第7章 电力监控系统（PSCADA）

城市轨道交通综合监控系统第7章电力监控系统（PSCADA） 7.1电力监控系统（PSCADA）概述 7.2地铁供电 7.3电气设备 7.4电力监控系统的组成与结构 7.5监控对象 7.6电力监控系统（PSCADA）的功能 7.7电力监控系统接口 要求:

掌握轨道交通电力监控系统（PSCADA）的功能和作用。熟悉地铁供电系统的一次系统、主变电站、牵引供电系统、动力照明系统等工作原理、系统组成。熟悉地铁主变电站、地铁牵引变电站、降压变电站电气设备以及通用电气设备。熟悉轨道交通电力监控系统的调度主站系统、变电站综合自动化系统和所间通信通道三个部分的功能和设备配置。熟悉电力监控系统（PSCADA）的控制中心功能、变电站自动化系统功能。了解电力监控系统接口及规范。第7章电力监控系统（PSCADA）

7.1电力监控系统（PSCADA）概述

轨道交通电力监控系统（PSCADA）是在城市轨道交通中利用通信技术、计算机网络技术对全线的变电设备进行监控，并采集、分析变电设备的运行数据的自动化系统。该系统为供电系统的调度、维护提供科学的依据，以确保牵引供电系统和全线的电力变配电系统安全可靠和经济运行。我国城市轨道交通PSCADA系统大部分集成在城市轨道交通综合监控系统中。7.2地铁供电

7.2.1一次系统

地铁供电变电站按功能主要划分4种类型：主变电站、牵引变电站、降压变电站和跟随变电站。主变电站将110kV电网电压降为35kV，为牵引变电站和降压变电站供电；牵引变电站将35kV交流电经变压器、整流器转换为直流1500V/750V，为接触网/接触轨供电；降压变电站将35kV电网电压降为400V，提供车站的动力和照明电源，同时也是跟随变电站的进线电源；跟随变电站无变压器，是降压变电站400V侧在地理上的延伸，为离降压变电站较远的地铁设备供电。

主变电站、降压变电站、跟随变电站无论是电气接线方式还是运行方式均与普通变电站类似，只有直流牵引变电站是地铁供电系统所特有的。地铁变电站自动化系统的很多独特之处电多与直流牵引变电站有关。

7.2.2牵引供电

牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电方式，牵引供电系统的功能按IEC标准将交流中压经降压整流变成直流1500V或直流750V电压，为地铁列车提供牵引供电，系统包括牵引变电站与牵引网，牵引网包括接触网与回流网。接触网有架空接触网（直流1500V）和接触轨（直流1500V或750V）两种方式，走行轨兼回流轨。牵引供电系统7.2.3动力照明供电系统

动力照明供电系统的功能是将交流中压（35kV或10kv）降压变成交流400V电压，为运营需要的各种机电设备提供220/380V交流电源。其范围主要包括配电变压器后的低压柜、交直流盘馈出的电缆至车站的动力、照明、通信、信号等设备，系统范围大致为站台层、站厅层、设备及管理用房的环控、排水、消防、电梯、自动扶梯、自动售检票及站控室等。7.2.4杂散电流腐蚀防护系统

列车运行时，牵引电流沿钢轨流回牵引变电站时在钢轨上形成电压降，从而导致钢轨与大地之间产生电位差而引起泄漏电流，即杂散电流；杂散电流容易对土建结构钢筋、设备金属外壳及其他地下金属管线产生电化学腐蚀，即杂散电流腐蚀。杂散电流腐蚀防护系统的功能是减少因直流牵引供电回流轨对地泄漏杂散电流（迷流）并防止其对外扩散，尽量避免杂散电流对城市轨道交通主体结构及其附近结构钢筋，金属管线的电腐蚀，并对杂散电流及其腐蚀保护情况进行监测。7.2.5我国地铁供电的负荷类型

我国地铁供电负荷类型有以下规定：

（1）动力照明供电系统应包括降压变电站与动力照明配电系统。

（2）动力照明的用电负荷应按照用电可靠性要求及失电影响程度分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。

