武漢市軌道交通三號線變電所通信接口集成

鄭向城 孫海檸

摘 要：目前，隨著城市化進程的快速推進，城市軌道交通建設也迎來了新的發展機遇。可靠的供電是軌道交通安全運營的重要保障，功能強大的通信系統又是保證供電質量的基礎。文章首先介紹了武漢市軌道交通三號線變電所通信系統的結構、通信接口的實現，分析了35kV開關柜通信接口集成模式，對類似工程的施工具有明顯的借鑒意義。

關鍵詞：35kV開關柜；通信接口；集成化

1 前言

隨著中國城市化進程的快速推進，軌道交通憑借著快速、安全、高效的特點，在各地如火如荼地建設起來。變電所作為城市軌道交通供電系統的一個重要組成部分，不但承擔著傳輸電力的功能，而且肩負著監控和管理電力分配的責任。因此，供電系統通信接口模式的好壞直接影響整個軌道交通系統的運行安全和運營效益。

武漢市軌道交通三號線一期工程線路全長30.133km，起點為沌陽大道站，終點為宏圖大道站，橫穿5個行政區，被列入武漢市和湖北省的重點工程。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，開閉所1座。供電系統按“無人值班”設計，設備也必須滿足“無人值班”條件。因此，如何實現供電系統設備通信接口的集成化管理，成為當今重點研究的問題。

2 通信系統的結構

目前，計算機技術、網絡技術、微電子技術和信號處理技術的飛速發展為現代城市軌道交通變電所通信系統提供了強有力的技術支持。通信系統不但可以實現監測、管理和控制變電所內各個供電設備運轉狀態的目標，而且可以對存在差異的二次設備進行功能的優化和組合。作為供電系統信息共享、傳輸、交換的媒介，通信系統的地位無可替代。

軌道交通變電所通信系統的結構組成與傳統的變電站通信系統截然不同，系統內部通常包含著十個甚至數十個變電所，數量眾多。整個通信系統結構為樹形和環形相結合的形式，這種結構有助于達到高效、快捷監測和保護供電系統的目的。所內通信網絡、控制信號屏、綜合計算機和設備內部的二次綜保模塊共同組建成了變電所的通信系統。現如今，集中管理、分散布置是通信系統廣泛采用的一種形式，即二次綜保模塊在各個供電設備內部安裝，而監控變電所通信網絡的重任則由站控主單元承擔。

控制信號屏安裝于變電所內部，可以統一采集和處理所內供電設備的各種信號，也可以與上級電力監控系統相連接，并通過光纖將信號實時上傳。同時，上級電力監控系統發出的各項指令，它也可以在第一時間接收并一一轉發至對口的設備模塊。后期，運營人員操控系統的時候也可以通過控制信號屏設置的人機接口方便地進入。

控制信號屏主要由4部分構成，分別是交換機、站控主單元、測控單元和通信光纖。其中，站控主單元一方面連接變電所內通信以太網，另一方面連接上級電力監控網絡，是二者信息傳輸的媒介。通過這種形式，可以最大限度地規避產生網絡廣播風暴的風險，提升了網絡的安全性。

一般情況下，站控單元的通信采集對象按照設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高壓開關柜、750V直流開關柜、變電所內測控單元、交直流屏、隔離開關柜等。

本系統采用了工業中使用的以太網多串口服務器，以一對一的形式進行設備通信采集，串口服務器則通過以太網光纖接口融入變電所綜合自動化系統。與傳統智能裝置只提供RS485/RS232的通信方式相比，一方面通信速度和通信質量都有了巨大的提升，即使在通信數據較大的情況下，也不會出現通信不暢的現象；另一方面使用光纖傳輸可以最大限度規避電磁場的干擾。其原理是把傳統的485/232接口的數據通過格式轉化為流行的因特網接口（Internet Protocol，IP），這樣就可以實現IP形式的數據管理，大幅度減少了線路的數量和長度。由于串口服務器與通信采集對象之間距離較短，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

