监控技术李霞 20079252.doc

题 目：《城轨监控技术》课程设计
院 系：电气工程系
专 业：电气工程及其自动化
年 级：2007级
姓 名：李 霞
指导教师：孟 军

西南交通大学峨眉校区
2011年 4 月 25 日

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课 程 设 计 任 务 书

专 业 电气工程及其自动化 姓 名 李 霞 学 号 20079252
开题日期： 2011年 3月 3日 完成日期：2011 年 4月 25日
题 目 《城轨监控技术》课程设计
一、设计的目的
城轨监控技术课程设计是配合“城轨监控技术”理论教学而设置的一门实践性课程，主要目的是通过该课程设计使学生了解城市轨道交通电力监控系统的整体构成及关键性技术，进一步巩固所学知识并能够合理利用。熟悉有关“规程”和“设计手册”的使用方法。初步掌握城市轨道交通电力监控系统设计步骤和方法。
二、设计的内容及要求 (原始资料附后)
1.SCADA系统的构成：（1）主要设计原则、（2）主要设计标准、（3）系统构成和配置；
2.系统功能设计；
3.系统结构、软硬件设备组成；
4.系统主要设计指标；
5.附件：（1）主要工程数量表、（2）主要设备表；（3）四遥对象概数表、（4）系统容量要求表、（5）电力监控系统构成示意图、（6）绘出监控系统监控屏主画面显示/控制图；
6.所有设计内容用16开纸打印成册，包括封面、前言、摘要、设计任务书、设计正文、附件、参考书目等；
三、指导教师评语

四、成绩

指导教师 （签章）
年 月 日

城轨监控技术课程设计原始资料
1.工程概况
XX市地铁X号线工程全长26.188公里，其中线路中间段为地下线，两端为地上线，全线共设车站22座，（其中地下站13座，高架站8座，地面站1座），车辆段、停车场、控制中心和综合办公楼各一座。
地铁电动车组受电方式为DC750V接触轨上部受电方式。
地铁供电系统采用集中供电方式，分别由A、B、C、D四个35/10kV主变电所向地铁沿线AC10kV/DC750V牵引变电所及10/0.4kV降压变电所供电。全线共设主变电所4座、牵引降压混合变电所16座、降压变电所8座、跟随式变电所2座。
2.环境条件
2.1电力调度中心控制室和机房环境
环境温度：+5℃～40℃
相对湿度：10%～90%
海拔高度≤1000m
大气压力：86～108kpa
振动：f<10Hz，振幅为0.3mm；10Hz＜f<150Hz时，加速度为0.1m/s2。
工作电源：两路独立的380/220V电源；波动范围：-15%～+10%
地震烈度：≤7度
接地电阻≤1Ω
2.2牵引、降压变电所内环境
控制室温度：-5℃～+45℃
开关柜温度：-10℃～+55℃
环境温度在-5℃～+40℃时，最大变化率10℃/h，设备应能满足技术规格书所规定的精度要求，环境温度在-10℃～+55℃时，设备应能正常工作，不误动、不拒动。
相对湿度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（25℃）；有凝露的情况发生。
海拔高度≤1000m
地震烈度：≤7度
3.设计内容
3.1设计依据及范围
3.1.1设计依据
1．国家计委项目建议书批复文。
2．《XX市地下铁道X号线工程可行性研究报告》。
3．设计合同。
4．XX市市政工程局技术委员会关于对《XX市地下铁道X号线可行性研究报告》的评审意见。
3.1.2设计范围
1．控制指挥中心内电力监控调度中心的设计，电力监控系统设计；
2．综合维修基地供电车间复示终端设计；
3．控制站与被控站之间远动通道设计；
4．新建及改建主变电所、牵引降压混合变电所、降压变电所的监控系统被控站通信接口设计；
5．监控系统与通信、信号、房建、电力配电等其他专业之间的接口设计。
3.2　SCADA系统构成
3.2.1主要设计原则
1．电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成。
2．控制站采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构。
3．问答式通讯规约，通道结构为点对点方式。
4．通道采用地铁综合通信光纤网中的专用通道，并设置主用和备用通道，主备通道能实现手动及自动切换。
5．控制站与通信站及被控站与车站通信机械室之间为双绞线形式的RS485或RS422接口。
6．控制站具备与其它系统的通信接口能力。
7．系统设备选型立足于国产化。
3.2.2主要设计标准
1．《远动系统和设备》（IEC870-88）
2．《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》（GB/T13730-92）
3．《远动终端通用技术条件》（GB/T13729-92）
4．《计算机场地技术要求》（GB/2887-89）
5．《地下铁道设计规范》(GB50157-92)
6．《地铁直流牵引供电系统设计规范》(GB/T10411-89)
7．《铁路电力牵引供电远动系统技术规范》(TB10117-98)
3.3系统构成和基本配置
完成系统控制站、被控站及远动通道的构成及硬件配置设计，完成电力监控系统构成示意图。
3.4确定监控内容
根据变电所主接线图确定遥控、遥测、遥信对象，完成四遥对象概数表。
4 附图：主变电所主接线图、牵引降压变电所主接线图、降压变电所主接线图

