地铁系统有哪些子系统,其中控制核心是什么「一篇核心」

时间：2022-12-14 18:11:03来源：搜狐

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1 地铁供电系统简介

在介绍电力监控系统之前，我们来简单说明下地铁供电系统的构成。

地铁供电系统一般划分为以下几部分：外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明系统、杂散电流腐蚀防护系统及电力监控系统。

地铁供电系统示意图

（1）外部电源

地铁供电系统的外部电源就是地铁供电系统主变电所供电的外部城市电网电源。外部电源方案的形式有集中式供电、分散式供电、混合式供电。集中式供电通常从城市电网110kV侧引入两回电源，按照地铁设计规范要求，至少有一回电源为专线。

（2）主变电所

主变电所的功能是接受城网高压电源（通常为110kV），经降压为牵引变电所、降压变电所提供中压电源（通常为35kV或10kV），主变电所适用于集中式供电。主变电所接线方式为线变式或桥型接线。

（3）牵引供电系统

牵引供电系统的功能是将交流中压经降压整流变成直流1500V或直流750V电压，为地铁列车提供牵引供电，系统包括牵引变电所与牵引网，牵引网包括接触网与回流网。接触网由架空接触网（直流1500V）和接触轨（直流1500V或750V）两种悬挂方式，大多数工程利用走行轨兼作回流网；少数工程单独设置回流轨。

（4）动力照明供电系统

动力照明供电系统的功能是将交流中压（35kV或10kV）降压变成交流220/380V电压，为运营需要的各种机电设备提供电源。

（5）杂散电流腐蚀防护系统

杂散电流腐蚀防护系统的功能是减少因直流牵引供电引起的杂散电流并防止其对外扩散，尽量避免杂散电流对城市轨道交通主体结构及其附近结构钢筋、金属管线的电腐蚀，并对杂散电流及其腐蚀保护情况进行监测。

（6）电力监控系统

最后，电力监控系统的功能是实时对地铁变电所、接触网设备进行远程数据采集和监控。在城市轨道交通控制中心，通过调度端、通信通道和变电所综合自动化系统对主要电气设备进行四遥控制，实现对整个供电系统的运营调度和管理。

2 电力监控系统构成

电力监控系统为分层分布式结构，由控制中心电力监控调度系统(主站)、车辆段维修工区复示系统、变电所综合自动化系统（从站，车站变电所内）及传输通道构成。其中控制中心电力监控调度系统(主站)及车辆段维修工区复示系统由一般可由综合监控系统集成实现。

电力监控系统对全线各变电所进行实时监控，复示系统实时监视整个供电系统的状况，为供电系统的维护提供方便。

变电所综合自动化系统对各车站的 40.5kV 开关柜、1500V 开关柜、0.4kV 开关柜、整流变压器等主要设备通过通信接口连接实现集中监控。

电力监控系统传输通道由综合监控系统提供（适用于PSCADA集成于ISCS中，如果PSCADA为独立系统，则单独采用传输通道）。综合监控系统出现故障时，站级变电所综合自动化系统可独立运行，实现各变电所的实时监控。

变电所综合自动化系统采用集中管理、分散布置的模式，分层、分布式系统结构。系统由站级管理层、网络通信层、间隔设备层组成。其中：

站级管理层实现变电所控制室对本车站(车辆段)变电所设备的监视、报警功能，并负责变电所综合自动化系统与综合监控系统和备用电力监控系统之间的数据交换，系统包括交换机、通信控制器、智能测控单元(含DI/DO/AI模块)等设备。

网络通信层实现变电所内站级管理层与间隔设备层之间的通信。包括光电转换装置、光缆、通信电缆等。

间隔设备层实现对基础设备数据的采集、测量等功能。包括35kV、0.4kV交流保护测控单元、1500V直流保护测控单元、交直流电源系统监控单元、变压器与整流器监控单元、钢轨电位限制装置、排流柜、杂散电流监测装置、单向导通装置监控单元等，基础设备智能单元由基础设备投标人提供。

站级变电所综合自动化系统以供电设备为对象，通过所内网络将所内的35kV、0.4kV交流保护测控单元、1500V直流保护测控单元、交直流电源系统监控单元、变压器与整流器监控单元、钢轨电位限制装置、排流柜、散电流监测装置、单向导通装置等间隔层设备连接起来，通过具有可靠性高、实时性强、冗余设置的通信控制器构成稳定、可靠的变电所综合自动化系统。

全线所有变电所综合自动化系统通过综合监控系统（前提是PSCADA集成于ISCS系统中）实现信息汇总，并实现控制中心、变电所控制室对变电所的统一调度管理。综合监控系统出现故障时，变电所综合自动化系统可以独立运行，并实现变电所综合自动化系统的正常功能。

