毕业论文-轨道交通供电系统的SCADA系统应用.doc

目录 湖 南 科 技 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目轨道交通供电系统的SCADA系统应用作 者 层 次 专升本 专 业 电气工程及其自动化 学 号 指导教师 二 零 一 五 年 四 月 五 日3致谢目录目录3摘要5第一章 概述71.1 国内城市轨道交通的发展71.2 轨道交通供电系统的重要性及其要求81.2.1 系统的总体功能81.2.2 系统的基本要求91.3 供电系统的构成101.4 SCADA系统的角色和意义111.5 本设计的主要工作12第二章 轨道交通供电系统介绍132.1 设备分类132.2 设备的功能和型式132.2.1 高压开关设备132.2.2 中压开关设备132.2.3 低压开关设备152.2.4 直流开关柜172.2.5 微机保护装置172.3 本章小结19第三章 SCADA系统的设计203.1 概述203.2 一般要求203.3 系统构成213.4 监控对象233.4.1 66110KV设备233.4.2 主变压器243.4.3 1035KV设备243.4.4 直流750V或直流1500V设备263.4.5 400V设备283.4.6 配电变压器293.4.7 交直流电源屏293.4.8 排流柜293.4.9 轨道电位限制装置293.5 技术指标303.5.1控制中心主站系统技术指标303.5.2变电所综合自动化系统技术指标303.6 中央监控系统313.6.1 中央监控系统的功能313.6.2 中央监控系统网络配置方案463.6.3 中央监控系统硬件配置方案483.6.4 系统软件配置方案493.7 供电复示系统493.7.1 系统功能493.7.2 系统构成513.7.3 通道方案513.8 通道513.8.1 电力监控系统独立设置时的通道要求513.8.2 电力监控系统集成于综合监控系统时的通道要求513.9 电力监控系统与综合监控系统的关系及接口513.9.1 系统间硬件关系及接口分界523.9.2 系统间软件关系523.9.3 电力监控系统与综合监控系统关系综述533.10 本章小结53结论54参考文献55致谢56摘要城市轨道交通供电系统，是城市轨道交通工程中重要机电设备系统之一，它担负着为电动列车和各种运营设备提供电能的重要任务。牵引供电技术与车辆技术的发展史与城市轨道交通技术的发展史，紧密相关、直接相连。城轨供电系统的可靠性与安全性，直接影响到城市轨道交通的安全运营与服务水平。城轨供电方案的科学性及设备选型的合理性，也直接影响到城轨交通的节能效果。电力监控系统（SCADA）对城轨供电系统主变电所、牵引变电所、降压变电所等不同类别变电所内的高压66110KV设备、中压1035kv设备、直流750V或直流1500V设备、低压400V设备、交直流电源屏、排流柜、轨道电位限制装置等对象进行监控，实现对各种设备的控制、信息采集、数据分析处理、远方维护、统计报表、事故报警、画面调阅、历史数据查询等功能。实时对设备的进行监控、监测，保证轨道交通的正常运作。关键词：城市轨道交通供电系统；电力监控系统；监控；监测。AbstractCity power supply system, construction of urban rail transit system in one of the important mechanical and electrical equipment, which undertakes the operation of electric trains and a variety of important tasks to provide power equipment. Traction power supply technology and vehicle technology, history and urban history of rail transport technology, closely related, directly connected. Urban rail power supply system reliability and security, directly affects the safety of urban rail transit operations and service levels. Urban rail power supply scheme and selection of equipment and scientific rationality, but also directly affect the energy saving effect of urban rail transit.Power Monitoring System (SCADA) system