城市軌道交通綜合監控系統第7章電力監控系統（PSCADA） 7.1電力監控系統（PSCADA）概述 7.2地鐵供電 7.3電氣設備 7.4電力監控系統的組成與結構 7.5監控對象 7.6電力監控系統（PSCADA）的功能 7.7電力監控系統接口 要求:

掌握軌道交通電力監控系統（PSCADA）的功能和作用。熟悉地鐵供電系統的一次系統、主變電站、牽引供電系統、動力照明系統等工作原理、系統組成。熟悉地鐵主變電站、地鐵牽引變電站、降壓變電站電氣設備以及通用電氣設備。熟悉軌道交通電力監控系統的調度主站系統、變電站綜合自動化系統和所間通信通道三個部分的功能和設備配置。熟悉電力監控系統（PSCADA）的控制中心功能、變電站自動化系統功能。了解電力監控系統接口及規范。第7章電力監控系統（PSCADA）

7.1電力監控系統（PSCADA）概述

軌道交通電力監控系統（PSCADA）是在城市軌道交通中利用通信技術、計算機網絡技術對全線的變電設備進行監控，并采集、分析變電設備的運行數據的自動化系統。該系統為供電系統的調度、維護提供科學的依據，以確保牽引供電系統和全線的電力變配電系統安全可靠和經濟運行。我國城市軌道交通PSCADA系統大部分集成在城市軌道交通綜合監控系統中。7.2地鐵供電

7.2.1一次系統

地鐵供電變電站按功能主要劃分4種類型：主變電站、牽引變電站、降壓變電站和跟隨變電站。主變電站將110kV電網電壓降為35kV，為牽引變電站和降壓變電站供電；牽引變電站將35kV交流電經變壓器、整流器轉換為直流1500V/750V，為接觸網/接觸軌供電；降壓變電站將35kV電網電壓降為400V，提供車站的動力和照明電源，同時也是跟隨變電站的進線電源；跟隨變電站無變壓器，是降壓變電站400V側在地理上的延伸，為離降壓變電站較遠的地鐵設備供電。

主變電站、降壓變電站、跟隨變電站無論是電氣接線方式還是運行方式均與普通變電站類似，只有直流牽引變電站是地鐵供電系統所特有的。地鐵變電站自動化系統的很多獨特之處電多與直流牽引變電站有關。

7.2.2牽引供電

牽引供電是指拖動車輛運輸所需電能的供電方式，牽引供電系統的功能按IEC標準將交流中壓經降壓整流變成直流1500V或直流750V電壓，為地鐵列車提供牽引供電，系統包括牽引變電站與牽引網，牽引網包括接觸網與回流網。接觸網有架空接觸網（直流1500V）和接觸軌（直流1500V或750V）兩種方式，走行軌兼回流軌。牽引供電系統7.2.3動力照明供電系統

動力照明供電系統的功能是將交流中壓（35kV或10kv）降壓變成交流400V電壓，為運營需要的各種機電設備提供220/380V交流電源。其范圍主要包括配電變壓器后的低壓柜、交直流盤饋出的電纜至車站的動力、照明、通信、信號等設備，系統范圍大致為站臺層、站廳層、設備及管理用房的環控、排水、消防、電梯、自動扶梯、自動售檢票及站控室等。7.2.4雜散電流腐蝕防護系統

列車運行時，牽引電流沿鋼軌流回牽引變電站時在鋼軌上形成電壓降，從而導致鋼軌與大地之間產生電位差而引起泄漏電流，即雜散電流；雜散電流容易對土建結構鋼筋、設備金屬外殼及其他地下金屬管線產生電化學腐蝕，即雜散電流腐蝕。雜散電流腐蝕防護系統的功能是減少因直流牽引供電回流軌對地泄漏雜散電流（迷流）并防止其對外擴散，盡量避免雜散電流對城市軌道交通主體結構及其附近結構鋼筋，金屬管線的電腐蝕，并對雜散電流及其腐蝕保護情況進行監測。7.2.5我國地鐵供電的負荷類型