摘 要
　随着我国经济的快速发展,地铁作为城市建设的大型基础设施, 被越来越多的居民作为出行交通工具的同时, 也拉动了区域经济的发展。综合监控系统为地铁车站提供了一个集中操作、运营管理的平台。从地铁综合监控系统的概念出发,本文主要介绍轨道交通变电所综合自动化系统的网络结构与主要设备配置,以及将变电所综合自动化系统集成于综合监控系统以实现电力监控的设计方案。对综合监控系统中电力调度子系统提出了具体设计要求和技术指标,并对电力调度子系统信息流程及信息传输网络的安全策略进行了介绍。论述了综合监控系统的组成和系统集成方案，综合监控系统开发中数据处理与协议转换、人机界面整合、系统时钟同步、系统的可靠性和可扩展性等问题,为地铁综合监控系统的项目决策与前期设计工作提供参考。

关键词　城市轨道交通； 变电所综合自动化；电力监控

目 录
第1章 SCADA系统的构成 1
1.1主要设计原则 1
1.2主要设计标准 1
1.3 系统构成与配置 2
第2章 中央监控系统 3
2.1概述 3
2.2设计选型原则 3
2.3 监控系统功能 3
2.4中央监控系统组成 9
2.5 中央监控系统的网络配置 10
第3章 变电站综合自动化系统 12
3.1 概念 12
3.2系统构成 12
3.3 实现的功能 13
3.4 变电站综合自动化系统的方案设计 17
3.5系统硬件配置 32
3.6 国产化分析 32
3.7 主要技术指标 33
第4章 通信信道 36
4.1通信网络的特征 36
4.2 通信网络的技术特征 36
第5章 复示系统 39
5.1 复示系统的概括 39
5.2 复示系统的组成及作用 39
5.3复示系统的功能 39
5.4 复示系统的特点 40
结 论 41
参考文献 42
附录I 43
附录II 44
附录III 46
附录 Ⅳ 47