for urban rail power supply the main substations, traction substations, such as different types of step-down substation high voltage substation equipment 66 110KV, 10 35kv medium voltage equipment, or 750V DC DC 1500V devices, low voltage 400V equipment, AC and DC power supply panel, exhaust flow cabinets, and other objects orbit potential limitation device to monitor and achieve a variety of equipment, control, information collection, data analysis and processing, remote maintenance, statistical reports, accident alarm, screen access to historical data query. Real-time monitoring of equipment, monitoring, to ensure the normal operation of rail traffic.Key words: urban power supply system; power monitoring system; monitoring; monitoring.第一章 概述1.1 国内城市轨道交通的发展我国城市轨道交通开始于20世纪50年代的北京地铁建设。北京地铁一期工程1965年开工，1969年建成通车。直到20世纪80年代，中国城市仅有北京地铁40KM，天津地铁7.6KM。随着我国国民经济的持续发展，城市化进程的逐步加快，城市人口与机动车数量急剧增长， 截止到2007年底，全国（不包括台湾地区和香港、澳门特别行政区）已开通城市轨道交通的城市有：北京、天津、上海、广州、长春、大连、重庆、武汉、深圳、南京共10个城市近30条线，线路总长度已超过700km。进入21世纪以来，随着大城市交通问题的日益突出，大力发展城市轨道交通已成共识。城市轨道交通的建设也进入了新的高潮期，发展态势更为迅猛，全国48个百万人口以上的大城市中已有30多个城市开展了城市轨道交通的建设或筹建工作，据有关课题组初步统计，近期规划建设55条线路，长约1700km，总投资大道6000多亿元；我过远期线网总长将超过3000km.在我国城市轨道交通队未来发展中，其趋势与前景主要集中在以下几个方面：（1）城市轨道交通的网络化北京、上海、广州等特大城市已建成多条线路，在未来的510年内，将逐步形成城市轨道交通网络，以构建尘世轨道交通为骨干的公共交通系统。例如，根据北京市城市快速轨道交通建设规划（2015年）调整方案，北京2015年之前，将建成城市轨道交通线路18条，线路总长度约468km。同样，上海2010年之前，将建成城市轨道交通线路11条，线路总长度约416km。这些城市面对网络化发展，开展了一系列的网络化专题研究，如车辆段与综合基地、主变电站、控制中心、无线通信、AFC等资源共享研究。（2）交通制式的多元化目前10个城市投入运行的近30条线路，虽大多数为传统地铁制式，但也出现了多样化的趋势。如长春建设了现代化轻轨交通；重庆轨道交通2号线为跨座式单轨交通；广州轨道交通4号线、北京机场线为直线电机系统；上海市区通往浦东机场则建成了高速磁悬浮线路。此外，还有100km/h，120km/h不同等级的市域快线等。（3）车辆与几点设备的国产化在国家城市轨道交通设备国产化政策推动下，通过建立合资企业，引进消化吸收新技，开展多种形式的技术合作，我国将不断提高尘世轨道交通的车辆、设备制造的技术水平和国产化率，逐步形成城市轨道交通车辆与机电设备的产业化。1.2 轨道交通供电系统的重要性及其要求城轨供电系统是城市轨道交通运营的动力源泉，负责电能的供应与传输，为电动列车牵引供电和提供车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电。供电系统应具有安全性和可靠性，以保障供电。1.2.1 系统的总体功能城轨供电系统应具备安全可靠、经济适用、调度方便的特点，其总体功能如下：（1） 供电服务功能供电系统是为城市轨道交通安全运营服务的，其职责是保证所有电气用户安全、可靠地用电。在城市轨道交通庞大的用电群体中，用电设备有不同的电压等级，不同的电压制式，既有固定的风机、水泵，也有时刻在运动着的列车，供电系统就是要满足这些不同用电设备对电源的不同要求，使各用电设备都能发挥各自的功能和作用，保证城市轨道交通安全运营。