浅谈城市轨道交通变电所综合自动化系统的结构与功能

　　摘要:目前,随着城市化的快速推进,作为城市公共交通网络重要组成部分的城市轨道交通网络建设也在快速发展。文章分析了城市轨道交通变电所综合自动化的定义、系统结构和基本功能。

　　关键词:城市轨道交通,变电所,综合自动化系统

　　前言

　　随着社会的发展,城市人口日益集聚、土地资源日益紧缺、环境保护日益重要。近年来，城市轨道交通建设进入了蓬勃发展期,变电所综合自动化在城市轨道交通领域的应用有了很大发展。本文研究了城市轨道交通变电所综合自动化系统的结构和功能。

　　1 变电所综合自动化系统的定义

　　变电所综合自动化系统是将变电所的二次设备经过功能组合与优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电所设备测量、监控和微机保护以及与调度控制中心通信等综合性的自动化功能。

　　2 变电所综合自动化系统的结构

　　变电所综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、微机技术、通讯技术和网络技术密切相关。随着科技的不断发展，综合自动化系统的体系不断完善，功能和性能也不断提高。从发展过程来看，典型的结构主要有：集中式结构、分布式结构、分层分布式结构等几种结构类型。

　　1.1 集中式系统结构

　　集中式系统一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O 接口，集中采集变电所模拟量和数字量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机测量、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、测量、保护及控制等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。

　　集中式系统结构对计算机的性能要求较高，系统可扩展及可维护性较差，目前已基本被新的模式取代。

　　1.2 分布式系统结构

　　分布式系统是将按功能分布的多台计算机连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作，各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电所综合自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。

　　分布式系统结构提高了处理并行事件的能力，解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。该结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。自问世以来，显示出强大的生命力，但目前还存在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证方面的问题。

　　1.3 分层分布式系统结构

　　分层分布式系统从逻辑上将变电所自动化系统划分为变电所层和间隔层，采用面向电气一次设备或电气间隔设备进行设计。间隔层中数据采集、控制单元和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络互联，并与所级测控主机通信。

　　分层分布式系统集中了分布式的全部优点，具体很好的扩展性和维护性。此外，该系统结构较分布式系统结构减少了二次设备及二次电缆，节省了工程投资。

　　2.变电所综合自动化系统功能分析

　　2.1 微机保护

　　微机保护是综合自动化系统的关键环节，它的功能和可靠性如何，在很大程度上影响了整个系统的性能，因此设计时必须给予足够的重视。微机保护的各保护单元，除了具有独立、完整的保护功能外，还必须具有：①保护装置必须满足快速性、选择性、灵敏性和可靠性的要求，其工作不受监控系统和其他子系统的影响。②故障记录功能。当被保护对象发生故障时，能自动记录保护动作前后有关的故障信息，包括短路电流、故障发生时间等，以利于分析故障。③具有与统一时钟对时功能，以便准确记录发生故障和保护动作的时间。④存储多种保护整定值功能。⑤授权修改保护整定值功能。对保护整定值的检查与修改要直观、方便、可靠，同时为了加强对定值的管理，修改定值要校对密码，以及记录修改定值者的密码。⑥保护管理机功能。保护管理机把保护系统与监控系统联系起来，负责管理和监视保护系统中各保护单元的工作状态，并下达由监控系统发来的整定值修改等信息;⑦通信功能。由保护管理机或通信控制器与各保护单元通信，各保护单元必须设置有通信接口，便于与保护管理机等连接。⑧故障自诊断、自闭锁和自恢复功能。每个保护单元应有完善的故障自诊断功能，发现内部有故障，能自动报警，并能指明故障部位，以利于查找故障和缩短维修时间，对于关键部位的故障，能自动闭锁保护出口。

　　2.2控制和操作闭锁

　　操作人员可通过CRT屏幕对断路器、电动隔离开关投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工就地控制方式。操作闭锁应具有以下功能：根据实时状态信息，自动实现断路器、开关的操作闭锁功能;操作出口应具有同时操作闭锁功能;操作出口应具有跳合闭锁功能。

　　2.3数据处理和记录

　　数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电设备管理和保护专业要求的数据，主要有：断路器动作次数;断路器切除故障时截断容量;母线电压定时记录的最大、最小值及其时间每天的峰谷值及其时间;独立负荷每天的峰谷值及其时间;控制操作及修改整定值的记录。

　　2.4事件记录和故障录波

　　事件记录包含保护动作序列记录、开关跳合闸记录，其分辨率一般在1-10ms 之间，以满足不同电压等级的要求。变电所故障录波可根据需要采用两种方式实现，一种是集中配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统存储和分析。

　　2.5数据滤波处理功能

　　现场数据通过所内网络传至所内控制屏,经数据过滤及处理后接入车站综合监控屏、经光纤上传数据至中央监控系统。其中干扰问题可能由多种原因引起,在设计时要根据应用场所分析可能出现的干扰,有目的地设计抗干扰电路，选择合适的滤波处理。如采用了递推平均滤波法、中位值平均滤波法来处理电力数据,以提高数据的有效性。

　　2.6 与远方控制中心的通信功能

　　在常规远动‘四遥’的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传功能，其信息量大于传统的远动系统。根据现场的要求，系统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性。

　　2.7 系统的自诊断功能

　　系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。装置本身实时自检功能，可对其各部分采用查询输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置，方便维护与维修。

　　结束语

　　总之，城市轨道交通变电所综合自动化对于实现电力调度自动化与现场运行管理现代化，提高供电系统的可靠性和经济运行起到了很大的促进作用。随着技术的进步和软硬件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。

《浅谈城市轨道交通变电所综合自动化系统的结构与功能》

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