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摘 要： 结合深圳轨道交通二期龙岗线电力SCADA工程，研究分析新型的城轨交通电力监控系统的组织结构及运行特点，设计并采用新的分层分布结构式架构，并最终在工程项目中得到成功的应用，为后续地铁电力监控工程提供新的监控架构。
关键词： 轨道交通；牵引供电；SCADA；结构分布式
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1020067－01
0 前言
电力监控系统又称电力SCADA（Supervisory Control And DataAcqui
Sition，数据采集与监视控制）系统，针对地铁牵引变电所而言，主要是对35kV设备、直流1500V设备、低压400V、交直流电源、排流柜、OV柜装置等对象进行数据采集、监视和控制的系统，实现对各种设备的四遥功能和数据处理及应用。随着系统功能的不断增多、应用领域的不断拓宽和系统规模的不断增大，SCADA系统对其支撑平台和开发环境的要求也越来越高。特别是随着通讯技术和数据库技术的迅猛发展，给SCADA系统的发展和进步也带来了很大的促进作用。
深圳龙岗线根据轨道交通的SCADA专业发展趋势，并结合本工程项目的特点，设计了适合本线的电力监控系统，并成功应用。本文作者参与了工程前期设计联络及后期施工运营，对本系统的结构与应用情况进行分析讨论。
1 深圳龙岗线牵引变电所PSCADA系统的构成
深圳地铁龙岗线一期工程供电系统采用110/35KV主变电所集中式供电，由主变电所变压为35kV向地铁牵引变电所及降压变电所供电。全线建29座变电所，其中主变电所2座、牵引降压混合变电所12座、降压变电所11座、跟随式降压变电所4座。
车站级监控系统采用国电南自生产的NDT650变电所综合自动化系统，采用分层分布式结构。系统分为三个部分：站级管理层，网络通信层，间隔设备层。整个系统面向变电所通盘考虑，通过间隔单元与一次开关设备、CT/PT等设备接口，实现对变电所设备的控制、监视、测量、继电保护及数据管理、远程通信等综合自动化管理，以保证供电系统的安全可靠运行。该系统通信采用光纤以太网方式。
对于深圳地铁3号线，变电所分为牵引降压混合所和降压所，牵引降压混合变电所和降压变电所的综合自动化系统结构如图1。
图1 SCADA架构图
2 监控对象设计
2.1 35kVGIS开关
本系统中35kVGIS开关柜采用的是西门子综合保护装置7SJ632，其中环网进出线柜增加了7SD610差动保护单元，用于保护环网电缆故障，并起到进出线柜联跳。保护测控装置采用多CPU结构方式，以实现监视、控制、保护、测量、通信等功能，用于35kV进出线回路、35kV母联回路、35kV环网线路、整流变压器回路、配电变压器回路保护。
西门子的继电保护装置采用103规约，I段母线综合保护装置、II段母线综合保护装置及所有差动保护装置，分别通过三条485总线接至国电南自的通信服务器WTS-65C，进行协议规约转换后接入所内光纤以太网，最终接至国电南自的通讯管理机WTX-65U，分别上传调度及所内显示相关信息。
2.2 1500V直流开关设备监控
1500V直流开关断路器采用了BB公司的DCP106微机型测控保护装置，负责监控直流断路器电流、电压、开关状态、控制开关分合以及提供大电流脱扣，电流上升率和逆流等各种保护。负极柜采用了DCP116保护装置，主要功能是提供框架保护功能。
DCP106采用的是多片微处理芯片的实时系统，他集成了控制、保护、总线通讯、自诊断、故障录波等功能于一体，用于控制、保护、检测快速断路器手车和接触轨系统，他是BB公司专门开发的小型化微机装置。
DCP106（116）设备之间采用的是485通讯线，通讯协议是profibus规约，由于规约的不开放性，在接入所内以太网之前需要进行协议转换，所以在联跳柜中加装了两个ANYBUS转换网关（每台ANYBUS规约转换器最多只能接四台设备），将profibus规约转换成为modbus规约，再通过国电南自的通讯服务器WTS-65C接入所内光纤以太网。