我國地鐵供電負荷類型有以下規定：

（1）動力照明供電系統應包括降壓變電站與動力照明配電系統。

（2）動力照明的用電負荷應按照用電可靠性要求及失電影響程度分為一級負荷、二級負荷和三級負荷。

（3）一級負荷必須采用雙電源雙回線路供電。一級負荷中特別重要的負荷，除有雙電源雙回線路供電外，應增設應急電源，并嚴禁其他負荷接入。

（4）二級負荷宜采用雙電源單回線路專線供電。二級負荷也可采用單電源單回線路供電。

（5）當系統中只有一個電源工作時可切除三級負荷。

7.2.5我國地鐵供電的負荷類型

地鐵用電設備的負荷等級應符合下列規定：

（1）一級負荷。火災自動報警系統設備、防排煙風機及各類防火排煙閥、防火（卷簾）門、消防疏散用自動扶梯、消防電梯、應急照明，主排水泵、雨水泵、防淹門及火災或其他災害仍需使用的用電設備；通信系統設備、信號系統設備、綜合監控系統設備、電力監控系統設備、環境與設備監控系統設備、門禁系統設備、安防設施；自動售檢票設備、屏蔽門（安全門）設備、變電站操作電源、地下站廳站臺等公共區照明、地下區間照明、采暖區的鍋爐房設備等。

（2）二級負荷。乘客信息系統、變電站維修電源、地上站廳站臺等公共區照明、附屬房間照明、普通風機、排污泵、電梯、非消防疏散用自動扶梯和自動人行道。

（3）三級負荷。區間檢修設備、附屬房間電源插座、車站空調制冷及水系統設備、廣告照明、清潔設備、電熱設備、培訓及模擬系統設備。

7.3電氣設備

7.3.1地鐵主變電站電氣設備

在地鐵和城市軌道交通中，一般電源進線均采用110kV供電，中壓供電網絡有35kV，33kV、10kV等電壓等級。

為保證供電的可靠性，地鐵線路通常設置兩座或兩座以上主變電站。地鐵主變電站將城市電網的高壓110kV（或220kV）降壓后以35kV或10kV的電壓等級分別供給牽引變電站和降壓變電站。主變電站由兩路獨立的電源進線供電。地鐵主變電站主要設備配置：油浸式變壓器，（110kV）GIS組合開關、35kV開關柜、動態無功補償裝置、互感器及各種監測保護系統。

7.3.1地鐵主變電站電氣設備

地鐵變壓器GIS組合開關地鐵主變電站保護屏7.3.2地鐵牽引變電站電氣設備

地鐵牽引變電站內設有整流變壓器及整流饋電系統。變電站經由35kV開關柜分配輸送到整流變壓器，經12或24脈波整流后變為1500V或750V的直流電通過接觸網（三軌）進入列車，并逆變為交流電來控制，驅動交流電動機（180kW/臺）帶動機車運行。

整流變壓器整流器柜7.3.3降壓變電站電氣設備

地鐵車站的低壓配電系統承擔了車站及兩端各半個區間的動力照明設備供電的重要任務，并保證動力照明設備配電的安全、可靠。在地鐵子變電站內35kV電源經降壓變壓器降壓后變為400V交流電壓。

35kV開關柜400V開關柜7.3.4通用電氣設備

（1）斷路器：一種對電路進行控制（開斷、關合）和保護的高壓電器開關，用于自動切斷負載電流和短路電流。

斷路器7.3.4通用電氣設備

（2）隔離開關：一種沒有熄弧裝置的高壓電氣開關。不能切斷負載電流和短路電流，但可在無負荷電流時接通和斷開電路。在斷開狀態，能起到隔離電壓的作用。為運行、操作、檢修提供方便和安全條件。

隔離開關7.3.4通用電氣設備

（3）熔斷器：是一種過負荷和短路電流導致熔體發熱熔斷的保護電器。（4）電壓互感器：又稱壓變，是電氣測量，控制和保護回路用的變壓器。電流互感器：又稱流比，是電氣測量、控制和保護調路用變流器。

電壓互感器電流互感器7.3.4通用電氣設備

（5）避雷器：是防止從線路侵入的雷電波損壞電氣設備絕緣的保護電器。

避雷器7.4電力監控系統的組成與結構

7.4.1電力監控系統的組成

城市軌道交通電力監控系統通常包括調度主站系統、變電站綜合自動化系統和所間通信通道三部分。其中位于控制中心的調度主站系統通過通信通道與變電所主控單元進行信息交換；變電所綜合自動化系統通過所內通信網與所內的智能電子設備（IntelligentElectronIcDevlce，IED）通信，通過通信通道與調度主站進行通信。變電所綜合自動化系統由站控主單元和所內通信網及其他廠家IED裝置組成。

1.調度主站系統

城市軌道交通調度主站系統主要由SCADA服務器、數據庫服務器、調度員工作站，操作員工作站等組成，它們通過冗余的100M以太網連接。7.4.1電力監控系統的組成

調度主站系統組成7.4.1電力監控系統的組成

2．變電站綜合自動化系統

1）站控主單元

站控主單元是整個變電所綜合自動化系統的核心，它負責從間隔層獲取來自現場不同類型的實時數據，并通過所間通道（通信專業提供）向控制中心調度主站發送變電所操作、事故、預告等信息，接收來自調度或當地維護計算機下發的控制命令并送達間隔層執行。

