鄭向城 孫海檸

摘 要：目前，隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城市軌道交通建設(shè)也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。可靠的供電是軌道交通安全運(yùn)營(yíng)的重要保障，功能強(qiáng)大的通信系統(tǒng)又是保證供電質(zhì)量的基礎(chǔ)。文章首先介紹了武漢市軌道交通三號(hào)線變電所通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、通信接口的實(shí)現(xiàn)，分析了35kV開(kāi)關(guān)柜通信接口集成模式，對(duì)類似工程的施工具有明顯的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：35kV開(kāi)關(guān)柜；通信接口；集成化

1 前言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，軌道交通憑借著快速、安全、高效的特點(diǎn)，在各地如火如荼地建設(shè)起來(lái)。變電所作為城市軌道交通供電系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，不但承擔(dān)著傳輸電力的功能，而且肩負(fù)著監(jiān)控和管理電力分配的責(zé)任。因此，供電系統(tǒng)通信接口模式的好壞直接影響整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行安全和運(yùn)營(yíng)效益。

武漢市軌道交通三號(hào)線一期工程線路全長(zhǎng)30.133km，起點(diǎn)為沌陽(yáng)大道站，終點(diǎn)為宏圖大道站，橫穿5個(gè)行政區(qū)，被列入武漢市和湖北省的重點(diǎn)工程。全線包含牽引降壓混合變電所19座，降壓變電所7座，跟隨變電所11座，開(kāi)閉所1座。供電系統(tǒng)按“無(wú)人值班”設(shè)計(jì)，設(shè)備也必須滿足“無(wú)人值班”條件。因此，如何實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)設(shè)備通信接口的集成化管理，成為當(dāng)今重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

2 通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展為現(xiàn)代城市軌道交通變電所通信系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。通信系統(tǒng)不但可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、管理和控制變電所內(nèi)各個(gè)供電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的目標(biāo)，而且可以對(duì)存在差異的二次設(shè)備進(jìn)行功能的優(yōu)化和組合。作為供電系統(tǒng)信息共享、傳輸、交換的媒介，通信系統(tǒng)的地位無(wú)可替代。

軌道交通變電所通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與傳統(tǒng)的變電站通信系統(tǒng)截然不同，系統(tǒng)內(nèi)部通常包含著十個(gè)甚至數(shù)十個(gè)變電所，數(shù)量眾多。整個(gè)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為樹(shù)形和環(huán)形相結(jié)合的形式，這種結(jié)構(gòu)有助于達(dá)到高效、快捷監(jiān)測(cè)和保護(hù)供電系統(tǒng)的目的。所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)、控制信號(hào)屏、綜合計(jì)算機(jī)和設(shè)備內(nèi)部的二次綜保模塊共同組建成了變電所的通信系統(tǒng)。現(xiàn)如今，集中管理、分散布置是通信系統(tǒng)廣泛采用的一種形式，即二次綜保模塊在各個(gè)供電設(shè)備內(nèi)部安裝，而監(jiān)控變電所通信網(wǎng)絡(luò)的重任則由站控主單元承擔(dān)。

控制信號(hào)屏安裝于變電所內(nèi)部，可以統(tǒng)一采集和處理所內(nèi)供電設(shè)備的各種信號(hào)，也可以與上級(jí)電力監(jiān)控系統(tǒng)相連接，并通過(guò)光纖將信號(hào)實(shí)時(shí)上傳。同時(shí)，上級(jí)電力監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的各項(xiàng)指令，它也可以在第一時(shí)間接收并一一轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)口的設(shè)備模塊。后期，運(yùn)營(yíng)人員操控系統(tǒng)的時(shí)候也可以通過(guò)控制信號(hào)屏設(shè)置的人機(jī)接口方便地進(jìn)入。

控制信號(hào)屏主要由4部分構(gòu)成，分別是交換機(jī)、站控主單元、測(cè)控單元和通信光纖。其中，站控主單元一方面連接變電所內(nèi)通信以太網(wǎng)，另一方面連接上級(jí)電力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是二者信息傳輸?shù)拿浇?。通過(guò)這種形式，可以最大限度地規(guī)避產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴的風(fēng)險(xiǎn)，提升了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

一般情況下，站控單元的通信采集對(duì)象按照設(shè)備種類和通信種類可以劃分為幾類，如牽引降壓混合變電所、降壓變電所、跟隨變電所、35kV高壓開(kāi)關(guān)柜、750V直流開(kāi)關(guān)柜、變電所內(nèi)測(cè)控單元、交直流屏、隔離開(kāi)關(guān)柜等。

本系統(tǒng)采用了工業(yè)中使用的以太網(wǎng)多串口服務(wù)器，以一對(duì)一的形式進(jìn)行設(shè)備通信采集，串口服務(wù)器則通過(guò)以太網(wǎng)光纖接口融入變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。與傳統(tǒng)智能裝置只提供RS485/RS232的通信方式相比，一方面通信速度和通信質(zhì)量都有了巨大的提升，即使在通信數(shù)據(jù)較大的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)通信不暢的現(xiàn)象；另一方面使用光纖傳輸可以最大限度規(guī)避電磁場(chǎng)的干擾。其原理是把傳統(tǒng)的485/232接口的數(shù)據(jù)通過(guò)格式轉(zhuǎn)化為流行的因特網(wǎng)接口（Internet Protocol，IP），這樣就可以實(shí)現(xiàn)IP形式的數(shù)據(jù)管理，大幅度減少了線路的數(shù)量和長(zhǎng)度。由于串口服務(wù)器與通信采集對(duì)象之間距離較短，因此二者之間使用電連接，這樣可以減小外界干擾。

