武廣高速鐵路供電調度系統研究

■ 王林

武廣高速鐵路供電調度系統研究

■ 王林

客運專線綜合調度系統作為客運專線建設與運營的重要組成部分，地位舉足輕重。供電調度系統是客運專線綜合調度系統的重要子系統，負責客運專線全線牽引及供電設施的實時數據采集和集中監控管理，涵蓋牽引遠動、電力遠動、通信、信號電源監控，又稱為“四電合一”的供電調度系統。

國內學者[1-3]已經對客運專線供電調度系統的構建進行了有益的探討。伴隨多條客運專線的正式開通運營，客運專線供電調度系統有了工程實例。

1 客運專線綜合調度系統

客運專線綜合調度系統是列車運行組織管理、列車運行控制、基礎設施維護、動車組運用管理、安全監控及旅客信息服務等的集成，基本涵蓋高速鐵路列車運行的所有關鍵業務[4]。該系統由運輸計劃、列車調度、動車調度、供電調度、旅客服務調度、綜合維修調度6個子系統組成，分別對應計劃編制、運營管理、車輛管理、供電管理、客運服務及綜合維修的業務需求[5]。

客運專線綜合調度系統以運輸計劃為龍頭、以列車運行調度系統為核心，綜合行車、機務、工務、供電、電務、旅客向導、維修檢測、安全監控等系統。

2 客運專線供電調度系統

客運專線供電調度系統主要負責對全線牽引、電力供電設施進行集中調度指揮。該系統由設在客運專線調度所的主站系統、數據傳輸通道及分布在沿線的被控站設備構成。客運專線供電調度系統掌握安全監控系統和供電設備狀態，按照供電計劃完成停送電任務；遇有供電設備故障時積極組織搶修，為列車運行提供保證。其業務流程如圖1所示。

從業務流程可看出，客運專線供電調度系統應與行車調度系統、供電維修管理系統接口，使供電調度職能緊密圍繞行車、維修這兩大業務。

3 武廣高速鐵路供電調度系統的構成

3.1 主站系統

武廣高速鐵路全長1068.6km，武漢—廣州（不含廣州）納入武漢調度所，廣州樞紐納入廣州調度所。

圖1 客運專線供電調度系統業務流程圖

武廣高速鐵路供電調度系統采用開放、分布式計算機局域網絡結構，以以太網為骨架，計算機設備為核心，功能為模塊，節點為單元進行配置（見圖2）。主站系統局域網絡采用高可靠性的雙以太網，互為備用。系統具有良好的開放性、擴展性、實時性、安全性。系統由歷史數據服務器、通信及應用服務器、配置服務器、接口服務器、Web服務器、操作員工作站、維護工作站、域名管理工作站、病毒防護工作站等網絡節點設備及相應的人機接口設備、實時數據打印機、報表打印機、畫面拷貝機、UPS電源設備、GPS衛星對時設備、SAN存儲網絡設備及完善的軟件資源組成。關鍵設備，如應用通信服務器、歷史數據服務器、操作員工作站、網絡交換機，采用冗余熱備用配置方式。當主設備因故障或檢修退出時，備用設備自動投入運行。雙服務器間通過心跳線定期檢測對方的工作狀態，一旦發現計算機應用軟件失效，備用計算機立即替換失效模塊進入工作。系統具有如下特點：

（1）采用高性能三層交換機作為核心交換機組建冗余千兆調度網絡，正常情況下雙網同時工作，并可根據需要分擔不同的數據傳輸或平衡網絡負荷。

（2）每條客運專線配置專用的應用及通信服務器、數據采集交換機，使數據采集網與調度網獨立，降低調度網絡的負荷率。

（3）多條客運專線共用核心交換機、歷史數據服務器、接口服務器、配置服務器、Web服務器、維護工作站、域名管理工作站、病毒防護工作站、畫面拷貝機、GPS時鐘系統、SAN存儲系統，硬件整合，減少投資。

（4）設置歷史數據服務器、應用及通信接口服務器、配置服務器、Web服務器、接口服務器，將供電調度功能分散于各服務器中，降低系統風險。

（5）應用及通信服務器、歷史數據服務器、配置服務器采用刀片服務器的形式，所有服務器均插在一臺刀片中心機架中，結構緊湊，節約空間，統一考慮電源與散熱問題，既保障可靠性，又節約運營維護成本。