（2） 故障自救功能系统的安全性、可靠性是供电系统的首要因素，无论供电系统如何构成，采用什么样的设备，安全、可靠的供电是第一位。在系统中，发生任何一种故障，系统本身都应有备用措施（接触网除外），以保证城市轨道交通的正常运行不受影响。双电源是构成供电系统的主要原则，当一路电源故障时，另一路电源应能保证正常供电。主变电所、牵引变电所和降压变电所为双电源、双机组；动力、照明的一级负荷采用双电源、双回路供电；牵引网同一馈电区采用双边供电形式。这些都是系统故障自救功能的体现。（3）自我保护功能系统应有完整、协调的保护措施，供电系统的各级继电保护应相互配合和协调，当系统发生故障时，应当只切除故障设备，从而使故障范围缩小。系统的各级保护应当满足可靠性、选择性、灵敏性、速度性的要求。分散式供电系统的中压交流侧保护，应和城市电网的保护相配合和协调，因此其保护选择性会受到一定制约。（4）防误操作功能系统中任何一个环节的操作都应具有相应的联锁条件，不允许因误操作而发生故障。防止误操作的联锁条件可以是机械的，也可以是电气的，还可以是电气设备本身所具备的或在操作规程上所规定。防止误操作，是保证系统安全、可靠地运行所不可缺少的环节。（5）便于调度功能供电系统应能在控制中心进行远程控制、监视和测量，并应能根据运行需要，方便灵活地进行调度看，变更运行方式，分配负荷潮流，使系统的运行更加经济合理。（6）控制、显示和计量功能系统应能进行就地和距离控制，并可以方便地进行操作转换，同时系统各环节的运行状态应有明确的显示，使运行人员一目了然。各种电量的测量和电能的计量应准确，并便于运行人员查证和分析，牵引用电和动力照明用电应分别计量，以利用对用电指标进行考核与分析。（7）电磁兼容功能城市轨道交通处于强电、弱电多个系统共存的电磁环境，为了使各种设备或系统在这个环境中能正常工作且不对该环境中其他设备、装置或系统构成不能承受的电磁干扰，各种电气和电子设备的系统内部以及和其他系统之间的电磁兼容显得尤为重要。供电系统及其设备在城市轨道交通这个电磁环境中，首先是作为电磁干扰源存在，同是也是敏感设备。在城市轨道交通电磁环境中，供电系统与其他设备、装置或系统应是电磁兼容的。这要在技术上采取措施，抑制干扰源，消除或减弱电磁耦合，提高敏感设备的抗干扰能力。1.2.2 系统的基本要求城轨供电系统应满足安全性、可靠性、适用性、经济性、先进行的基本要求。（1）安全性城轨供电系统的安全性，是指在城市轨道交通工程运营过程中的安全程度。供电系统的安全性，关系着乘客安全、运营人员安全、行车安全、设备安全等多个方面，而且各种安全性是相互联系、不可分割的。供电系统设计时，一般从系统安全性和设备安全性两个方面进行分析研究。系统安全性分析，一般包括联锁关系、继电保护、牵引网、直流牵引系统、综合接地系统、应急照明电源等方面；设备安全性分析，一般包括变压器、牵引整流器、断路器、隔离开关、接地开关、电缆等方面。（2）可靠性城轨供电系统的可靠性，是指城市轨道交通供电系统对列车及各种动力照明负荷的持续供电能力。供电系统的可靠性，是正常运营、事故处理、灾害救援等方面的前提条件。供电系统可靠性涉及规划、设计、运行管理等各个方面，并渗透到供电、变电、配电等不同环节。每一个环节的可靠性既包括电气原理的可靠性又包括电气设备的可靠性。例如构成变电所的可靠性包括变电所主接线可靠性及组成主接线的断路器、变压器、母线等设备的可靠性。供电系统设计时，应从各个环节着手，分析系统的故障现象，研究定性或定量的评定指标，提出提高可靠性的措施。双电源供电方式是供电系统可靠性实施的重要手段。根据城市轨道交通可靠性要求，供电系统应满足“N-1准则”，又称单一故障安全准则。按照这一准则，供电系统的N个元件中的任一独立元件（发电机、输电线路、变压器等）发生故障而切除后，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内，供电系统应能保持稳定运行和正常供电。对于城市轨道交通电源网络来说，当一个电源推出时，另一个电源应能保证系统的正常供电，保证列车正常运行；当一个电源点（主变电所或电源开闭所）的两个电源都推出时，应从相邻电源点引入两路应急电源，提供一定的运输能力和必要的动力照明，维持城市轨道交通继续运行。（3） 适用性城轨供电系统的适用性，是指城轨供电系统的建设应满足业主的建设目的与性能要求。设计是实现业主建设需求的首要环节。供电系统设计应根据业主需求进行，供电系统的建设标准、技术水平、设备档次、工期要求、投资控制等，应与城市特点、本线功能定位及特殊要求相适应。（4） 经济性城轨供电系统的经济性，这里是指从项目全生命周期的角度实现供电系统费用的经济合理。在满足供电系统的安全性、可靠性、适用性的前提下，要重视供电系统的经济性。经济性不但要求节省工程投资，同时还要求降低运营成本，争取得到最佳的技术经济效果。