每一臺整流變壓器都設置有一個溫度控制器，它們將監測到的信息傳輸到相對應的35kV高壓饋線開關柜內的保護裝置，以該保護裝置為中介，進一步將信息送達站控主單元。

3.2 與整流器的通信接口

每一個牽引降壓混合變電所設置兩臺整流器，它們將監測到的信息傳輸到相對應的35kV高壓饋線開關柜內的保護裝置，以該保護裝置為中介，進一步將信息送達站控主單元。

3.3 與35kV開關柜保護測控裝置的通信接口

首先，35kV開關柜保護測控裝置連接到多串口設備的一個端口；其次，使用光電轉換器將采集到的電信號轉換為可以在以太網傳輸的光信號；再次，將光信號在35kV開關柜內設置的光端盒上進行匯總，通過光纖傳輸到控制信號屏的光纖盒內，最后傳送到以太網交換機。

3.4 與400V開關柜保護測控裝置的通信接口

首先，400V開關柜保護測控裝置連接到多串口設備的一個端口；其次，使用電轉換器將采集到的電信號轉換為可以在以太網傳輸的光信號；再次，將光信號在400V開關柜內設置的光端盒上進行匯總，通過光纖傳輸到控制信號屏的光纖盒內，最后傳送到以太網交換機。

3.5 與750V直流開關柜直流保護裝置的通信接口

每臺750V直流開關柜都設置有獨立的保護裝置。首先，750V開關柜保護測控裝置連接到多串口設備的一個端口；其次，使用電轉換器將采集到的電信號轉換為可以在以太網傳輸的光信號；再次，將光信號在750V開關柜內設置的光端盒上進行匯總，通過光纖傳輸到控制信號屏的光纖盒內，最后傳送到以太網交換機。

3.6 與集中輸入輸出（I/O）監控單元的通信接口

使用屏蔽雙絞線將I/O監控單元的通信信號傳輸到以太網交換機，并最終傳輸到站控主單元。

3.7 與直流屏監控裝置的通信接口

由于直流屏安裝在控制室內，直流屏監控裝置的通信接口經轉換成電以太網接口后，直接采用屏蔽雙絞線連接到所內以太網交換機上。

4 武漢市軌道交通三號線35kV開關柜通信接口集成

武漢市軌道交通三號線在傳統的35kV高壓設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系統的信息樞紐。這樣，一方面可通過RS485方式連接35 kV高壓柜內部的各種智能保護測控設備，另一方面可通過光纖星形連接的方式上傳至站控層管理裝置，如圖1所示。

通過相關產品性價比選，工程選擇了四方公司自主研發生產的CSC-1316系列智能通信管理產品，其廣泛應用于電力、公路、石化、煤炭、冶金、軌道交通、市政、智能樓宇等領域。產品具備豐富的通信接口，可通過RS232/485、以太網或光纖等連接各種智能設備，并通過光纖以太網將信息上送到上級監控系統。裝置既具有運行可靠、抗干擾能力強等特點，又具有響應速度快、運行方式靈活、適用規約多、調試維護方便等優點。

5 社會經濟效益

通過對武漢市軌道交通三號線供電系統通信接口的研究，形成了較大的社會經濟效益。

（1）設置智能通信裝置，將各種通信信號統一化管理，改變了以往通信電纜雜亂無章的現象，大大節約了電纜等材料，降低了施工成本。

（2）通過通信接口集成，減少了調試人員數量，縮短了調試時間，大幅度節約了后期的維護檢修時間。

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

6 結論

綜上所述，通信接口集成化對于實現武漢市軌道交通供電系統正常運行，降低施工成本和后期維護成本起到了不可替代的作用。尤其在面對大型工程設備多，通信系統復雜，工期緊張等不利情況下，它更具有得天獨厚的優勢。

參考文獻

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（作者單位：中鐵一局集團電務工程有限公司）