電氣化鐵路SCADA系統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)述

馮紅巖 王春旭 曹 兵 葛華偉

(濟(jì)南鐵路局 調(diào)度所，山東 濟(jì)南250000)

目前， 我國(guó)大規(guī)模地進(jìn)行鐵路建設(shè)和既有線電氣化改造工程，膠濟(jì)客專(zhuān)、京滬高鐵、京九線等相繼開(kāi)通或電氣化改造完成，在此進(jìn)程中， 所有的牽引變電所都采用了SCADA 系統(tǒng), SCADA 系統(tǒng)在保證電氣化鐵路的安全可靠供電、提高鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理水平等方面起了很大的作用。

1 SCADA 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition) ，即監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)。 SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，特別是在信息化高速發(fā)展的今天，它廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、給水系統(tǒng)等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制。 SCADA 系統(tǒng)在電氣化鐵路又稱(chēng)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

SCADA 系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。 它對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)方設(shè)備圖像監(jiān)視以及各類(lèi)故障信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。

由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA 的要求不同， 所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA 系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。 SCADA 在鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用較早，近幾年隨著中國(guó)鐵路的迅猛發(fā)展，也帶動(dòng)了鐵道電氣化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)向更高的目標(biāo)發(fā)展。 SCADA 系統(tǒng)在濟(jì)南局就存在交大光芒、北京南凱、北京國(guó)控等多家廠商，并且產(chǎn)品升級(jí)換代較快。

2 SCADA 系統(tǒng)的主要功能

圖1

SCADA 系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)被控端、信息傳輸通道、調(diào)度端組成，設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行供電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。

在電氣化鐵路SCADA 系統(tǒng)中主要對(duì)牽引供電系統(tǒng)中的牽引變電所、分區(qū)所、開(kāi)閉所及電力配電的變配電所、電力開(kāi)關(guān)站、10/0.4kV 低壓配電所、環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。 其主要功能分為“五遙”即遙控、遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙視。

（1）遙控：即在調(diào)度端發(fā)出指令以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)方操作，如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的“合”，“分”。遙控又分為單控、程控兩種情況，但在濟(jì)南局只有交大光芒的系統(tǒng)可以使用程控操作，北京南凱、北京國(guó)控系統(tǒng)尚未設(shè)置此項(xiàng)功能。

（2）遙測(cè)：遙測(cè)是將被控站的某些運(yùn)行參數(shù)傳送給調(diào)度所的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)度端，使調(diào)度員時(shí)刻掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 牽引供電系統(tǒng)的主要遙測(cè)對(duì)象有電源進(jìn)線電壓、電流，主變功率27.5KV 母線電壓，主變一次側(cè)有功電度、無(wú)功電度，饋線電壓、電流，饋線故障點(diǎn)參數(shù)（故障饋線號(hào)、動(dòng)作電流、阻抗值、故標(biāo)等），電容補(bǔ)償裝置電流。 在濟(jì)南局京滬高鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中還將10KV 電力配電納入到了調(diào)度所SCADA 系統(tǒng)，其主要遙測(cè)對(duì)象有進(jìn)線電壓、電流，有功功率、電能、功率因數(shù)，各段母線電壓，各饋線回路電流、有功功率，有功電能，調(diào)壓器電流、有功功率等。

（3）遙信：遙信是將被控站的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳給調(diào)度所的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)度端。遙信分為位置遙信（開(kāi)關(guān)對(duì)象的狀態(tài)信號(hào)）和非位置遙信（除開(kāi)關(guān)對(duì)象位置信號(hào)外的其他故障狀態(tài)信息。如預(yù)告遙信：輕故障信號(hào)，事故遙信：重故障即事故信號(hào)）。

