地铁SCADA系统常见故障分析与处理.pdf

设备管理与维修2023 翼8（下）当振动通频幅值变化时，工频成分能量变化明显，但其他频率分量相对稳定。4处理方案及效果通过对检测数据、实际中运行数据相结合进行分析，齿轮轴振动频率主要集中在工频，引起一倍频最可能的则为不平衡和轴承间隙超标。结合齿轮对动平衡较好的情况，判断轴承瓦间隙超标是导致齿轮箱振动问题的最可能原因。在与专业齿轮箱厂家沟通、交流多次后，决定在对轴承重新进行改造设计，以期满足运行要求。最终重新设计、改造的轴承形式和轴承设计间隙，低速轴支撑轴承为圆瓦轴承，设计间隙值 0.330.43 mm；高速轴支撑轴承为圆瓦轴承，设计间隙值 0.240.34 mm。制作、加工重新设计的轴承，借生产允许停机的机会更换轴承，同时复查齿面啮合、轴承瓦背接触、机组对中等，各项数据达到原始设计及改造设计要求。机组开车后，齿轮箱振动明显降低、不超过 30 滋m，且无论在何种负荷下齿轮箱均没有出现过明显波动（图 6）。5结论通过重新设计、更换轴承，解决齿轮箱的振动故障问题，从而验证了振动故障原因分析和处理措施的正确性和有效性。通过处理，使机组恢复了正常运行状态，保证生产工作的顺利进行。通过分析过程和实际处理结果也可以看出，对于压缩机组等通过强制润滑的设备，理论上椭圆瓦较圆瓦轴承有较好的高速稳定性和抗振性能，但是这是建立在合理设计的基础之上，对于低速重载的齿轮箱，合理设计的圆瓦轴承完全可以满足使用要求。此外，借助频谱分析技术可以判断故障可能的位置和类型，通过相关分析可以及时掌握设备状态变化，对于设备故障的预判、处理有积极意义。参考文献1BPRT 同轴机组说明书 Z.编辑吴建卿图 6改造后齿轮箱的振动情况0引言随着通信技术的发展和SCADA（Supervisory Control And DataAcquisition，综合监控和数据采集系统）系统的普遍应用，变电所逐步趋于智能化、无人化管理，这一技术在给供电管理带来便利的同时，也使得地铁运营更加依赖于智能化系统运行的稳定性。一旦 SCADA 系统发生故障，电调将无法对全线变电所设备进行远程监视与控制，地铁供电也将存在安全隐患，因此，加强 SCADA 系统设备维护与管理、保证其整体运行稳定在地铁安全运营中具有重要意义。1SCADA 系统概述SCADA 系统1在电力系统中又称电力监控系统，是地铁供电中的重要组成部分，在安全供电中占据重要地位。电力监控系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，负责现场运行的供变电设备状态的监视与控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能2。SCADA 系统主要由控制中心调度系统、牵引降压混合/降压/主变电所综合自动化系统及通信通道构成。控制中心调度系统通过通信环网与变电所综合自动化系统互联。电力调度人员通过调度中心工作站的电力监控平台软件，对全线变电所现场运行的高压供变电设备及接触网电动隔离开关实时远程统一监视和控制，确保供电安全。为确保控制的可靠实现，地铁 SCADA 系统采用远程控制、所内盘上集中控制、设备本体控制 3 级控制方摘要：随着 SCADA 系统在地铁供电中的深入应用，供电安全性得到提升，供电设备统一管理也更加便利，但其在运行中时常出现一些故障，导致对变电所设备的远程监视与控制功能失效。结合南京地铁 3 号线供电 SCADA 系统实际运行维护情况，根据故障影响范围，逐层分析总结常见故障问题，并给出相应解决措施，对保障地铁安全运营具有重要意义。关键词：SCADA 系统；通信；故障；处理措施中图分类号：TM734文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.08D.44地铁 SCADA 系统常见故障分析与处理夏周勤（南京地铁运营有限责任公司，江苏南京210008）輭輳设备管理与维修2023 翼8（下）图 1电力监控系统构成式，3 种控制方式相互闭锁。根据故障影响的范围，SCADA 系统故障可分为两级，中心级系统故障和站级系统故障。2中心级故障及其处理措施中心级故障在地铁运营中属于严重事故，将影响电调进行全线电力监控。以南京地铁 3 号线为例，SCADA 中心调度系统主要由系统局域网络、2 套系统服务器、2 套前置服务器、操作员工作站等构成。中心电力监控系统构成如图 1 所示，同时系统配有一套 UPS 不间断电源设备，保障电力供应。