供电系统设计应优化电源网络结构，实现外部电源资源共享；另外应尽可能地采用成熟设备、新型材料，做到经济合理、简便实用。（5）先进行城轨供电系统的先进性，体现在先进的设计理念、先进的系统方案、现金的设备及工艺、先进的管理手段等方面。供电系统应具有一定的先进性，但要兼顾系统基本功能、投资规模、运营成本、环保要求、操作灵活性以及技术发展等因素，合理选择。供电系统设计应采用先进的理念。要充分认识到环境保护与节约能源的重要性，采取必要措施进行环境保护与降低能耗。要解决好电磁辐射、噪音、温室气体、不易分解废料等问题。1.3 供电系统的构成为便于设计任务的分割及设计界面的清晰，城市轨道交通供电系统可以划分成以下设计单元：主变电所、全线系统、牵引变电所、降压变电所、接触网、电力监控系统、杂散电流。腐蚀防护系统。动力照明设备，属于车站等建筑物附属设备，一般划归土建工点单位连同建筑结构一起进行设计，而不由供电系统设计单位进行设计。(1)主变电所主变电所设计内容包括：主接线、二次接线、设备选择、设备布置、土建设计等。主变电所与城市电网的设计界面为城网变电所110 kV(或66 kV)高压出线间隔，电源外线一般由主变电所设计单位同时设计；主变电所与全线系统的设计界面为主变电所中压馈线开关的电缆接线端，主变电所馈出电缆一般由全线系统设计单位设计。(2)全线系统全线系统设计内容包括：供电系统方案、中压网络、牵引变电所布点、系统运行方式、潮流分析、谐波计算、综合接地系统、再生能量吸收装置、UPS电源整合等。全线系统与牵引变电所和降压变电所的设计界面为中压进线开关的引入端。(3)牵引变电所牵引变电所设计内容包括：主接线、二次接线、自用电、设备平面布置、电缆敷设等。牵引变电所与接触网的设计界面为接触网隔离开关的电源端、回流箱的电源端。上网电缆及回流电缆由牵引变电所负责设计。(4)降压变电所降压变电所设计内容包括：主接线、二次接线、自用电、低压无功补偿、设备平面布置、电缆敷设等。降压变电所与动力照明的设计界面为降压变电所低压开关柜的馈出端子，低压馈出电缆由动力照明负责设计。(5)接触网接触网设计内容包括：接触悬挂、支持结构与基础、附加导线、防雷与接地、平面布置等。接触网隔离开关、回流箱及尾线由接触网设计。(6)电力监控系统电力监控系统与变电所的设计界面在变电所综合自动化屏的通信端口；变电所综合自动化由变电所设计。电力监控系统所需要的通信通道由通信专业设计。如果采用综合监控系统，电力监控系统将被集成到综合监控系统中，作为综合监控系统的一部分而进行统一设计(7)杂散电流腐蚀防护系统杂散电流腐蚀防护系统设计内容包括：排流柜设置、排流钢筋设置、监测系统设置等1.4 SCADA系统的角色和意义电力监控系统又称电力SCADA系统或者远动系统，往往简称SCADA系统，有时也称PSCADA系统。它对城轨供电系统主变电所、牵引变电所、降压变电所等不同类别变电所内的高压66110KV设备、中压1035KV设备、直流750V或直流1500V设备、低压400V设备、交直流电源屏、排流柜、钢轨电位限制装置等对象进行监控，实现对各种设备的控制、信息采集、数据分析处理、远方维护、统计报表、事故报警、画面调阅、历史数据查询等功能。早期的城轨供电系统由于技术的局限，没有条件设立电力监控系统，其监控管理以人工为主，辅以调度电话方式来实现供电系统的运行管理。这种监控方式要求变电所内设置当地报警设备，当系统发生故障时值班人员能够及时发现并上报调度部门。20世纪末，随着计算机技术和网络技术的快速发展，各个分立的自动化系统逐步走向综合集成，城市轨道交通各专业的自动化系统采用统一的计算机网络平台和统一的软件体系，构成综合监控系统，从而实现不同自动化系统的集成。按目前的技术水平，典型的综合监控系统一般集成电力监控系统、环境与设备监控系统等自动化系统，这种方式有利于不同系统之间的数据信息互通、软硬件资源共享。综合监控系统运行所依赖的底层基础依然是原先各分立系统的远程终端数据采集处理系统或者设备。电力监控系统集成于综合监控系统后，电力监控系统设计范围包括电力调度中心主站系统及供电复示系统的功能设计、变电所综合自动化系统的软硬件设计，而电力调度中心主站系统、供电复示系统的硬件及软件则由综合监控系统统一建设。双方的硬件接口一般位于变电所综合自动化系统与综合监控系统的通信连接装置的通信端子。1.5 本设计的主要工作本次设计主要针对轨道交通供电系统的组成部分高压设备、中压设备和低压设备进行介绍，介绍设备的选择，具备的作用及其参数。并针对这些设备的参数与状态监测、监控设计一个电力监控系统（SCADA），SCADA系统的组成、方案的选择，监控、监测对象的分析。设计一个能够使轨道交通安全、可靠的运行与服务的电力监控系统。设计的内容：1、控制中心电力监控系统的功能要求；2、供电复示工作站电力监控系统功能要求；3、电力监控系统技术指标的相关内容61第二章 轨道交通供电系统介绍2.1 设备分类按照电压等级可划分为高压设备、中压设备和低压设备、高压设备包括高压开关设备、主变压器；中压设备包括中压开关设备和配电变压器、牵引变压器、1500V直流开关设备；低压设备包括低压开关设备、整流器、750V直流开关设备、继电保护类设备。