［摘 要］在現(xiàn)代城市化進(jìn)程中，城市軌道交通系統(tǒng)扮演著關(guān)鍵的角色，其是連接城市各個角落、提供高效便捷交通服務(wù)的重要組成部分。隨著城市人口的增加和交通需求的提高，城市軌道交通系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷擴(kuò)大，這使得對其電力供應(yīng)和監(jiān)控的需求變得日益迫切。文章介紹了城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成，探討了電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，以期為相關(guān)人員提供參考。

［關(guān)鍵詞］城市軌道交通；電力監(jiān)控系統(tǒng)；調(diào)度系統(tǒng)；自動化系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)通信

［中圖分類號］TP311.13 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0117–03

1 城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 電力調(diào)度系統(tǒng)

電力調(diào)度系統(tǒng)由多個關(guān)鍵部件組成，確保電力供應(yīng)和監(jiān)控的穩(wěn)定性和高效性。系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括局域網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、工作站及中心UPS 電源。電力調(diào)度系統(tǒng)負(fù)責(zé)對電力供應(yīng)進(jìn)行調(diào)度、監(jiān)控和管理，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過電力調(diào)度系統(tǒng)，操作人員可以實時監(jiān)測電力供應(yīng)情況，及時發(fā)現(xiàn)和解決電力故障，保障城市軌道交通系統(tǒng)的安全運行。

其中，局域網(wǎng)絡(luò)是連接電力調(diào)度系統(tǒng)各個部件的重要通信網(wǎng)絡(luò)，其實現(xiàn)了服務(wù)器、工作站和其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和通信，保證了電力調(diào)度系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性，是整個系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。服務(wù)器是電力調(diào)度系統(tǒng)中的核心數(shù)據(jù)處理和存儲設(shè)備，負(fù)責(zé)接收、存儲和處理來自各個部件的數(shù)據(jù)信息，為操作人員提供實時監(jiān)控和分析所需的數(shù)據(jù)支持，服務(wù)器的穩(wěn)定性和高效性對于整個系統(tǒng)的運行至關(guān)重要。工作站是操作人員進(jìn)行監(jiān)控和管理的終端設(shè)備，操作人員通過工作站可以實時查看電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)、處理故障和進(jìn)行相關(guān)操作，工作站提供了直觀、便捷的操作界面，幫助操作人員及時做出反應(yīng)，保障電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。中心UPS 電源是電力調(diào)度系統(tǒng)的備用電源設(shè)備，用于在電力供應(yīng)中斷或異常情況下保證系統(tǒng)的持續(xù)運行，防止系統(tǒng)中斷造成的數(shù)據(jù)丟失和運行中斷，保障電力調(diào)度系統(tǒng)的連續(xù)性和可靠性。

1.2 供電復(fù)示系統(tǒng)

供電復(fù)示系統(tǒng)是城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。其功能在于監(jiān)測電力系統(tǒng)中的供電情況，并在發(fā)生異常時及時發(fā)出警報并復(fù)現(xiàn)故障。通過供電復(fù)示系統(tǒng)，操作人員可以迅速檢測到電力系統(tǒng)中的異常情況，如電力中斷或過載等，從而及時采取相應(yīng)措施，保障城市軌道交通系統(tǒng)的正常運行和乘客的安全。供電復(fù)示系統(tǒng)的作用是確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為城市軌道交通的安全運行提供了重要保障。

1.3 變電所綜合自動化系統(tǒng)

變電所綜合自動化系統(tǒng)是確保城市軌道交通電力供應(yīng)安全穩(wěn)定的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。其系統(tǒng)構(gòu)成主要包括站級管理層、控制信號盤、站控主單元、通用控制單元和一體化監(jiān)控計算機。

