保护和监控,分散安装于10kV馈线开关柜内,完成对10kV馈线供电设备的保护、监控和测量;10kV母联间隔单元采用西门子保护监控一体化的7SJ62电流继电器作为10kV母联开关的主保护和监控,采用南瑞NSP40B母联备自投装置作为母联自动投切控制,分散安装于10kV母联开关柜内,完成对10kV母联开关的保护、监控、测量和自动投切控制。直流1500V间隔单元采用赛雪龙保护监控一体化的SEPCOS直流保护继电器作为直流1500V馈线的主保护和监控,分散安装于直流1500V馈线开关柜内,完成对直流1500V馈线供电设备的保护、监控和测量。
      此外,由于所有牵引降压混合变电所和降压变电所都按无人值班设计,系统还设置了0.4kV开关故障报警遥信单元,安装于控制信号盘内,完成对所有0.4kV开关状态的采集及信息传输。

  3　结语
      重庆轻轨一期工程SCADA系统自2004年7月开始安装调试,于2005年元月开始投入试运行,运行稳定正常,完全达到设计要求。2005年5月系统完成了交工验收。
      SCADA系统试运行3个月结束后,轻轨运营的正常停送电已全部采用控制中心集中监视和控制方式,降压变电所和牵引降压混合变电所已陆续开始撤出值班人员,按无人值守、日常巡视、故障抢修方式运行。
      重庆轻轨SCADA系统采用了先进的系统结构,整个系统网络采用了分布式光纤以太网结构;选用了可靠性高的系统硬件和系统软件,系统具有较高的可靠性;系统具有较强的功能,特别是具有事故追忆功能和培训功能,有利于事故的分析和调度操作人员的培训;系统完成了对变电所所有供电设备(包括0.4kV开关状态)的控制和监视,真正实现了牵引降压混合变电所和降压变电所的无人值班。
      就重庆轻轨SCADA系统的工程实践,我们认为地铁和轻轨的SCADA系统的设计和工程实现中,应注意以下问题:
      (1)此次重庆轻轨SCADA系统,在变电所内没有安装遥视装置,这可能对无人值班变电所的正常运行带来一定安全隐患。我们认为在以后SCADA工程实现中,应尽量考虑在重要变电所如牵引降压混合变电所安装遥视装置。
      (2)西门子OTN传输系统只提供RJ45以太网电口接口,这样各子站子系统与控制中心主站子系统的传输通道必须进行两次光电及电光转换。我们认为在以后SCADA工程实现中,应事先明确SCADA系统与通信传输系统的接口关系,避免不必要的中间接口转换。
      (3)变电所综合自动化子系统中各间隔单元的通信接口目前一般为RS485及CANBUS等串行总线,这样所内通信采用光纤以太网网络结构时,站内监控层与间隔层的通信也必须进行中间接口转换。以后应尽量选用具有光纤接口的间隔单元。
      (4)目前SCADA系统运行过程中,发现以太网网络传输存在一定的数据丢包现象。我们认为在以后SCADA工程实现中,可以针对以太网数据丢包问题进行一些技术改进,特别是在软件方面可以作些技术改进。