中心机房局域网络采用双以太网结构，互为备用。正常状态下双网同时运行，可自由切换；当任一网络故障时，系统软件发出报警信息，并由非故障网络承担全部的数据传输，以保证系统的连续运行。服务器用于整个网络数据的后台处理、历史数据管理、网络管理、节点资源分配等工作，当一套服务器故障时，系统应自动切换到另一套服务器上。中心级系统故障根据功能可大致分为以太网设备故障、服务器故障和 UPS 电源组故障。2.1以太网故障当 SCADA系统软件后台提示全线主网或备网通信中断时，可推测中心机房以太网故障，需立即到机房查看网络设备，包括组网交换机、网线、光纤跳线等，一般来说长期运行后中心级组网交换机损坏以及 RJ45 接口、光口松动的可能性较高，平时需要加强对网络设备柜中主备网运行指示灯的巡视，检查连接是否松动。2.2服务器故障由于服务器处于全年 24 h 不间断运行，负载量较大，使用一定年限后，可能出现一些问题，当系统后台提示某台服务器失步时判断为服务器故障。一旦服务器出现故障，根据不同状态，需要采取不同措施。（1）服务器硬件是否停机。如果发现服务器运行指示灯不亮、风机停止转动，首先检查服务器供电回路、相关连接线、供电电压是否正常，排除外部电源问题。如果外部电源正常，需联系厂家返厂维修。（2）服务器硬件运行正常，系统软件运行不正常。这种情况一般为服务器宕机，常见的服务器宕机原因有运行环境问题和服务器性能问题，发现服务器宕机后，要判断其原因是否为系统功能模块进程挂死；是否为启动程序问题；是否为外部攻击导致；是否为工作人员误操作问题。服务器失步后，相关工作人员可先通过指令检查服务器进程，尝试重新启动服务器操作系统软件；近年来根据公安部要求，为保证 SCADA 系统信息安全，免受外部病毒攻击导致的通信网络瘫痪，依照网络安全等级保护制度要求，公司每年定期为 SCADA 系统组织等级保护测评工作，进行安全建设，同时对不合格项进行整改，并加装了网络安全保护设备。此外，由于 SCADA 系统建设初期服务器预留内存不足，数据库存储空间无法满足当前大量数据的需求，经常出现历史信息无法查询、报表数据没有上传等情况，此时需要对服务器进行扩容处理，同时定期做好关键数据备份工作。2.3UPS 电源故障控制中心 SCADA 机房设置一套 UPS 电源设备，为机房内SCADA 设备提供 UPS 电源，主要包括 UPS 主机、蓄电池组、UPS配电柜（含进线双电源切换装置、输入/输出开关、监控单元、蓄电池组监测系统、通信装置等）。UPS 电源故障通常为蓄电池组问题，蓄电池异常，机房服务器、交换机等设备的电力供应将得不到保障，SCADA 系统也就无法运行。为保障电源供应稳定，维护人员需做好监控单元报警信息、蓄电池运行状态巡视工作，发现蓄电池漏液、鼓包等情况应立即查出原因予以处理，同时定期对电池做容量考核试验。3站级系统故障及其处理措施变电所综合自动化系统由控制信号盘、开关柜内的微机综合保护测控单元和变电所维护计算机及所内通信网络构成。系统采用集中管理、分散布置的模式，各微机综合保护测控单元安装于各开关柜内，进行接口及规约的配合、转换、组网后接入到通信处理设备即通信管理机，站级综合自动化系统构成如图 2所示。站控主单元通过所内通信网络对其进行监视控制，实现变电所各种设备的控制、监视、联动、联锁、闭锁功能，自动投切，电流、电压、功率、电度采集功能。根据系统图可以看出，造成站级系统故障的可以分为 3 类，分别是网络通道出现故障、控制信号屏设备故障以及设备层通信接口转换单元故障。3.1网络通道故障3.1.1光纤网故障由于光纤网具有频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰性强、保真度高等优点，地铁电力监控系统远距离通信多为光纤网通信。光纤网络主要由光电转换器和光纤通道搭配组成，光电转换器将以太网的电信号转换为光信号，然后利用光的全反射原理使其在光纤中传播，光信号通过光纤后，再转换成另一端工作设备需要的电信号。目前，地铁供电中普遍使用的仍然是双纤、双向光纤收发器，需要一对光纤进行光信号的发送和接收。因为光在光纤中为单向传播，链路的某一环节出现问题，就可能导致通信中断。如果光电转换器只有光口指示灯不亮，基本可判定为光纤网故障，光纤网通信故障可能有以下 3 个原因：淤光电转换器本体故障；于光纤链路没有交叉链接；盂光缆、尾纤通道有断点或光衰过大。