客運專線SCADA業務組網優化建議

凌昌國

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

1 數據采集與監視控制（SCADA）系統概述

SCADA系統，在電力系統以及電氣化鐵道上又稱遠動系統。

SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。它對提高電網運行的可靠性、安全性與經濟效益，減輕調度員的負擔，實現電力調度自動化與現代化，提高調度的效率和水平方面有著不可替代的作用。SCADA系統在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運輸的調度管理水平起到了很大的作用。

近年來，隨著客運專線鐵路建設的發展，鐵路通信網絡也迎來了更新改造和發展建設時期。客運專線鐵路沿線設置有大量的基站、直放站、信號中繼站等節點，其電力供電專業需要在這些節點設置電力供電節點，節點數量遠遠超過普通鐵路。電力供電節點的增多給電力維護增加了很大工作量，因此電力SCADA系統作為客運專線鐵路電力調度最重要的工具顯得尤其重要。如何為電力SCADA系統提供可靠的傳輸通道，成為傳輸系統工程設計、實施、系統開通和維護的難題之一。

目前，由于客運專線SCADA組網方式多種多樣，而且開通實施和運營維護存在一定困難，本文將從客運專線傳輸系統建設方案及特點，以及SCADA業務組網需求和目前組網方案進行簡要描述，并對其提出優化建議。

2 傳輸系統建設方案及特點

客運專線傳輸系統基本按照二層結構組網，即骨干層和接入層。骨干層傳輸系統按鏈型“1+1”保護方式建設；接入層傳輸系統按自愈環方式建設，一般按2～3個自愈環建設，每個自愈環由相鄰車站間的沿線基站、信號中繼站、牽引變電所及供電所等節點設置的傳輸設備構成。在車站節點，接入層傳輸設備與骨干層傳輸設備互聯，實現通道互通和系統間的通道保護。

客運專線傳輸系統采用MSTP傳輸設備建設。該設備能提供2?M接口、FE接口、GE接口和155?M接口等，其中FE和?GE接口板具備IP?二層交換和匯聚功能等特點。

3 SCADA業務組網需求

SCADA系統一般采用雙網結構（A、B網，主備用方式），由調度中心設備和現場前端設備（RTU）組成。客運專線SCADA系統主要包括電力SCADA和牽引SCADA系統。電力SCADA系統對通信主要需求是箱變節點、配電所節點；牽引SCADA系統對通信主要需求是牽引變電所、AT所、分區所節點。

由于電力SCADA系統業務節點較多（主要是箱變節點較多），本文主要針對電力SCADA組網方案進行描述。

4 電力SCADA組網方式現狀

目前，客運專線電力SCADA組網有以下兩種方式。

4.1 采用“獨立光纖+傳輸系統”承載方式組網

通信系統在區間為電力SCADA提供光纖資源，由電力專業設置光口以太網交換機，把信息傳送至有人值守的電力供電（或牽引變電）節點，電力供電所（或牽引變電）節點至調度所由通信傳輸系統提供獨立2?M通道。武廣客運專線按此方案進行組網。

有人值守的電力供電（或牽引變電）節點至無人值守的電力供電（或牽引變電）節點之間的光纜由通信專業敷設，由牽引及供電專業設置交換機，采用光纖開通。有人值守的電力供電（或牽引變電）節點至調度所間通道由通信專業傳輸系統提供FE電接口（帶寬2?M）解決。

組網網絡拓撲結構如圖1所示。

該組網方案采用通信傳輸方式比較復雜，對于整個電力SCADA系統無全程網管監控通道進行監控，不便于網絡開通及維護。

同時，由于區間箱變較多，通信光纜線路開口較多，通信與電力SCADA專業接口太多，增加了整個系統的故障點，故障定位比較困難。

4.2 采用傳輸系統承載方式組網

電力SCADA數據傳輸過程全部采用傳輸系統承載。通信系統各節點傳輸設備為電力SCADA提供2個以太網端口（分布在不同的以太網處理板上），并配置以太網共享通道（采用2?M捆綁方式）至調度所，實現SCADA數據業務的傳送。

由于傳輸設備的VCTRUCK能力有限，一般以太網的處理能力為24或48個VCTRUCK。對于電力SCADA通道而言，不能采用點對點匯聚方式至調度中心，故根據傳輸設備資源配置情況，利用傳輸設備的以太網二層交換功能，采用逐級匯聚方式提供傳輸通道至調度所。

此組網方案統一采用傳輸系統承載，可通過傳輸系統每個節點電力SCADA業務端口監控，可判斷電力SCADA業務是否已接入傳輸系統。大部分客運專線電力SCADA系統采用此方案組網（如京滬線），組網網絡拓撲結構如圖2所示。

由于傳輸系統提供的通信網絡為一個二層交換網絡，SCADA所有數據均在此二層網絡內通信，當此網絡內有一個電力SCADA設備節點故障或不斷在此二層網絡中報告故障信息，整個通信網絡均會受到影響，嚴重情況可造成整個網絡癱瘓，此故障情況通過傳輸系統無法進行監測。

5 SCADA業務組網優化建議

5.1 沿線區間節點至車站

客運專線沿線區間節點至車站節點利用傳輸設備的以太網二層交換功能，采用逐級匯聚方式組建共享通道，建設相鄰車站間SCADA系統各子網絡。沿線區間SCADA業務節點利用就近的傳輸設備為SCADA業務提供FE接口，通過光電纜與SCADA系統設備連接。

5.2 車站至調度所

對于SCADA節點較多的路局，應采用三層網絡進行組網，在車站等節點增設三層交換機，把原來二層網絡改造成二層和三層混合網絡。車站至調度所建設一個三層數據網絡，利用傳輸系統提供通道進行組網。為提高網絡可靠性，可按環形組建此三層數據網絡。

三層交換機的設置地點和數量可根據具體工程情況進行選擇（例如車站節點）。網絡拓撲結構如圖3所示。

本優化建議方案在三層網絡的基礎上建設多個二層網絡，相鄰車站（如車站1、車站2）與調度所之間組建2個三層網絡（A、B網）；相鄰車站之間組建2個二層網絡（A、B網），分別下掛于三層網絡，三層網絡內部啟動動態路由協議。

三層網絡下掛的多個二層網絡（子網絡）之間業務互相隔離，不能互相訪問，抑制了設備故障情況引起的廣播風暴對整個電力SCADA系統的影響，把系統風險控制在一個較小的二層網絡中。

此方案便于系統開通調試及維護，能更好的進行故障定位。

6 結束語

傳輸系統業務通道可以有多種解決方案，在實際工程設計中，應根據具體工程情況，從方案、投資、運營維護等多個角度考慮，選取一種可行的通道解決方案。

本文就電力SCADA系統組網，結合傳輸系統通道組織，提出優化建議方案的思路和方法供參考，在實際工程設計和實施中還有許多問題值得深入地探討。