城市轨道交通电力监控系统研究

［摘 要］在现代城市化进程中，城市轨道交通系统扮演着关键的角色，其是连接城市各个角落、提供高效便捷交通服务的重要组成部分。随着城市人口的增加和交通需求的提高，城市轨道交通系统的规模和复杂性不断扩大，这使得对其电力供应和监控的需求变得日益迫切。文章介绍了城市轨道交通电力监控系统的构成，探讨了电力监控系统的设计与实现，以期为相关人员提供参考。

［关键词］城市轨道交通；电力监控系统；调度系统；自动化系统；网络通信

［中图分类号］TP311.13 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0117–03

1 城市轨道交通电力监控系统概述

1.1 电力调度系统

电力调度系统由多个关键部件组成，确保电力供应和监控的稳定性和高效性。系统的构成主要包括局域网络、服务器、工作站及中心UPS 电源。电力调度系统负责对电力供应进行调度、监控和管理，确保电力系统的稳定运行。通过电力调度系统，操作人员可以实时监测电力供应情况，及时发现和解决电力故障，保障城市轨道交通系统的安全运行。

其中，局域网络是连接电力调度系统各个部件的重要通信网络，其实现了服务器、工作站和其他设备之间的数据交换和通信，保证了电力调度系统的实时性和稳定性，是整个系统运行的基础。服务器是电力调度系统中的核心数据处理和存储设备，负责接收、存储和处理来自各个部件的数据信息，为操作人员提供实时监控和分析所需的数据支持，服务器的稳定性和高效性对于整个系统的运行至关重要。工作站是操作人员进行监控和管理的终端设备，操作人员通过工作站可以实时查看电力系统的运行状态、处理故障和进行相关操作，工作站提供了直观、便捷的操作界面，帮助操作人员及时做出反应，保障电力系统的安全和稳定运行。中心UPS 电源是电力调度系统的备用电源设备，用于在电力供应中断或异常情况下保证系统的持续运行，防止系统中断造成的数据丢失和运行中断，保障电力调度系统的连续性和可靠性。

1.2 供电复示系统

供电复示系统是城市轨道交通电力监控系统的重要组成部分。其功能在于监测电力系统中的供电情况，并在发生异常时及时发出警报并复现故障。通过供电复示系统，操作人员可以迅速检测到电力系统中的异常情况，如电力中断或过载等，从而及时采取相应措施，保障城市轨道交通系统的正常运行和乘客的安全。供电复示系统的作用是确保电力系统的稳定性和可靠性，为城市轨道交通的安全运行提供了重要保障。

1.3 变电所综合自动化系统

变电所综合自动化系统是确保城市轨道交通电力供应安全稳定的关键系统之一。其系统构成主要包括站级管理层、控制信号盘、站控主单元、通用控制单元和一体化监控计算机。

1.3.1 站级管理层

站级管理层是变电所综合自动化系统的核心，承担着管理和监控整个变电所的重要任务。其先负责数据采集，收集变电所内各种设备的运行数据，包括电压、电流、功率、开关状态等。随后进行数据处理，对采集到的数据进行滤波、分析和计算。接着，站级管理层将处理后的信息以图形、表格、曲线等形式显示出来，使操作人员能够直观了解设备运行状况。同时，站级管理层还负责报警处理，一旦设备出现异常情况，及时发出报警信号，以便操作人员及时采取应对措施。为了提高变电所综合自动化系统的可靠性，站级管理层通常采用冗余设计，以确保系统在关键时刻能够稳定运行。数据采集频率为10 Hz，数据处理能力为100 万条/s，信息显示方式为图形、表格、曲线，报警方式为声光报警、短信报警。

1.3.2 控制信号盘

控制信号盘主要用于处理各种控制信号，以保证电力设备的正常运行。其接收来自站级管理层的控制指令，并将这些指令发送给相应的设备执行。同时，控制信号盘负责反馈设备的执行结果给站级管理层，以便及时跟踪设备运行状态。为了提高抗干扰能力，控制信号盘通常采用光纤通信方式，确保控制信号的稳定传输。

1.3.3 站控主单元

站控主单元作为变电所的主控制设备，负责控制各个设备的运行状态，以保障电力供应的稳定性。其功能包括运行控制（对变电所内的开关、断路器、变压器等设备进行控制）、事故处理（在发生事故时采取相应措施进行处理）、参数设置（对各种设备的参数进行设置）。为了提高变电所综合自动化系统的可靠性，站控主单元通常采用双机热备份方式，以确保系统在关键时刻能够持续运行。站控主单元冗余方式为双机热备份，控制精度为0.1%。

1.3.4 通用控制单元

该单元用于控制变电所通用设备，包括开关、断路器等。其功能涵盖开关控制（控制开关的合闸、分闸操作）、断路器控制（控制断路器的跳闸、合闸操作）及测量（测量开关、断路器的电流、电压等参数）。通用控制单元通常采用模块化设计，便于维护和更换，支持在线维护。