确认光纤网故障后，可先查验光纤链路是否交叉连接，如果没有则调换相应光电转换器 TX/RX 光口的尾纤；如果光纤链路连接正常，可安排两个工作人员在光纤通道的两端，通过光笔或光功率计打光检查光纤是否存在光衰或輭輴设备管理与维修2023 翼8（下）图 2综合自动化系统断点，如果光衰过大应立即更换，如果光纤通道正常，则多为光电转换器损坏，应更换光电转换器。光电转换器故障是日常工作中最常见的故障，需注意的是更换的新光电转换器需要满足现场光信号波长、电源规格以及单模、多模等需求。3.1.2铜线网故障铜线网是利用通信电缆来完成电信号传输的，地铁 SCADA系统使用的主要包括两种：网线以及 RS485 通信线。日常工作中铜线网常出现的通信故障原因有以下 3 种：淤RJ45 接口或RS485 串口接口松动，电信号接触不良导致通信中断；于网线水晶接头压制不好；盂开关柜内 RS485 通信电缆接线错。当遇到铜线网故障时，应当首先查看接线是否松动，如果松动需要进行紧线或者更换插口；对于网线段可以利用同网段计算机 ping 上层或下层设备对应的 IP 地址测试通道回路是否正常，找出故障段进行更换；对于 RS485 通信电缆可以利用多用表欧姆档测试各回路段通断或者测量线路电压是否正常，缩小排查范围，找出故障点。3.2控制信号屏设备故障控制信号屏主要包括通信管理机、测控装置、光电交换机及电脑一体机等。如果出现整个车站与控制中心通信的故障，且保证控制中心系统正常的条件下，可以初步判定是通信管理机的故障或到通信环网的传输通道故障，然后可根据设备运行指示灯进行下一步判断。通信管理机是 A、B 机一体结构，互为备用，通过以太网将变电所内的所有 35 kV、1500 V、400 V、变压器、整流器等设备连接起来，实现对上述设备的遥控、遥测、遥信、遥调、SOE 等功能。所有站的通信管理机都接入到通信环网，使得操作员在中心工作站能够对所有站级设备实现集中遥控，变电所内网络底层通信协议为 TCP/IP，通信管理机接到通信环网的 LAN 口具备一个唯一的 IP 地址和相同的子网掩码，使得全线所有的通信设备能够同时在线工作。如果通信管理机 A 机或 B 机运行指示灯异常，工作人员可以首先查看通信管理机异常部分 LAN 口 IP 地址设置是否正确，再排查硬件故障，硬件故障常见为通信管理机的 CPU 插板损坏，更换 CPU 板后需要对 IP 地址和子网掩码进行重新设置，实现与中心的通信。若通信管理机正常而光电交换机指示灯异常，可用笔记本电脑接入网络通道检查通道工作状态，如果是光电交换机故障，则需要更换备件。3.3设备层通信接口转换单元故障设备层通信接口转换单元安装于开关柜内，用于实现现场设备的状态采集和通信规约转换。如果系统后台出现某区域通信故障，可判断故障位于该区域设备层通信接口转换单元。3 号线 400 V、1500 V 开关柜内设置 MOXA 5430I 串口服务器将开关柜内的所有设备接入以太网，串口服务器将现场总线的 RS485 串口转换为 TCP/IP 网络接口，再通过光电转换器转换为光信号后通过地下光缆连接到控制室通信管理机上，实现站级综合自动化系统对现场设备的统一遥控。串口服务器需要对其各串口的波特率、接口标准、端口号等参数进行简单设置。如果在后台发现单独某一端口通信出现问题，工作人员首先可以考虑是否该端口参数设置错误，排除参数设置错误后，再利用控制变量法调换端口 RS485 接线端子，确认是否串口服务器端口本身故障，若是串口服务器故障，需立即更换备件。4结束语通过对地铁 3 号线 SCADA 系统故障的统计分析，梳理一些日常维护过程中常见的故障，对其原因进行分析，给出常见故障的处理方法，为此后优化相关设备提供参考。实际设备管理和维护过程中，应结合设备图纸以及现场实际故障现象，分析具体故障原因，做出相应处理措施，保障地铁安全运营。参考文献1项晓春，刘广魁.SCADA 系统及其应用 J.自动化技术与应用，2000，19（6）：19-22.2伊旭，王佑，赵卓，等.基于 PI 实时数据库的配电数据采集与监视控制系统 J.浙江电力，2011，30（8）：71-73.3邵世山，王长磊.现代光纤通信传输技术的应用分析 J.通信世界，2014（20）：41-42.4梁有对.地铁供电系统中 SCADA 系统的应用 J.价值工程，2018，37（23）：257-259.5姚永高.城市轨道交通电力监控系统研究 J.中国新技术新产品，2020（3）：17-18.编辑毕来金輭輵