城市軌道交通變電所綜合自動化組網分析

田 衡

(中鐵電氣化局集團第一工程有限公司，北京 100070)

0 引 言

城市軌道交通網絡作為各地區公共交通體系的重要內容，其組網結構的科學性，影響著城市軌道交通變電所運行質量。因此，本文結合城市軌道交通變電所綜合自動化組網目標，對變電所常用綜合自動化組網結構展開分析，完善變電所自動化系統功能，為城市交通網絡安全、可靠運轉奠定基礎。

1 城市軌道交通變電所綜合自動化系統組成

城市軌道交通是對市郊列車、有軌電車、單軌交通、地鐵的統稱，城市軌道交通中，變電所綜合自動化系統是通過集成計算機、電子信息、通信等技術，對變電站二次設備所進行的重新組合，進而優化設備運行、變電站設備的監督流程。具體來說，變電所綜合自動化系統多由站級管理層、網絡通信層、間隔設備層構成，結構類型為分層分布式, 如圖1所示。其中，管理層包括智能監控、計算機、通信控制裝置、轉換開關、智能設備接口等板塊，而間隔設備層內則包括設備信息采集、智能測控、現場設備接入點等內容。該層面中，現場設備主要指交流電源、直流電源裝置，以及35 kV、DC 1 500 V、400 V測控保護單元、排流柜等裝置[1]。

圖1 變電所綜合自動化系統圖

2 城市軌道交通變電所綜合自動化組網目標

城市軌道交通變電所綜合自動化組網的目標，是運用不同組網模式，完善變電所綜合自動化系統的監控、操作閉鎖、控制等功能。一方面，確保綜合自動化系統能夠有效判斷需監測的開關數量。同時可在線、實時監視斷路器、直流設備、接地刀閘、隔離開關的實際位置，以及變電站二次設備自動裝置運行狀態、變壓器分接頭動作變化等內容。并且在相關設備運行狀態出現異常時，從系統顯示界面，給出語音警報，或是直接記錄設備響應動作，播放設備故障畫面。另外，借助自動化組網系統所實現的監控功能，同樣可結合非電氣、電氣模擬量，分析變電所電網是否處于穩定、安全的狀態。

另一方面，為變電所自動化系統操作閉鎖、控制功能的實現提供助力。隔離開關、二次設備開關、主變電路、斷路器是系統的主要操作對象。相關人員在綜合自動化系統運行時，可根據變電所內設備主控制時的動態監控畫面，借助選擇設備、反較設備、執行命令等流程，操作變電所內可控設備。甚至能夠按照設備運行實況，保障人員運維安全。除此之外，城市軌道交通體系中，變電所綜合自動化系統，在科學組網模式中，其閉鎖功能逐漸完善，可正確控制站內斷路器、可控點，靈活調節有負載可調壓的變壓裝置接頭。在此閉鎖功能使用中，系統可自動記錄操作流程，利用監督認可、防誤閉鎖板塊，進一步優化系統閉鎖操作性能[2]。

3 城市軌道交通變電所綜合自動化組網分析

3.1 變電所常用綜合自動化組網結構

3.1.1 光纖環網接線

城市軌道交通變電所自動化組網中，系統組網結構采用光纖環網接線的目的，是為預防網絡體系中光纖網絡連接線斷裂時，對變電所內部區域造成的安全隱患。此種組網結構可有效防治某處故障對城市軌道交通整體電網的影響，有助于將網絡故障控制在冗余模式中。再者，光纖環網接線結構，可幫助變電所通信系統核查光纜中的故障位置。具體指變電所光纜產生故障后，相關人員能夠利用環網交換機、冗余配置獲取相關運行數據，并且針對性排查故障點，保證變電所網絡運行的可靠性。另外，光纖環網接線這一組網結構，可將原有的自動實現拓撲改變，轉換到總線型，以維護電網穩定性。但是根據IEC61850標準，變電站報文延時不能大于4 ms，在現有自動化組網中，僅有少數品牌電網設備滿足該標準，進而導致環網接線成本較高。