系统相关设备在控制信号盘内集中组屏安装。变电所控制采用三级控制方式，即电力调度中心控制、所内控制信号盘上集中控制、设备本体控制。三种控制方式相互闭锁，以达到安全控制的目的。对于接触网电动隔离开关，在控制信号盘上设置当地/远方转换开关、相应的合分闸开关及控制装置。

典型降压变电所系统图：

典型牵引降压变电所系统图：

3 电力监控系统功能
电力监控系统和变电所综合自动化系统可实现变电所各种设备的控制、监视、联锁/闭锁、电流、电压、功率、电度的采集等功能。系统包括但不限于以下功能，发包人保留对系统功能进一步细化及修改的权力。各变电所综合自动化系统可脱离综合监控系统独立运行。
（1）控制及操作功能
对变电所内断路器、电动隔离开关、保护功能、自动装置、保护定值等实现改变运行状态的所内控制，或执行远程控制命令。
变电所控制方式采用控制中心远方操作/所内监控计算机或维护计算机集中操作/设备当地操作三级控制方式。三级控制相互之间具有可靠的闭锁，任何时刻断路器只执行一个操作命令。
具有保护定值切换、保护功能投退的控制功能，但必须由具有系统维护工程师级别权限的人员通过密码口令的输入开放权限后方可进行。
（2）信息采集及处理功能
变电所综合自动化系统采集变电所内各种装置的遥信信息，包括位置遥信（双位置）和保护遥信（单位置）。遥信信息在人机界面上实时刷新，以便操作员及时了解现场设备运行状态。
位置遥信包括各种断路器、隔离开关、接触器等设备的合、分状态，开关手车的工作、试验、抽出位置状态等。
保护遥信包括：各类保护跳闸动作、重合闸动作的启动、出口、失败等信息，分为事故遥信和预告遥信。事故遥信指使设备停电、停运的事故信号，预告遥信指不影响设备继续运行的故障信号。
遥信点变位描述可按用户要求定义，系统按遥信的类型分类定义变位描述，用户也可进行自定义描述。
系统可定义给出变电所综合自动化系统计算机节点的工作状态、网络运行状态、通道运行状态等虚拟遥信点。
（3）显示和处理
（1）在显示器上实时显示供电系统及其设备的运行状态，显示器上开关符号的颜色：合闸为红色，分闸为绿色。
（2）当系统发生正常变位时，主接线画面中变位点显示变位状态，同时在显示器报警画面上显示变位的详细内容，包括对象、状态及变位时间，同时根据需要发出语言告警。
（3）当发生事故跳闸时，主接线画面相应的自动变位模拟开关闪烁，同时在显示器报警画面上显示事故发生的详细内容，包括：对象、性质、时间等。按闪光复归键后模拟开关停止闪烁，显示绿色。系统具有拓扑着色功能，故障停电的部分自动转为灰色或其他指定的颜色。
（4）当发生预告报警时，在显示器报警画面上显示详细预告内容，包括对象、性质、发生时间等。
（4）数据采集和处理
系统采集本变电所内各类监测对象的交流相／线电压、交流电流，零序电压，零序电流，直流电压，直流电流，有功、无功功率，谐波、功率因数，蓄电池电压，变压器温度等电气量。
遥测支持全数据采集，可以周期方式进行采集，也可以由电力调度中心手动召唤遥测。
（5）人机界面显示及操作功能
人机界面是值班员日常监视、操作的主界面，由运行监控程序和其他辅助的模块组成。主要提供如下功能：
画面显示、值班员常用操作等功能。人机操作接口应提供窗口管理、画面显示以及操作等功能。在人机界面可进行相关程序启动操作。对系统历史数据进行查询。系统可显示供电系统图、本变电所主接线图、报警/预告画面及其它画面等。
（6）数据库管理及统计报表功能
对各种采集的数据进行分类保存、归档、统计、调用等数据操作。系统配置历史数据库管理系统，对各类微机保护测控装置所采集的遥信信息、遥测信息、报警信息、事件记录信息、故障录波信息、事故追忆信息等，根据系统的不同要求进行处理、存储。
各种记录(操作、事故、报警等)应可根据用户要求按照对象、性质、时间等项目进行检索，以便进行查询和故障分析。
实现模拟量测量数据及开关跳闸次数等的日报、月报、年报等统计报表。统计报表包括但不限于：定期报表、越/复限统计报表、事件记录、操作记录、报警记录、设备档案报表等。数据统计及报表可在线生成及修改。
（7）控制闭锁功能
当现场供电设备故障时，引起相应开关跳闸，在故障复归前则此开关控制命令的操作被自动闭锁，人工解锁后才能进行操作。
系统应具有完善的防误操作功能。例如：挂地线操作，当进行该操作后即可实现对相关对象的闭锁操作。
系统控制闭锁包括自动闭锁和手动闭锁。定义被控对象时，可编辑输入与之相关开关对象的闭锁条件。