1.3.1 站級管理層

站級管理層是變電所綜合自動化系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著管理和監(jiān)控整個變電所的重要任務(wù)。其先負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，收集變電所內(nèi)各種設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率、開關(guān)狀態(tài)等。隨后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、分析和計算。接著，站級管理層將處理后的信息以圖形、表格、曲線等形式顯示出來，使操作人員能夠直觀了解設(shè)備運行狀況。同時，站級管理層還負(fù)責(zé)報警處理，一旦設(shè)備出現(xiàn)異常情況，及時發(fā)出報警信號，以便操作人員及時采取應(yīng)對措施。為了提高變電所綜合自動化系統(tǒng)的可靠性，站級管理層通常采用冗余設(shè)計，以確保系統(tǒng)在關(guān)鍵時刻能夠穩(wěn)定運行。數(shù)據(jù)采集頻率為10 Hz，數(shù)據(jù)處理能力為100 萬條/s，信息顯示方式為圖形、表格、曲線，報警方式為聲光報警、短信報警。

1.3.2 控制信號盤

控制信號盤主要用于處理各種控制信號，以保證電力設(shè)備的正常運行。其接收來自站級管理層的控制指令，并將這些指令發(fā)送給相應(yīng)的設(shè)備執(zhí)行。同時，控制信號盤負(fù)責(zé)反饋設(shè)備的執(zhí)行結(jié)果給站級管理層，以便及時跟蹤設(shè)備運行狀態(tài)。為了提高抗干擾能力，控制信號盤通常采用光纖通信方式，確?？刂菩盘柕姆€(wěn)定傳輸。

1.3.3 站控主單元

站控主單元作為變電所的主控制設(shè)備，負(fù)責(zé)控制各個設(shè)備的運行狀態(tài)，以保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。其功能包括運行控制（對變電所內(nèi)的開關(guān)、斷路器、變壓器等設(shè)備進(jìn)行控制）、事故處理（在發(fā)生事故時采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理）、參數(shù)設(shè)置（對各種設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置）。為了提高變電所綜合自動化系統(tǒng)的可靠性，站控主單元通常采用雙機熱備份方式，以確保系統(tǒng)在關(guān)鍵時刻能夠持續(xù)運行。站控主單元冗余方式為雙機熱備份，控制精度為0.1%。

1.3.4 通用控制單元

該單元用于控制變電所通用設(shè)備，包括開關(guān)、斷路器等。其功能涵蓋開關(guān)控制（控制開關(guān)的合閘、分閘操作）、斷路器控制（控制斷路器的跳閘、合閘操作）及測量（測量開關(guān)、斷路器的電流、電壓等參數(shù)）。通用控制單元通常采用模塊化設(shè)計，便于維護(hù)和更換，支持在線維護(hù)。

1.3.5 一體化監(jiān)控計算機

一體化監(jiān)控計算機是變電所綜合自動化系統(tǒng)的核心控制終端，通過監(jiān)控計算機可以實現(xiàn)對整個變電所的實時監(jiān)控和管理。其功能包括實時監(jiān)控（監(jiān)控變電所內(nèi)各種設(shè)備的運行狀態(tài)）、歷史數(shù)據(jù)查詢（查詢歷史運行數(shù)據(jù)）、報警管理（處理各種報警信息）及趨勢分析（分析設(shè)備運行趨勢）。一體化監(jiān)控計算機在整個系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，為操作人員提供了全面的設(shè)備狀態(tài)信息，幫助其及時做出反應(yīng)和決策。一體化監(jiān)控計算機要求服務(wù)器數(shù)量2 臺，系統(tǒng)性能為1 000 MIPS。

1.4 網(wǎng)絡(luò)通信層

1.4.1 所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)通信層的重要組成部分，用于實現(xiàn)變電所內(nèi)部各個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信和信息交換。該網(wǎng)絡(luò)采用局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)，覆蓋整個變電所范圍，并通過合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將采集到的各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸炯壒芾韺雍推渌O(jiān)控設(shè)備，以便實現(xiàn)對電力設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