（3）一级负荷必须采用双电源双回线路供电。一级负荷中特别重要的负荷，除有双电源双回线路供电外，应增设应急电源，并严禁其他负荷接入。

（4）二级负荷宜采用双电源单回线路专线供电。二级负荷也可采用单电源单回线路供电。

（5）当系统中只有一个电源工作时可切除三级负荷。

7.2.5我国地铁供电的负荷类型

地铁用电设备的负荷等级应符合下列规定：

（1）一级负荷。火灾自动报警系统设备、防排烟风机及各类防火排烟阀、防火（卷帘）门、消防疏散用自动扶梯、消防电梯、应急照明，主排水泵、雨水泵、防淹门及火灾或其他灾害仍需使用的用电设备；通信系统设备、信号系统设备、综合监控系统设备、电力监控系统设备、环境与设备监控系统设备、门禁系统设备、安防设施；自动售检票设备、屏蔽门（安全门）设备、变电站操作电源、地下站厅站台等公共区照明、地下区间照明、采暖区的锅炉房设备等。

（2）二级负荷。乘客信息系统、变电站维修电源、地上站厅站台等公共区照明、附属房间照明、普通风机、排污泵、电梯、非消防疏散用自动扶梯和自动人行道。

（3）三级负荷。区间检修设备、附属房间电源插座、车站空调制冷及水系统设备、广告照明、清洁设备、电热设备、培训及模拟系统设备。

7.3电气设备

7.3.1地铁主变电站电气设备

在地铁和城市轨道交通中，一般电源进线均采用110kV供电，中压供电网络有35kV，33kV、10kV等电压等级。

为保证供电的可靠性，地铁线路通常设置两座或两座以上主变电站。地铁主变电站将城市电网的高压110kV（或220kV）降压后以35kV或10kV的电压等级分别供给牵引变电站和降压变电站。主变电站由两路独立的电源进线供电。地铁主变电站主要设备配置：油浸式变压器，（110kV）GIS组合开关、35kV开关柜、动态无功补偿装置、互感器及各种监测保护系统。

7.3.1地铁主变电站电气设备

地铁变压器GIS组合开关地铁主变电站保护屏7.3.2地铁牵引变电站电气设备

地铁牵引变电站内设有整流变压器及整流馈电系统。变电站经由35kV开关柜分配输送到整流变压器，经12或24脉波整流后变为1500V或750V的直流电通过接触网（三轨）进入列车，并逆变为交流电来控制，驱动交流电动机（180kW/台）带动机车运行。

整流变压器整流器柜7.3.3降压变电站电气设备

地铁车站的低压配电系统承担了车站及两端各半个区间的动力照明设备供电的重要任务，并保证动力照明设备配电的安全、可靠。在地铁子变电站内35kV电源经降压变压器降压后变为400V交流电压。

35kV开关柜400V开关柜7.3.4通用电气设备

（1）断路器：一种对电路进行控制（开断、关合）和保护的高压电器开关，用于自动切断负载电流和短路电流。

断路器7.3.4通用电气设备

（2）隔离开关：一种没有熄弧装置的高压电气开关。不能切断负载电流和短路电流，但可在无负荷电流时接通和断开电路。在断开状态，能起到隔离电压的作用。为运行、操作、检修提供方便和安全条件。

隔离开关7.3.4通用电气设备

（3）熔断器：是一种过负荷和短路电流导致熔体发热熔断的保护电器。（4）电压互感器：又称压变，是电气测量，控制和保护回路用的变压器。电流互感器：又称流比，是电气测量、控制和保护调路用变流器。

电压互感器电流互感器7.3.4通用电气设备

（5）避雷器：是防止从线路侵入的雷电波损坏电气设备绝缘的保护电器。

避雷器7.4电力监控系统的组成与结构

7.4.1电力监控系统的组成

城市轨道交通电力监控系统通常包括调度主站系统、变电站综合自动化系统和所间通信通道三部分。其中位于控制中心的调度主站系统通过通信通道与变电所主控单元进行信息交换；变电所综合自动化系统通过所内通信网与所内的智能电子设备（IntelligentElectronIcDevlce，IED）通信，通过通信通道与调度主站进行通信。变电所综合自动化系统由站控主单元和所内通信网及其他厂家IED装置组成。

1.调度主站系统

城市轨道交通调度主站系统主要由SCADA服务器、数据库服务器、调度员工作站，操作员工作站等组成，它们通过冗余的100M以太网连接。7.4.1电力监控系统的组成

调度主站系统组成7.4.1电力监控系统的组成

2．变电站综合自动化系统

1）站控主单元

站控主单元是整个变电所综合自动化系统的核心，它负责从间隔层获取来自现场不同类型的实时数据，并通过所间通道（通信专业提供）向控制中心调度主站发送变电所操作、事故、预告等信息，接收来自调度或当地维护计算机下发的控制命令并送达间隔层执行。