2.3 400V开关柜设备监控及配电变压器设备监控
400V的遥信遥控点通过PLC采集及实现，电压、电流等遥测量由电度表采集处理，所有400V的相关设备均采用modbus规约，接于一组485总线上，两个配电变温控器占用另一组485总线，通过国电南自的通讯服务器，接入所内光纤以太网。
配电变压器的监控采用了福建力得生产的干式变压器温度控制器，型号：LD-B10-C220，本温控器的设计以单片机作为中央处理单元，配合其它电路完成温度的测量、控制信号的输出。显示及相应的各种报警、温控器由预埋在干式变压器三相绕组中三只铂热电阻传感器（Pt100）产生与绕组温度值相应的电阻信号经滤波、放大和模数转换后输入单片机。单片机根据输入的测量数据以及由外部设定（包括厂家与用户）的各种控制参数，经过计算与处理，显示被测量绕组的温度值并输出相应的控制信号。通过标准接口（RS485）和标准4-20mA模拟电流远传。
2.4 整流机组设备监控
整流机组包括整流变压器及整流器柜两部分组成。其中整流变压器采用的监控装置与配电变压器的相同，都是LD-B10-C220。只是由于缺少变压器外壳厢体，所以没有开门信号。
整流机组监控装置采用了S7-200的可编程序控制器，装置将温度模拟量信号、故障报警、故障跳闸及外壳开门等信息应能通过远程通信口上送到变电所综合自动化系统及远方电力调度系统。其中故障报警、故障跳闸及外壳开门等信息通过无源接点方式输出，装置失电或装置故障信号应有硬接点信号输出。有远程通信功能，通信接口采用RS485标准接口。通信协议采用对用户完全开放的国际标准规约Modbus等。电源回路有滤波、过压保护、抗干扰措施。能承受地铁运行环境下直流牵引供电系统各种工况的电磁干扰，并保证装置不误动。
与35kVGIS开关柜、DC1500V直流柜以及400V开关柜不同，由于整流机组设备摆放较分散，故将通信电缆连接CP屏内，再通过安装在屏内的通信服务器接入所内以太网。
2.5 综合测控装置
控制信号盘上还设有微机测控装置WCK-65C，通过硬接点的方式与一次设备相连，直接监视和控制手动配电柜等不宜装设下位监控单元的开关设备，包括监控OV柜分合，35kV综保装置故障、隔离开关分合及远方当地状况等。通信管理单元WTX-65U接收当地监控计算机或控制中心系统的控制命令后，下发控制命令至WCK-65C，由WCK-65C控制出口实现开关的合/分控制操作。
3 系统功能维护
维护计算机与通信服务器的通讯采用标准以太网接口，维护人员只需将维护计算机与通信服务器以太网接口相连，利用提供的计算机监控系统软件调出、输入变电所综合自动化系统采集的数据及参数，即可自动完成对综合自动化系统的维护。每台计算机容量将覆盖全线各被控站，功能适用于全线的牵引、降压变电所。
便携式计算机提供相应的软件维护工具完成对通信管理机、通信服务器、交换机的配置、组态、程序编程下载和远程诊断功能。维护工具具有良好的人机界面，具有直观易用。
1）配置功能：根据装置的硬件配置情况进行相关参数的设置，如装置类型，装置板件类型和位置、装置IP地址、串行通讯口参数。
2）组态功能：设置相关设备功能参数，如网络通讯规约选择、网络节点配置、遥控出口时间设置等。
此外，由于各种设备所用到的通讯服务器之间相互独立，所以在更换或维护某一设备时，均不会影响到其余设备的正常运行。
4 结束语
深圳地铁三号线供电SCADA系统采用集中管理、分散、分层、分布式系统结构。并且其控制中心主站及通信通道集成入自动化集成系统，主站设备和通信通道由自动化集成系统统一提供。
地铁变电站自动化系统目前在功能的配置方面已渐趋成熟和全面，但在功能的实现方面还有很长的路要走，功能实现的好坏决定了系统的部分性能的高低。
目前，深圳三号线高架段已顺利开通试运营近半年，电力监控系统达到了可靠性、可维护性和可扩展性的要求。