1.4.2 交換機

交換機是網(wǎng)絡(luò)通信層的關(guān)鍵設(shè)備之一，用于實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)部各個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和路由。通過交換機，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和高效路由，保證電力監(jiān)控系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。交換機根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的通信需求和數(shù)據(jù)流量，靈活調(diào)整數(shù)據(jù)的傳輸路徑，以確保數(shù)據(jù)能夠按時、準(zhǔn)確地傳輸?shù)侥康牡亍?/p>

1.5 間隔設(shè)備層

城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的間隔設(shè)備層是指電力系統(tǒng)中各種間隔設(shè)備的集合，包括斷路器、開關(guān)、繼電器等。這些設(shè)備位于電力系統(tǒng)的不同位置，用于控制電力的傳輸和分配。間隔設(shè)備層通過實時監(jiān)測和控制電力設(shè)備的運行狀態(tài)，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中，間隔設(shè)備層負(fù)責(zé)實時監(jiān)測電力設(shè)備的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的故障和異常情況。通過間隔設(shè)備層的監(jiān)控和控制，操作人員可以迅速響應(yīng)和處理電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問題，保障城市軌道交通的安全運行和電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的分層分布架構(gòu)

電力監(jiān)控系統(tǒng)的分層分布架構(gòu)包括物理層、通信層、應(yīng)用層和管理層4 個主要組成部分。物理層負(fù)責(zé)從現(xiàn)場設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率及開關(guān)狀態(tài)等，這些數(shù)據(jù)是電力監(jiān)控系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。通信層負(fù)責(zé)將從物理層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠈酉到y(tǒng)，這包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皵?shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，通信層的有效運行確保了數(shù)據(jù)能夠及時、準(zhǔn)確地傳送到應(yīng)用層。應(yīng)用層是電力監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、顯示和存儲，在應(yīng)用層，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為有意義的信息，以便操作人員能夠理解和利用，這些信息可能以圖表、報告、警報等形式呈現(xiàn)，幫助操作人員監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)并做出相應(yīng)決策。管理層是電力監(jiān)控系統(tǒng)的最頂層，負(fù)責(zé)對整個系統(tǒng)進(jìn)行管理和維護(hù)，其包括系統(tǒng)配置、用戶權(quán)限管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和維修等功能，管理層為電力監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供支持和保障，使得電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠持續(xù)地為城市軌道交通電力系統(tǒng)的安全運行提供服務(wù)。這種分層架構(gòu)使得電力監(jiān)控系統(tǒng)的各個部分之間相互獨立且高度協(xié)作，同時也便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級。每一層的功能清晰明確，使得電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠更加高效、可靠地運行，為城市軌道交通的電力供應(yīng)安全提供了重要保障。

2.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺的實現(xiàn)方案

硬件平臺采用標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，保證電力監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。軟件平臺采用成熟的監(jiān)控軟件，如華為FusionInsight、浪潮云海等。數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和NoSQL 數(shù)據(jù)庫，滿足不同類型數(shù)據(jù)的存儲需求。安全措施采用防火墻、入侵檢測系統(tǒng)等，保證電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全性。

2.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電、變電、輸電、配電等各個環(huán)節(jié)，確保電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。例如，發(fā)電廠通過電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)電機組的運行狀態(tài)，確保發(fā)電的安全和穩(wěn)定。變電站通過電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控變壓器、開關(guān)等設(shè)備的運行狀態(tài)，確保電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定。輸電環(huán)節(jié)通過電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控輸電線路的運行狀態(tài)，防止線路故障。配電環(huán)節(jié)通過電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，提高供電可靠性。電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺如圖1 所示。

3 結(jié)束語

城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅提升了城市軌道交通電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，也為未來的技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)優(yōu)化提供了重要參考。文章的研究可為城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展和改進(jìn)提供有益啟示，為城市交通運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 葛淼，劉琴，俞銘，等. 城市軌道交通線網(wǎng)級云平臺電力監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]. 無線互聯(lián)科技，2023，20（1）：66-68.

[2] 鄭聰，程暢. 城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)獨立組網(wǎng)方案與集成方案的對比分析[J]. 城市軌道交通研究，2022，25（7）：244-247.