按照设备所位置划分为主变电所设备、牵引变电所设备和降压变电所设备。主变电所设备主要包括高压开关设备、主变压器、接地变压器、所变压器、中压开关设备；牵引变电所设备主要包括中压开关设备、直流开关设备、牵引变压器、整流器；降压变电所设备主要包括中压开关设备、低压开关设备、配电变压器等。2.2 设备的功能和型式2.2.1 高压开关设备高压开关设备应用于城轨工程主变电所，作为高压配电设备，接受城网电源并分配给所内主变压器。高压开关设备为户内式安装，一般采用高压GIS全封闭组合电器设备。高压SF6全封闭组合电器，将SF6断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组合在一起，这些设备或部件全部封闭在已接地的金属外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体。该设备简称GIS（gas isolate system）。由于GIS是将多个高压电器元件有机的组合在一起，因此具有结构紧凑、元器件不受污染及大气环境因素的影响、安装方便、有利于缩短安装工期等特点。高压sF6全封闭组合电器不仅电气绝缘介质采用sF6气体，灭弧介质也是sF6气体。虽然SF6气体本身极稳定，有很高的绝缘强度和灭弧能力，但在SF6气体环境中的断路器和电器设备的稳定性、可靠性完全取决于sF6气体的纯洁度。如果纯洁度受到破坏，例如混入了过量的水分、杂质及加工余屑和金属粉末等，它的稳定性就会受到破坏，同时绝缘强度和灭弧能力也会大大降低。此时受到弧光温度的作用和影响，还将分解出有害的分解物，在严重的情况下甚至会产生对人体有害的物质。2.2.2 中压开关设备（1）功 能中压开关设备应用于城轨工程的主变电所、电源开闭所、牵引变电所和降压变电所，用于接受和分配中压电能。在主变电所，中压开关设备的进线电源引自主变压器，馈出线引至主变电所供电范围内的牵引变电所、降压变电所。电源开闭所的中压开关设备接受城网或主变电所的中压电源，并为开闭所供电范围内的牵引变电所、降压变电所提供中压电源。依据中压网络的设计，牵引变电所的中压开关设备由主变电所、电源开闭所、相邻牵引变电所或降压变电所引入中压电源，并供给所内牵引变压器。降压变电所的中压开关设备由主变电所、电源开闭所、相邻牵引变电所或降压变电所引入中压电源，并供给所内配电变压器。（2）开关柜型式按照电气绝缘介质可分为空气绝缘开关柜、复合绝缘开关柜和SF6气体绝缘开关柜。按照开关柜内安装的开关设备可分为断路器柜、负荷开关柜、隔离开关柜和熔断器柜。空气绝缘和复合绝缘开关柜的结构形式为金属铠装封闭式，内部设有不同功能隔室，手车可为落地式或中置式。SF6气体绝缘开关柜可分为全密封充气(SF6)环网开关柜和CGIS(Cubicle TypeGIS)开关柜。不同的电气绝缘介质，对开关柜的外形尺寸影响很大，采用空气绝缘的开关柜体积最大，采用复合绝缘次之，采用SF。气体绝缘时开关柜体积最小。对于10 kV开关柜，空气绝缘开关柜的宽度多为800 1000 mm，采用复合绝缘可为650 mm，采用SF6气体绝缘时可为400600 mm。对于35 kV开关柜，空气绝缘开关柜的宽度多为1 400 mm，采用sF6气体绝缘时可为800 mm左右。采用空气绝缘和复合绝缘开关柜的外壳防护等级在IP20及以上。35 kv开关柜多采用CGIS开关柜，以减小变电所的土建规模，20 kV及以下开关柜应采用空气绝缘的金属铠装开关柜，避免温室气体SF6对环境的影响。金属铠装封闭手车式开关柜、CGIS开关柜可用于主变电所、牵引变电所和降压变电所，全密封充气只sF6)环网开关柜、负荷开关柜一般用于跟随式降压变电所。(3)断路器类型按照断开速度不同分为低速断路器和高速断路器，一般以断开时间为002 s分界。从灭弧介质则可分为油断路器、真空断路器、sF6断路器、压缩空气断路器、自产气断路器和磁吹断路器等。目前，油断路器城网仍有少量采用，其他断路器已被真空断路器和sF6断路器取代。油断路器分为多油式断路器和少油式断路器，主要区别是：少油式断路器的触头及灭弧装置对地的绝缘是由支撑绝缘子、瓷套管和有机绝缘部件实现的，而多油式的触头及灭弧装置对地的绝缘和触头之间的绝缘则是靠油来实现的，因而油量大、体积大、断流容量小。少油式则油量小、体积小、断流容量大，技术比多油式先进。SF6断路器以sF6气体为灭弧介质，它有很好的灭弧性能，灭弧性能是空气的100倍，并且灭弧后不变质，可重复使用。sF6气体优良的绝缘和灭弧性能，使sF6断路器具有如下优点：开断能力强，断口耐受电压较高，燃弧时间短，不会产生重燃过电压。在正常情况下，sF6是一种不燃、无臭、无毒的惰性气体，密度约为空气的2倍。