第1章 SCADA系统的构成
1.1主要设计原则
1．电力监控系统由控制中心主控系统电力调度端、变电所综合自动化系统、通信信道三部分组成。电力监控系统通过数据通道，实施对供电系统及设备运行状况的实时监控，及时掌握和处理供电系统的各种事故、警报事件、准确实施调度指挥、事故抢修和故障处理，为电力调度提供自动化管理手段，保障供电系统的安全可靠运行。
2．各变电所采用综合自动化系统，变电所综合自动化系统在车站接入主控系统，电力监控设于控制中心的主站设备和通信信道由主控制系统统一考虑。
3．电力监控系统应满足实时性、可靠性、可维护性和可扩展性的要求，并具有故障诊断、在线修改等功能。
4．变电所综合自动化系统采用分散、分层、分布式系统结构。系统由站级管理层、网络通信层、间隔设备层三部分组成。完成对系统控制、监视、测量、保护、自动控制、所内自动化管理及远程通信等功能。主变电所内设置集中监控台设备，为值班员提供管理界面。
5.在车辆段供电车间内设置电力监控复示系统，通过主控系统的信息转发来监视全线供电系统设备的运行情况。
6.电力监控变电所综合自动化系统设备选型应立足于国产设备。
1.2主要设计标准
1．《远动系统和设备》（IEC870-88）
2．《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》（GB/T13730-92）
3．《远动终端通用技术条件》（GB/T13729-92）
4．《计算机场地技术要求》（GB/2887-89）
5．《地下铁道设计规范》(GB50157-92)
6．《地铁直流牵引供电系统设计规范》(GB/T10411-89)
7．《铁路电力牵引供电远动系统技术规范》(TB10117-98)
8.《地区电网电调自动化设计技术规程》（DL5002-91）
9.《远动设备及系统-工作条件》（IEC870-2-1）
10.《远动设备及系统-性能要求》（IEC870-4）
1.3 系统构成与配置
调度自动化系统由远动子系统、计算机子系统和人机联系子系统。
远动子系统负责收集各发电厂、变电所的各种信息，将其传送到调度中心，完成对信息的预处理。同时也可将调度中心的控制命令传送到发电厂或变电所。计算机子系统是以计算机为基础的信息处理系统，它对远动子系统收集到的基础数据作进一步加工处理、分析、计算，为调度人员监视、分析系统运行状态以及对系统运行进行控制提供依据。人机联系子系统包括屏幕显示器、打印机、键盘、鼠标、调度模拟屏等设备，用于向调度人员显示和输出信息，也可以输入调度人员的控制命令。
轨道交通常用监控系统,从功能上可以分为:设在控制中心的中央电力调度系统、各变电所内的变电所综合自动化系统以及通信信道、复示系统四大部分。如附录Ⅰ所示的系统结构。