3.1.2 光纖星形接線

光纖星形接線在城市軌道交通變電所綜合自動化組網中的運用優勢，主要在于組網成本、網絡通信、調試流程。首先，成本較低。相較于光纖環網，采用此種組網接線方式時，交換機數量隨之減少。比如在光纖環網接線中，需利用2～3臺環網交換機支撐變電站網絡數據通信，而光纖星形組網中，對交換機數量、型號配置要求較少。其次，網絡通信具有實時性。光纖星形接線中，各節點網絡通信的延時性明顯低于光纖環網。并且星形接線網絡本身的愈合時間，符合變電所二次設備繼電保護裝置運行時操作數據交換的要求。最后，調試流程簡單。變電所自動組網中，采用星形接線的變電站系統在調試時，可按照系統排列，逐一對系統展開調試。比如其調試步驟可在分別為35 kV、DC 1500V、400 kV等開關柜，以及鋼軌電位限制設備后，接入變電所綜合自動化系統內。但在某一中間調試環節受阻時，其他系統則無法準時接入系統中。

3.1.3 雙星形接線

針對城市軌道交通變電所綜合自動化組網中，環網接線、星形接線的優勢、不足之處，在城市軌道交通體系中，相關人員可選用雙星形接線方式，構建系統網絡通信層，優化綜合自動化系統內網絡結構。此種接線形式可在集成環網、星形接線優勢后，使變電所綜合自動化系統具備以下功能。第一，實現自動排查故障點，并使用普通交換機代替環網交換機，控制組網成本。第二，確保網絡通信的實時性、調試流程的簡單化。第三，在通信接口板塊，靈活鋪設普通交換機，解決交換機兼容問題。

3.2 城市軌道交通變電所自動化系統結構設計

基于自動化組網，城市軌道交通變電所系統建立時，是由站級管理層、間隔設備層、網絡通信層構成。相關人員可利用“站級管理層”綜合監測變電所內部設備，控制設備報警功能，同時使其負責管理綜合監測、自動化系統中的工作數據轉換，具體包括自動化屏幕、以太網交換機、智能測控裝置等。而在系統結構中所設計的網絡通信層，可作為變電所管理層、間隔設備層信息溝通渠道，光纜、通信、光電轉換裝置是網絡通信層的主要組成部門。間隔設備層是城市軌道交通變電所自動化系統中的重要結構，該層承擔著測控、保護站內功能設備的責任。因此，各設備監護單元需由以太網接口區域，將交換機接入，以保證控制顯示屏、光纜的有效連接，其設計模式主要為光纖縱聯差動、電流選跳主保護兩種類型。

除此之外，在該系統各設備單元中，技術人員會增設獨立的微機保護裝置，以便于系統運維人員控制、保護電力設備，提前發現設備故障，且各設備單元故障產生后，因微機保護裝置的獨立性，可確保設備故障不影響其他裝置正常使用。同時在站級管理層中，相關人員可在數據采集、設備參數變化中，設計綜合控制屏、智能測控等設備測控單元，完成設備監控、管理、通信信息處理等基礎性任務。并且在智能模擬盤、交換機、通信電纜等裝置的協同作用下，實現間隔設備層、網絡通信層與站級管理層的數據共享，確保城市軌道交通變電所自動化系統功能設計的系統性。

4 結束語

綜上所述，由于城市軌道交通變電系統中，設備類型的多樣化特點，以及設備監管需求的差異性，在變電所綜合自動化系統建立中需合理選擇實際組網方式，以保證組網設計后，設備能夠在分層控制中更為可靠、安全地運行，滿足系統穩定運行要求。在城市軌道交通變電綜合自動化組網中，相關人員還應考慮組網設備運用中的能耗問題，以完善城市軌道交通變電所運營管理體系。