鐵路供電系統(tǒng)涉及的主要遙信量有遙控對(duì)象位置信號(hào)， 進(jìn)線有壓/失壓、自投投入/撤除信號(hào)，牽引變壓器的各類(lèi)故障及預(yù)告信號(hào)（含保護(hù)動(dòng)作信號(hào)），電容補(bǔ)償裝置的各類(lèi)故障及預(yù)告信號(hào)（含保護(hù)動(dòng)作信號(hào)），所用變壓器的各類(lèi)故障預(yù)告及信號(hào)（含保護(hù)動(dòng)作信號(hào)），饋線的各類(lèi)故障及預(yù)告信號(hào)（含保護(hù)動(dòng)作信號(hào)），各開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)（含控制回路斷線、控制方式），其它一次設(shè)備的故障、預(yù)告及動(dòng)作信號(hào)（含自動(dòng)裝置動(dòng)作、壓互回路斷線等），其它智能設(shè)備故障及預(yù)告信號(hào)（含交、直流盤(pán)等），遠(yuǎn)動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)通道運(yùn)行狀態(tài)，安全監(jiān)控信號(hào)、設(shè)備環(huán)境監(jiān)控信號(hào)。

（4）遙調(diào)：即在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)度端發(fā)出指令直接對(duì)被控站的調(diào)壓器、變壓器抽頭的級(jí)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

（5）遙視：遙視是將被控站設(shè)備的視頻信號(hào)傳送給調(diào)度端，進(jìn)行遠(yuǎn)方圖像監(jiān)視，亦稱(chēng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 調(diào)度員通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)掌握了解被控站的設(shè)備圖像，輔助調(diào)度員進(jìn)一步實(shí)時(shí)掌握被控站的實(shí)際設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備環(huán)境。

3 SCADA 系統(tǒng)的傳輸通道

它是連接調(diào)度端與被控端的通信介質(zhì)，用于傳輸遠(yuǎn)動(dòng)信息，在信道中傳輸?shù)倪h(yuǎn)動(dòng)信息分為上行信息和下行信息。下行信息即為調(diào)度員從調(diào)度端發(fā)往被控站的信息稱(chēng)為下行信息（如下發(fā)遙控、遙調(diào)令），所有通道稱(chēng)為下行信道。上行信息即為從被控站發(fā)往調(diào)度端的信息稱(chēng)為上行信息（如被控站要上送的遙測(cè)量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)及事故信號(hào)等等），所有信道稱(chēng)為上行信道。

4 被控站

被控站，也叫被控端，它是完成SCADA 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理，發(fā)送、接收及輸出執(zhí)行功能。主要包括牽引綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，電力變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，電力RTU，接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)控制站和監(jiān)控單元等。

5 調(diào)度端的功能

調(diào)度端調(diào)度員工作站（通常簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)度端）是調(diào)度人員對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制的人機(jī)聯(lián)系設(shè)備，在調(diào)度員工作站顯示器上能夠?qū)崟r(shí)顯示供電系統(tǒng)圖、主接線圖、站場(chǎng)線路圖、設(shè)備及線路帶電狀態(tài)等動(dòng)態(tài)畫(huà)面；顯示器的畫(huà)面上開(kāi)關(guān)符號(hào)的顏色一般顯示合閘為紅色、分閘為綠色，并且能直觀顯示遙測(cè)量參數(shù)；在系統(tǒng)的功能菜單中能夠在同一曲線圖上可以同時(shí)用不同的顏色來(lái)顯示電流、電壓多條不同的相關(guān)模擬量以進(jìn)行比較。調(diào)度端的控制功能主要分為以下幾種即單控，程控，遙控試驗(yàn)，復(fù)歸操作，閉鎖、解鎖操作，掛牌操作等。

a)通過(guò)調(diào)度端完成控制的功能

調(diào)度員通過(guò)調(diào)度端可以遠(yuǎn)程對(duì)被控站的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)進(jìn)行正確控制，對(duì)有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)，對(duì)其它可控點(diǎn)進(jìn)行控制（如電容器遠(yuǎn)方投切、電抗器遠(yuǎn)方投切等），對(duì)進(jìn)線（變壓器）自投、重合閘的投切，對(duì)保護(hù)功能軟壓板的投切等。

