北京五号线变电所综合自动化系统的设计与应用_轨道交通_变电所综合自动化系统

北京五号线变电所综合自动化系统的设计与应用

2008/1/2 10:43:00

摘要：本文以奥运工程北京轨道交通五号线为例，简要的介绍了北京轨道交通五号线工程概况，给出了轨道交通及其变电所综合自动化系统的整体结构，并根据实际需求，给出了北京轨道交通五号线变电所综合自动化系统的具体实现方案。

关键词：轨道交通、变电所综合自动化系统、规约

The Designing and Implementation of Power SCADA For Beijing Rail Transit Line 5

Abstract: This paper briefly introduces us the frameworks of Urban Rail Transit on the basis of Beijing Metro Line 5 , gives us the total frameworks of Urban Rail Transit’s Power and its PSCADA，and，on the basis of factual requirements，an specific application scheme is provided to verify the implementation of the Beijing Metro Line 5`s PSCADA .

Key words: Urban Rail Transit、PSCADA（Power SCADA）、Specifications

1北京轨道交通五号线工程概述

北京轨道交通五号线是北京市规划轨道交通线网中一条重要的南北干线,贯穿北京市南北。线路南起丰台区的宋家庄站,北至昌平区的天通苑北站,沿线分别穿过丰台区、崇文区、东城区、朝阳区和昌平区, 先后经过蒲黄榆、崇文门、东单、东四、雍和宫及和平里等重要地区。

轨道交通五号线全长27. 6 km , 设车站22 座,其中地下线16. 9 km , 地下车站16 座,地面及高架线10. 7 km ,高架车站5 座,地面车站1 座。轨道交通五号线由南至北22 座车站分别为:宋家庄、刘家窑、蒲黄榆、天坛东门、磁器口、崇文门、东单、灯市口、东四、张自忠路、北新桥、雍和宫、和平里北街、和平西桥、惠心西街南口、惠新西街北口、大屯站、北苑路北、立水桥南、立水桥、天通苑南、天通苑北。此外，宋家庄站附近设1处停车场，天通苑北站附近设1处车辆段，指挥中心设在小营附近。

2北京轨道交通五号线变电所系统结构设计方案

轨道交通五号线变电所系统采用10kV 开闭所双环网供电方式，全线设8座开闭所，每座开闭所从北京供电局引入两回10kV电源，开闭所分别设在宋家庄停车场、蒲黄榆站、东单站、北新桥站、和平西桥站、大屯站、立水桥站、天通苑北车辆段。开闭所与该站点的牵引降压混合变电所或降压变电所合建，共用10kV母线。

全线设AC 10KV、DC 750V、400V牵引降压混合变电所14座，其中正线设12座，分别设在宋家庄、蒲黄榆、天坛东门、东单、东四、雍和宫、和平西桥、惠心西街北口、大屯、北苑路北、立水桥南和天通苑南站；车辆段和停车场各设1座。

全线设10KV/400V降压变电所11座，分别设在刘家窑、瓷器口、崇文门、灯市口、张自忠路、北新桥、和平里北街、惠心西街南口、立水桥南、天通苑南、指挥中心降压所、天通苑北车辆段。

五号线变电所系统的一、二次设备主要由10kV中压开关柜、直流750V开关柜和低压400V开关柜组成，此外，还包括制动能量吸收装置、交直流电源装置、轨电位限制装置、排流柜、整流变压器、配电变压器、10kV计量表和电动隔离开关等其他设备和装置，图1，给出的是北京轨道交通五号线立水桥典型站的变电所系统结构设计方案。10KV和400V开关柜由广州白云电器提供，10KV保护采用的是南京西门子提供的7SJ632和7SJ622综合保护测控装置，直流750V开关柜由北京西门子公司提供，通讯单元主要由DPU 96、PLC S7 300和PLC S7 200保护测控设备构成。400V的通讯单元主要是由PMAC 720和MC 18构成。

图1 北京轨道交通五号线立水桥站变电所系统典型结构设计方案

3北京轨道交通五号线变电所综合自动化系统中的具体实现

变电所综合自动化系统主要实现站内电压、电流、功率、电度量和开关量等信息的采集，并将信息送往车站的控制中心（OCC），接收站级和控制中心级的控制命令，实现变电所电力监控系统的集成。变电所内一体化监控计算机、车站综合监控室中的值班员工作站完成本站的监视工作，控制中心电力调度工作站完成全线各站电力设备的监视工作。在正常情况下，由控制中心电调操作员工作站实现电力设备的控制工作，当维护和调试时，控制中心下放控制权，由变电所监控计算机实现控制和维护功能。