2）間隔層

間隔層設備主要是指微機保護測控裝置以及其他帶有智能通信接口的設備（例如，變壓器溫度測控裝置、交/直流屏充電測控裝置等）。

3）所內通信網

所內通信網由信號屏側的交換機和開關柜側的以太網轉換設備組成。7.4.1電力監控系統的組成

3．通信通道

通信通道在整個電力監控系統中具有重要的意義。它是控制中心與各被控站之間的橋梁和紐帶，是整個系統的神經中樞。

通信主干網

7.4.2電力監控系統（PSCADA）的設備配置

1.控制中心的設備配置

控制中心的系統由網絡通信系統和計算機系統兩大部分組成，其設備的配置根據用戶的需求可有多種形式。

1）實時服務器

2）歷史服務器

3）操作員工作站

4）系統維護工作站

5）控制中心局域網絡

6）大屏幕顯示系統及其控制器

7）打印機

8）UPS裝置及配電柜

7.4.2電力監控系統（PSCADA）的設備配置

2.變電站自動化系統

城市軌道交通變電站自動化系統包括：牽引降壓混合變電所自動化系統、降壓變電所自動化系統和跟隨式變電所（簡稱跟隨所）自動化系統。

分布式無人值班牽引降壓混合變電所綜合自動化系統由站級管理層、網絡通信層、間隔設備層三部分組成。

站級管理層由控制信號屏以及設置在其內的通信控制器、顯示設備、音響報警裝置等設備組成。

間隔層設備包括分散安裝在各交流10kV（35kV）開關柜、直流750V（1500V）開關柜內的間隔層保護測控設備以及控制信號盤上集中安裝的接觸軌/網電動隔離開關測控單元，利用通信接口與通信控制器連接。

變電所自動化系統的控制方式采用遠動控制、所內集中控制、設備本體控制三級控制方式，正常運行時采用遠動控制，當設備檢修時采用所內集中控制或設備本體控制。

7.4.2電力監控系統（PSCADA）的設備配置

2.變電站自動化系統典型牽引降壓混合變電所自動化系統結構7.5.2主變壓器設備監控要求主變壓器油溫有載調壓開關分接頭位置停主變壓器有載調壓開關分接頭位置的升、降、停7.5.3直流750或直流1500v設備設備監控要求進線開關柜直流斷路器的合閘、分閘控制．保護復歸控制直流斷路器的合、分狀態直流斷路器手車的工作、試驗、抽出位置斷路器故障跳閘信號轉換開關位置直流總閘電流牽引整流機組牽引變壓器過溫報警牽引變壓器超溫跳閘硅整流器跳閘故障信號硅整流器溫度高硅整流器單相導通裝置故障7.5.4交直流電源屏7.5.5排流柜設備監控要求交直流電源直流輸出欠壓直流輸出過壓直流對地絕緣交流進線開關狀態浮充失敗直流屏進線斷路器合、分狀態饋出斷路器合、分狀態饋線電壓電源屏故障總信號設備監控要求排流柜排流動作元件狀態排流電流參比電極電壓7.5.6軌道電位限位裝置設備監控要求軌道電位限位裝置接地動作元件狀態軌道對地電位接地動作元件動作次數7.5.7其他設備監控點10~35kV設備的進線開關柜、饋線開關柜、牽引變壓器饋出柜、配電變壓器饋出柜、母線分段開關柜、母線分段隔離柜以及400V設備的進線柜、饋出柜、母線分段柜等設備的監控點與66~110kV設備的監控點類似，牽引變壓器、降壓變壓器的監控點與主變壓器類似。7.6電力監控系統（PSCADA）的功能

7.6.1控制中心功能

1．控制功能

電力監控系統的控制功能應能滿足供電系統運行時，改變運行方式、維護檢修、故障處理等方面倒閘作業，不誤動。2．信息處理與顯示

1）遙信功能

位置遙信狀態包括：各種開關、刀閘、接觸器的合、分狀態；開關手車的工作、實驗位置狀態等。保護遙信為單位置遙信，狀態包括：事故遙信的正常狀態、故障狀態；預告遙信的正常狀態、預告狀態。