第2章 中央监控系统
2.1概述
随着自动化技术的发展，越来越多的地铁线路开始考虑和实施中央监控系统，通过中央监控系统统一的软硬件平台，实现资源共享，互联共通，设备集中管理和维护，以及对子系统故障的监测，并为紧急情况下事件的处理提供全面而及时的信息和控制能力，提高地铁整体运营调度管理水平。
2.2设计选型原则
系统和设备选用要考虑其可靠性、安全性、先进性、稳定性、可扩展性、开发性、交互性、经济性和易于维护性等主要性能指标。同时，还要重点考虑选择的主要产品有在地铁控制工程中的成功应用实例。
2.3 监控系统功能
2.3.1控制功能
主控系统在遥控操作方面具有完善的操作手段及安全措施，保证系统的安全、可靠、方便的控制操作，对变电所内满足联锁约束条件（如果存在）并允许遥控的开关、刀闸进行"分"、"合"控制，或对主变分接头进行升降调节操作。并生成操作过程的全部记录，所有遥控联锁条件自动判定。系统配置如下遥控功能：
（1）单独控制
通过鼠标（键盘）操作对变电所内可以远方操作的开关设备、自动装置的投／切、主变分接头、微机保护等间隔层设备的信号复归等进行控制，可进行控制前条件校核，防止误操作。遥控过程完全按照“选择－返校－执行”的原则操作执行，确保控制操作准确可靠。操作前需登录，有必要的安全检查、提示、口令检验、返校、确认、撤消及防同时操作功能等，人为注销后取消控制权。
遥控对象可以有以下 2 种类型：
双位控制开关
单位控制开关
操作过程中随时显示提示信息。操作过程有返校倒计时和执行倒计时，并有限时失效功能。
每完成一项遥控操作后，在系统事件日志中自动记录遥控过程。记录内容包括：
操作员标识、控制对象、命令发出时间、遥控性质、执行结果等，也可进行跟踪打印。
系统能对继保设备进行投切或信号复归操作，可召唤并修改继保定值。
（2）程控
将若干个单控组合在一起，以简化操作步骤，完成供电系统所内、所间数个开关的倒闸作业。在程序控制执行前首先自动检查各控制对象是否具备控制条件，若不具备程控条件，列出不具备控制的控制对象，并提醒值班人员注意。在程控过程中可以人为终止程控的执行。程控选择后，不对位开关进行预闪提示以防误操作。程控执行方式也可分单步执行和自动执行。程控执行成功或失败均有相应的汉字提示，任何一种程控方式均可因控制过程中事故的出现而自动中止或由调度员进行手动中止。
程序控制可以有以下执行方式：
1）定时程控
主控系统可以设置程控执行的启动条件为某个特定时刻（如规定停送电的时间
点），在定义的时刻到达时，自动启动相关程控画面，经操作员人工确认后执行。
2）带条件判断控制
主控系统具有由特定事件启动的程控功能。如当系统发生某些故障，自动对该故障设备或区段进行切除的操作。实现供电系统一个主变电站故障解列时，整个供电系统的负荷在两个主变电站的重新分配。考虑到供电系统的安全性，建议启动后需要人工确认后执行。
3）临时定义程控序列
主控系统具有临时定义程控序列的能力，允许用户临时对预先配置的程控方案进行调整或增加新的程控序列。
4）控制闭锁功能
当现场供电设备故障时，引起相应开关跳闸，则此开关控制命令的操作被自动闭锁，人工解锁后才能进行操作。定义被控对象时，可编辑输入与之相关开关对象的闭锁条件。
5）遥控试验功能
在变电所综合自动化系统的各通信处理器内设置软模拟开关，对此模拟开关进行状态控制，用于测试站级管理层网络及控制操作的可靠性。在变电所，应能进行OCC 控制/车站控制/变电所控制权限的设置，在OCC/车站应只能显示遥控权限状态，不能设置遥控权限。系统应具有完善的防误操作功能。
2.3.2遥信及信息处理功能
(1)遥信显示
遥信信号内容：断路器、主要的刀闸位置信号，有载调压变压器抽头位置信号，变电所内事故信号、预告信号，通信工况异常信号、装置自检信息等。
正常运行状态时，各变电所将各种设备的运行状态和信息实时地传递到控制中心的主控系统，实现控制中心通过监视器装置和大屏幕系统对各变电所供电设备运行状态的监视。
当变电所设备或接触网发生故障时，把故障信息迅速地传递到控制中心显示、打印，同时启动音响报警，操作员按"确认键"后，解除音响。所有异常信息分类分颜色显示和打印，报警程度分四级，各级含义和颜色在数据库中定义。音响报警包含事故报警和预告报警两种，以不同的级别音响报警。
（2）报警信息处理功能
a）事故报警
当事故发生时，在监视器故障窗口显示故障站名，系统自动推出故障所在的变电所主接线画面，相应的自动变位模拟开关闪烁，同时在故障细目画面显示事故内容。按闪光复归键后停止闪烁，模拟开关显示绿色，故障细目画面自动消失，若故障仍存在，则保留故障细目内容。若同时有两个及以上变电所发生故障时，在监视器故障显示窗口同时显示发生故障的站名。系统具有拓扑着色功能，故障停电的部分自动转为灰色或其它指定的颜色。大屏幕投影显示屏上相应的站名、故障信号显示区域变为红色闪烁、变位模拟开关闪烁。按闪光复归键后停止闪烁，开关的状态显示与设备实际情况对应，若故障仍存在，则站名和故障信号显示为红色，否则恢复绿色。在监视器报警画面上显示事故发生的详细内容，并在打印机上进行打印，内容包括：故障发生地点、对象、性质、时间等，打印颜色为红色。
当控制中心接收到事故信号，启动事故追忆，并可保存一年以上。
当控制中心接收到事故信号，发出音响报警，操作员按"确认键"后，解除音响。
b)预告报警
当某站发出预告信号时，在监视器报警画面上显示详细预告内容，并在打印机上进行打印，包括站名、对象、性质、发生时间等。
大屏幕系统显示屏的站名、预告信号显示区域闪烁。确认、复归处理方式与事故处理方式相同。
当控制中心接收到预告信号，发出音响报警，操作员按"确认键"后，解除音响。
为了避免过多的报警对操作人员的影响，系统可以定义雪崩条件，在雪崩条件下，
非关键性报警被自动抑制以免干扰操作员的事故处理注意力。雪崩条件预先定义并可在线编辑。
系统具有模拟操作功能，运行值班人员可进行各种模拟操作而不对系统正常运行造成任何影响。模拟操作界面与实际界面一致。
2.3.3遥测及数据处理功能
系统对变电所主要电源、电压、功率、电度、主变温度等模拟量或脉冲电度量和保护装置的参数设定值、保护动作值等数字量进行实时采集，并使模拟量在监视器的主接线画面上或通过窗口、曲线、棒图等方式动态显示并打印出来。对变压器过负荷情况和出现时间，各种模拟电量的极值和出现时间进行统计，并对越限量报警。
数据处理主要内容：各种开关操作记录(包括站名、对象、性质、发生时间等，打印颜色为黑色)，各种故障记录(包括站名、对象、性质、发生时间等，打印颜色为红色)，统计报表记录、检索，电流电压曲线(包括站名、时间)
遥测量超限监视：当电流、电压量超过极限值时，发出超限报警（不响音响，
在显示画面上改变显示颜色并闪烁），可进行打印（需要时）和存盘，打印颜色为红色。
Ø 过负荷发生时间，持续时间的监视。
Ø 当日最大负荷，最高、最低电压、电流出现时间的统计。
Ø 电流、电压、电度量等曲线的显示可以根据不同的时间要求进行时间分隔显
示，以便观察电流、电压、电度量在不同时间的变化情况。
Ø 开关动作次数统计（区分操作与事故情况）。
Ø 主变电站谐波检测，感性无功和容性无功测量。
Ø 可信度检验，能过滤掉不在合理性范围内的数据。
Ø 变化率检验，提供对突变数据的过滤功能。
Ø 工程单位转换
Ø 双重越限检验
2.3.4遥调功能
主控系统可对主变电站内有载调压变压器分接头位置进行调节，遥调结果在监视器主接线画面上显示。
2.3.5模拟操作
Ø 开关不下位模拟对位操作；闭锁、解锁操作；挂地线操作；
2.3.6调度事务管理功能
控制指挥中心根据从变电所采集的设备运行信息，保护、开关动作等信息，设备异常信息，分析设备的动作次数、累计运行时间、异常或故障发生情况、为调度决策提供依据。
2.3.7供电系统运行情况的数据归挡和统计报表功能
分类保存操作信息、事故和报警信息的历史纪录，系统可根据调度人员需要按时间、对象、事件性质等不同方式进行检索，以便进行查询和故障分析；实现模拟量测量数据及开关跳闸次数等的日报、月报、年报等统计报表。报表的格式，定义打印的时间均可以修改，已经生成的报表可以用阅读软件在其他计算机浏览。
主控系统能够提供报告模板。允许操作员"修改、另存"的方式来增加报告模板。在
不重新启动服务器和操作员站的情况下，修改后的报告模板可以直接被系统使用。报告既可以定时输出，也可以根据操作员命令输出。输出报告的格式和打印报告的时间间隔，用户可以在线定义。
2.3.8信息查询功能
用户可设定时间和项目在系统中查询各种实时、历史信息。被查询的信息可以是一定时间内的变化过程，被查询的过程可以被重新演示，即过程回顾、事故重演。
2.3.9用户画面显示功能
系统提供图/模/库一体化的作图软件包，通过使用系统提供的作图软件包和图形显示软件包，系统能满足以下用户画面种类和要求：
Ø 供电系统示意图；
Ø 供电设施分布示意图；
Ø 监控系统构成示意图；
Ø 变电所自动化系统构成示意图；
Ø 各变电所主接线和接触网线路图；
当断路器事故跳闸后闭锁遥控操作时，断路器状态显示应区别于正常的显示。当开关柜中的智能电子装置通信工况退出时，开关状态显示应区别于其它状态。主接线图中可显示电流、电压、功率等内容。
Ø 程控显示画面；
Ø 遥测曲线画面；
Ø 电度量直方图；
Ø 日报报表、月报报表、年报报表；
Ø 越／复限统计报表；
Ø 操作记录报表；
Ø 警报细目画面；
包括各被控站内警报细目和全系统警报细目，其记录方式具有随时打印、定时打印、自动以电子文件保存等方式。并可分别按时间、对象、性质进行检索。
2.3.10打印及画面拷贝功能
打印管理实现对系统信息打印的管理功能，提供实时运行信息打印及定时报表打印功能。系统支持对图形、报表、曲线、报警信息、各种统计计算结果等的打印。同时对所有监视器画面均可实现随机拷贝。画面管理支持画面的拷贝、重命名、画面支持等功能。用户生成新画面时可拷贝系统原有画面，在此基础上进行修改，减轻画面生成工作。画面编辑过程中提供对所有图元、数据、区域的编辑、拷贝、删除等操作功能。所有图形自动保持全网一致。
当不需要打印、打印机关机或故障时，各种信息由系统统一管理并自动保存在硬盘的指定目录内。
2.3.11大屏幕系统功能显示
主控系统控制的大屏幕支持动态显示各变电所开关位置及接触网带电状态。可以灵活定义显示内容及显示窗口，支持多屏幕拼接显示方式。
2.3.12对各种重要命令和操作设置超时监视，超时时间可调。
主控系统对于各种重要命令和操作可以设定超时监视，例如返校时间，操作时间等等，超时时间可以调整。
2.3.13系统具有防止各种误操作所造成的锁机现象的功能。
主控系统不会由于误操作锁机。对于错误操作，系统会给出提示。
2.3.14培训功能
系统具有对操作人员、运行维护人员进行上岗培训功能，使其掌握电力监控系统的运行管理、操作、以及日常维护、故障排除、替换故障元件等业务。
2.3.15口令功能
对各等级的运行管理人员进行口令级别设置，以确定管理人员的管理范围，管理人员在岗位交接班时用口令替换形式完成。口令级可分为操作员级、应用软件级(包括数据库)、系统软件级等。
Ø 操作员级：可进行遥控操作、调度管理工作。
Ø 应用软件级：可对数据库、画面等应用软件实现在线维护。
Ø 系统员级：可对系统程序进行编程和修改。
2.3.16汉化功能
系统人机操作界面进行全"汉化"处理，系统最低应配置中华人民共和国一级汉字库。
2.3.17系统的维护、修改、扩展功能
系统具有对各种用户画面、数据库、系统参数等实现人机交互式在线维护、修改、编辑、定义、扩展等功能。
2.3.18系统自检功能
系统具有远方诊断功能，具有容错、自诊断、自恢复功能，主站设备自检标志达到设备级，被控站设备自检标志达到模块级，故障时能提示报警并记录和召唤打印。当系统外部断电恢复后，系统能够自动恢复正常运行。
系统具有对各通道进行监视的功能，并能对通道误码率进行统计。
2.3.19事件顺序记录（SOE）
全网时钟统一对时，毫秒级精度记录主要断路器和保护信号的状态、动作顺
序及动作事件。形成动作顺序表。除显示于系统画面外，并可打印（召唤和自动打印）、存到历史数据库中，帮助调度运行人员判明系统事故起因和断路器跳闸顺序。
对采用接受系统对时方式同步的变电所综合自动化系统，可对通信线路传输
引起的时延进行校正计算；
周期性的进行时钟同步。
2.3.20数据转发功能
实时数据可以通过网络转发；
转发界面友好、统一，用户可自行增删及修改；
转发过程可控制多路转发，用户可以实时启动、定时启动或人工启动。
2.4中央监控系统组成
2.4.1 系统硬件设备
综合监控系统的硬件设备组成有以下特点:采用主备、冗余、分层、分布式C/ S 结构, TCP/ IP 协议,具有有效的故障隔离和抗干扰措施。主要硬件设备有主/ 备服务器、调度员工作站、维护工作站、前置通信机、数据通信接口设备、模拟盘驱动器、复示处理机等网络节点及相应的人机接口设备,设置的外围设备有实时数据打印机、报表打印机、画面硬拷贝机、维护管理打印机、模拟盘设备、UPS 电源、GPS 时钟系统设备等。
2.4.2 系统软件
综合监控系统的软件主要由基础软件、应用软件、接口软件等构成。基础软件主要完成数据处理、管理等功能;应用软件主要完成系统使用、管理、维护应用等功能;接口软件实现各子系统、设备间的通信处理。