但sF6气体在电弧作用下，小部分会被分解，生成一些有毒的低氟化物，如sOF2、sF4、sOF4和s02F2等，对身体健康有影响，对金属部件也有腐蚀和劣化作用，因此，sF6断路器对加工精度要求高，需要具备非常良好的密封性能。由于sF6气体是温室效应气体，从环保角度出发，也不建议采用SF6断路器。目前，城轨工程一般采用真空断路器。真空断路器的主要部件是真空灭弧室，灭弧室是一个高度真空的玻璃泡或矾土陶瓷，内置动静触头，利用真空的绝缘性能强迫灭弧，灭弧时没有游离气体产生，电弧容易熄灭，触头不会烧损。由于真空的绝缘性能很好，动静触头的开距较小，适合于频繁操作。真空断路器的灭弧原理是在断路器跳闸动静触头分开的瞬间，真空灭弧室内触头间形成高温液态的金属桥，金属桥被拉断时，金属桥蒸发，产生金属蒸气，使触头间隙击穿，产生电弧。电弧电流流过触头时，将产生磁场，驱使电弧在电流过零点时熄灭，或在过零点前被强迫熄灭。在这熄灭的瞬间，金属蒸气离子在磁场的作用下被迅速扩散，并被吸附在触头和金属屏蔽罩上，金属离子的密度迅速降低，使触头间恢复真空间隙，不再被较高的恢复电压击穿，使电弧熄灭，实现断路器的开断功能。2.2.3 低压开关设备（1）功 能低压开关设备用于降压变电所中，是动力照明供电系统的核心内容。它接受配电变压器提供的低压电能，为车站、区间、车辆段、停车场和控制中心的低压动力照明设备提供电源。低压开关设备一般设置安装于断路器本体的脱扣器作为保护设备。（2）低压开关柜型式城轨工程降压变电所低压开关柜多采用金属封闭间隔式开关柜。开关柜的电气绝缘和开关设备的灭弧介质均为空气。开关柜的外壳防护等级在IP20及以上。开关柜柜体为模块化框架结构，基本分三个功能隔室：水平母线室、功能单元隔室、电缆室。功能单元某一隔室产生故障电弧时，不影响相邻的其他隔室。开关能前接线或后接线，接线端子规格及固定的牢靠性能满足所连接电缆的需要。开关柜的类型以低压电器的安装方式可分为固定式、抽出式和混合式。混合式是在同一低压开关柜中，低压电器既有固定式安装，也可为抽出式安装。抽出式的断路器可以是插拔式也可以是固定安装在开关柜的抽屉中。无论低压电气设备为何种安装方式，低压开关柜的各安装单元之间均采用金属或绝缘板分隔，以避免在某安装单元故障时，对其他安装单元产生影响，扩大故障范围。低压电器安装于低压开关柜内，一般分为配电电器和控制电器。配电电器包括低压断路器、熔断器、低压负荷开关、低压隔离开关等，控制电器包括接触器、启动器、主令电器和各种控制继电器等。低压开关柜的主要电器是低压断路器。(3)低压断路器类型低压断路器主要用于配电线路和电气设备的过载、失压和短路保护。在IEc国际电工词汇中，对断路器的定义为：断路器是能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件下(如短路)接通、承载一定时间和分断电流的开关电器。按照断路器南极数可分为单极、双极、三极和四极断路器；按照是否具有隔离功能，可分为具有隔离功能和不具有隔离功能断路器；按照动作速度可分为一般型和快速型(快速型断路器通常为限流型，其分断时间短到足以使电流在未达到预期值之前即被分断)；按照结构分为框架式(万能式)断路器和塑壳断路器；按照用途分为配电断路器、保护电动机用断路器、剩余电流断路器等，低压断路器分类见表21 表21 低压断路器分类(按用途分类) 断路器类型 保 护 特 性 主要用途二段保护瞬时、短延时进线开关、靠近变选择型三段保护瞬时、短延时、长延时压器近端支路开关配电断路器非选择型限流型瞬时、长延时靠近变压器近端支路开关一般型支路末端开关电动机保护用直接启动一般型过电流脱扣器瞬时整定时间为脱扣器额定电流的815倍保护鼠笼型电动机断路器限流型过电流脱扣器瞬时整定时间为脱扣器额定电流的12倍靠近变压器近端电动机间接启动过电流脱扣器瞬时整定时间为脱扣器额定电流的38倍保护鼠笼型、绕线型电动机照明用微型断路器瞬时、长延时用于照明和信号二次回路剩余电流断路器电磁式动作电流为mA级 动作电流为mA级接地故障保护 接地故障保护电子式2.2.4 直流开关柜直流开关设备在直流牵引供电系统中承担接受和分配直流电能的作用。它接受牵引整流机组提供的直流电能，分配给上、下行牵引网，为电动列车提供直流电能。直流开关设备包括牵引变电所内的直流开关柜和一般设于牵引变电所外的上网开关柜。直流开关柜包括正极开关柜、负极开关柜和馈出开关柜。正极开关柜内可采用直流快速断路器或电动隔离开关；负极开关柜内设电动隔离开关或手动隔离开关；馈出开关柜采用直流快速断路器；上网开关柜(包括纵向联络开关设备)采用电动隔离开关，为短轨供电采用直流接触器或直流快速断路器。上网开关柜用于牵引网断电检修和形成大双边越区供电。目前，城轨工程采用的直流开关柜均为金属铠装落地手车式，直流快速断路器安装在手车上，电动或手动隔离开关在开关柜内固定安装。 直流开关柜无论其标称电压为750 V还是1 500 V，其电气绝缘介质和断路器的灭弧介质都是空气。