牵引变电所综合辅助监控系统技术研究

安英霞



牵引变电所综合辅助监控系统技术研究

安英霞

结合智能变电站设计及我国铁路牵引供电系统中辅助监控存在的问题，研究了牵引变电所综合辅助监控技术方案，并对辅助监控系统的组成、功能、技术实现方案、接口、设备配置等进行了研究，得出了适合电气化铁路的牵引变电所综合辅助监控技术方案。

电气化；牵引变电所；辅助监控

0 引言

目前，我国铁路牵引变电所除综合自动化系统外，按照设计规范[1，2]，还设有视频监控、安防、门禁、环控、火灾报警、消防监控、在线监测等系统，且随着技术的进步及对安全可靠性要求的提高，还有可能投入新的系统。这些生产辅助系统由不同的专业设计[3]，平台相互独立，功能单一[4]，数据源分散，数据标准规范不统一，信息监控存在孤岛现象，使得各系统在信息共享、互动联动、可视化运行管理等方面较为欠缺，无法适应牵引变电所无人值守化发展的需要。因此，有必要对牵引变电所内各辅助系统进行统一平台化研究。

1 系统构架

牵引变电所综合辅助监控系统用于实现对所内各种辅助生产系统的整合、优化、管理及控制。将视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、动力照明控制等若干子系统进行集成，实现对牵引变电所的监控监测，完成各子系统间信息共享、联动；将牵引变电所现场信息上传至运行检修管理平台，具备与保护测控系统的信息互动。

辅助监控系统由系统平台和辅助设备构成，辅助设备布置在变电所场坪内，用于实现监测、监控功能。系统采用分层架构，由站控层和间隔层组成。间隔层辅助设备布置在场坪内监控、监测点附近，站控层布置在控制室，间隔层与站控层采用统一协议，总体架构如图1所示。

2 系统主要功能

综合辅助监控系统实现对各子系统的高度集成和一体化监控，具备数据采集接入、视频监控、联动控制、环境监测、报表展示与分析、历史数据查询等功能，并能与其他相关系统进行信息交互。

2.1 采集接入功能

系统通过变电所场坪内布置的辅助设备采集监控信息，信息包括以下内容：（1）视频监控信息：实时视频流数据、语音对话、自检信息、告警信息等。（2）安全防范信息：所内围禁、门禁、玻璃破碎等告警信息、自检信息等。（3）火灾报警信息：火灾处理单元的现场探测信息、设备自检信息等。（4）环境监控信息：温/湿度传感器、水浸传感器、SF6监测传感器、空调等设备的运行信息、告警信息及自检信息；环境温度、风、雨、雪等气象信息。（5）动力照明设备运行信息：灯光控制器等动力照明设备的运行信息。

2.2 视频监控功能

具有视频显示、图像存储与回放、视频设备控制等功能。

2.3 控制与联动控制

（1）正常或报警情况下，对辅助设备进行远方控制，如发生入侵行为触发报警时，相关摄像机自动跟踪侵入目标，启动录像功能，并启动声光报警器，夜间自动打开室外照明。

（2）支持用户自定义的辅助设备联动，联动关系可以自由设置。

（3）与SCADA系统进行联动。在操作开关、刀闸动作或发生事故跳闸时可以联动周围的多个摄像机，自动将摄像机对准相关设备，实现多角度实时监控，并对整个操作过程进行录像。

图1 牵引变电所综合辅助监控系统架构

2.4 环境与安全监测

对所内的温度、湿度、风力、水浸、烟感、温感、SF6浓度等环境信息进行实时采集、预警和处理；实时显示安防设备的工作状态、告警状态，并可进行安防设备的布防和撤防。

2.5 报警

可预先设定报警阈值或报警情况，明确报警内容、报警信息、报警形式等，根据需要进行报警分级，一旦出现入侵、SF6浓度超标、火灾等异常情况，启动声、光等报警形式，同时采取相应的应对措施，并具备处理多事件、多点报警的功能。

2.6 报表展示与分析

系统平台能以平面图、接线图、列表等多种画面方式实时展示辅助设备的运行状态、数据信息、告警提示等；能在监控画面上直接控制可控的辅助设备；能实现告警联动、操作联动的展示；支持各种类型报表，包括日报、月报、年报及自定义报表，具有报表调用、显示及打印等功能。

2.7 历史数据查询

实现牵引变电所内各类辅助监控数据的存储，可支持按时间、设备对象、事件等多种条件或线索组合进行查询，可实现数据备份、导出等。

3 技术方案

3.1 总体原则

应建立综合辅助监控系统统一的通信网络，数据源标准统一，满足基础数据的完整性、一致性和共享性要求；硬件设计时应充分考虑其可靠性、可维护性、可扩展性，遵循模块化和冗余设计的原则；系统应采用开放式系统结构，具有良好的可扩展性和灵活性，具备其他子系统接入的条件；设备配置和功能应满足无人值守化技术要求。

3.2 系统接口方案

系统站控层与间隔层之间的接口分2类，一类是支持DL/T 860监测设备接口（如图2中I1接口），另一类是不支持DL/T 860监测设备接口（如图2中I0接口），系统均应通过相应的通信管理机对设备进行接入，系统接口见图2。