2.5 中央监控系统的网络配置
2.5.1双冗余网络配置
双冗余网络配置方案需要设两套并列运行的以太网交换机，它们可以按照主备方式运行，也可以同时运行。该网络配置方案运行可靠性高，相应的建设投资也高，适用于建设标准较高的工程。
2.5.2 单网配置
单网配置方案设一套以太网交换机，如果交换机出现故障，则整个系统将无法运行。该方案运行可靠性低，但相应的建设投资也低，适用于建设标准较低的工程。
2.5.3 数据采集网与应用网分别配置
此方案将数据采集网与应用网分开设置，采集网专用于控制中心与各变电所之间的数据交换，应用网用于控制中心内服务器、工作站之间的通信。该方案可以减少数据采集过程对应用网的影响，适用于控制中心与变电所采用点对点方式通信的工程，也适用于数据采集量大，而控制中心服务器等设备配置等级又较低的工程。同时，因该方案系统运行可靠性低，设备硬件配置要求相对较低，相应建设投资较低，因而适用于建设标准较低的工程。
2.5.4系统结构
方案一：C/S模式，双网结构，一主一备
LAN A和LAN B网络结构相同，功能等价，互为备用；正常运行时，只有一网在线，另一网作为备用；当在线网发生故障，由另一网自动切换负责整个系统的运行。在此方案中，不存在主从节点，只存在主备网络。当在线网某一节点故障时，不影响其它节点的正常工作，只在其它节点需要这个节点的数据时才会出现“数据不可用”的错误信息。一旦故障节点恢复运行，错误信息将立即清除，整个系统继续运行。
该方案的优点是：因双网相互备用，提高了网络的可靠性和安全性。缺点是：因单网负担全部负荷，所以与方案一比较，本方案各网络负担重，实时性较差；同时因节点不存在主备，节点可靠性较方案一低。
方案二：C/S模式，主从节点，同时工作，冗余配置
采用同时运行的分流/冗余以太网，正常工作时，LAN A和LAN B同时工作，传送不同的系统信息。当其中一个网络发生异常或故障时，系统自动将全部需传送的信息切换到另一个网络上。当两个通信节点间的两个网的状态发生变化时，系统将根据变化后的网络状态重新设置其通信路径。在正常状态下，数据传输节点按照预先配置的路径将信息传送到目的节点。当某个网络发生故障或某个节点故障时，传输节点将改变传输路径，通过正常的网络将数据传输到目的节点。

