城市軌道交通電力監控系統研究

［摘 要］在現代城市化進程中，城市軌道交通系統扮演著關鍵的角色，其是連接城市各個角落、提供高效便捷交通服務的重要組成部分。隨著城市人口的增加和交通需求的提高，城市軌道交通系統的規模和復雜性不斷擴大，這使得對其電力供應和監控的需求變得日益迫切。文章介紹了城市軌道交通電力監控系統的構成，探討了電力監控系統的設計與實現，以期為相關人員提供參考。

［關鍵詞］城市軌道交通；電力監控系統；調度系統；自動化系統；網絡通信

［中圖分類號］TP311.13 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0117–03

1 城市軌道交通電力監控系統概述

1.1 電力調度系統

電力調度系統由多個關鍵部件組成，確保電力供應和監控的穩定性和高效性。系統的構成主要包括局域網絡、服務器、工作站及中心UPS 電源。電力調度系統負責對電力供應進行調度、監控和管理，確保電力系統的穩定運行。通過電力調度系統，操作人員可以實時監測電力供應情況，及時發現和解決電力故障，保障城市軌道交通系統的安全運行。

其中，局域網絡是連接電力調度系統各個部件的重要通信網絡，其實現了服務器、工作站和其他設備之間的數據交換和通信，保證了電力調度系統的實時性和穩定性，是整個系統運行的基礎。服務器是電力調度系統中的核心數據處理和存儲設備，負責接收、存儲和處理來自各個部件的數據信息，為操作人員提供實時監控和分析所需的數據支持，服務器的穩定性和高效性對于整個系統的運行至關重要。工作站是操作人員進行監控和管理的終端設備，操作人員通過工作站可以實時查看電力系統的運行狀態、處理故障和進行相關操作，工作站提供了直觀、便捷的操作界面，幫助操作人員及時做出反應，保障電力系統的安全和穩定運行。中心UPS 電源是電力調度系統的備用電源設備，用于在電力供應中斷或異常情況下保證系統的持續運行，防止系統中斷造成的數據丟失和運行中斷，保障電力調度系統的連續性和可靠性。

1.2 供電復示系統

供電復示系統是城市軌道交通電力監控系統的重要組成部分。其功能在于監測電力系統中的供電情況，并在發生異常時及時發出警報并復現故障。通過供電復示系統，操作人員可以迅速檢測到電力系統中的異常情況，如電力中斷或過載等，從而及時采取相應措施，保障城市軌道交通系統的正常運行和乘客的安全。供電復示系統的作用是確保電力系統的穩定性和可靠性，為城市軌道交通的安全運行提供了重要保障。

1.3 變電所綜合自動化系統

變電所綜合自動化系統是確保城市軌道交通電力供應安全穩定的關鍵系統之一。其系統構成主要包括站級管理層、控制信號盤、站控主單元、通用控制單元和一體化監控計算機。

1.3.1 站級管理層

站級管理層是變電所綜合自動化系統的核心，承擔著管理和監控整個變電所的重要任務。其先負責數據采集，收集變電所內各種設備的運行數據，包括電壓、電流、功率、開關狀態等。隨后進行數據處理，對采集到的數據進行濾波、分析和計算。接著，站級管理層將處理后的信息以圖形、表格、曲線等形式顯示出來，使操作人員能夠直觀了解設備運行狀況。同時，站級管理層還負責報警處理，一旦設備出現異常情況，及時發出報警信號，以便操作人員及時采取應對措施。為了提高變電所綜合自動化系統的可靠性，站級管理層通常采用冗余設計，以確保系統在關鍵時刻能夠穩定運行。數據采集頻率為10 Hz，數據處理能力為100 萬條/s，信息顯示方式為圖形、表格、曲線，報警方式為聲光報警、短信報警。

1.3.2 控制信號盤

控制信號盤主要用于處理各種控制信號，以保證電力設備的正常運行。其接收來自站級管理層的控制指令，并將這些指令發送給相應的設備執行。同時，控制信號盤負責反饋設備的執行結果給站級管理層，以便及時跟蹤設備運行狀態。為了提高抗干擾能力，控制信號盤通常采用光纖通信方式，確?？刂菩盘柕姆€定傳輸。

1.3.3 站控主單元

站控主單元作為變電所的主控制設備，負責控制各個設備的運行狀態，以保障電力供應的穩定性。其功能包括運行控制（對變電所內的開關、斷路器、變壓器等設備進行控制）、事故處理（在發生事故時采取相應措施進行處理）、參數設置（對各種設備的參數進行設置）。為了提高變電所綜合自動化系統的可靠性，站控主單元通常采用雙機熱備份方式，以確保系統在關鍵時刻能夠持續運行。站控主單元冗余方式為雙機熱備份，控制精度為0.1%。

1.3.4 通用控制單元

該單元用于控制變電所通用設備，包括開關、斷路器等。其功能涵蓋開關控制（控制開關的合閘、分閘操作）、斷路器控制（控制斷路器的跳閘、合閘操作）及測量（測量開關、斷路器的電流、電壓等參數）。通用控制單元通常采用模塊化設計，便于維護和更換，支持在線維護。