3 變電所通信接口集成

3.1 與整流變壓器的溫控器的通信接口

每一臺(tái)整流變壓器都設(shè)置有一個(gè)溫度控制器，它們將監(jiān)測(cè)到的信息傳輸?shù)较鄬?duì)應(yīng)的35kV高壓饋線開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的保護(hù)裝置，以該保護(hù)裝置為中介，進(jìn)一步將信息送達(dá)站控主單元。

3.2 與整流器的通信接口

每一個(gè)牽引降壓混合變電所設(shè)置兩臺(tái)整流器，它們將監(jiān)測(cè)到的信息傳輸?shù)较鄬?duì)應(yīng)的35kV高壓饋線開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的保護(hù)裝置，以該保護(hù)裝置為中介，進(jìn)一步將信息送達(dá)站控主單元。

3.3 與35kV開(kāi)關(guān)柜保護(hù)測(cè)控裝置的通信接口

首先，35kV開(kāi)關(guān)柜保護(hù)測(cè)控裝置連接到多串口設(shè)備的一個(gè)端口；其次，使用光電轉(zhuǎn)換器將采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以在以太網(wǎng)傳輸?shù)墓庑盘?hào)；再次，將光信號(hào)在35kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)置的光端盒上進(jìn)行匯總，通過(guò)光纖傳輸?shù)娇刂菩盘?hào)屏的光纖盒內(nèi)，最后傳送到以太網(wǎng)交換機(jī)。

3.4 與400V開(kāi)關(guān)柜保護(hù)測(cè)控裝置的通信接口

首先，400V開(kāi)關(guān)柜保護(hù)測(cè)控裝置連接到多串口設(shè)備的一個(gè)端口；其次，使用電轉(zhuǎn)換器將采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以在以太網(wǎng)傳輸?shù)墓庑盘?hào)；再次，將光信號(hào)在400V開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)置的光端盒上進(jìn)行匯總，通過(guò)光纖傳輸?shù)娇刂菩盘?hào)屏的光纖盒內(nèi)，最后傳送到以太網(wǎng)交換機(jī)。

3.5 與750V直流開(kāi)關(guān)柜直流保護(hù)裝置的通信接口

每臺(tái)750V直流開(kāi)關(guān)柜都設(shè)置有獨(dú)立的保護(hù)裝置。首先，750V開(kāi)關(guān)柜保護(hù)測(cè)控裝置連接到多串口設(shè)備的一個(gè)端口；其次，使用電轉(zhuǎn)換器將采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以在以太網(wǎng)傳輸?shù)墓庑盘?hào)；再次，將光信號(hào)在750V開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)置的光端盒上進(jìn)行匯總，通過(guò)光纖傳輸?shù)娇刂菩盘?hào)屏的光纖盒內(nèi)，最后傳送到以太網(wǎng)交換機(jī)。

3.6 與集中輸入輸出（I/O）監(jiān)控單元的通信接口

使用屏蔽雙絞線將I/O監(jiān)控單元的通信信號(hào)傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)交換機(jī)，并最終傳輸?shù)秸究刂鲉卧?/p>

3.7 與直流屏監(jiān)控裝置的通信接口

由于直流屏安裝在控制室內(nèi)，直流屏監(jiān)控裝置的通信接口經(jīng)轉(zhuǎn)換成電以太網(wǎng)接口后，直接采用屏蔽雙絞線連接到所內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī)上。

4 武漢市軌道交通三號(hào)線35kV開(kāi)關(guān)柜通信接口集成

武漢市軌道交通三號(hào)線在傳統(tǒng)的35kV高壓設(shè)備與站控層管理裝置之間加裝了智能通信裝置，并將智能通信裝置定義為整個(gè)系統(tǒng)的信息樞紐。這樣，一方面可通過(guò)RS485方式連接35 kV高壓柜內(nèi)部的各種智能保護(hù)測(cè)控設(shè)備，另一方面可通過(guò)光纖星形連接的方式上傳至站控層管理裝置，如圖1所示。

通過(guò)相關(guān)產(chǎn)品性價(jià)比選，工程選擇了四方公司自主研發(fā)生產(chǎn)的CSC-1316系列智能通信管理產(chǎn)品，其廣泛應(yīng)用于電力、公路、石化、煤炭、冶金、軌道交通、市政、智能樓宇等領(lǐng)域。產(chǎn)品具備豐富的通信接口，可通過(guò)RS232/485、以太網(wǎng)或光纖等連接各種智能設(shè)備，并通過(guò)光纖以太網(wǎng)將信息上送到上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。裝置既具有運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，又具有響應(yīng)速度快、運(yùn)行方式靈活、適用規(guī)約多、調(diào)試維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

5 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)對(duì)武漢市軌道交通三號(hào)線供電系統(tǒng)通信接口的研究，形成了較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

（1）設(shè)置智能通信裝置，將各種通信信號(hào)統(tǒng)一化管理，改變了以往通信電纜雜亂無(wú)章的現(xiàn)象，大大節(jié)約了電纜等材料，降低了施工成本。

（2）通過(guò)通信接口集成，減少了調(diào)試人員數(shù)量，縮短了調(diào)試時(shí)間，大幅度節(jié)約了后期的維護(hù)檢修時(shí)間。

（3）鑒于此種方案實(shí)施效果良好，武漢地鐵集團(tuán)已經(jīng)決定將其在其他在建的城市軌道交通線路建設(shè)中推廣并使用。

6 結(jié)論

綜上所述，通信接口集成化對(duì)于實(shí)現(xiàn)武漢市軌道交通供電系統(tǒng)正常運(yùn)行，降低施工成本和后期維護(hù)成本起到了不可替代的作用。尤其在面對(duì)大型工程設(shè)備多，通信系統(tǒng)復(fù)雜，工期緊張等不利情況下，它更具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

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（作者單位：中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司）