武廣高速鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)研究

■ 王林

武廣高速鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)研究

■ 王林

客運專線綜合調(diào)度系統(tǒng)作為客運專線建設與運營的重要組成部分，地位舉足輕重。供電調(diào)度系統(tǒng)是客運專線綜合調(diào)度系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，負責客運專線全線牽引及供電設施的實時數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理，涵蓋牽引遠動、電力遠動、通信、信號電源監(jiān)控，又稱為“四電合一”的供電調(diào)度系統(tǒng)。

國內(nèi)學者[1-3]已經(jīng)對客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)的構建進行了有益的探討。伴隨多條客運專線的正式開通運營，客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)有了工程實例。

1 客運專線綜合調(diào)度系統(tǒng)

客運專線綜合調(diào)度系統(tǒng)是列車運行組織管理、列車運行控制、基礎設施維護、動車組運用管理、安全監(jiān)控及旅客信息服務等的集成，基本涵蓋高速鐵路列車運行的所有關鍵業(yè)務[4]。該系統(tǒng)由運輸計劃、列車調(diào)度、動車調(diào)度、供電調(diào)度、旅客服務調(diào)度、綜合維修調(diào)度6個子系統(tǒng)組成，分別對應計劃編制、運營管理、車輛管理、供電管理、客運服務及綜合維修的業(yè)務需求[5]。

客運專線綜合調(diào)度系統(tǒng)以運輸計劃為龍頭、以列車運行調(diào)度系統(tǒng)為核心，綜合行車、機務、工務、供電、電務、旅客向?qū)?、維修檢測、安全監(jiān)控等系統(tǒng)。

2 客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)

客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)主要負責對全線牽引、電力供電設施進行集中調(diào)度指揮。該系統(tǒng)由設在客運專線調(diào)度所的主站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸通道及分布在沿線的被控站設備構成。客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)掌握安全監(jiān)控系統(tǒng)和供電設備狀態(tài)，按照供電計劃完成停送電任務；遇有供電設備故障時積極組織搶修，為列車運行提供保證。其業(yè)務流程如圖1所示。

從業(yè)務流程可看出，客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)應與行車調(diào)度系統(tǒng)、供電維修管理系統(tǒng)接口，使供電調(diào)度職能緊密圍繞行車、維修這兩大業(yè)務。

3 武廣高速鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)的構成

3.1 主站系統(tǒng)

武廣高速鐵路全長1068.6km，武漢—廣州（不含廣州）納入武漢調(diào)度所，廣州樞紐納入廣州調(diào)度所。

圖1 客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)業(yè)務流程圖

武廣高速鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)采用開放、分布式計算機局域網(wǎng)絡結(jié)構，以以太網(wǎng)為骨架，計算機設備為核心，功能為模塊，節(jié)點為單元進行配置（見圖2）。主站系統(tǒng)局域網(wǎng)絡采用高可靠性的雙以太網(wǎng)，互為備用。系統(tǒng)具有良好的開放性、擴展性、實時性、安全性。系統(tǒng)由歷史數(shù)據(jù)服務器、通信及應用服務器、配置服務器、接口服務器、Web服務器、操作員工作站、維護工作站、域名管理工作站、病毒防護工作站等網(wǎng)絡節(jié)點設備及相應的人機接口設備、實時數(shù)據(jù)打印機、報表打印機、畫面拷貝機、UPS電源設備、GPS衛(wèi)星對時設備、SAN存儲網(wǎng)絡設備及完善的軟件資源組成。關鍵設備，如應用通信服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器、操作員工作站、網(wǎng)絡交換機，采用冗余熱備用配置方式。當主設備因故障或檢修退出時，備用設備自動投入運行。雙服務器間通過心跳線定期檢測對方的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)計算機應用軟件失效，備用計算機立即替換失效模塊進入工作。系統(tǒng)具有如下特點：

（1）采用高性能三層交換機作為核心交換機組建冗余千兆調(diào)度網(wǎng)絡，正常情況下雙網(wǎng)同時工作，并可根據(jù)需要分擔不同的數(shù)據(jù)傳輸或平衡網(wǎng)絡負荷。

（2）每條客運專線配置專用的應用及通信服務器、數(shù)據(jù)采集交換機，使數(shù)據(jù)采集網(wǎng)與調(diào)度網(wǎng)獨立，降低調(diào)度網(wǎng)絡的負荷率。

（3）多條客運專線共用核心交換機、歷史數(shù)據(jù)服務器、接口服務器、配置服務器、Web服務器、維護工作站、域名管理工作站、病毒防護工作站、畫面拷貝機、GPS時鐘系統(tǒng)、SAN存儲系統(tǒng)，硬件整合，減少投資。

（4）設置歷史數(shù)據(jù)服務器、應用及通信接口服務器、配置服務器、Web服務器、接口服務器，將供電調(diào)度功能分散于各服務器中，降低系統(tǒng)風險。

（5）應用及通信服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器、配置服務器采用刀片服務器的形式，所有服務器均插在一臺刀片中心機架中，結(jié)構緊湊，節(jié)約空間，統(tǒng)一考慮電源與散熱問題，既保障可靠性，又節(jié)約運營維護成本。

（6）采用高性能的SAN存儲系統(tǒng)，利用光纖存儲交換機、光纖存儲磁盤陣列，高速可靠地完成調(diào)度系統(tǒng)存儲的需求。

圖2 武廣高速鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)配置

（7）設置病毒防護工作站、防火墻及IPS入侵檢測設備，構建供電調(diào)度安全防護系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供安全防護保障。

