城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及發(fā)展

趙欣健

（西安市地下鐵道有限責任公司運營分公司）

1 前言

隨著智慧城市的大力發(fā)展，城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)也受到重視。這主要是由于電力監(jiān)控系統(tǒng)是保障城市軌道交通安全運行的重要保障[1]。一直以來，城市軌道交通運行過程中，所追求的目標都是“三高兩低”。其中，“三高”主要是指較高的安全性、可靠性以及自動化。“兩低”主要是指較低的損耗和較低的維護。為實現(xiàn)城市軌道的運營的目標，電力監(jiān)控系統(tǒng)的完善是十分重要和關(guān)鍵的。

2 城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)理論概述

城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)，又稱PSCADA系統(tǒng)，其主要是指對各類變所（如城市軌道供電系統(tǒng)主變電所、降壓變電所以及牽引變電所等）的電所設(shè)備以及供電設(shè)備等進行實時監(jiān)控、控制、測量以及發(fā)現(xiàn)故障的信息化平臺[2]。目前，PSCADA系統(tǒng)在設(shè)計過程中，主要由三部分組成，即在控制中心的調(diào)度系統(tǒng)、變電所內(nèi)的綜合自動化系統(tǒng)以及通信通道[3]。電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r反映供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，特別是故障信息，進而能夠為分析故障原因、處理故障以及保障人員安全和財產(chǎn)安全提供重要的支撐。因此，城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和應用是十分重要的。

3 電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的分層分布架構(gòu)

在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，應用分層分布系統(tǒng)架構(gòu)具有很大優(yōu)勢，不僅能夠滿足現(xiàn)階段我國城市軌道交通對電力的需求，還能夠為未來城市軌道佳通的橫縱向綜合應用奠定良好的基礎(chǔ)。本研究設(shè)計的電力監(jiān)控系統(tǒng)，采用的主要是兩級管理、三級控制的方式。

兩級管理主要是中央級別管理和車站級別管理。三級控制在二級管理的基礎(chǔ)上，增加了現(xiàn)場級別控制。其中，中央級別管理的作用主要在于對全線監(jiān)控對象的狀態(tài)、性能等進行實時數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，并通過調(diào)度員工作站，以圖像、文本或表格的形式呈現(xiàn)，進行監(jiān)控。車站級監(jiān)控系統(tǒng)主要是對本站供電設(shè)備進行監(jiān)控，并形成多級冗余。現(xiàn)場級別控制中央級和車站級均有接口，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、共享等。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)平臺的實現(xiàn)方案

在本研究設(shè)計中，主要采用的是我國自主研發(fā)的RAILSYS軟件平臺。RAILSYS軟件平臺的應用，對于保障城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的實時性和可靠性等均有較好的保障。電力監(jiān)控系統(tǒng)的應用構(gòu)架主要有RAILSYS軟件平臺決定，具體的功能也是在RAILSYS軟件平臺實施和完成的。

1）環(huán)境支持

RAILSYS軟件平臺能夠支持多個網(wǎng)絡(luò)分布式運行環(huán)境，不僅包括業(yè)務動態(tài)加載，還包括業(yè)務動態(tài)分配。與此同時，在RAILSYS軟件平臺建立的電力監(jiān)控系統(tǒng)還支持虛擬操作技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)。另外，電力監(jiān)控系統(tǒng)支持的環(huán)境還包括主流的操作系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

本研究設(shè)計的電力監(jiān)控系統(tǒng)，其在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方面能夠支持多網(wǎng)絡(luò)訪問、數(shù)據(jù)庫冗余以及SQL語言有限集等等。

3）中間件技術(shù)

為進一步滿足城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，本研究在進行設(shè)計的過程中，采用了實時數(shù)據(jù)庫、通訊以及實時信息中間件等機制。與此同時，在進行設(shè)計的過程中，提供了實時應用信息總線，總線支持的內(nèi)容主要有環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備監(jiān)控以及供電應用等拓展業(yè)務或數(shù)學模型等等。

4）公共應用模型支持

在進行設(shè)計的過程中，考慮到開放性標準，采用了外掛策略，因而具有較為廣泛的靈活性和適用性。

5）人機界面組態(tài)工具

本研究設(shè)計的電力監(jiān)控系統(tǒng)，主要有2個平臺，即通信平臺+SCADA、+HMI平臺。隨著人機界面所占的分量逐漸增加，在進行設(shè)計的過程中，將組態(tài)軟件和應用軟件分為兩個部分。同時，平臺軟件提供應用模板，以起到豐富支持系統(tǒng)和驗證支持系統(tǒng)正確性的作用。

6）累計性應用

在城市軌道交通建設(shè)中，應用電力監(jiān)控系統(tǒng)的重要性不言而言。然而，在監(jiān)控系統(tǒng)應用的過程中，由于多專業(yè)接口缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，因而只有平臺化的建設(shè)思路，才能制定從通信、應用以及數(shù)據(jù)等不同匹配層的標準。

3.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的應用

RAILSYS軟件平臺在實際的應用過程中，已經(jīng)凸顯了重要的優(yōu)勢。以某項目工程為例，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：

①具有可靠性較高的解決方案，并實現(xiàn)了1+N容錯運行模式；

②具有能夠支撐多種環(huán)境的優(yōu)勢；③具有先進的多層體系系統(tǒng)構(gòu)架；④具有較強大的系統(tǒng)可拓展性；⑤實現(xiàn)了數(shù)據(jù)開放性和實時性的結(jié)合；

⑥能夠?qū)崿F(xiàn)繪圖和數(shù)學模型自動錄入和生成，便于系統(tǒng)的一體化維護；

⑦具有較強的異常捕捉能力和事故處理能力。

總之，本研究設(shè)計的城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)在實際的應用過程中具有諸多的優(yōu)勢。但隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，本研究設(shè)計的電力監(jiān)控系統(tǒng)還應不斷進行完善。

4 城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

我國PSCADA系統(tǒng)在發(fā)展過程中，主要經(jīng)歷了三個階段，即人工監(jiān)控系統(tǒng)階段、分立自動化系統(tǒng)階段以及綜合監(jiān)控系統(tǒng)階段。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PSCADA系統(tǒng)逐漸趨于使用統(tǒng)一的軟件平臺、硬件平臺，以及實現(xiàn)分立自動化系統(tǒng)的綜合集成。例如，廣州地鐵、西安地鐵以及北京和上海等地鐵在電力電力監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，大部分采用的都是綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)在建設(shè)初期，電力監(jiān)控系統(tǒng)還沒較為成熟的標準可以參考。同時在計算機等諸多技術(shù)的限制，城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計也只能是參考電氣化鐵道等監(jiān)控系統(tǒng)的模式進行設(shè)計。在電力監(jiān)控系統(tǒng)的標準方面還缺乏統(tǒng)一性，且效果也并不顯著。電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備設(shè)置以及接口均呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢，就導致電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的標準不一，從而導成本的增加等等。因此，電力監(jiān)控系統(tǒng)標準化成為現(xiàn)階段重要的研究方向。總之，我國智慧城市的軌道電力監(jiān)控系統(tǒng)還有很大的提升空間。

5 結(jié)論

綜上所述，在智慧城市的建設(shè)過程中，城市軌道交通的電力監(jiān)控系統(tǒng)十分重要。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)等的大力發(fā)展，電力監(jiān)控系統(tǒng)必然會隨之獲得更大的提高和進步。然而，目前我國在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和應用方面，尤其是設(shè)計標準方面，還存在一定的問題，進而難以發(fā)揮更大的作用和效果。因此，未來還應更加注重電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。