武漢市軌道交通三號線變電所通信接口集成

鄭向城 孫海檸

摘 要：目前，隨著城市化進程的快速推進，城市軌道交通建設也迎來了新的發(fā)展機遇?？煽康墓╇娛擒壍澜煌ò踩\營的重要保障，功能強大的通信系統(tǒng)又是保證供電質(zhì)量的基礎。文章首先介紹了武漢市軌道交通三號線變電所通信系統(tǒng)的結構、通信接口的實現(xiàn)，分析了35kV開關柜通信接口集成模式，對類似工程的施工具有明顯的借鑒意義。

關鍵詞：35kV開關柜；通信接口；集成化

1 前言

隨著中國城市化進程的快速推進，軌道交通憑借著快速、安全、高效的特點，在各地如火如荼地建設起來。變電所作為城市軌道交通供電系統(tǒng)的一個重要組成部分，不但承擔著傳輸電力的功能，而且肩負著監(jiān)控和管理電力分配的責任。因此，供電系統(tǒng)通信接口模式的好壞直接影響整個軌道交通系統(tǒng)的運行安全和運營效益。

武漢市軌道交通三號線一期工程線路全長30.133km，起點為沌陽大道站，終點為宏圖大道站，橫穿5個行政區(qū)，被列入武漢市和湖北省的重點工程。全線包含牽引降壓混合變電所19座，降壓變電所7座，跟隨變電所11座，開閉所1座。供電系統(tǒng)按“無人值班”設計，設備也必須滿足“無人值班”條件。因此，如何實現(xiàn)供電系統(tǒng)設備通信接口的集成化管理，成為當今重點研究的問題。

2 通信系統(tǒng)的結構

目前，計算機技術、網(wǎng)絡技術、微電子技術和信號處理技術的飛速發(fā)展為現(xiàn)代城市軌道交通變電所通信系統(tǒng)提供了強有力的技術支持。通信系統(tǒng)不但可以實現(xiàn)監(jiān)測、管理和控制變電所內(nèi)各個供電設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)的目標，而且可以對存在差異的二次設備進行功能的優(yōu)化和組合。作為供電系統(tǒng)信息共享、傳輸、交換的媒介，通信系統(tǒng)的地位無可替代。

軌道交通變電所通信系統(tǒng)的結構組成與傳統(tǒng)的變電站通信系統(tǒng)截然不同，系統(tǒng)內(nèi)部通常包含著十個甚至數(shù)十個變電所，數(shù)量眾多。整個通信系統(tǒng)結構為樹形和環(huán)形相結合的形式，這種結構有助于達到高效、快捷監(jiān)測和保護供電系統(tǒng)的目的。所內(nèi)通信網(wǎng)絡、控制信號屏、綜合計算機和設備內(nèi)部的二次綜保模塊共同組建成了變電所的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)如今，集中管理、分散布置是通信系統(tǒng)廣泛采用的一種形式，即二次綜保模塊在各個供電設備內(nèi)部安裝，而監(jiān)控變電所通信網(wǎng)絡的重任則由站控主單元承擔。

控制信號屏安裝于變電所內(nèi)部，可以統(tǒng)一采集和處理所內(nèi)供電設備的各種信號，也可以與上級電力監(jiān)控系統(tǒng)相連接，并通過光纖將信號實時上傳。同時，上級電力監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的各項指令，它也可以在第一時間接收并一一轉(zhuǎn)發(fā)至對口的設備模塊。后期，運營人員操控系統(tǒng)的時候也可以通過控制信號屏設置的人機接口方便地進入。

控制信號屏主要由4部分構成，分別是交換機、站控主單元、測控單元和通信光纖。其中，站控主單元一方面連接變電所內(nèi)通信以太網(wǎng)，另一方面連接上級電力監(jiān)控網(wǎng)絡，是二者信息傳輸?shù)拿浇椤Ｍㄟ^這種形式，可以最大限度地規(guī)避產(chǎn)生網(wǎng)絡廣播風暴的風險，提升了網(wǎng)絡的安全性。

一般情況下，站控單元的通信采集對象按照設備種類和通信種類可以劃分為幾類，如牽引降壓混合變電所、降壓變電所、跟隨變電所、35kV高壓開關柜、750V直流開關柜、變電所內(nèi)測控單元、交直流屏、隔離開關柜等。

本系統(tǒng)采用了工業(yè)中使用的以太網(wǎng)多串口服務器，以一對一的形式進行設備通信采集，串口服務器則通過以太網(wǎng)光纖接口融入變電所綜合自動化系統(tǒng)。與傳統(tǒng)智能裝置只提供RS485/RS232的通信方式相比，一方面通信速度和通信質(zhì)量都有了巨大的提升，即使在通信數(shù)據(jù)較大的情況下，也不會出現(xiàn)通信不暢的現(xiàn)象；另一方面使用光纖傳輸可以最大限度規(guī)避電磁場的干擾。其原理是把傳統(tǒng)的485/232接口的數(shù)據(jù)通過格式轉(zhuǎn)化為流行的因特網(wǎng)接口（Internet Protocol，IP），這樣就可以實現(xiàn)IP形式的數(shù)據(jù)管理，大幅度減少了線路的數(shù)量和長度。由于串口服務器與通信采集對象之間距離較短，因此二者之間使用電連接，這樣可以減小外界干擾。