2）间隔层

间隔层设备主要是指微机保护测控装置以及其他带有智能通信接口的设备（例如，变压器温度测控装置、交/直流屏充电测控装置等）。

3）所内通信网

所内通信网由信号屏侧的交换机和开关柜侧的以太网转换设备组成。7.4.1电力监控系统的组成

3．通信通道

通信通道在整个电力监控系统中具有重要的意义。它是控制中心与各被控站之间的桥梁和纽带，是整个系统的神经中枢。

通信主干网

7.4.2电力监控系统（PSCADA）的设备配置

1.控制中心的设备配置

控制中心的系统由网络通信系统和计算机系统两大部分组成，其设备的配置根据用户的需求可有多种形式。

1）实时服务器

2）历史服务器

3）操作员工作站

4）系统维护工作站

5）控制中心局域网络

6）大屏幕显示系统及其控制器

7）打印机

8）UPS装置及配电柜

7.4.2电力监控系统（PSCADA）的设备配置

2.变电站自动化系统

城市轨道交通变电站自动化系统包括：牵引降压混合变电所自动化系统、降压变电所自动化系统和跟随式变电所（简称跟随所）自动化系统。

分布式无人值班牵引降压混合变电所综合自动化系统由站级管理层、网络通信层、间隔设备层三部分组成。

站级管理层由控制信号屏以及设置在其内的通信控制器、显示设备、音响报警装置等设备组成。

间隔层设备包括分散安装在各交流10kV（35kV）开关柜、直流750V（1500V）开关柜内的间隔层保护测控设备以及控制信号盘上集中安装的接触轨/网电动隔离开关测控单元，利用通信接口与通信控制器连接。

变电所自动化系统的控制方式采用远动控制、所内集中控制、设备本体控制三级控制方式，正常运行时采用远动控制，当设备检修时采用所内集中控制或设备本体控制。

7.4.2电力监控系统（PSCADA）的设备配置

2.变电站自动化系统典型牵引降压混合变电所自动化系统结构7.5.2主变压器设备监控要求主变压器油温有载调压开关分接头位置停主变压器有载调压开关分接头位置的升、降、停7.5.3直流750或直流1500v设备设备监控要求进线开关柜直流断路器的合闸、分闸控制．保护复归控制直流断路器的合、分状态直流断路器手车的工作、试验、抽出位置断路器故障跳闸信号转换开关位置直流总闸电流牵引整流机组牵引变压器过温报警牵引变压器超温跳闸硅整流器跳闸故障信号硅整流器温度高硅整流器单相导通装置故障7.5.4交直流电源屏7.5.5排流柜设备监控要求交直流电源直流输出欠压直流输出过压直流对地绝缘交流进线开关状态浮充失败直流屏进线断路器合、分状态馈出断路器合、分状态馈线电压电源屏故障总信号设备监控要求排流柜排流动作元件状态排流电流参比电极电压7.5.6轨道电位限位装置设备监控要求轨道电位限位装置接地动作元件状态轨道对地电位接地动作元件动作次数7.5.7其他设备监控点10~35kV设备的进线开关柜、馈线开关柜、牵引变压器馈出柜、配电变压器馈出柜、母线分段开关柜、母线分段隔离柜以及400V设备的进线柜、馈出柜、母线分段柜等设备的监控点与66~110kV设备的监控点类似，牵引变压器、降压变压器的监控点与主变压器类似。7.6电力监控系统（PSCADA）的功能

7.6.1控制中心功能

1．控制功能

电力监控系统的控制功能应能满足供电系统运行时，改变运行方式、维护检修、故障处理等方面倒闸作业，不误动。2．信息处理与显示

1）遥信功能

位置遥信状态包括：各种开关、刀闸、接触器的合、分状态；开关手车的工作、实验位置状态等。保护遥信为单位置遥信，状态包括：事故遥信的正常状态、故障状态；预告遥信的正常状态、预告状态。