该方案的优点是：利用双层网络实现不同数据处理任务的分配，减轻了设计管理网络的负担，提高网络的数据通信速度和实时性，同时实现了数据集中管理，资源共享。系统服务器能对系统各节点进行自由组态，控制信息传输方向。缺点是：因网络故障或节点故障，改变了传输方向，进行了重新组态，增加了网络管理层次，增加了网络节点关联的复杂性和软件的复杂性。
方案三：C/S模式，双网结构，对等结构
LAN A和LAN B节点对等，无主从关系。
该方案的优点是：系统投资低，节省网络服务器。缺点是：各节点相对独立，功能分布不均，很难保证各节点数据一致性和可靠性。
方案四：C/S模式，双网结构，主从网络节点方式
局域网LAN A和LAN B分别为数据采集和调度管理两个网络；正常运行时，双网各司其职。调度管理网络用于各计算机之间的数据交换和资源共享，负责系统的调度、维护、管理。数据采集网络用于主站和各被控站间数据的实时高速采集，实现控制中心命令的发送和变电所实时数据信息的接收。当其中一个网络事故时，另一网络因不具备其功能，不能进行切换；当某一主节点故障时，启动它的从节点，从而保证各节点的正常运行，不影响其它节点的正常工作。
该方案的优点是：利用双层网络实现不同数据处理任务的分配，减轻了设计管理网络的负担，提高网络的数据通信速度的实时性，同时实现了数据集中管理，资源共享。缺点是：增加了网络管理层次和网络节点关联的复杂性，不能实现一网故障情况下的备用，降低了网络的可靠性。
方案二具备方案一和方案四的优点，将网络数据传输由双网分担，实时性好，网络负担轻，同时有冗余，可靠性高。方案二的管理软件虽然比较复杂，但已有运行经验，不会影响本系统的可靠性。所以无论从实时性，还是可靠性，方案二都优于其它方案。对于可靠性要求高、实时性好的城市轨道交通来说，采用这种系统构成，将既能保证无人值班变电所的正常安全运行，还能保证及时掌握系统的实时运行情况。本设计选用方案二。