作者简介：
刘冬，助理工程师，国电南京自动化股份有限公司；彭成宽，助理工程师，深圳地铁三号线有限公司维修部供电室。
关键词： 轨道交通；牵引供电；SCADA；结构分布式
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1020067－01
0 前言
电力监控系统又称电力SCADA（Supervisory Control And DataAcqui
Sition，数据采集与监视控制）系统，针对地铁牵引变电所而言，主要是对35kV设备、直流1500V设备、低压400V、交直流电源、排流柜、OV柜装置等对象进行数据采集、监视和控制的系统，实现对各种设备的四遥功能和数据处理及应用。随着系统功能的不断增多、应用领域的不断拓宽和系统规模的不断增大，SCADA系统对其支撑平台和开发环境的要求也越来越高。特别是随着通讯技术和数据库技术的迅猛发展，给SCADA系统的发展和进步也带来了很大的促进作用。
深圳龙岗线根据轨道交通的SCADA专业发展趋势，并结合本工程项目的特点，设计了适合本线的电力监控系统，并成功应用。本文作者参与了工程前期设计联络及后期施工运营，对本系统的结构与应用情况进行分析讨论。
1 深圳龙岗线牵引变电所PSCADA系统的构成
深圳地铁龙岗线一期工程供电系统采用110/35KV主变电所集中式供电，由主变电所变压为35kV向地铁牵引变电所及降压变电所供电。全线建29座变电所，其中主变电所2座、牵引降压混合变电所12座、降压变电所11座、跟随式降压变电所4座。
车站级监控系统采用国电南自生产的NDT650变电所综合自动化系统，采用分层分布式结构。系统分为三个部分：站级管理层，网络通信层，间隔设备层。整个系统面向变电所通盘考虑，通过间隔单元与一次开关设备、CT/PT等设备接口，实现对变电所设备的控制、监视、测量、继电保护及数据管理、远程通信等综合自动化管理，以保证供电系统的安全可靠运行。该系统通信采用光纤以太网方式。
对于深圳地铁3号线，变电所分为牵引降压混合所和降压所，牵引降压混合变电所和降压变电所的综合自动化系统结构如图1。
图1 SCADA架构图
2 监控对象设计
2.1 35kVGIS开关
本系统中35kVGIS开关柜采用的是西门子综合保护装置7SJ632，其中环网进出线柜增加了7SD610差动保护单元，用于保护环网电缆故障，并起到进出线柜联跳。保护测控装置采用多CPU结构方式，以实现监视、控制、保护、测量、通信等功能，用于35kV进出线回路、35kV母联回路、35kV环网线路、整流变压器回路、配电变压器回路保护。
西门子的继电保护装置采用103规约，I段母线综合保护装置、II段母线综合保护装置及所有差动保护装置，分别通过三条485总线接至国电南自的通信服务器WTS-65C，进行协议规约转换后接入所内光纤以太网，最终接至国电南自的通讯管理机WTX-65U，分别上传调度及所内显示相关信息。
2.2 1500V直流开关设备监控
1500V直流开关断路器采用了BB公司的DCP106微机型测控保护装置，负责监控直流断路器电流、电压、开关状态、控制开关分合以及提供大电流脱扣，电流上升率和逆流等各种保护。负极柜采用了DCP116保护装置，主要功能是提供框架保护功能。
DCP106采用的是多片微处理芯片的实时系统，他集成了控制、保护、总线通讯、自诊断、故障录波等功能于一体，用于控制、保护、检测快速断路器手车和接触轨系统，他是BB公司专门开发的小型化微机装置。
DCP106（116）设备之间采用的是485通讯线，通讯协议是profibus规约，由于规约的不开放性，在接入所内以太网之前需要进行协议转换，所以在联跳柜中加装了两个ANYBUS转换网关（每台ANYBUS规约转换器最多只能接四台设备），将profibus规约转换成为modbus规约，再通过国电南自的通讯服务器WTS-65C接入所内光纤以太网。