2）遙測功能

模擬量遙測

數字量遙測

3）報警信息處理

4）數據處理系統7.6電力監控系統（PSCADA）的功能

7.6.1控制中心功能

3．供電系統運行情況的數據歸擋和統計報表功能

4.用戶畫面

5.信息打印功能

6.趨勢顯示

7.人機畫面調閱顯示

8．信息查詢

9．口令功能

10．軟件在線維護、修改、擴展功能

11．系統容錯能力、自診斷、自恢復功能

7.6.2變電站自動化系統功能

1．變電站自動化系統功能

完整的變電站自動化系統應當包括間隔層設備（保護測控裝置）、網絡層和管理層三大部分，主要功能：

（1）間隔層裝置的信息采集、控制命令下發；

（2）各種智能間隔層設備的通信完全接入；

（3）所內聯鎖、聯動關系的實現：

（4）與上層監控系統的通信完全接入以及信息交互；

（5）如果需要，應具備所內人機界面功能．實現對所內設備的測控功能。

2．站級管理層功能

（1）通信控制器的主要功能如下：①通過所內通信網絡，完成對各間隔單元的數據采集與控制輸出。②適應并實現與控制中心系統的遠程通信，完成通信規約的處理。③適應并實現與所內間隔單元的網絡通信，實現所內對設備的集中監控管理。④通過軟件對時與控制中心時鐘系統保持同步，并且同步各間隔單元。⑤當系統發生故障時啟動報警音響。⑥具有看門狗、自診斷、自恢復功能。

（2）音響報警裝置只有事故、預告兩種音響，音響采用自動復歸方式，音響時間可調，盤上設置音響投入/撤除轉換開關。

（3）控制信號屏上設置一臺液晶顯示器或一體化工作站，用于變電站當地人機界面的顯示、當地設備的控制。

7.6.2變電站自動化系統功能

3．間隔層設備功能

間隔層設備功能如下：

（1）10kv（35kv）系統：交流系統的間隔層裝置通常由進線、母聯、變壓器間隔的測控保護裝置構成。

（2）750v（1500v）直流牽引系統：直流牽引系統是變電站的核心系統，因其聯鎖、聯動關系復雜，通常采用保護測控裝置和PLC（或繼電器陣）來構成完善的保護測控系統，其電量保護系統通常完成過電流保護、電流速斷保護、電流增量保護保護等。

（3）0.4kV系統：0.4kv系統為軌道交通系統提供動力照明電源，其保護測控系統一般由開關本位和成套的裝置提供。成套裝置除了完成繼電保護功能外，還能夠完成電流、電壓信號的采集，并對功率、電度、功率因數、頻率進行統計和計算。

（4）變壓器系統：變壓器溫控裝置是專為干式變壓器安全運行設計的智能控制器，能夠提供高溫報警及超溫跳閘的繼電器輸出接點。

（5）整流器系統：整流器內部由多個二極管支路組成，通常整流器外部設置測控裝置，采集整流二極管工作狀態和溫度值，并可根據這些數據啟動報警或跳閘回路，也可以通過通信接口上傳數據。

（6）直流屏系統：變電所內的直流屏以及事故直流屏內部一般設有智能通信模塊，通過RS-485或RS-232通信接口與自動化系統進行數據交換。

7.7電力監控系統接口

7.7.1與通信系統的接口

控制中心與通信系統的接口分界點在控制中心通信機房。對于10Mb/s共享型的通道，由電力監控系統控制中心的局域網交換機引出NJ45接頭雙絞線（變換機與通信機房距離大于100m時采用光纖連接），對端接入骨干網交換機接口板；變電站端的連接與中心的連接方式一致。對于2Mb/s點對點的通道，控制中心局域網交換機引出的NJ45接頭進入以太網/El轉換器，經轉換后的信號通過同軸電纜接入骨干網交換機接口板。變電站端的連接是經過El/以太網轉換器進行的。

7.7.2變電站自動化系統內部的接口

（1）硬線接口：用信號電纜傳遞開關信號或模擬信號。

①DO：開關量輸出，即電力監控系統集中式測控單元提供給相關系統的開關量輸出信號，一般采用DC24V、DC48V、DC110V或DC220V有源電壓信號和無源接點。接點為單獨使用，不與其他系統共用。為了運行維護的安全性和簡便性，建議開關量輸出使用無源接點。

②DI：開關量輸入，即相關系統或裝置提供給電力監控系統集中式測控單元的開關量輸入信號。為了運行維護的安全性和簡便性，要求開關量輸入使用無源接點，接點為單獨使用，不與其他系統共用。

③AI：直流模擬量輸入，即相關系統或裝置提供給電力監控系統集中式測控單元的直流模擬量輸