西安地铁电力监控系统问题分析及网络优化建议

西安地铁电力监控系统问题分析及网络优化建议

杨帆

(西安地下铁道有限责任公司运营分公司，陕西 西安 710016)

摘要：介绍了西安地铁电力监控系统硬件构成，通过分析运营以来出现的典型故障，对西安地铁电力监控系统网络运行环境提出优化建议。

关键词：地铁；电力监控系统；组成；网络优化

收稿日期:2015-05-20

作者简介：杨帆(1985—)，男，陕西西安人，助理工程师，研究方向：电力监控。

0引言

近年来，随着全国城市轨道交通行业蓬勃发展，自动控制技术在地铁行业起到了至关重要的作用。电力监控系统以供电设备为对象，通过网络将西安地铁供电系统的110 kV/35 kV/0.4 kV供电监控单元连接起来，实现各变电站内对供电设备的集中监控、数据处理以及与控制中心电力调度的远方通信。

1系统组成

西安地铁电力监控系统采用集中管理、分散布置的模式，分层分布式系统结构。设备根据安装位置及作用分为间隔层设备、站级管理层设备、中央管理层设备。(1) 间隔层设备：包括分散安装于供电设备就地的微机测控/保护单元、信息采集单元、直流电源监控单元等需接入变电所综合自动化系统的智能装置以及采用硬接点接入综合自动化系统的接触网上网电动隔离开关、轨电位限制装置、排流柜、单向导通装置等现场设备。(2) 站级管理层设备：包括安装于电力监控系统控制柜内的规约转换器、测控装置、光电交换机、光电转换器及安装于供电现场的以太网串口服务器、光电交换机等设备，通过上述网络通讯设备实现站内数据传输及站级电力监控系统控制。(3) 中央管理层设备：电力监控系统深度集成于综合监控系统，通过站级综合监控服务器、交换机等网络通讯设备，利用百兆以太网上传数据至OCC(控制中心)，使得地铁电力调度能够实现全线各变电站集中监控。

2典型问题

西安地铁二号线自2011年9月开通运行以来，电力监控系统整体运行平稳，但因前期设计原因，二号线电力监控系统规约转换器长期存在自动重启现象，对于地铁运营供电监控造成了一定影响。

故障现象：自西安地铁二号线运营以来，电力监控系统长期存在规约转换器(C306) 自动重启现象，该故障持续2～4 min后自动恢复。故障期间故障变电所及控制中心均无法对故障站点供电设备正常监控。

故障处理方法：针对此项问题西安地铁自动化车间多次组织处理，分别从软件、硬件方面进行排查。运营以来修改规约转换器应用软件VxWorks共计5次，分别以延长看门狗启动时间、调整看门狗优先级、修改BIOS配置、缩短任务运行间隔时间等不同方式降低规约转换器的CPU模块负荷；硬件更换两次，更换个别站点规约转换器的CPU模块、电源模块；执行全线预防措施两次，对全线规约转换器人工复位。

(1) 第一阶段：硬件排查。2011年8月在当时故障高发站安远门站更换不同批次规约转换器的CPU模块，制定观察周期一个月。在更换完成11天后安远门站依旧存在规约转换器自动重启现象，因此排除CPU硬件故障。2011年11月将北苑站(无重启)及安远门站(故障高发站)的规约转换器电源板进行了调换，经过一定时间的运行安远门站依旧故障高发，故排除了电源板故障的可能性。因此确认此故障与硬件无关，属于VxWorks软件原因。

(2) 第二阶段：延长看门狗启动时间、调整优先级。2011年11月初由设备集成商南京南瑞集团提供技术支持，通过分析先后对规约转换器VxWorks软件中看门狗启动时间进行了延长、调整看门狗优先级，并将该版本适用于车辆段牵混所及凤城五路、永宁门、南稍门、会展中心等站。制定观察周期3个月，期间发现故障情况更为严重，规约转换器关机后不能自动重启，确认故障原因非看门狗设置，但通过此项测试进一步缩小故障范围，明确故障为CPU负荷过大引起。