1.3.5 一体化监控计算机

一体化监控计算机是变电所综合自动化系统的核心控制终端，通过监控计算机可以实现对整个变电所的实时监控和管理。其功能包括实时监控（监控变电所内各种设备的运行状态）、历史数据查询（查询历史运行数据）、报警管理（处理各种报警信息）及趋势分析（分析设备运行趋势）。一体化监控计算机在整个系统中发挥着重要的作用，为操作人员提供了全面的设备状态信息，帮助其及时做出反应和决策。一体化监控计算机要求服务器数量2 台，系统性能为1 000 MIPS。

1.4 网络通信层

1.4.1 所内监控网络

所内监控网络是网络通信层的重要组成部分，用于实现变电所内部各个设备之间的数据通信和信息交换。该网络采用局域网（LAN）技术，覆盖整个变电所范围，并通过合适的网络拓扑结构确保数据传输的稳定性和可靠性。所内监控网络负责将采集到的各种数据传输到站级管理层和其他监控设备，以便实现对电力设备的远程监控和管理。

1.4.2 交换机

交换机是网络通信层的关键设备之一，用于实现局域网内部各个设备之间的数据交换和路由。通过交换机，可以实现数据的快速传输和高效路由，保证电力监控系统的实时性和稳定性。交换机根据网络中设备的通信需求和数据流量，灵活调整数据的传输路径，以确保数据能够按时、准确地传输到目的地。

1.5 间隔设备层

城市轨道交通电力监控系统的间隔设备层是指电力系统中各种间隔设备的集合，包括断路器、开关、继电器等。这些设备位于电力系统的不同位置，用于控制电力的传输和分配。间隔设备层通过实时监测和控制电力设备的运行状态，保障电力系统的安全稳定运行。在城市轨道交通电力监控系统中，间隔设备层负责实时监测电力设备的工作状态，及时发现电力系统中的故障和异常情况。通过间隔设备层的监控和控制，操作人员可以迅速响应和处理电力系统中可能出现的问题，保障城市轨道交通的安全运行和电力供应的稳定性。

2 电力监控系统设计与实现

2.1 电力监控系统的分层分布架构

电力监控系统的分层分布架构包括物理层、通信层、应用层和管理层4 个主要组成部分。物理层负责从现场设备中采集数据，如电压、电流、功率及开关状态等，这些数据是电力监控系统运行的基础。通信层负责将从物理层采集到的数据传输到上层系统，这包括数据传输的协议、网络拓扑及数据传输的安全性和稳定性，通信层的有效运行确保了数据能够及时、准确地传送到应用层。应用层是电力监控系统的核心部分，负责对采集到的数据进行处理、分析、显示和存储，在应用层，数据被转化为有意义的信息，以便操作人员能够理解和利用，这些信息可能以图表、报告、警报等形式呈现，帮助操作人员监控系统的运行状态并做出相应决策。管理层是电力监控系统的最顶层，负责对整个系统进行管理和维护，其包括系统配置、用户权限管理、设备状态监测、故障诊断和维修等功能，管理层为电力监控系统的稳定运行提供支持和保障，使得电力监控系统能够持续地为城市轨道交通电力系统的安全运行提供服务。这种分层架构使得电力监控系统的各个部分之间相互独立且高度协作，同时也便于系统的扩展和升级。每一层的功能清晰明确，使得电力监控系统能够更加高效、可靠地运行，为城市轨道交通的电力供应安全提供了重要保障。

2.2 电力监控系统平台的实现方案

硬件平台采用标准的服务器和网络设备，保证电力监控系统的稳定性和可靠性。软件平台采用成熟的监控软件，如华为FusionInsight、浪潮云海等。数据库采用关系数据库和NoSQL 数据库，满足不同类型数据的存储需求。安全措施采用防火墙、入侵检测系统等，保证电力监控系统的安全性。

2.3 电力监控系统的应用

电力监控系统应用于发电、变电、输电、配电等各个环节，确保电力系统的安全和稳定运行。例如，发电厂通过电力监控系统监控发电机组的运行状态，确保发电的安全和稳定。变电站通过电力监控系统监控变压器、开关等设备的运行状态，确保电网的安全和稳定。输电环节通过电力监控系统监控输电线路的运行状态，防止线路故障。配电环节通过电力监控系统监控配电网的运行状态，提高供电可靠性。电力监控系统平台如图1 所示。

3 结束语

城市轨道交通电力监控系统不仅提升了城市轨道交通电力系统的安全性和稳定性，也为未来的技术创新和系统优化提供了重要参考。文章的研究可为城市轨道交通系统的发展和改进提供有益启示，为城市交通运输的可持续发展贡献力量。

参考文献

[1] 葛淼，刘琴，俞铭，等. 城市轨道交通线网级云平台电力监控系统研究[J]. 无线互联科技，2023，20（1）：66-68.

[2] 郑聪，程畅. 城市轨道交通电力监控系统独立组网方案与集成方案的对比分析[J]. 城市轨道交通研究，2022，25（7）：244-247.