1.3.5 一體化監控計算機

一體化監控計算機是變電所綜合自動化系統的核心控制終端，通過監控計算機可以實現對整個變電所的實時監控和管理。其功能包括實時監控（監控變電所內各種設備的運行狀態）、歷史數據查詢（查詢歷史運行數據）、報警管理（處理各種報警信息）及趨勢分析（分析設備運行趨勢）。一體化監控計算機在整個系統中發揮著重要的作用，為操作人員提供了全面的設備狀態信息，幫助其及時做出反應和決策。一體化監控計算機要求服務器數量2 臺，系統性能為1 000 MIPS。

1.4 網絡通信層

1.4.1 所內監控網絡

所內監控網絡是網絡通信層的重要組成部分，用于實現變電所內部各個設備之間的數據通信和信息交換。該網絡采用局域網（LAN）技術，覆蓋整個變電所范圍，并通過合適的網絡拓撲結構確保數據傳輸的穩定性和可靠性。所內監控網絡負責將采集到的各種數據傳輸到站級管理層和其他監控設備，以便實現對電力設備的遠程監控和管理。

1.4.2 交換機

交換機是網絡通信層的關鍵設備之一，用于實現局域網內部各個設備之間的數據交換和路由。通過交換機，可以實現數據的快速傳輸和高效路由，保證電力監控系統的實時性和穩定性。交換機根據網絡中設備的通信需求和數據流量，靈活調整數據的傳輸路徑，以確保數據能夠按時、準確地傳輸到目的地。

1.5 間隔設備層

城市軌道交通電力監控系統的間隔設備層是指電力系統中各種間隔設備的集合，包括斷路器、開關、繼電器等。這些設備位于電力系統的不同位置，用于控制電力的傳輸和分配。間隔設備層通過實時監測和控制電力設備的運行狀態，保障電力系統的安全穩定運行。在城市軌道交通電力監控系統中，間隔設備層負責實時監測電力設備的工作狀態，及時發現電力系統中的故障和異常情況。通過間隔設備層的監控和控制，操作人員可以迅速響應和處理電力系統中可能出現的問題，保障城市軌道交通的安全運行和電力供應的穩定性。

2 電力監控系統設計與實現

2.1 電力監控系統的分層分布架構

電力監控系統的分層分布架構包括物理層、通信層、應用層和管理層4 個主要組成部分。物理層負責從現場設備中采集數據，如電壓、電流、功率及開關狀態等，這些數據是電力監控系統運行的基礎。通信層負責將從物理層采集到的數據傳輸到上層系統，這包括數據傳輸的協議、網絡拓撲及數據傳輸的安全性和穩定性，通信層的有效運行確保了數據能夠及時、準確地傳送到應用層。應用層是電力監控系統的核心部分，負責對采集到的數據進行處理、分析、顯示和存儲，在應用層，數據被轉化為有意義的信息，以便操作人員能夠理解和利用，這些信息可能以圖表、報告、警報等形式呈現，幫助操作人員監控系統的運行狀態并做出相應決策。管理層是電力監控系統的最頂層，負責對整個系統進行管理和維護，其包括系統配置、用戶權限管理、設備狀態監測、故障診斷和維修等功能，管理層為電力監控系統的穩定運行提供支持和保障，使得電力監控系統能夠持續地為城市軌道交通電力系統的安全運行提供服務。這種分層架構使得電力監控系統的各個部分之間相互獨立且高度協作，同時也便于系統的擴展和升級。每一層的功能清晰明確，使得電力監控系統能夠更加高效、可靠地運行，為城市軌道交通的電力供應安全提供了重要保障。

2.2 電力監控系統平臺的實現方案

硬件平臺采用標準的服務器和網絡設備，保證電力監控系統的穩定性和可靠性。軟件平臺采用成熟的監控軟件，如華為FusionInsight、浪潮云海等。數據庫采用關系數據庫和NoSQL 數據庫，滿足不同類型數據的存儲需求。安全措施采用防火墻、入侵檢測系統等，保證電力監控系統的安全性。

2.3 電力監控系統的應用

電力監控系統應用于發電、變電、輸電、配電等各個環節，確保電力系統的安全和穩定運行。例如，發電廠通過電力監控系統監控發電機組的運行狀態，確保發電的安全和穩定。變電站通過電力監控系統監控變壓器、開關等設備的運行狀態，確保電網的安全和穩定。輸電環節通過電力監控系統監控輸電線路的運行狀態，防止線路故障。配電環節通過電力監控系統監控配電網的運行狀態，提高供電可靠性。電力監控系統平臺如圖1 所示。

3 結束語

城市軌道交通電力監控系統不僅提升了城市軌道交通電力系統的安全性和穩定性，也為未來的技術創新和系統優化提供了重要參考。文章的研究可為城市軌道交通系統的發展和改進提供有益啟示，為城市交通運輸的可持續發展貢獻力量。

參考文獻

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