b)調(diào)度端遙信監(jiān)視內(nèi)容及顯示處理功能

值班調(diào)度員通過(guò)調(diào)度端顯示器對(duì)設(shè)備的監(jiān)視，主要分為正常運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和異常運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。正常運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視即為不論裝置在何種狀態(tài)下，所有牽引供電系統(tǒng)、電力變配電系統(tǒng)的被監(jiān)控設(shè)備的分、合狀態(tài)均可以在調(diào)度端顯示器上進(jìn)行顯示。 其中分用綠色表示，合用紅色表示。另外，被控站通信狀態(tài)（通常稱(chēng)為通道），調(diào)度主站設(shè)備狀態(tài)也可以在顯示器上進(jìn)行顯示。異常運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視為當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障和事故時(shí)，變位信號(hào)優(yōu)先送往調(diào)度所控制中心，在顯示器上將有相應(yīng)故障報(bào)告信息彈出和聲音報(bào)警。

c)調(diào)度端報(bào)警信息處理

以北京南凱系統(tǒng)為例，調(diào)度端系統(tǒng)報(bào)警時(shí)有報(bào)警故障信息，存檔，及聲音報(bào)警等； 當(dāng)供電系統(tǒng)及供電設(shè)備出現(xiàn)非正常運(yùn)行或預(yù)告信號(hào)時(shí)，發(fā)出非緊急故障報(bào)警；出現(xiàn)設(shè)備事故時(shí)發(fā)出緊急故障報(bào)警，兩種報(bào)警音響可以設(shè)置不同聲音加以區(qū)別，并提供警報(bào)確認(rèn)、分類(lèi)、歸檔、息音及存儲(chǔ)等手段。 報(bào)警可分為不同優(yōu)先級(jí)，所有報(bào)警可根據(jù)不同的條件特征進(jìn)行過(guò)濾提取并顯示，并且自動(dòng)將報(bào)警信息存入新的警報(bào)記錄中。

根據(jù)不同的設(shè)備異常情況和設(shè)備故障，故障報(bào)警主要有以下幾種情況，①越限告警，即對(duì)需要報(bào)警的值設(shè)置上下限，當(dāng)越限狀態(tài)變化時(shí)，發(fā)生越限報(bào)警，越限報(bào)警在顯示器的窗口中顯示文字。 ②變位報(bào)警，即當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常變位時(shí)，顯示器畫(huà)面中變位點(diǎn)閃爍，并顯示變位狀態(tài)，系統(tǒng)顯示變位狀態(tài)及變化時(shí)間、事件窗口顯示文字信息、同時(shí)根據(jù)需要發(fā)出音響告警，如故障跳閘時(shí)的斷路器的變位。③事故報(bào)警，發(fā)生事故后，系統(tǒng)發(fā)出事故音響報(bào)警；報(bào)警窗口顯示故障細(xì)目，跳出事故站點(diǎn)名稱(chēng)、變位點(diǎn)發(fā)出醒目閃爍及變色；彈出故障報(bào)告窗口，提示故障報(bào)告。④預(yù)告報(bào)警，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)告告警，在實(shí)時(shí)報(bào)警窗口中推出文字信息，仔細(xì)說(shuō)明預(yù)告原；音響告警、提醒操作人員直到確認(rèn)。 ⑤設(shè)備故障告警：當(dāng)被控站設(shè)備通信中斷或主站設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，發(fā)生告警信息，以提示維護(hù)人員及時(shí)處理；推出故障報(bào)告。

6 結(jié)束語(yǔ)

電氣化鐵路牽引供電SCADA 系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用， 大大提高了牽引供電的整體功能和管理水平。 了解認(rèn)識(shí)SCADA 系統(tǒng)原理及各模塊功能對(duì)供電管理人員特別是供電調(diào)度員意義重大，它能夠幫助調(diào)度員盡快使用SCADA 系統(tǒng)和提高值班水平。

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［2］盧宏偉.淺談牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)[J].電站設(shè)備自動(dòng)，2010.

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