(3) 第三阶段：修改BIOS配置。2012年3月在会展中心站查看了规约转换器CPU的BIOS配置文件，对其中“中断请求”配置进行了修改，阻断外部申请访问处理器，起到了降低CPU负荷的作用。本专业在故障高发站大明宫西站与会展中心站同时上传观察，通过为期3个月的测试，大明宫西站存在自动重启现象，因此判定修改BIOS配置文件无效。此阶段虽未能根除故障，但通过删除多余任务降低了CPU负荷，故障发生频率有所降低。

(4) 第四阶段：删除多余任务。2012年5月在运动公园站删除冗余管理的代码，防止冗余管理代码不停以100M的以太网速率去寻找并不存在的冗余机，减轻站级设备CPU任务查询负担，同时降低CAN总线速率及CAN总线查询速率。制定为期3个月的观察周期，在本次修改后运动公园站故障发生频率明显下降，但在运行45天后自动重启。通过本次修改本专业技术人员与南瑞厂家进一步确定了故障点，明确了下一步彻查此故障的方向。

(5) 第五阶段：缩短任务运行间隔时间。2012年12月修改VxWorks软件，将任务运行间隔时间由原先的8 s改为4 s，减小报文收发频率，降低CPU负荷。前期试用于会展中心站，通过为期3个月的观察未发现重启现象后进行了西安地铁二号线全线更新。截至2013年8月已连续运行8个月，远大于前期连续运行时间，说明规约转换器自动重启故障已彻底解决。

3西安地铁电力监控系统网络优化建议

自2011年9月西安地铁二号线开通试运营以来，电力监控系统多次出现网络通讯故障，例如规约转换器自动重启故障、遥信与现场不一致故障。不同的故障现象归其基本原因均为网络广播大数据导致规约转换器的CPU模块任务数据无法正常收发。为避免类似故障再次发生对运营造成影响，经过长期研究讨论，笔者认为可在站级管理层增添路由器，用于拦截网络广播，防止CPU模块超负荷运行。此方案可净化网络环境，有效防止网络故障，目前已应用于西安地铁二号线会展中心主所，具体如图1所示，主变电站电力监控系统通过相邻近车站ISCS服务器接入ISCS。

图1　改造前后主所网络通讯设备方案

注：PSCADA为电力监控系统；ISCS为综合监控系统。

在原设计方案中，主所配置的两台规约转换器各提供一路独立以太网口通过光电转换器与车站交换机相连，主所规约转换器到车站ISCS交换机的网口，其IP地址与车站ISCS属于同一网段。

为隔离主所规约转换器与车站综合监控网络广播，新方案中，在两台规约转换器与两台光电转换器之间各增设一台路由器。路由器车站侧端口IP地址设为车站综合监控网段地址；路由器主所侧端口IP地址设为非车站综合监控网段地址。相应地，与路由器相连的规约转换器的网络端口，其IP地址必须与路由器主所侧端口IP地址设置于同一网段。

为尽可能减少对现有车站综合监控配置的改动，以免对系统运行造成影响，要求增加的路由器具有NAT(网络地址转换)功能。在本方案中，NAT的作用是将路由器主所侧的规约转换器虚拟成路由器车站侧的设备，虚拟目标地址为规约转换器原IP地址。这样，对于车站ISCS而言，主所规约转换器未发生任何变动，不需要增设网关等配置。

目前此方案已成功消除会展中心主所电力监控网络通讯故障，验证了方案的可实施性，为西安地铁二号线全线网络通讯故障整治提供了实际依据。

4结语

随着西安地铁不断建设发展，电力监控系统作为地铁运营核心专业，对其运行的可靠性、实时性要求不言而喻。目前，西安地铁二号线运营工作不断深入，专业技术人员对于电力监控系统了解逐步加深，研讨系统网络结构将作为专业科研的一项重要课题，通过科研探讨、指导系统维护，逐步实现由前期硬件维护向网络运行环境维护的转变，从而保障电力监控系统能更加稳定、优质地运行。

[参考文献]

[1]张伟峰.西安地铁二号线RT21-SAS系统培训资料[Z].