第3章 变电站综合自动化系统
3.1 概念
变电站是是牵引供电系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对供电网络的安全运行起着举足轻重的作用。
传统变电站设备，以人工操作为主，无法满足牵引供电系统安全、稳定和经济、可靠运行的要求。因此，必须采用先进技术，提高变电站的自动化管理水平。
变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。
功能的综合是其区别于常规变电站的最大特点,它以计算机技术为基础, 以数据通讯为手段,以信息共享为目标。
3.2系统构成
国内地铁牵引降压混合变电所内设备组成分为三个层次。
(1) 间隔层。包括微机保护测控装置以及其他带有智能通信接口的设备,如变压器温度测控单元、交/直流屏充电测控装置等。间隔层设备的最大特点是具有智能化、自律性能的微机保护单元,其基本功能的运作不依赖通信网络。
(2) 网络层。将各种间隔层智能装置通过现场通信网络进行连接,完成上位机(Workstation)和数据终端设备(测控单元)的数据和命令传输。
(3) 站级层。作为变电所自动化系统的通信控制、后台机系统,承担着变电所综合自动化系统的通信管理、人机界面(MMI)交互以及运行管理的任务。考虑到地铁车站变电所都是以间隔为单元组屏,以及设备的向下兼容性和有关国际发展趋势,因此没有用嵌入式以太网完全替代现场总线网,而是将站内通信网设计为两层,间隔以上的用10MHz/100MHz嵌入式以太网构成站内通信的主干网络,负责网络服务器、历史数据服务器组等PC机和各间隔进行通信。在间隔内部,用现场总线网(如Modbus、CAN、Profibus等)把各保护装置连在一起。现场总线网上的信息由间隔层的测控单元通过通信控制器(网关) ,上传到主干网上。最底层的各种保护设备可不做任何改动,保持了向下兼容性。这种通信网络设置形式将嵌入式以太网与现场总线技术相结合,发挥了各自的优势。在这里,通信控制器(网关)起到了非常重要的作用,具体表现在:
·大大降低了主控单元的复杂程度和运算负载;
·将不同的通信网络转换为统一的通信接口,管理更为简单;
·使不同间隔层设备之间的相互影响降到了最低;
·将间隔层设备自身的通信网络故障隔离在通信控制器之外,不会影响到主控单元的正常工作以上方案的以太网拓扑结构实际上是带自愈功能的环形拓扑结构,网络上的节点通过CSMA /CD机制获得对通道的占有权,只有拥有通道占有权的节点可以向环上其他节点发送信息。一般环形拓扑结构的信息在环上是单向传输的,而带自愈功能的环形拓扑结构在环网中增加控制协议,使环上的信息可以双向流动,规定一种信息流动方向为主方向、另一种流动方向为备用方向。在正常情况下,环上信息按主方向流动;当某两个节点之间的传输介质出现断线或某个节点故障时,控制协议可以改环上的信息流动方向到备用方向,在不增加投资的情况下,网络可靠性得到大幅提高。