2）遥测功能

模拟量遥测

数字量遥测

3）报警信息处理

4）数据处理系统7.6电力监控系统（PSCADA）的功能

7.6.1控制中心功能

3．供电系统运行情况的数据归挡和统计报表功能

4.用户画面

5.信息打印功能

6.趋势显示

7.人机画面调阅显示

8．信息查询

9．口令功能

10．软件在线维护、修改、扩展功能

11．系统容错能力、自诊断、自恢复功能

7.6.2变电站自动化系统功能

1．变电站自动化系统功能

完整的变电站自动化系统应当包括间隔层设备（保护测控装置）、网络层和管理层三大部分，主要功能：

（1）间隔层装置的信息采集、控制命令下发；

（2）各种智能间隔层设备的通信完全接入；

（3）所内联锁、联动关系的实现：

（4）与上层监控系统的通信完全接入以及信息交互；

（5）如果需要，应具备所内人机界面功能．实现对所内设备的测控功能。

2．站级管理层功能

（1）通信控制器的主要功能如下：①通过所内通信网络，完成对各间隔单元的数据采集与控制输出。②适应并实现与控制中心系统的远程通信，完成通信规约的处理。③适应并实现与所内间隔单元的网络通信，实现所内对设备的集中监控管理。④通过软件对时与控制中心时钟系统保持同步，并且同步各间隔单元。⑤当系统发生故障时启动报警音响。⑥具有看门狗、自诊断、自恢复功能。

（2）音响报警装置只有事故、预告两种音响，音响采用自动复归方式，音响时间可调，盘上设置音响投入/撤除转换开关。

（3）控制信号屏上设置一台液晶显示器或一体化工作站，用于变电站当地人机界面的显示、当地设备的控制。

7.6.2变电站自动化系统功能

3．间隔层设备功能

间隔层设备功能如下：

（1）10kv（35kv）系统：交流系统的间隔层装置通常由进线、母联、变压器间隔的测控保护装置构成。

（2）750v（1500v）直流牵引系统：直流牵引系统是变电站的核心系统，因其联锁、联动关系复杂，通常采用保护测控装置和PLC（或继电器阵）来构成完善的保护测控系统，其电量保护系统通常完成过电流保护、电流速断保护、电流增量保护保护等。

（3）0.4kV系统：0.4kv系统为轨道交通系统提供动力照明电源，其保护测控系统一般由开关本位和成套的装置提供。成套装置除了完成继电保护功能外，还能够完成电流、电压信号的采集，并对功率、电度、功率因数、频率进行统计和计算。

（4）变压器系统：变压器温控装置是专为干式变压器安全运行设计的智能控制器，能够提供高温报警及超温跳闸的继电器输出接点。

（5）整流器系统：整流器内部由多个二极管支路组成，通常整流器外部设置测控装置，采集整流二极管工作状态和温度值，并可根据这些数据启动报警或跳闸回路，也可以通过通信接口上传数据。

（6）直流屏系统：变电所内的直流屏以及事故直流屏内部一般设有智能通信模块，通过RS-485或RS-232通信接口与自动化系统进行数据交换。

7.7电力监控系统接口

7.7.1与通信系统的接口

控制中心与通信系统的接口分界点在控制中心通信机房。对于10Mb/s共享型的通道，由电力监控系统控制中心的局域网交换机引出NJ45接头双绞线（变换机与通信机房距离大于100m时采用光纤连接），对端接入骨干网交换机接口板；变电站端的连接与中心的连接方式一致。对于2Mb/s点对点的通道，控制中心局域网交换机引出的NJ45接头进入以太网/El转换器，经转换后的信号通过同轴电缆接入骨干网交换机接口板。变电站端的连接是经过El/以太网转换器进行的。

7.7.2变电站自动化系统内部的接口

（1）硬线接口：用信号电缆传递开关信号或模拟信号。

①DO：开关量输出，即电力监控系统集中式测控单元提供给相关系统的开关量输出信号，一般采用DC24V、DC48V、DC110V或DC220V有源电压信号和无源接点。接点为单独使用，不与其他系统共用。为了运行维护的安全性和简便性，建议开关量输出使用无源接点。

②DI：开关量输入，即相关系统或装置提供给电力监控系统集中式测控单元的开关量输入信号。为了运行维护的安全性和简便性，要求开关量输入使用无源接点，接点为单独使用，不与其他系统共用。

③AI：直流模拟量输入，即相关系统或装置提供给电力监控系统集中式测控单元的直流模拟量输