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轨道交通电力自动化系统设计

轨道交通电力自动化系统设计

2006/8/17 9:14:00
1 引言 由于轨道交通快捷安全,越来越成为城市市民出行的首选交通工具。它对自身动力以及车站附属设备的供电安全性要求也非常高,通过对整个供电系统的实时监控可以大大提高供电的可靠性和对事故的快速分析处理能力。 本工程的监控范围包括九座降压变电所,四座牵引箱式变电所、一座牵引变电所、一座主变电所和一座中心降压变电所。通过对16个变电所进行实时监控,实现变电所的自动化调度管理,形成整个轨道工程电力系统的全自动化调度指挥监控系统。 2 监控系统总体设计 电力监控系统采用分层分布式的系统结构。从功能上可以分为:设在控制中心的中央电力调度系统、各变电所内的变电所综合自动化系统以及通讯通道三大部分。 各个子站和控制中心的通讯利用轨道工程的内部公共通讯网络,采用光纤环网的通讯方式。系统配置2台通讯前置机互为热备用,主备通道实现自动或手动切换。中央监控调度系统与各子站的信息交换采用点对点的通讯方式,提高信息传递的速率,保证整个系统的实时性。系统的结构如图1。
3 变电所综合自动化系统设计 变电站综合自动化系统采用分层分布式的系统结构。整个系统采用分层分布式,系统纵向分三层,即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。变电站管理单元通过网络通讯对各个间隔设备(如开关智能保护装置等)实施监控。 变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC,带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制,配置PLC采集模块直接进行信号采集。通过网桥与智能设备及控制中心通讯,由网桥实现协议转换,降低PLC的CPU模块负荷率,提高系统的可靠性。 变电站综合自动化系统的构成如图2。
变电所综合自动化系统实现变电所内各种设备的控制、监视、联动、闭锁、电量的数据采集与处理以及实现所间开关联跳、接触网电动隔离开关联锁等功能。向控制中心主机传送变电所操作、事故、预告等信息;与微机综合保护单元实现数字通信,采集电流、电压、保护运行、动作信息及各微机综合保护单元自检结果等信息,并加以整理后传向控制中心。 4 中央调度系统设计 4.1 系统结构 电力监控系统中央电力调度系统以2台网络交换机组成双冗余以太网构成分布式实时监控系统,如图3所示。在网络系统中配置2台互为热备的数据库服务器,并采用标准的商用数据库管理软件,以提供强大的数据处理、存储和检索能力。2台并行工作的调度工作站(每台工作站配有双屏)、1台维护工作站均采用和1台文档工作站(兼做报表工作站和WEB服务器)均采用工业控制机。2台互为热备的通信前置机采用工控机并配置终端服务器,保证畅通无阻的数据来源。一套路由器实现与外系统的互联。一套模拟屏(包括模拟屏控制器)、1套UPS电源、4台网络打印机、1套GPS卫星钟、操作台1套。
中央电力调度系统的局域网络采用双100Base-TX以太网,使用成熟的符合工业标准的开放型网络操作系统。局域网络采用双网冗余配置;当一网络发生故障时,系统在规定的时间内将该网所承担的工作自动切换到另一网络上,此网承担所有的数据通讯,保证系统的连续运行。网络具有一定的容错能力,并采取一定的可靠性措施。网络符合IEEE802.3标准,采用TCP/IP协议进行通讯,网络结构采用星型结构,传输速率达100Mbps。 4.2 系统功能描述 从变电站来的主备通道接入控制中心的通道切换卡,经通道切换卡接入终端服务器。终端服务器分为主备两组,采用主备通道全冗余配置。 系统配置两台前置通信机,并配置终端服务器接入通信通道,实现与各变电所监控系统的远方通信完成数据的发送、接受及数据的预处理。终端服务器具有独立CPU和存储,利用TCP/IP将信息发给前置通信机。其数据收发处理能力强,不占主机资源。 两台前置通信机互为热备用,并实时监视主/备机工作状态,具备自动/手动切换功能,具有容错能力。前置通信机具有足够的处理能力和可靠性。两套通信前置机还具备并行处理功能支持各子站主备通道并行工作,可根据通道故障情况灵活地选择两套通信前置机工作于主、备通道的状态。通道采用RS422连接,通信协议为IEC60870-5-101。 双服务器之间在正常情况下采用双机并行工作方式,两台服务器同时收集实时数据和报警信息,通过主控服务器将这些数据写入磁盘阵列中的SYBASE数据库,备用服务器跟踪主服务器的数据并将数据存入服务器的磁盘阵列。当进行两台服务器切换或主服务器退出运行时,备份服务器切为主控,此时升为主控的服务器将缓存中的数据写入磁盘阵列中的SYBASE数据库,保证切换过程中数据不出现间断。 系统配置两套功能完全等价互为备用的操作员工作站,用于调度人员的日常控制、监视和调度管理工作。两台操作员工作站在任意时刻只允许一台工作站发出控制命令。 系统配置一台维护工作站,用于系统工程师对电力监控系统的系统维护和软件编程,实现对电力监控系统功能的在线修改和扩展。 监控调度中心通过下属监控单元采集实时数据并生成各种开放式实时数据库,形成历史数据库。这些数据包括电力监控系统所需的遥测,遥信、遥调等数据。 5 结束语 本系统变电站层的设计,采用成熟的PLC技术,使系统的可靠性大幅提升,在经历了酷夏的高温,软硬件都经受住了考验, 系统运行安全平稳。监控调度中心采用自主开发的调度系统,完全满足了轨道交通电力调度的要求。系统已经在实际应用中取得了巨大的社会经济效益。 信息来源于:PLC&FA
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