城市軌道交通電力監控系統集成方式與工程劃分的分析

杜李蘋+李宇

摘 要：本文介紹并分析了城市軌道交通中電力監控系統的集成方式和工程劃分。結合重慶城市軌道交通系統設備建設的工程經驗，闡述了電力監控系統獨立設置與電力監控系統集成到綜合監控系統中這兩種常見模式的優缺點，并進行對比分析和總結。

關鍵詞：城市軌道交通；電力監控；系統集成；綜合監控

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A

一、城市軌道交通電力監控系統集成方式的發展

電力監控系統作為城市軌道交通供電系統的重要組成部分，實現對供電系統中各類設備運行狀態的監視和控制，保障供電系統的穩定運行及異常狀況下的快速緊急處理，是城市軌道交通系統中不可或缺的重要組成部分。

在早期的城市軌道交通工程項目中，如重慶軌道交通二號線（1999年開工），受限于信息集成技術、網絡傳輸技術，以及服務器等數據處理硬件性能指標等因素，往往采用按功能要求設置多個分離系統的模式，如獨立的電力監控系統、獨立的車站設備監控系統、獨立的火災報警系統、獨立的門禁控制系統等。隨著信息技術及其涵蓋的軟硬件和通信技術的不斷發展，在城市軌道交通中逐漸引入了綜合監控系統的概念，采用高度集成的綜合監控系統實現以前各個獨立功能系統的所有功能，對減少設備重復投入，人員崗位的精簡，以及系統設備集中管理和大數據統計分析等都有很大幫助。在近年來的城市軌道交通工程項目中，如重慶軌道交通一號線（2007年開工）、三號線（2007年開工）、六號線（2009年開工），基本都采用了以綜合監控系統代替各獨立功能系統的方式，只是在綜合監控集成的深度和廣度有所不同而已。

二、綜合監控系統集成電力監控模式分析

在這種模式下，電力監控系統作為綜合監控系統的集成子系統存在，在結構上分為控制中心電力調度級和各變電所綜合自動化級，共兩級。控制中心電力調度級與綜合監控深度集成，在硬件上共用綜合監控系統的中心級數據服務器、歷史服務器、磁盤陣列等設備，對接收到的變電所綜合自動化系統提供的信息進行統一處理；在軟件上共用綜合監控系統的中心級應用軟件，實現系統與電力調度人員的人機交互。變電所綜合自動化級則是通過設置在各變電所內的電力系統專用二次設備（繼電保護裝置、測控裝置、遠動裝置等），利用計算機技術、電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電所現場各供電系統設備的運行狀態監視、測量和控制等功能，并將各類數據上傳給控制中心電力調度統一處理。

同時，由于電力監控系統的控制中心電力調度級已深度集成在綜合監控系統中。這種模式下的工程劃分，往往就是電力監控系統作為綜合監控的子系統而劃歸綜合監控承包商，而電力監控系統所要監控的現場供電設備屬于供電系統承包商，故而產生在工程劃分方面的接口界面，如圖1所示。

重慶軌道交通一號線、三號線、六號線都是采用的這種模式，通過這三條線的工程經驗總結，這種電力監控集成模式雖然在信息系統高度集成、減少設備重復投入，人員崗位精簡，以及系統設備集中管理和大數據統計分析等方面具有優勢，但也因為工程劃分接口的出行而產生了一些劣勢，主要表現在3個方面。

首先，是工期安排上的問題。在城市軌道交通的信號系統、車輛系統、環控系統、消防系統、通信系統等各個系統的單體設備調試以及系統聯合調試的必要條件之一，就是這些系統設備帶有穩定可靠的供電電源。因此，在工程建設時序上，供電系統往往提前于其他各系統，經常出現變電所已經建好且所內供電系統已帶電，而車站各綜合監控系統的設備房間還在施工的情況。這時，由于車站級綜合監控系統尚未完工，各變電所的電力監控數據無法傳至控制中心電力調度，就無法開展電力監控系統的遠動功能調試，時間白白浪費。待到車站級綜合監控系統具備功能后，再開展電力監控的遠動功能調試就顯得時間緊迫。

其次，一個變電所的供電系統功能實現以及施工圖設計、現場設備安裝施工等，應該是包括一次設備、二次設備、變電所綜合自動化系統的整體。由于控制中心電力調度級集成進了綜合監控系統，電力監控系統就被劃分到綜合監控承包商實施。這時，變電所綜合自動化系統雖然在功能實現上應該與供電設備系統高度相關，但也被劃分到了綜合監控承包商實施。這種工程劃分方式增加了工程管理和實施上的接口，出現變電所內兩個承包商交叉施工，不便于工程實施的統一安排和管理。

最后，由于綜合監控是包括電力監控系統、車站設備監控系統、火災報警系統、門禁控制系統、視頻監控系統等的集成系統，各子系統的數據處理都在一套軟硬件設備中完成。在大數據量的背景下，難免不會出現雪崩數據流的情況。這時，集成到綜合監控系統中的電力監控系統也會受到影響，喪失對各變電所綜合自動化系統的監控，這也是高度集成的大系統所共同面臨的問題之一。

三、電力監控系統獨立設置模式的分析

正是由于存在前文所述的問題，通過總結重慶軌道交通一號線、三號線、六號線的典型綜合監控集成方案的實施情況，發現了電力監控系統深度集成到綜合監控系統中的不足。因此，在最近開工或即將開工建設的重慶軌道交通環線、四號線、五號線、九號線、十號線中，采用了電力監控系統獨立設置的模式。其結構如圖2所示。

這種結構的區別在于：

（1）各變電所綜合自動化系統的信息直接經由通信骨干網透明傳輸至控制中心的電力調度系統，不再通過車站級的綜合監控系統進行信息的處理和轉發。這種結構就避免了前文所述的電力監控系統集成到綜合監控系統時的第一個缺點。變電所電力監控系統的遠動調試，不再受制于車站綜合監控系統的建設進度，只要電力監控系統自身建設完成，通信骨干網建設完成，即可開展電力監控系統的遠動調試，調試開始時間可以大大提前。

（2）工程實施的劃分界面的變化。電力監控系統集成到綜合監控系統時的工程劃分界面是在變電所內的綜合自動化系統網絡交換機端口處，這時就存在著前文所述的第二個缺點。當電力監控系統獨立設置后，電力監控系統的工程實施則可以納入供電系統承包商統一實施。這時就不再有前文所述的工程管理和實施上的接口，避免了前文所述的電力監控系統集成到綜合監控系統時的第二個缺點。

（3）控制中心電力調度系統獨立設置。這種設置方式，就避免了前文所述的電力監控系統集成到綜合監控系統時的第三個缺點。因為軟硬件都是獨立設置，就避免了因其他系統出行雪崩數據時造成的整個集成系統崩潰。電力監控系統能否正常運行，僅和本系統的運行狀態有關。

雖然，高度集成的信息系統是未來的發展趨勢。但是結合在城市軌道交通系統設備工程建設中的實際經驗，電力監控系統集成到綜合監控系統的缺點也體現得較為明顯，是未來需要研究解決的問題。在目前的情況下，最終還是選擇在近期開工的重慶軌道交通環線、四號線、五號線、九號線、十號線中回歸了電力監控系統獨立設置的模式。

參考文獻

[1]王軍平，趙赫男，王存毅.IEC61850標準在城市軌道交通電力監控系統中的應用前景分析[J].自動化博覽，2008，25（3）：94-97.