2.2.5 微机保护装置供电系统在运行过程中不可避免地会出现一些故障，最常见的是各种形式的短路，以及频率下降等，故障的基本特征是导致电流突增、电压下降以及电流与电压间相角的变化。继电保护装置对这些故障和不正常工作状态会自动发出故障报警或跳闸信号，实现对电气设备的保护，满足供电系统可靠运行要求。继电保护装置采集电流互感器、电压互感器二次侧的实时电流、电压数值，并与继电保护装置中预先设定的门槛值进行比较，当超过限定值，装置可发出报警信号或驱动开关操作机构分闸线圈，使断路器跳闸。继电保护可通过各种电磁继电器实现，如利用电流继电器判断线路电流是否越限，利用电压继电器判断线路电压是否正常，利用中间继电器驱动指示灯、开关的操作机构合闸、分闸线圈等。微机保护装置也是实现继电保护的一种设备，它的基本功能包括继电保护、测量计量、装置的自诊断功能和通信功能，其中通信功能可实现微机保护装置内各种信息的上传。有些微机保护装置除了上述基本功能以外，还有PLC的功能，可实现控制联锁等逻辑编程功能。微机保护装置一般不会将所有保护功能集于一身，主要是价格和装置大小将影响产品的适用性。目前，微机保护装置在城轨工程中已得到广泛应用，交流高压、中压系统和直流牵引供电系统的继电保护多采用微机保护装置。微机保护装置的主要特点在于灵活方便的远方调整功能，故障录波功能和可编程功能等，采用微机保护装置大大减少了二次控制电缆的数量，提高了继电保护的可靠性。2.2.6 牵引整流机组牵引整流机组由牵引变压器和整流器构成。李引变压器接受中压开关设备提供的中压电压，经过降压，为整流器提供适合的低压交流电源；整流器则将交流电源整流为电动列车所需要的直流电源。牵引整流机组是牵引变电所的核心设备，是列车高速、安全、可靠、经济、节电运行的保证。牵引整流机组需要牵引变压器和整流器两种完全不同的设备相互匹配，才能实现牵引整流机组的整体性能。牵引变压器的绝缘类型分树脂浇注、浸绝缘漆和杜邦纸绝缘，城轨工程多采用树脂浇注绝缘方式。整流器中整流元件可为大功率二极管、可控硅和晶闸管，采用可控硅、晶闸管可以控制整流桥臂的导通或关闭，使直流输出的纹波系数更小，而且可以在不同负载情况下对直流输出电压进行调节，使直流输出电压恒定输出。城轨工程多采用二极管作为整流元件。按照中压系统和直流牵引供电系统标称电压的不同，目前国内牵引变压器采用的网侧电压为35 kV、33 kV、10 kV，阀侧电压对于750 V系统为059 kV、061 kv，对于1 500 v系统为118 kV、122 kV。牵引整流机组为VI类重牵引负荷等级，即在额定负荷能够长期运行i在15倍过载时能够运行2 h；在30倍过载时能够运行1 min。2.2.7 主变压器主变压器是城轨工程中设在主变电所的配电变压器，用于将城网引入的高压电源转换成中压电源并满足容量要求。主变压器的网侧和阀侧电压等级依据供电系统设计确定。目前使用的主变压器主要有11035 kV、11033 kV和11010 kV三种。为了减少城网电压波动和负荷变化对城轨中压系统的电压质量影响，主变压器多采用有载调压型电力变压器。有载调压开关具有就地、远方操作功能。1lO kV级变压器按照绝缘介质的不同可分为复合油绝缘式、油浸式、SF6气体绝缘式(简称GIT)和树脂浇注干式变压器(Resincasting Drytype Transformer，简称RCDT)。由于油浸式变压器价格低，应用成熟，目前均采用自冷油浸式变压器。2.2.8 配电变压器配电变压器就是将中压电源降压成适合动力照明负荷的低压电源并满足容量要求。根据中压网络电压等级的不同，配电变压器的电压比主要分为35(33)04 kv和1004 kv两种。绝缘材质可采用绝缘油、环氧树脂和杜邦纸，相应配电变压器可分为油浸式变压器、环氧树脂浇注干式变压器和杜邦纸绝缘干式变压器。油浸式变压器、环氧树脂浇注干式变压器和杜邦纸绝缘干式变压器在城网大量采用，但由于防火要求，城轨工程配电变压器已不采用油浸式变压器，而多采用环氧树脂浇注干式变压器。由于杜邦纸绝缘产品承受热冲击的能力强、过负载能力大、难燃、防火性能高、对湿度，灰尘不敏感、可回收等优势，从而具有广泛的适应性，并适用于防火要求高、负荷波动大、污秽潮湿的恶劣环境中。因此，杜邦纸绝缘干式变压器以其良好的性能和环保特点越来越受到关注2.3 本章小结本章介绍了电力系统的组成部分，主要由高压设备、中压设备和低压设备、高压设备包括高压开关设备、主变压器；中压设备包括中压开关设备和配电变压器、牵引变压器、1500V直流开关设备；低压设备包括低压开关设备、整流器、750V直流开关设备、继电保护类设备。并介绍的设备的功能内容。第三章 SCADA系统的设计3.1 概述电力监控系统又称电力SCADA系统或者运动系统，往往简称SCADA系统，有时也称PSCADA系统。