控制闭锁功能可以人工投退，且可由用户自定义。
（8）SOE事件记录
SOE（事件顺序）记录用于分辨时间发生的先后顺序（如故障跳闸的顺序）。系统可以各种方式（按时间、事故源对象等）查询、分析和打印SOE记录。
系统应配置事件顺序记录功能模块，此模块能将各站的开关及继电保护节点动作顺序及时间记录下来，供事后进行事故分析用。事件顺序记录的主要指标是动作时间分辨率，共分为两类，即站内动作时间分辨率和站间动作时间分辨率。前者由远方终端保证，后者则除远方终端外还涉及全部系统的对时。
任何开关点均可以设置为SOE方式。通信控制器的SOE时标分辨率优于1秒。
事件顺序记录的内容不能被任何人、用任何方法进行修改。
（9）故障录波数据读取
当供电系统发生故障，保护装置启动保护功能，使故障线路的开关设备事故跳闸的同时，保护装置自动进行故障录波，并以每次故障为单位将故障录波文件存放在当地保护装置中。
用户可按站号、序号将保护装置内的故障录波数据召唤显示并存储在监控工作站中，文件名以站号、序号和故障时间命名。文件的保存时间和数量只受硬盘容量限制。系统可以各种方式(按时间、按对象、按类型等)查询、分析和打印故障录波数据。
（9）冗余装置自动切换功能
双冗余的通信控制器、网络交换机及通信通道采用热备工作方式，主用设备发生故障时可自动切换到备用设备。
每台通信控制器应配备双网卡，实现网络冗余。通信控制器应具备网络故障的自诊断功能，当单网/单网卡故障时通信控制器应实现双网的自动切换，而不应引起通信控制器之间的切换。
两台通信控制器按照通信端口热备方式工作。当1#通信控制器对某一监控单元的主用端口退出运行时，2#通信控制器处于热备状态的对应端口投入运行，该端口的切换应不引起通信控制器对其它监控单元的主备端口切换。若1#通信控制器故障端口修复后具备正常工作条件，则该端口进入热备用状态。端口之间的切换也可以通过人机界面手动操作实现。切换过程中如发生状态变位或报警信息，数据不应丢失。
（10）时钟同步功能
电力监控系统应具有与控制中心通信时钟系统对时功能。时钟系统应实现对提供给电力监控系统的时间信号进行校时功能，电力监控系统应能反馈给时钟系统接收到时间信号的功能，反馈信息具体内容，在设计联络会阶段讨论。变电所综合自动化系统应具有与通信时钟系统对时功能，并同时考虑与车站、场段综合监控系统的后备对时。变电所综合自动化系统可对其监控的智能设备进行软件同步对时，同步对时间隔时间可调。对时精度毫秒级。
（11）报警功能
系统设备发生故障或异常时，自动发出各类预告/事故报警信号。
人机界面报警显示：
供电系统设备或者变电所综合自动化系统发生故障时，在变电所人机界面上自动推出报警画面(画面可由用户自定义)。报警应该分为多级，不同级别的报警定义不同的显示方式，如：一般性报警信息在报警列表采用高亮度或醒目颜色显示，重要报警信息自动推出报警画面(画面可由用户自定义)。报警发生后，值班员必须通过界面上的确认按钮确认，否则，报警信息一直在列表顶端或者人机界面最前端。
控制信号盘音响报警：
控制信号盘配置电笛或者电铃等音响报警装置。当报警发生时，控制信号盘内的监控工作站驱动音响报警装置发出报警信号，报警声音分为事故、预告两种类型，两种类型的声音应该有明显区别。
报警音响可以通过人机界面复归、手动复归和自动复归。用户可以选择其中一种或者多种复归方式。
控制信号盘设置报警设备投入/退出/测试转换开关。
（12）权限管理功能
系统在应用软件退出及用户登录时均需要值班人员输入相关的用户名及密码。
变电所综合自动化可以与控制中心综合监控系统、电力监控备用系统、车站控制室进行控制权限移交管理主要包括如下内容：
权限移交标记的管理：默认位置、自动移交、手动移交、安全管理；追踪标记过程；HMI提供权限移交管理的操作界面；权限移交的授权对象：手动可授权的对象包括：单个可遥控设备；预先定义的成组可遥控设备；全站可遥控设备组成；自动移交功能的可被授权对象由全站可遥控设备组成。
地铁是国家重要的基础设施，电力监控系统用于监视和控制地铁电力系统供电过程，是电力安全稳定运行的支撑系统，也为地铁安全运行提供了有力的保障。
参考资料:《城市轨道交通综合监控系统工程技术标准 GBT 50636-2018》；《地铁设计规范GB50157-2013》；电力监控系统相关设计资料；图片来源网络，侵删；未经允许，严禁转载；