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摘要：上海軌道交通其第一條線路于1995年4月10日正式運營，是繼北京地鐵、天津地鐵建成通車后中國內地投入運營的第三個城市軌道交通系統，也是目前中國線路最長的城市軌道交通系統。本文主要介紹地鐵配電系統的架構及力控軟件平臺在上海地鐵2號線變電所綜合自動化系統中的應用。
一．前言
截止2011年6月30日，上海軌道交通線網已開通運營11條線、275座車站，運營里程達420KM（不含磁浮線）位居世界第一。上海軌道交通2號線是上海第二條地下鐵路線路，于2000年6月11日開始運營。該線從青浦區(qū)徐涇東站，經過有中華第一街之稱的南京路，穿越黃浦江，到達浦東新區(qū)張江高科技園區(qū)，并且再續(xù)經唐鎮(zhèn)、川沙等地，最后到達上海對外聯絡大空港浦東國際機場，可以說是連接上海過去和未來的紐帶。
2號線全長60公里，共有30個車站，每天運營18小時11分鐘，日客流達130萬人次，成為國內單線運營里程最長，客流最大的軌道交通線路。
二．項目概述
2.1 現狀
虹橋綜合交通樞紐交通中心配套工程（軌道交通2號線西西延伸段工程淞虹路站～諸光路站）由青浦區(qū)的諸光路至2號線已運營的淞虹路站。線路走向為：諸光路站—徐民路—軸線大道—虹橋綜合交通樞紐虹橋西站—虹橋東站—天山路—淞虹路站。線路全長8.58km，全部為地下線，共設3座車站。分別為：虹橋機場東站、虹橋機場西站和諸光路站。
2號線西西延伸段工程共設置2座牽引降壓混合變電所分別在諸光路站、虹橋東站。2座降壓變電所位于虹橋西站、區(qū)間4號風井。5座跟隨式降壓變電所位于虹橋東站、虹橋西站2座、諸光路站、區(qū)間2號風井。
2.2 系統設計目標
2號線西西延伸工程變電所綜合自動化系統設計目標如下：
★各變電所內設備的控制、監(jiān)視、聯動、聯鎖、閉鎖功能，自動投切、電流、電壓、功率、電度和其它各種信息量的采集功能；
★各變電所能動態(tài)顯示變電所主接線畫面和接入綜合自動化系統的微機測控、保護單元、信息采集單元等裝置的通信工況；
★各變電所采用窗口模式顯示所內事故、報警信息以及事故、報警發(fā)生的時間；
★各變電所主要參數的趨勢圖展示，以及主要參數的日報，月報，季報，年報展示；
★與調度中心pSCADA平臺 進行通信，向pSCADA調度或當地維護計算機傳輸變電所操作、事故、預告等信息；接收pSCADA調度或當地維護計算機下發(fā)的控制命令。
2.3系統設計原則
★快速響應性
從電力行業(yè)的要求來看，系統設計過程中應滿足快速響應性的要求，軟件畫面切換時間≤1s；變電所內網絡通信速率≥100Mbps；所內事件分辨率≤5ms。
★開放性
系統平臺模塊化分布式架構，具備良好的開放性，支持用戶二次開發(fā)，方便客戶依據現場需求進行個性化設置。支持各種主流設備及實時數據庫的數據接口，并通過標準關系數據庫接口(如ODBC、OLE DB)實現與第三方系統的數據集成。
★安全穩(wěn)定性
軌道交通系統運行中，電力系的安全穩(wěn)定統對列車正常運行起著至關重要的作用，系統平臺具備嚴格的權限管理機制，并且具備故障處理查詢、事件記錄查詢功能。
2.4系統需求
本系統主要實現如下功能：變電所綜合自動化系統平臺可以實現變電所各種設備的控制、監(jiān)視、聯動、聯鎖、閉鎖功能，自動投切、電流、電壓、功率、電度和其它各種信息量的采集功能。系統需要具備協議轉發(fā)功能，從而將各個變電站數據以統一的協議模式匯總到上級調度電力pSCADA系統。
重要設備之間不僅利用二次回路實現硬線的聯動、聯鎖、閉鎖，還可以利用綜合自動化軟件在組態(tài)中完成上述功能，實現邏輯判斷、計算、繼電器等功能。
三．系統架構
根據上述功能需求，系統架構如下圖所示。
圖1 系統架構圖
3.1 通信網絡
變電所內綜合自動化通信網絡采用工業(yè)級光纖以太網，提高所內通信的帶寬和抗干擾能力。站級監(jiān)控室內配置一臺工業(yè)級光纖以太網交換機，用于連接不同設備群的光纖以太網接口，滿足變電所綜合自動化系統控制、測量、保護的通信技術要求，完全滿足全所自動化要求。