3 變電所通信接口集成

3.1 與整流變壓器的溫控器的通信接口

每一臺整流變壓器都設置有一個溫度控制器，它們將監(jiān)測到的信息傳輸?shù)较鄬?5kV高壓饋線開關柜內(nèi)的保護裝置，以該保護裝置為中介，進一步將信息送達站控主單元。

3.2 與整流器的通信接口

每一個牽引降壓混合變電所設置兩臺整流器，它們將監(jiān)測到的信息傳輸?shù)较鄬?5kV高壓饋線開關柜內(nèi)的保護裝置，以該保護裝置為中介，進一步將信息送達站控主單元。

3.3 與35kV開關柜保護測控裝置的通信接口

首先，35kV開關柜保護測控裝置連接到多串口設備的一個端口；其次，使用光電轉(zhuǎn)換器將采集到的電信號轉(zhuǎn)換為可以在以太網(wǎng)傳輸?shù)墓庑盘?；再次，將光信號?5kV開關柜內(nèi)設置的光端盒上進行匯總，通過光纖傳輸?shù)娇刂菩盘柶恋墓饫w盒內(nèi)，最后傳送到以太網(wǎng)交換機。

3.4 與400V開關柜保護測控裝置的通信接口

首先，400V開關柜保護測控裝置連接到多串口設備的一個端口；其次，使用電轉(zhuǎn)換器將采集到的電信號轉(zhuǎn)換為可以在以太網(wǎng)傳輸?shù)墓庑盘?；再次，將光信號?00V開關柜內(nèi)設置的光端盒上進行匯總，通過光纖傳輸?shù)娇刂菩盘柶恋墓饫w盒內(nèi)，最后傳送到以太網(wǎng)交換機。

3.5 與750V直流開關柜直流保護裝置的通信接口

每臺750V直流開關柜都設置有獨立的保護裝置。首先，750V開關柜保護測控裝置連接到多串口設備的一個端口；其次，使用電轉(zhuǎn)換器將采集到的電信號轉(zhuǎn)換為可以在以太網(wǎng)傳輸?shù)墓庑盘?；再次，將光信號?50V開關柜內(nèi)設置的光端盒上進行匯總，通過光纖傳輸?shù)娇刂菩盘柶恋墓饫w盒內(nèi)，最后傳送到以太網(wǎng)交換機。

3.6 與集中輸入輸出（I/O）監(jiān)控單元的通信接口

使用屏蔽雙絞線將I/O監(jiān)控單元的通信信號傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)交換機，并最終傳輸?shù)秸究刂鲉卧?/p>

3.7 與直流屏監(jiān)控裝置的通信接口

由于直流屏安裝在控制室內(nèi)，直流屏監(jiān)控裝置的通信接口經(jīng)轉(zhuǎn)換成電以太網(wǎng)接口后，直接采用屏蔽雙絞線連接到所內(nèi)以太網(wǎng)交換機上。

4 武漢市軌道交通三號線35kV開關柜通信接口集成

武漢市軌道交通三號線在傳統(tǒng)的35kV高壓設備與站控層管理裝置之間加裝了智能通信裝置，并將智能通信裝置定義為整個系統(tǒng)的信息樞紐。這樣，一方面可通過RS485方式連接35 kV高壓柜內(nèi)部的各種智能保護測控設備，另一方面可通過光纖星形連接的方式上傳至站控層管理裝置，如圖1所示。

通過相關產(chǎn)品性價比選，工程選擇了四方公司自主研發(fā)生產(chǎn)的CSC-1316系列智能通信管理產(chǎn)品，其廣泛應用于電力、公路、石化、煤炭、冶金、軌道交通、市政、智能樓宇等領域。產(chǎn)品具備豐富的通信接口，可通過RS232/485、以太網(wǎng)或光纖等連接各種智能設備，并通過光纖以太網(wǎng)將信息上送到上級監(jiān)控系統(tǒng)。裝置既具有運行可靠、抗干擾能力強等特點，又具有響應速度快、運行方式靈活、適用規(guī)約多、調(diào)試維護方便等優(yōu)點。

5 社會經(jīng)濟效益

通過對武漢市軌道交通三號線供電系統(tǒng)通信接口的研究，形成了較大的社會經(jīng)濟效益。

（1）設置智能通信裝置，將各種通信信號統(tǒng)一化管理，改變了以往通信電纜雜亂無章的現(xiàn)象，大大節(jié)約了電纜等材料，降低了施工成本。

（2）通過通信接口集成，減少了調(diào)試人員數(shù)量，縮短了調(diào)試時間，大幅度節(jié)約了后期的維護檢修時間。

（3）鑒于此種方案實施效果良好，武漢地鐵集團已經(jīng)決定將其在其他在建的城市軌道交通線路建設中推廣并使用。

6 結論

綜上所述，通信接口集成化對于實現(xiàn)武漢市軌道交通供電系統(tǒng)正常運行，降低施工成本和后期維護成本起到了不可替代的作用。尤其在面對大型工程設備多，通信系統(tǒng)復雜，工期緊張等不利情況下，它更具有得天獨厚的優(yōu)勢。

參考文獻

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（作者單位：中鐵一局集團電務工程有限公司）