2.3 400V开关柜设备监控及配电变压器设备监控
400V的遥信遥控点通过PLC采集及实现，电压、电流等遥测量由电度表采集处理，所有400V的相关设备均采用modbus规约，接于一组485总线上，两个配电变温控器占用另一组485总线，通过国电南自的通讯服务器，接入所内光纤以太网。
配电变压器的监控采用了福建力得生产的干式变压器温度控制器，型号：LD-B10-C220，本温控器的设计以单片机作为中央处理单元，配合其它电路完成温度的测量、控制信号的输出。显示及相应的各种报警、温控器由预埋在干式变压器三相绕组中三只铂热电阻传感器（Pt100）产生与绕组温度值相应的电阻信号经滤波、放大和模数转换后输入单片机。单片机根据输入的测量数据以及由外部设定（包括厂家与用户）的各种控制参数，经过计算与处理，显示被测量绕组的温度值并输出相应的控制信号。通过标准接口（RS485）和标准4-20mA模拟电流远传。
2.4 整流机组设备监控
整流机组包括整流变压器及整流器柜两部分组成。其中整流变压器采用的监控装置与配电变压器的相同，都是LD-B10-C220。只是由于缺少变压器外壳厢体，所以没有开门信号。
整流机组监控装置采用了S7-200的可编程序控制器，装置将温度模拟量信号、故障报警、故障跳闸及外壳开门等信息应能通过远程通信口上送到变电所综合自动化系统及远方电力调度系统。其中故障报警、故障跳闸及外壳开门等信息通过无源接点方式输出，装置失电或装置故障信号应有硬接点信号输出。有远程通信功能，通信接口采用RS485标准接口。通信协议采用对用户完全开放的国际标准规约Modbus等。电源回路有滤波、过压保护、抗干扰措施。能承受地铁运行环境下直流牵引供电系统各种工况的电磁干扰，并保证装置不误动。
与35kVGIS开关柜、DC1500V直流柜以及400V开关柜不同，由于整流机组设备摆放较分散，故将通信电缆连接CP屏内，再通过安装在屏内的通信服务器接入所内以太网。
2.5 综合测控装置
控制信号盘上还设有微机测控装置WCK-65C，通过硬接点的方式与一次设备相连，直接监视和控制手动配电柜等不宜装设下位监控单元的开关设备，包括监控OV柜分合，35kV综保装置故障、隔离开关分合及远方当地状况等。通信管理单元WTX-65U接收当地监控计算机或控制中心系统的控制命令后，下发控制命令至WCK-65C，由WCK-65C控制出口实现开关的合/分控制操作。
3 系统功能维护
维护计算机与通信服务器的通讯采用标准以太网接口，维护人员只需将维护计算机与通信服务器以太网接口相连，利用提供的计算机监控系统软件调出、输入变电所综合自动化系统采集的数据及参数，即可自动完成对综合自动化系统的维护。每台计算机容量将覆盖全线各被控站，功能适用于全线的牵引、降压变电所。
便携式计算机提供相应的软件维护工具完成对通信管理机、通信服务器、交换机的配置、组态、程序编程下载和远程诊断功能。维护工具具有良好的人机界面，具有直观易用。
1）配置功能：根据装置的硬件配置情况进行相关参数的设置，如装置类型，装置板件类型和位置、装置IP地址、串行通讯口参数。
2）组态功能：设置相关设备功能参数，如网络通讯规约选择、网络节点配置、遥控出口时间设置等。
此外，由于各种设备所用到的通讯服务器之间相互独立，所以在更换或维护某一设备时，均不会影响到其余设备的正常运行。
4 结束语
深圳地铁三号线供电SCADA系统采用集中管理、分散、分层、分布式系统结构。并且其控制中心主站及通信通道集成入自动化集成系统，主站设备和通信通道由自动化集成系统统一提供。
地铁变电站自动化系统目前在功能的配置方面已渐趋成熟和全面，但在功能的实现方面还有很长的路要走，功能实现的好坏决定了系统的部分性能的高低。
目前，深圳三号线高架段已顺利开通试运营近半年，电力监控系统达到了可靠性、可维护性和可扩展性的要求。
作者简介：
刘冬，助理工程师，国电南京自动化股份有限公司；彭成宽，助理工程师，深圳地铁三号线有限公司维修部供电室。