在每個變電所，為33kV、DC1500V 及0.4kV 開關柜根據現場需要配備串口服務器設備，該設備安裝于開關柜內，用于將柜內控制單位的RS485信號轉換為以太網信號匯總到站級監(jiān)控室的監(jiān)控平臺。
3.2 控制系統
變電所內的控制信號屏配置ABB的AC500系列控制器，該設備不僅具有工業(yè)級的快速專用核心處理器和大容量的RAM，并且其系統提供可編程口，利用簡單的結構化Script語言，用戶可以完成數值計算功能、邏輯運算功能和控制輸出功能等。
3.3 站級監(jiān)控
每個變電站站級監(jiān)控系統選用力控科技電力監(jiān)控軟件作為系統平臺，可實時監(jiān)控各開關柜內監(jiān)控單元的運行狀態(tài)，實現變電所各種設備的控制、監(jiān)視、電流、電壓、功率、電度的采集等功能。
力控電力監(jiān)控軟件，完美的結合了通用組態(tài)軟件和電力專業(yè)技術，是使用先進的計算機軟件編程技術開發(fā)的專業(yè)電力系統自動化的組態(tài)軟件，適用于縣級調度自動化、集控站自動化、變電站綜合自動化、電廠電氣監(jiān)控（ECS）、企業(yè)供配電自動化、水電站綜合自動化及樓宇配電自動化等主站系統。
由于每個變電站具備多種設備，各個設備的數據通信協議不同，為了實現數據的匯總統一，每個變電站配備一臺力控科技數據采集網關pFieldcomm。變電站數據通過pFieldcomm采集網關可統一轉為電力104規(guī)約方式傳送到中央調度室的中心調度系統pSCADA平臺。
力控pFieldComm系列工業(yè)通訊網關采用高性能的嵌入式計算平臺，服務內核軟件可運行于桌面操作系統或嵌入式操作系統中，是一個脫離于具體硬件設備接口的通訊服務平臺。具有多種通訊采集和轉發(fā)規(guī)約庫，可以實現采集多個不同子系統的數據，進行數據集中匯總、分類和預處理，可以簡化系統中異種協議的轉換和系統聯網過程，異種協議容易接入并可轉換為標準協議（如OPC方式）與其它系統聯網。
四．系統功能特點
4.1 實時全面性
系統可以形象直觀的方式，實時動畫顯示系統設備運行情況，變電站主接線圖可根據現場運行狀況動態(tài)實時顯示各個開關狀態(tài)�？蓪崟r顯示電流、電壓、電能、功率、有功、無功、功率因數等數據，實現電力系統的四遙功能。
圖2 主接線圖
圖3 四遙數據畫面
圖4 遙信狀態(tài)畫面
強大的報表曲線功能：通過所存儲的歷史數據可以方便生成各種值班報表、操作報表、報警報表以及日月年報表。各種數據均可通過實時、歷史趨勢曲線方式進行展示。
4.2 安全可靠性
在操作上嚴格權限管理，運營級操作員通過工作站訪問本系統。無論工作站的初始啟動或注銷，都將直接進入本系統登陸畫面或徹底退出操作系統，一般用戶不允許接觸到任何操作系統命令。
系統可提供審計跟蹤功能，記錄所有用戶操作過程，對出現的系統安全問題提供調查的依據和手段；系統應具備事務日志功能。各種記錄（操作、警報）可根據用戶要求，按站名、對象、性質、時間等項目進行檢索。
系統報警支持多種報警輸出方式，可通過音頻報警、手機短信、E-mail等方式輸出告警到手機、PDA、PC上。
4.3 集成開放性
本系統支持同時通過不同類型的通信協議來采集多個現場設備的實時數據信息，并按預先的系統配置要求存放于系統實時數據和歷史數據庫中�？芍С蛛娏DT、DNP、標準Modbus協議、電力標準IEC 101、102、103、104規(guī)約，支持ABB的AC500設備自有協議和AVERA(ALSTOM)的Courier規(guī)約。
具備Web Server功能，方便用戶遠程瀏覽系統內的各種實時、歷史數據，如主結線圖、系統圖、基于綜合保護裝置和間隔層的實時數據查詢，以及歷史SOE、操作事件和系統事件查詢，遙測歷史曲線和負荷曲線瀏覽等。
五．總結
隨著城市交通的快速發(fā)展，地鐵依靠其方便快捷的特性已成為居民出行的重要途徑。本系統結合先進的計算機技術、自動控制理論、數據采集通信平臺，為數字城市建設提供了有力保障。
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