軌道交通供電運行安全管理系統研究與應用

文/王江 重慶市軌道交通（集團）有限公司 重慶 401120

1、系統設計技術原則

為確保系統的穩定運行，系統采用分層分布式架構，系統服務器使用雙機熱備模式，提供主備冗余功能，保證系統核心的持續運行。供電系統的功能是向列車及各機電設備系統提供安全、可靠、優質的電力供應，滿足各系統的供電要求。電力牽引供電系統是城市軌道交通的重要組成部分，沒有電力牽引供電系統的可靠安全供電，就不可能有城市軌道交通的正常運行。

在控制中心擁有整套設備的安全運行管理職責，能夠通過信道交互閉鎖監控的遙控作業，并能達到對變電所、接觸網操作的遠程實時監控。

在主變電所、牽引降壓混合變電所、降壓變電所系統內的設備具有防止電氣誤操作功能，并能通過通信方式關閉正在執行監控任務的遙控裝置，現場操作設備也擁有嚴格的防誤功能。

系統具有多組織、多分配并行及設備交互運行的防誤操作效用。

系統根據現有的內部機械聯鎖和電氣聯鎖屬性，完成電氣間隔內的防誤閉鎖和設備間、變電所間、復雜操作等方式的防誤操作。

在變電所、車輛段、接觸網，實現地線操作的防誤，具有地線存取狀態的在線監視管理功能。

在車輛段檢修段、接觸網，具有強行檢驗是否帶電閉鎖功能和接地線掛拆位置的實時采集數據上傳功能。

接觸網的接地作業依據現場的接地方式（地刀接地和地線接地）布控防誤閉鎖與監控。

在正線變電所、車輛段列檢車間，具有開鎖鑰匙權限授予及維護功能。

系統具有操作票、工作票專家系統功能，按照操作指令形成工作票及對應的工作模版，實現網絡開票、流程控制及管理功能。

2、系統功能設計

2.1 變電所安全管理功能

可在值班所或變電巡檢工區的系統工作站上根據作業令進行工作票的編制、審核，提交電調批準，可按需自動生成有關執行文件并打印。

無論值班所、變電巡檢工區、變電所均具備對所管轄電氣設備的安全管理功能。操作人員可根據調令在系統工作站上進行模擬預演、生成操作票和執行序列，也可直接接受由電調分解生成的操作序列傳送到電腦鑰匙，到相應的變電所進行操作。

實現變電所接地線的強制、規范化管理，實現地線狀態實時監測，防止接地線的誤掛、漏掛、誤拆、漏拆。

在值班所或變電巡檢工區系統工作站上可定制巡檢任務，并對巡檢路線、巡檢內容、巡檢結果、設備缺陷進行管理，實現變電所電氣設備的電子化巡檢功能。

同變電所當地監控通信，可以接收變電所SCADA遙信狀態，并對SCADA遙控操作進行防誤判斷及閉鎖。

安全管理系統發生異常時，可在拿到鑰匙管理機的授權后拿緊急解鎖鑰匙進行后續操作。

2.2 接觸網檢修作業安全管理功能

可在接觸網檢修班組的系統工作站上根據作業令進行工作票的編制、審核，提交電調批準，并可根據需要自動生成相關指導性操作文檔并打印。

實現接觸網檢修作業過程的安全管理，保證工作內容與調令的技術關聯，并在開票及操作過程中實現防誤閉鎖管理。

接觸網接地線強制、規范化管理，實現接觸網上掛拆接地線狀態的采集，防止誤掛、漏掛、誤拆、漏拆接地線。

實現接觸網接地操作前的強制驗電功能。

2.3 系統實時性設計

對一次設備狀態的實時采集。一次設備的采集由監控后臺完成，在系統與監控后臺軟件共用實時庫，因此系統可實時獲取一次設備狀態信息，包括臨時接地線和網門的狀態。從而實現了系統與現場一次設備的實時對位。

對閉鎖元件的實時控制和信號采集。閉鎖元件包括智能鎖具和閉鎖節點，系統實時獲取閉鎖元件的狀態。根據閉鎖邏輯和操作票執行進度，對符合操作規則的設備，自動閉合閉鎖節點或解鎖智能鎖具，并對這些閉鎖元件的操作情況跟蹤及在線檢測。

實時防誤操作。主機與控制閉鎖節點、電磁鎖的解鎖、閉鎖操作直連，并在線獲取一次設備、閉鎖節點、電磁鎖的狀態。后續操作只有當系統檢測到設備變位后才能進行，避免了微機五防的“走空程”問題。

在操作票執行過程中，變電站內如果發生異常告警，使得已經解鎖的操作項不再符合五防邏輯，系統將及時閉鎖節點或電磁鎖，以防止誤操作的發生。

2.4 系統可靠性設計

雙網冗余配置。通常，電力系統 110k V 及以下電壓等級的變電站均采用單以太網進行通信關聯。對于 220k V 及以上電壓等級的變電站，采取雙網冗余配置，為了提高通信的可靠性，本系統也采用雙以太網的通信方式，一個作為主網，另一個作為備網。正常工作時，間隔層裝置同時向兩個以太網發送數據，而監控后臺只需處理主網數據。監控后臺實時監視間隔層裝置的通信狀況，當主網通信異常時，監控機會自動將備網切換為主網，以保證通信暢通。雙網冗余的工作方式為系統通信的穩定提供了雙重保障。

雙機冗余配置。雙后臺機的方式可以提高變電站監控系統的可靠性。采用雙后臺機時，兩個后臺機安裝相同的監控后臺軟件，正常工作時，主機內系統投入運行，備機內系統處于熱備用狀態。主機與備機實時庫保持同步，在操作票執行過程中，備機上保存操作票的備份，主機上操作票每執行一步，備機上都跟隨主機同步實時庫。因此，在模擬開票過程中，或是操作票執行過程中，一旦主機因異常退出運行，備機都會立即啟動系統，并恢復到主機異常退出時的狀態。

雙位置遙信配置。閉鎖邏輯依賴于設備的遙信位置信息，如果監控后臺接收到的遙信信息不準確，系統可能會錯誤的開放對設備的操作。例如，斷路器處于“分”位是操作兩側隔離刀閘的必要條件，如果監控系統對斷路器位置信息采集不正確，將本處于“合”位的開關誤認為“分”位，系統就可能開放對隔離刀閘的操作，其結果是發生“帶負荷拉（合）刀閘”的誤操作。

結語：

本章主要是對系統設計進行了敘述。首先，根據實際業務需求，確定了系統的設計技術原則。其次介紹了系統的總體架構以及子系統的架構。隨后，對系統的功能進行了設計。最后，敘述了包括系統與電力監控系統的通信交互、系統實時性、系統可靠性等方面的設計。