图3-1 牵引降压混合变电所综合自动化设备组成
3.3 实现的功能
变电站综合自动化功能由电网安全稳定运行和变电站建设、运行维护的综合经济效益要求所决定。变电站在电网中的地位和作用不同，变电站自动化系统有不同的功能。
3.3.1 监控子系统的功能
监控子系统应取代常规的测量系统，取代指针式仪表；改变常规的操作机构和模拟盘，取代常规的告警、报警、中央信号、光字牌等；取代常规的远动装置等等。监控子系统功能有：

3.3.1.1 数据采集
数据采集有两种。一种是变电站原始数据采集。原始数据直接来自一次设备，如：电压互感器、电流互感器的电压和电流信号、变压器温度以及断路器辅助触点、一次设备状态信号。变电站的原始数据包括模拟量和开关量。另一种是变电站自动化系统内部数据交换或采集。典型的如：电能量数据、直流母线电压信号、保护动作信号等。变电站的数据包括模拟量、开关量和电能量。
(1)模拟量的采集。各段母线电压、母联及分段断路器的电流、线路及馈线电压、电流、有功功率、无功功率，主变压器电流、有功功率和无功功率，电容器和并联电抗器电 流、直流系统电压、站用电电压、电流、无功功率以及频率、相位、功率因数等。另外，还有少数非电量，如变压器温度保护、气体保护等。模拟量的采集有交