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                                      關鍵詞：城市軌道交通；電力綜合監控系統；IEC61850；通信

    周桔紅　（1979－）
女，江西上饒人，碩士研究生，現從事軌道交通綜合監控系統工作。

1     引言

    目前我國城市軌道交通建設正在快速的發展，到2010年我國計劃新建城市軌道交通項目總長度將近1300公里，總投資約5000億元。城市軌道交通系統是一種高密度、大運量的交通系統，必須保證其高度的安全性和可靠性，而電力綜合監控自動化系統則為整個軌道交通的安全運行提供了基礎保障。電力綜合監控系統簡稱SCADA 系統，它是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統，對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節及各類信號報警等各項功能，使調度中心實時掌握各個變電所設備的運行情況，直接對設備進行操作。

    電力綜合監控系統早期廣泛應用在鐵道電氣化遠動系統上，如今隨著城市軌道交通的迅猛發展，它走入了一個新的發展時期，并逐漸形成了具有城市軌道交通特色的電力綜合監控系統，和以往的系統相比其具備以下特點：

    （1）具有更強大的接口通訊處理能力；

    （2）具有更快速準確的實時數據運算和傳送功能；

    （3）具有單控、程控、時間控制等更靈活多樣控制功能

    （4）具有更強大集中的數據監視平臺，提供更豐富的調度管理功能。

    隨著計算機等通信技術的飛速發展和廣泛應用，地鐵電力綜合監控系統網絡及其通信協議正向著開放、高速、綜合的網絡化方向發展，采用統一的國際標準，提高所內設備的互操作性，是今后電力綜合監控系統的方向，也是設計新的大型綜合監控系統的出發點。

    本文結合國內外城市軌道交通對電力綜合監控系統的功能需求和工程實際詳細分析和闡述了城市軌道交通電力綜合監控系統的結構和網絡通信體系，分析了IEC61850標準在城市軌道交通電力綜合監控系統上的良好應用前景。

2     電力綜合監控系統結構

    電力綜合監控系統是利用計算機控制、網絡、數據庫、現代通信等技術將變電站所有二次設備（包括控制、信號、測量、保護、自動裝置及遠動裝置等），經過功能組合和優化設計，對變電站執行自動監視、測量、控制和協調來提高變電站運行效率和管理水平的一種綜合性的自動化系統。

    電力綜合監控系統主要有集中式和分布式兩種結構，集中式系統結構按信息類型劃分功能。其信息是集中采集、處理和運算的。此類結構對監控主機的性能要求較高，且系統處理能力有限，開發手段少，系統在開放性、擴展性和可維護性等方面較差，抗干擾能力不強。而分布式系統結構則按功能設計，如按保護和監控等功能劃分單元，分布實施。其結構采用主從 CPU協同工作方式，各功能模塊之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信。分布式結構有助于系統擴展和維護，可靠性好，局部故障不影響系統其它模塊正常運行。

    以廣州地鐵為例，其供電系統主要由110 kV/33kV主變電所及分布于沿線各站的牽引降壓混合變電所、降壓變電所組成，各車站變電所進線電源均采用33kV，地鐵內部由33kV電壓組成一個獨立開環供電網絡，該網絡以雙回路饋電電纜向各牽引降壓混合變電所和降壓變電所供電。針對該供電系統特點，廣州地鐵電力綜合監控系統采用了集中管理，分散布置的模式，分層、分布式的系統結構，系統由管理層，網絡通信層、間隔層設備組成。變電所管理層通過通訊網絡與所內各供電系統智能設備進行接口數據交互，完成數據采集與控制功能。其電力綜合監控系統對全線上述各類變電所的供電設備進行監視控制、數據采集以及對接觸網電動開關設備的運行狀態監視控制，負責全線牽引及電力供電系統的運行管理、正常檢修及事故搶修的調度指揮，以確保整個供電系統及設備安全、可靠地運行。其典型系統結構圖如圖1所示，地鐵的間隔層設備接入系統的網絡主要有三種方式：

    （1）間隔層設備直接接入到變電站的管理層網絡中，如交直流屏、再生制動裝置等間隔層設備。

    （2）間隔層設備先聯網后再接入到管理層網絡中，如33kV保護測控單元、1500V保護測控單元、低壓智能測控單元等間隔層設備。

    （3）通過轉換單元接入管理層網絡，如軌電位、上網隔離開關、排流柜等間隔層設備。

圖1   典型城市軌道交通電力綜合監控系統結構圖

    該系統采用三級控制方式，即控制中心遠方控制、所內控制信號盤上集中控制、設備本體控制。三種控制方式互相閉鎖，以達到安全控制的目的。中央監控中心主要有控制、數據采集處理、顯示、報警、維修及事故搶修調度等功能。調度人員在此進行日常控制、監視和調度管理等工作。設在變電所的就地監控系統由控制信號盤（包括通迅控制器、測控單元、饋線隔離開關控制回路、交換機等）、下位單元、維護機及所內通信網絡等部分組成。