（8）提供與運營調(diào)度、綜合視頻監(jiān)控、時鐘、既有線調(diào)度、電網(wǎng)調(diào)度、火災報警等系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，完成相關系統(tǒng)的聯(lián)動功能。

（9）軟件采用操作系統(tǒng)、平臺軟件及應用軟件的三層架構。各網(wǎng)絡節(jié)點（調(diào)度員工作站、歷史數(shù)據(jù)服務器等）根據(jù)各自特點及功能要求采用不同的操作系統(tǒng)及平臺支持軟件。應用軟件采用基于自動化和信息化軟件架構ArchestrA技術之上的Wonderware組態(tài)平臺軟件，構建靈活、安全、規(guī)模巨大的綜合SCADA系統(tǒng)。該應用軟件平臺具有很高的可靠性、移植性、擴展性和維護性。

數(shù)據(jù)采集網(wǎng)與調(diào)度網(wǎng)分離的設計，完善的病毒入侵防護功能，刀片式服務器的選擇，是客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)與路局既有遠動系統(tǒng)的最大區(qū)別，也是其特色所在?？瓦\專線供電調(diào)度系統(tǒng)應用軟件采用組態(tài)技術，為用戶提供更加友好的界面，提高了應用軟件開發(fā)及維護的效率。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸通道

武廣高速鐵路采用多業(yè)務傳輸平臺（MSTP），按照核心層、匯聚層、接入層三極網(wǎng)絡拓撲結(jié)構構建IP數(shù)據(jù)網(wǎng)。核心層在武漢客運專線調(diào)度所設置節(jié)點，匯聚層在武漢通信站、新長沙通信站、廣州南通信站設置節(jié)點。核心節(jié)點與匯聚路由器通過MSTP提供的2×155 Mb/s通道分別互連。接入層在武漢客運專線調(diào)度所、車站設置節(jié)點。接入層節(jié)點分段與匯聚層節(jié)點之間通過MSTP提供的155 Mb/s通道互聯(lián)構成環(huán)形網(wǎng)。

武廣高速鐵路在構建供電調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸通道時，通信專業(yè)僅在牽引變電所、電力變配電所設置傳輸設備STM-4 MSTP ADM，用于接入車站接入層設備（提供通道）；對于分區(qū)所、AT所、接觸網(wǎng)開關控制站、電力箱變通信專業(yè)僅提供構成環(huán)網(wǎng)的光纖（提供光纖）；變電、電力專業(yè)在這些位置設置光纖環(huán)網(wǎng)交換機，構建環(huán)形光纖以太網(wǎng)。除牽引變電所、電力變配電所的信息直接上傳外，其余被控點通過所在環(huán)網(wǎng)在臨近的牽引變電所或電力配電所上傳。

武廣高速鐵路僅在牽引變電所、電力配電所設置傳輸接入設備的組網(wǎng)方式，減少了通信專業(yè)的ADM設備數(shù)量，節(jié)省了工程總投資。這種通道模式將同一供電臂的牽引變電所、分區(qū)所、AT所劃分在一個局域網(wǎng)，不需要為故障測距提供另外的專用通道。

3.3 被控站系統(tǒng)

武廣高速鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)被控站包括牽引變電所、分區(qū)所、AT所、電力變配電所綜合自動化系統(tǒng)，車站、隧道、路基接觸網(wǎng)開關監(jiān)控系統(tǒng)及箱變RTU。

綜合自動化系統(tǒng)由分立的間隔層測控保護設備，通過以光纖為介質(zhì)的CAN總線連接至變電站層的通信管理機，通信管理機進行自動化信息的規(guī)約轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與主站系統(tǒng)的通信功能。

接觸網(wǎng)開關監(jiān)控系統(tǒng)由設在所（亭）、車站、隧道、路基的接觸網(wǎng)開關監(jiān)控屏和設在接觸網(wǎng)開關處的現(xiàn)場監(jiān)控單元及它們之間的控制光纜構成?，F(xiàn)場監(jiān)控單元完成開關信息的光電轉(zhuǎn)換、信息采集及控制輸出功能。接觸網(wǎng)開關監(jiān)控屏內(nèi)的通信管理單元完成規(guī)約轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與主站系統(tǒng)的通信功能。

箱變RTU負責采集、監(jiān)視并向主站系統(tǒng)傳送表征箱變運行狀態(tài)的模擬量和狀態(tài)量，執(zhí)行主站系統(tǒng)的控制和調(diào)度命令。

[1]劉志明. 高速鐵路綜合調(diào)度系統(tǒng)體系結(jié)構的研究[J]. 中國鐵道科學，2004，25（2）

[2]姜春林. 客運專線供電調(diào)度系統(tǒng)的構建[J]. 電力自動化設備，2007，27（6）

[3]江平，汪文功. 客運專線綜合SCADA系統(tǒng)集成初探[J]. 電氣化鐵道，2008，28（4）

[4]何邦模．高速鐵路綜合調(diào)度系統(tǒng)用戶需求研究報告[R]．北京：鐵道科學研究院，2002

[5]王新軍，穆輝，王丹. 高速鐵路綜合調(diào)度系統(tǒng)各子系統(tǒng)間的互聯(lián)[J]. 交通科技與經(jīng)濟，2009，11（3）

責任編輯王肖文

王林：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，助理工程師，湖北 武漢，430063