（6）采用高性能的SAN存儲系統，利用光纖存儲交換機、光纖存儲磁盤陣列，高速可靠地完成調度系統存儲的需求。

圖2 武廣高速鐵路供電調度系統配置

（7）設置病毒防護工作站、防火墻及IPS入侵檢測設備，構建供電調度安全防護系統，為系統提供安全防護保障。

（8）提供與運營調度、綜合視頻監控、時鐘、既有線調度、電網調度、火災報警等系統的接口，實現數據交換，完成相關系統的聯動功能。

（9）軟件采用操作系統、平臺軟件及應用軟件的三層架構。各網絡節點（調度員工作站、歷史數據服務器等）根據各自特點及功能要求采用不同的操作系統及平臺支持軟件。應用軟件采用基于自動化和信息化軟件架構ArchestrA技術之上的Wonderware組態平臺軟件，構建靈活、安全、規模巨大的綜合SCADA系統。該應用軟件平臺具有很高的可靠性、移植性、擴展性和維護性。

數據采集網與調度網分離的設計，完善的病毒入侵防護功能，刀片式服務器的選擇，是客運專線供電調度系統與路局既有遠動系統的最大區別，也是其特色所在。客運專線供電調度系統應用軟件采用組態技術，為用戶提供更加友好的界面，提高了應用軟件開發及維護的效率。

3.2 數據傳輸通道

武廣高速鐵路采用多業務傳輸平臺（MSTP），按照核心層、匯聚層、接入層三極網絡拓撲結構構建IP數據網。核心層在武漢客運專線調度所設置節點，匯聚層在武漢通信站、新長沙通信站、廣州南通信站設置節點。核心節點與匯聚路由器通過MSTP提供的2×155 Mb/s通道分別互連。接入層在武漢客運專線調度所、車站設置節點。接入層節點分段與匯聚層節點之間通過MSTP提供的155 Mb/s通道互聯構成環形網。

武廣高速鐵路在構建供電調度數據傳輸通道時，通信專業僅在牽引變電所、電力變配電所設置傳輸設備STM-4 MSTP ADM，用于接入車站接入層設備（提供通道）；對于分區所、AT所、接觸網開關控制站、電力箱變通信專業僅提供構成環網的光纖（提供光纖）；變電、電力專業在這些位置設置光纖環網交換機，構建環形光纖以太網。除牽引變電所、電力變配電所的信息直接上傳外，其余被控點通過所在環網在臨近的牽引變電所或電力配電所上傳。

武廣高速鐵路僅在牽引變電所、電力配電所設置傳輸接入設備的組網方式，減少了通信專業的ADM設備數量，節省了工程總投資。這種通道模式將同一供電臂的牽引變電所、分區所、AT所劃分在一個局域網，不需要為故障測距提供另外的專用通道。

3.3 被控站系統

武廣高速鐵路供電調度系統被控站包括牽引變電所、分區所、AT所、電力變配電所綜合自動化系統，車站、隧道、路基接觸網開關監控系統及箱變RTU。

綜合自動化系統由分立的間隔層測控保護設備，通過以光纖為介質的CAN總線連接至變電站層的通信管理機，通信管理機進行自動化信息的規約轉換，實現與主站系統的通信功能。

接觸網開關監控系統由設在所（亭）、車站、隧道、路基的接觸網開關監控屏和設在接觸網開關處的現場監控單元及它們之間的控制光纜構成。現場監控單元完成開關信息的光電轉換、信息采集及控制輸出功能。接觸網開關監控屏內的通信管理單元完成規約轉換，實現與主站系統的通信功能。

箱變RTU負責采集、監視并向主站系統傳送表征箱變運行狀態的模擬量和狀態量，執行主站系統的控制和調度命令。

[1]劉志明. 高速鐵路綜合調度系統體系結構的研究[J]. 中國鐵道科學，2004，25（2）

[2]姜春林. 客運專線供電調度系統的構建[J]. 電力自動化設備，2007，27（6）

[3]江平，汪文功. 客運專線綜合SCADA系統集成初探[J]. 電氣化鐵道，2008，28（4）

[4]何邦模．高速鐵路綜合調度系統用戶需求研究報告[R]．北京：鐵道科學研究院，2002

[5]王新軍，穆輝，王丹. 高速鐵路綜合調度系統各子系統間的互聯[J]. 交通科技與經濟，2009，11（3）

責任編輯王肖文

王林：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，助理工程師，湖北 武漢，430063