3     城市軌道交通電力綜合監控系統的網絡通信

    隨著計算機技術、現場總線、快速工業以太網等技術的飛速發展和廣泛應用，地鐵電力綜合監控系統網絡及其通信協議也正發生著深刻的變化，傳統的集中、低速、專用封閉式的自動化系統正向著開放、高速、綜合的網絡化方向發展，通過局域網的互聯，實現系統信息資源的共享利用。

    從目前地鐵工程建設實施的經驗以及國內外設備和技術條件來看，地鐵電力綜合監控系統安全穩定運行的關鍵在于如何有效解決各種設備間的接口通信。由于各大傳統的間隔層電力設備和監控系統廠商幾乎都有適用于自家設備的通信協議，各種協議之間無法直接通信使得電力綜合監控系統廠商集成的時候增加了很大的技術難度和很高的技術成本，因此要從根本上解決接口問題，就只有要求各個廠家采用開放式的接口和通信協議，構建一個開放的系統。目前，地鐵電力綜合監控系統也正向著通信接口標準化、提高設備間的互操作性方面發展。研制開發符合國際和國家標準通信規約的各種通信軟件對于提高地鐵變電站綜合自動化系統的技術水平和管理水平顯得非常重要，也是地鐵電力綜合監控系統發展的主要發展方向之一。

    IEC61850標準是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一國際標準，它是由國際電工委員會第57技術委員會(IECTC57)的 3個工作組10,11,12(WG10/11/12)負責制定的。它能大幅度改善信息技術和自動化技術的設備數據集成，減少工程量、現場驗收、運行、監視、診斷和維護等費用,節約大量時間,增加了自動化系統使用期間的靈活性。它解決了變電站自動化系統產品的互操作性和協議轉換問題。采用該標準還可使變電站自動化設備具有自描述、自診斷和即插即用（Plug and Play）的特性，極大的方便了系統的集成，降低了變電站自動化系統的工程費用。

    IEC61850通信標準通過對變電站自動化系統中的對象進行統一建模，采用面向對象技術和獨立于網絡結構的抽象通信服務接口（ACSI），并支持TCP/IP協議，是一個開放的，代表了未來變電站自動化技術發展方向的通信協議，IEC61850標準強調了變電站自動化系統中信息的數字化，既包括在管理層和間隔層實現基于高速以太網的實時通信，也包括在過程層（包括數字化的電氣量采集裝置、合并單元等）實現基于網絡的通信。這種基于以太網的通信架構的采用，統一了通信系統的物理介質，減少了因為不同的物理介質而導致的互連問題，同時在過程層中采用以太網進行二次電氣量（包括模擬量、開關量）的數字化傳輸，將大大減少變電站的接線，方便工程設計和維護。IEC61850協議將變電站通信體系分為3層：變電站層（管理層）、間隔層及過程層。在管理層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口映射到制造報文規范、傳輸控制協議/網際協議（TCP/IP）、傳輸GSE/GOOSE信息的無連接網絡協議CNNP，傳輸網絡是冗余以太網或光纖環網。在間隔層和過程層之間的網絡采用點對點的單向傳輸以太網或者交換式實時以太網。

    在廣州地鐵五號線電力監控系統中，在和底層間隔層設備的通信協議上首次采用了國際先進的IEC61850協議，廣州地鐵在全國同行業率先采用IEC61850標準極大地推動了軌道交通電力綜合監控系統向國際標準前進的步伐，同時也敦促和堅定了設備廠家開發IEC61850規約，向國際統一標準發展的決心。可以說為軌道交通乃至全國電力綜合監控系統接口的標準化開發帶一個好頭。

4     結束語

    本文分析了城市軌道交通電力綜合監控系統功能、通信網絡結構，介紹了IEC61850國際通用標準協議，它為改進信息技術和自動化技術的設備數據集成提供可能，極大的方便了系統集成，保證了系統運營的穩定安全。隨著網絡技術、通信技術以及計算機軟硬件技術的發展，地鐵電力綜合監控系統將是一個融合了當今最新的網絡技術、符合最新的國際變電站自動化通信體系標準、結構以及功能上完全分布的開放式系統。
　　
參考文獻：

    [1]蔣年德，魏育成.  變電站綜合自動化系統體系結構研究[J].  電網技術,Vol27（10）,2003：48－51.

    [2]譚文恕.  變電站通信網絡和系統協議IEC61850介紹[J].  電網技術，Vol 25（9）,2001：8－11.

作者信息：

    周桔紅，張  劭（廣州市地下鐵道總公司，廣東  廣州  510380）