它对城轨供电系统主变电所、牵引变电所、降压变电所等不同类别变电所内的高压66110KV设备、中压1035kv设备、直流750V或直流1500V设备、低压400V设备、交直流电源屏、排流柜、轨道电位限制装置等对象进行监控，实现对各种设备的控制、信息采集、数据分析处理、远方维护、统计报表、事故报警、画面调阅、历史数据查询等功能。3.2 一般要求（1）电力监控系统在控制中心应该设有电力调度中心。如果采用电力监控系统集成于综合监控系统的建设模式，电力调度中心由综合监控系统统一设计。如果电力监控系统是独立建设模式，中心内须设置一套中央监控系统，采集各变电所的“三遥“信息，实现对全线供电系统的远程监控功能。（2）中央监控系统的构成方式应该保证系统运行的可靠性，系统中的关键设备，如系统服务器、前置数据处理机、交换机等进行沉余配置。系统计算机访问模式、网络配置形式等可根据当时技术条件选择适合于工程实际的方案。该要求适用于电力监控系统独立建设模式。（3）为了满足电力调度中心与变电所值班、维护人员的通信需求，在电力调度中心须设置电力调度电话总机，各变电所内设电力调度电话分机。主变电所根据当地电力部门的要求装设与上级电力管理部门联系的调度电话。（4）电力监控系统的通信通道必须沉余配置，主、备用通信通道应支持手/自动切换功能。通信接口类型可以选择为串口或者以太网口等，但是其通信速率不得低于相关规范要求。当电力监控系统独立建设时，此处通信通道指的是电力调度中心与变电所综合自动化系统之间的通道。（5）全线各变电所设置变电所综合自动化系统，各变电所综合自动化系统均可以脱离控制中心独立运行。（6）变电所综合自动化系统为分层、分散式结构。根据设备功能，自动化系统分为三层：间隔设备层、网络通信层、站级管理层。（7）如果变电所为无人值守的管理模式，且经济条件许可，在变电所主要设备房间内可设置闭路电视监控装置。在电力调度中心设置图像监视终端，以实时监视变电所内的情况。（8）电力监控系统软、硬件属于国内成熟产品，应该优先选用技术成熟、功能完善、性能优越、国内领先的产品。（9）电力监控系统设备选型应立足于国产化设备。（10）各级监控网络及系统设备应满足电磁兼容的各项标准和要求。（11）如果所建设的工程有远期延伸规划，系统设计时应适度预留远期扩展裕量。3.3 系统构成采用综合监控系统建设模式时的系统构成以下内容适用于电力监控系统集成于监控系统的建设模式。目前，正被广泛采用的综合监控系统，在控制中心及车站集成了电力监控系统、环境与设备监控系统等系统，综合监控系统为这些不同的系统提供了一个综合的信息平台，这些系统的主要硬件、软件均由综合监控系统来统一构建，综合监控系统实现各系统在中心级和车站级的系统功能。综合监控系统集成电力监控系统后，电力监控系统原先包含的电力调度中心主站系统、通信通道、变电所综合自动化系统、供电复示系统四部门中，电力调度中心主站系统、通信通道、供电复示系统均由综合监控系统来完成。综合监控系统构成如图3.0：图3.0 综合监控系统构成3.4 监控对象电力监控系统要实现遥控、遥测、遥信等功能，应以监控对象为基础进行系统的构建。在系统设计时，首先应该明确供电系统需要监控的范围和具体对象，然后根据这些对象的具体运行方式、控制模式等情况进行系统功能及软硬件设计。电力监控系统监控对象随不同地区外电源的电网现状、不同类型供电系统建设形式而不同，监控对象需要按照供电系统的具体内容而定。以下类容为城轨供电系统典型监控对象的主要设备监控点表，包括主变电所、牵引降压混合变电所、降压变电所得主要设备监控点，仅用于参考。具体到某个工程时，应根据该工程的供电系统实际设计情况、当地电力调度部门的具体需求进行修改、补充，以满足电力调度的需要。3.4.1 66110KV设备66110KV设备监控点见表3.1：表3.1设备监控要求进线开关柜断路器的合闸、分闸控制、保护复归控制断路器的合、分状态断路器手车的工作、试验、抽出位置隔离开关闭合、打开、接地位置带电显示信号断路器故障跳闸转换开关位置接地隔离开关位置进线电压回路电流进线功率因素频率避雷器动作次数避雷器动作状态SF6气体底脱口电路状态谐波电流主变压器馈出柜断路器的合闸、分闸控制、保护复归控制断路器的合、分状态断路器手车的工作、试验、抽出位置隔离开关闭合、打开、接地位置带电显示信号断路器故障跳闸转换开关位置接地隔离开关位置回路电流SF6气体底脱口电路状态有功功率无功功率有功电度无功电度3.4.2 主变压器主变压器监控点见表3.2：表3.2设备监控要求主变压器油 温有载调压开关分接头位置主变压器有载调压开关分接头位置的升、降、停3.4.3 1035KV设备1035KV设备监控点见表3.3：表3.3设备监控要求进线开关柜断路器的合闸、分闸控制、保护复归控制断路器的合、分状态断路器手车的工作、试验、抽出位置PT手车的工作、试验、抽出位置PT断线信号隔离开关闭合、打开、接地位置带电显示信号断路器故障跳闸转换开关位置接地隔离开关位置进线电压回路电流回路有功功率回路无功功率进线功率因数回路电度计