3.3 平台软件设计方案

系统平台软件配置在综合应用服务器内，综合应用服务器是综合辅助监控系统的核心，经其构建统一的监控平台。硬件上，综合应用服务器采用高性能工业控制计算机，具备强大的计算和存储能力，接口数量和配置满足设备监测、安防、环控、在线监测需求。软件采用模块化结构，具有良好的实时响应速度及稳定性、可靠性、可扩充性。软件架构如图3。

图2 接口示意图

图3 综合应用服务器软件配置示意图

软件配置包括系统软件、平台软件和应用软件。系统软件包括操作系统和数据库管理系统，人机界面友好；平台软件具备数据交换、报表服务、流程引擎、统一认证等功能；应用软件设计遵循模块化和向上兼容的原则，包括视频监控、安全防范、环境监测、动力照明控制等各子系统的兼容，并共享集成监控、监测数据库。

4 实施方案

4.1 间隔层设备配置方案

4.1.1 视频监控设备

视频监控系统主要对牵引变电所主要电气设备安装区域及周边环境进行全天候视频监控，在牵引变电所大门、围墙、主变压器附近、高压开关场地、高压室、控制室等重要场所设置摄像头[5]，摄像头可根据情况配置高清一体化型机或高清枪机。摄像头的配置应能监视牵引变电所全景，了解变电所现场的运行情况，监视车辆、人员进出情况。

4.1.2 环境监测设备

牵引变电所应配置温/湿度、水浸、风速传感器等[7]，安装了SF6气体设备的房屋还应配备SF6气体监测装置[6]。温/湿度传感器配置在主控室和高压室，按房屋面积确定传感器数量。水浸传感器放置在电缆沟内，可每100 m左右配置一个。风速传感器全所只安装一个，可安装在主控制室楼顶。SF6气体监测传感器应放置在高压配电室较低位置或电缆夹层中。

4.1.3 安全防范设备

牵引变电所安全防范设备主要包括围禁、门禁、玻璃破碎探测器、门磁开关等。变电所围墙应设围禁，围禁方案可采用红外对射或激光对射。在控制室和高压室设置门禁，采用被动式红外传感器和微波传感器组合式红外双鉴[8]，微波只对移动物体响应，红外只对引起红外温度变化的物体响应，只有在微波和红外同时响应时才会发出报警，以提高报警可靠性。玻璃破碎探测器采用声控-震动型，房屋每扇玻璃窗户配置一套。门磁开关安装在安全级别较低、平时不需要闭锁的室内门处。

4.1.4 火灾报警设备

依据相关规范要求[9，10]，在变电所控制室、高压室、油浸变压器室及电缆夹层等处设置火灾报警系统，烟感、温感等火灾探测器应按规范要求选型。

4.1.5 动力照明控制设备

对需远程控制的照明、风机、水泵、空调等设备需设置智能控制装置，通过远程控制系统将变电所辅助控制设备集中整合，能够远程手动、联动控制所内的动力照明设备。

4.2 站控层设备配置方案

站控层设备主要包括视频服务器、综合应用服务器、以太网交换机、网络防火墙、动力环境测控智能装置、操作员工作站及电源设备等，除操作员工作站外，其余设备均应集中组屏，屏柜尺寸应与所内综合自动化系统屏柜一致。

5 结语

牵引变电所采用综合辅助监控系统有助于建立统一的技术平台， 共享采集数据，实现相关设施的联动控制，更有利于管理和对牵引变电所的全景式监控。随着技术进步，为方便接入新的监测、监控手段或新的系统，辅助监控系统采用开放式设计，配置的监控监测设备应满足自动化、信息化、无人值守化的需求，采用寿命长、可靠性高的设备，为电气化铁路运营维护提供技术支撑。

[1] 国家铁路局. TB 10009-2016 铁路电力牵引供电设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2016.

[2] 国家铁路局. TB 10621-2014 高速铁路设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2014.

[3] 余永胜.浅谈牵引变电所安全监控系统的应用与实现[J].企业技术开发，2012，31（19）：33-34.

[4] 邵成，陈波，张忠杰. 牵引变电所安全监控系统的安全可靠性探讨[J]. 铁道标准设计，2011（7）：115-119.

[5] 刘毅. 实现无人值班牵引变电所应注意的问题[J]. 铁道运营技术，2012（4）：44-46.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50060-2008 3～110 kV高压配电装置设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2009.

[7] 李超. 变电所环境监控系统应用设计[D]. 华北电力大学，2013.

[8] 陈龙. 安全防范系统工程[M]. 北京：清华大学出版社，1999.

[9] 国家铁路局. 铁路工程设计防火规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2016.

[10] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB 50229-2006 火力发电厂与变电站防火设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2007.

With connection to problems existed in design of intelligent substation and the auxiliary monitoring of our country’s railway traction power supply system, researches are made for auxiliary monitoring technological scheme for traction substation, and researches are also made for the composition, functions, technological realization scheme, interface and equipment configuration of auxiliary monitoring system, and the integrated auxiliary monitoring technological scheme adaptable to the electrified railway traction substation is obtained.

Electrification; traction substation; auxiliary monitoring

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.03.001

U224.9

A

1007-936X(2018)03-0001-03

2018-05-07

安英霞.中国铁路总公司工电部供电处，高级工程师。