城市轨道交通变电所综合自动化组网分析

田 衡

(中铁电气化局集团第一工程有限公司，北京 100070)

0 引 言

城市轨道交通网络作为各地区公共交通体系的重要内容，其组网结构的科学性，影响着城市轨道交通变电所运行质量。因此，本文结合城市轨道交通变电所综合自动化组网目标，对变电所常用综合自动化组网结构展开分析，完善变电所自动化系统功能，为城市交通网络安全、可靠运转奠定基础。

1 城市轨道交通变电所综合自动化系统组成

城市轨道交通是对市郊列车、有轨电车、单轨交通、地铁的统称，城市轨道交通中，变电所综合自动化系统是通过集成计算机、电子信息、通信等技术，对变电站二次设备所进行的重新组合，进而优化设备运行、变电站设备的监督流程。具体来说，变电所综合自动化系统多由站级管理层、网络通信层、间隔设备层构成，结构类型为分层分布式, 如图1所示。其中，管理层包括智能监控、计算机、通信控制装置、转换开关、智能设备接口等板块，而间隔设备层内则包括设备信息采集、智能测控、现场设备接入点等内容。该层面中，现场设备主要指交流电源、直流电源装置，以及35 kV、DC 1 500 V、400 V测控保护单元、排流柜等装置[1]。

图1 变电所综合自动化系统图

2 城市轨道交通变电所综合自动化组网目标

城市轨道交通变电所综合自动化组网的目标，是运用不同组网模式，完善变电所综合自动化系统的监控、操作闭锁、控制等功能。一方面，确保综合自动化系统能够有效判断需监测的开关数量。同时可在线、实时监视断路器、直流设备、接地刀闸、隔离开关的实际位置，以及变电站二次设备自动装置运行状态、变压器分接头动作变化等内容。并且在相关设备运行状态出现异常时，从系统显示界面，给出语音警报，或是直接记录设备响应动作，播放设备故障画面。另外，借助自动化组网系统所实现的监控功能，同样可结合非电气、电气模拟量，分析变电所电网是否处于稳定、安全的状态。

另一方面，为变电所自动化系统操作闭锁、控制功能的实现提供助力。隔离开关、二次设备开关、主变电路、断路器是系统的主要操作对象。相关人员在综合自动化系统运行时，可根据变电所内设备主控制时的动态监控画面，借助选择设备、反较设备、执行命令等流程，操作变电所内可控设备。甚至能够按照设备运行实况，保障人员运维安全。除此之外，城市轨道交通体系中，变电所综合自动化系统，在科学组网模式中，其闭锁功能逐渐完善，可正确控制站内断路器、可控点，灵活调节有负载可调压的变压装置接头。在此闭锁功能使用中，系统可自动记录操作流程，利用监督认可、防误闭锁板块，进一步优化系统闭锁操作性能[2]。

3 城市轨道交通变电所综合自动化组网分析

3.1 变电所常用综合自动化组网结构

3.1.1 光纤环网接线

城市轨道交通变电所自动化组网中，系统组网结构采用光纤环网接线的目的，是为预防网络体系中光纤网络连接线断裂时，对变电所内部区域造成的安全隐患。此种组网结构可有效防治某处故障对城市轨道交通整体电网的影响，有助于将网络故障控制在冗余模式中。再者，光纤环网接线结构，可帮助变电所通信系统核查光缆中的故障位置。具体指变电所光缆产生故障后，相关人员能够利用环网交换机、冗余配置获取相关运行数据，并且针对性排查故障点，保证变电所网络运行的可靠性。另外，光纤环网接线这一组网结构，可将原有的自动实现拓扑改变，转换到总线型，以维护电网稳定性。但是根据IEC61850标准，变电站报文延时不能大于4 ms，在现有自动化组网中，仅有少数品牌电网设备满足该标准，进而导致环网接线成本较高。

3.1.2 光纤星形接线

光纤星形接线在城市轨道交通变电所综合自动化组网中的运用优势，主要在于组网成本、网络通信、调试流程。首先，成本较低。相较于光纤环网，采用此种组网接线方式时，交换机数量随之减少。比如在光纤环网接线中，需利用2～3台环网交换机支撑变电站网络数据通信，而光纤星形组网中，对交换机数量、型号配置要求较少。其次，网络通信具有实时性。光纤星形接线中，各节点网络通信的延时性明显低于光纤环网。并且星形接线网络本身的愈合时间，符合变电所二次设备继电保护装置运行时操作数据交换的要求。最后，调试流程简单。变电所自动组网中，采用星形接线的变电站系统在调试时，可按照系统排列，逐一对系统展开调试。比如其调试步骤可在分别为35 kV、DC 1500V、400 kV等开关柜，以及钢轨电位限制设备后，接入变电所综合自动化系统内。但在某一中间调试环节受阻时，其他系统则无法准时接入系统中。

3.1.3 双星形接线

针对城市轨道交通变电所综合自动化组网中，环网接线、星形接线的优势、不足之处，在城市轨道交通体系中，相关人员可选用双星形接线方式，构建系统网络通信层，优化综合自动化系统内网络结构。此种接线形式可在集成环网、星形接线优势后，使变电所综合自动化系统具备以下功能。第一，实现自动排查故障点，并使用普通交换机代替环网交换机，控制组网成本。第二，确保网络通信的实时性、调试流程的简单化。第三，在通信接口板块，灵活铺设普通交换机，解决交换机兼容问题。

3.2 城市轨道交通变电所自动化系统结构设计

基于自动化组网，城市轨道交通变电所系统建立时，是由站级管理层、间隔设备层、网络通信层构成。相关人员可利用“站级管理层”综合监测变电所内部设备，控制设备报警功能，同时使其负责管理综合监测、自动化系统中的工作数据转换，具体包括自动化屏幕、以太网交换机、智能测控装置等。而在系统结构中所设计的网络通信层，可作为变电所管理层、间隔设备层信息沟通渠道，光缆、通信、光电转换装置是网络通信层的主要组成部门。间隔设备层是城市轨道交通变电所自动化系统中的重要结构，该层承担着测控、保护站内功能设备的责任。因此，各设备监护单元需由以太网接口区域，将交换机接入，以保证控制显示屏、光缆的有效连接，其设计模式主要为光纤纵联差动、电流选跳主保护两种类型。

除此之外，在该系统各设备单元中，技术人员会增设独立的微机保护装置，以便于系统运维人员控制、保护电力设备，提前发现设备故障，且各设备单元故障产生后，因微机保护装置的独立性，可确保设备故障不影响其他装置正常使用。同时在站级管理层中，相关人员可在数据采集、设备参数变化中，设计综合控制屏、智能测控等设备测控单元，完成设备监控、管理、通信信息处理等基础性任务。并且在智能模拟盘、交换机、通信电缆等装置的协同作用下，实现间隔设备层、网络通信层与站级管理层的数据共享，确保城市轨道交通变电所自动化系统功能设计的系统性。

4 结束语

综上所述，由于城市轨道交通变电系统中，设备类型的多样化特点，以及设备监管需求的差异性，在变电所综合自动化系统建立中需合理选择实际组网方式，以保证组网设计后，设备能够在分层控制中更为可靠、安全地运行，满足系统稳定运行要求。在城市轨道交通变电综合自动化组网中，相关人员还应考虑组网设备运用中的能耗问题，以完善城市轨道交通变电所运营管理体系。