北京轨道交通五号线变电所综合自动化系统采用南京南瑞集团公司生产的RT21-SAS型变电所综合自动化系统。RT21-SAS系统采用分层分布式结构。系统分为三层：站级管理层、网络通信层和间隔层。

1) 站级管理层为设置在控制信号盘内的冗余热备的通信控制器、通用测控装置和一体化监视计算机。

2) 间隔层包括分散安装于供电一次设备中的各种微机保护测控单元、信息采集设备、智能测控单元以及采用硬接点接入的现场设备。设备包括400V及10kV交流保护测控单元、750V直流保护测控单元、变压器温控器、轨电位限制装置、制动能量吸收装置、杂散电流监控单元、UPS直流屏、电度表、上网隔离开关、跟随所负荷开关等；

3) 网络通信层即为所内通信网络和接口设备，间隔单元通过所内通信网络层与站级管理层进行数据交换。

对于北京轨道交通五号线，变电所分为牵引降压混合所和降压所，图2给出了典型的牵引降压混合变电所综合自动化系统结构图（粗线表示双网冗余结构）。

图2 北京轨道交通五号线变电所综合自动化系统的典型实现方案

系统采用分散控制、集中管理的结构，即使系统网络的某一部分控制或线路受到损坏，也只有系统的这一部分瘫痪，不会影响到整个系统的运行。采用三级控制方式，正常运行时采用远动控制，当设备检修时，采用所内集中控制或设备本体控制。在开关柜上设当地/远方选择开关，对于接触轨电动隔离开关和负荷开关，在控制信号盘上设置当地/远方转换开关和相应的合分闸开关。三种控制方式相互闭锁，以达到安全控制的目的。

系统站级管理层包括控制信号盘及安装于控制信号盘内的主备通信控制器C302、主备交换机、通用测控装C200、通信控制器C101、一体化监控计算机，用于维护的计算机等设备构成。通讯服务器和交换机均采用冗余热备方式。当主通信处理器/交换机故障时，备用通信处理器/交换机工作。通信控制器是变电所综合自动化系统的信息中心，它通过不同的通信介质和通信规约，对变电所内各种设备的信息进行采集处理，形成标准的信息并通过数据通道传送到变电所监控计算机和综合监控系统。北京轨道交通5号线采用南瑞集团公司生产的冗余的C302通讯控制器。C302通信控制器是采用实时操作系统开发的嵌入式多任务通信控制装置，具有可靠性高、处理能力强、实时响应快的特点。主备通讯控制器完全相同，采用热备冗余的方式。通过一体化计算机的监控画面可以实现对整个站的监视、测量和控制功能。此外，变电所自动化系统作为子系统可以把各种遥信、遥测数据通过以太网介质和DNP 3.0规约主动的转发到控制中心中去。

网络层主要是进行数据转发和规约的转换。通信控制器C302与10KV开关柜内间隔层智能设备和400V开关柜内智能设备之间设置RS422/485光电转换模块，光电转换模块安装于控制信号盘和开关柜智能设备侧实现传输介质的转换；通信控制器C101与DC750开关柜内智能设备之间采用PROFIBUS-DP现场总线通讯方式，设备间经光电转换器相连，通讯介质为光纤；通信控制器C101与整流器测控单元之间采用PROFIBUS-DP现场总线连接。最终，C101控制器再通过CANBUS规约把数据送到主控制器C302中去；对于其他智能通讯设备采用多MODBUS规约通讯方式相连。变电所综合监控系统提供足够数量的接口满足系统的要求, 并预留了足够的接口扩展容量

间隔设备层包括接入变电所综合自动化系统的分散安装于供电设备就地的微机保护测控单元、信息采集单元等装置以及跟随所负荷开关、上网隔离开关等采用硬接点输出的现场设备。间隔层设备由其它供货商提供，南瑞公司负责完成与其接口并负责接入PSCADA系统。

整个系统面向变电所整体考虑，通<