電氣化鐵路SCADA系統(tǒng)應用簡述

馮紅巖 王春旭 曹 兵 葛華偉

(濟南鐵路局 調(diào)度所，山東 濟南250000)

目前， 我國大規(guī)模地進行鐵路建設和既有線電氣化改造工程，膠濟客專、京滬高鐵、京九線等相繼開通或電氣化改造完成，在此進程中， 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、提高鐵路運輸調(diào)度管理水平等方面起了很大的作用。

1 SCADA 系統(tǒng)簡介

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

SCADA 系統(tǒng)是以計算機為基礎的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。 它對現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)、遠方設備圖像監(jiān)視以及各類故障信號報警等各項功能。

由于各個應用領域?qū)CADA 的要求不同， 所以不同應用領域的SCADA 系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。 SCADA 在鐵道電氣化遠動系統(tǒng)上的應用較早，近幾年隨著中國鐵路的迅猛發(fā)展，也帶動了鐵道電氣化遠動系統(tǒng)向更高的目標發(fā)展。 SCADA 系統(tǒng)在濟南局就存在交大光芒、北京南凱、北京國控等多家廠商，并且產(chǎn)品升級換代較快。

2 SCADA 系統(tǒng)的主要功能

圖1

SCADA 系統(tǒng)主要由現(xiàn)場被控端、信息傳輸通道、調(diào)度端組成，設備的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)是對現(xiàn)場的運行供電設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。

在電氣化鐵路SCADA 系統(tǒng)中主要對牽引供電系統(tǒng)中的牽引變電所、分區(qū)所、開閉所及電力配電的變配電所、電力開關站、10/0.4kV 低壓配電所、環(huán)網(wǎng)柜的設備運行狀態(tài)進行監(jiān)控。 其主要功能分為“五遙”即遙控、遙測、遙信、遙調(diào)、遙視。

（1）遙控：即在調(diào)度端發(fā)出指令以實現(xiàn)開關設備的遠方操作，如斷路器、隔離開關的“合”，“分”。遙控又分為單控、程控兩種情況，但在濟南局只有交大光芒的系統(tǒng)可以使用程控操作，北京南凱、北京國控系統(tǒng)尚未設置此項功能。

（2）遙測：遙測是將被控站的某些運行參數(shù)傳送給調(diào)度所的遠動系統(tǒng)調(diào)度端，使調(diào)度員時刻掌握現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)。 牽引供電系統(tǒng)的主要遙測對象有電源進線電壓、電流，主變功率27.5KV 母線電壓，主變一次側(cè)有功電度、無功電度，饋線電壓、電流，饋線故障點參數(shù)（故障饋線號、動作電流、阻抗值、故標等），電容補償裝置電流。 在濟南局京滬高鐵遠動系統(tǒng)中還將10KV 電力配電納入到了調(diào)度所SCADA 系統(tǒng)，其主要遙測對象有進線電壓、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備狀態(tài)信號遠距離傳給調(diào)度所的遠動系統(tǒng)調(diào)度端。遙信分為位置遙信（開關對象的狀態(tài)信號）和非位置遙信（除開關對象位置信號外的其他故障狀態(tài)信息。如預告遙信：輕故障信號，事故遙信：重故障即事故信號）。

鐵路供電系統(tǒng)涉及的主要遙信量有遙控對象位置信號， 進線有壓/失壓、自投投入/撤除信號，牽引變壓器的各類故障及預告信號（含保護動作信號），電容補償裝置的各類故障及預告信號（含保護動作信號），所用變壓器的各類故障預告及信號（含保護動作信號），饋線的各類故障及預告信號（含保護動作信號），各開關操作機構(gòu)的工作狀態(tài)信號（含控制回路斷線、控制方式），其它一次設備的故障、預告及動作信號（含自動裝置動作、壓互回路斷線等），其它智能設備故障及預告信號（含交、直流盤等），遠動裝置、遠動通道運行狀態(tài)，安全監(jiān)控信號、設備環(huán)境監(jiān)控信號。

（4）遙調(diào)：即在遠動系統(tǒng)調(diào)度端發(fā)出指令直接對被控站的調(diào)壓器、變壓器抽頭的級數(shù)進行調(diào)整。

（5）遙視：遙視是將被控站設備的視頻信號傳送給調(diào)度端，進行遠方圖像監(jiān)視，亦稱視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 調(diào)度員通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)及時掌握了解被控站的設備圖像，輔助調(diào)度員進一步實時掌握被控站的實際設備運行狀態(tài)及設備環(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)，用于傳輸遠動信息，在信道中傳輸?shù)倪h動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)往被控站的信息稱為下行信息（如下發(fā)遙控、遙調(diào)令），所有通道稱為下行信道。上行信息即為從被控站發(fā)往調(diào)度端的信息稱為上行信息（如被控站要上送的遙測量、開關狀態(tài)及事故信號等等），所有信道稱為上行信道。

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化系統(tǒng)，電力變配電所綜合自動化系統(tǒng)，電力RTU，接觸網(wǎng)開關控制站和監(jiān)控單元等。

5 調(diào)度端的功能

調(diào)度端調(diào)度員工作站（通常簡稱調(diào)度端）是調(diào)度人員對供電系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制的人機聯(lián)系設備，在調(diào)度員工作站顯示器上能夠?qū)崟r顯示供電系統(tǒng)圖、主接線圖、站場線路圖、設備及線路帶電狀態(tài)等動態(tài)畫面；顯示器的畫面上開關符號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用不同的顏色來顯示電流、電壓多條不同的相關模擬量以進行比較。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，復歸操作，閉鎖、解鎖操作，掛牌操作等。

a)通過調(diào)度端完成控制的功能

調(diào)度員通過調(diào)度端可以遠程對被控站的斷路器、隔離開關、負荷開關進行正確控制，對有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)，對其它可控點進行控制（如電容器遠方投切、電抗器遠方投切等），對進線（變壓器）自投、重合閘的投切，對保護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)度員通過調(diào)度端顯示器對設備的監(jiān)視，主要分為正常運行狀態(tài)監(jiān)視和異常運行狀態(tài)的監(jiān)視。正常運行狀態(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)控設備的分、合狀態(tài)均可以在調(diào)度端顯示器上進行顯示。 其中分用綠色表示，合用紅色表示。另外，被控站通信狀態(tài)（通常稱為通道），調(diào)度主站設備狀態(tài)也可以在顯示器上進行顯示。異常運行狀態(tài)的監(jiān)視為當供電系統(tǒng)發(fā)生故障和事故時，變位信號優(yōu)先送往調(diào)度所控制中心，在顯示器上將有相應故障報告信息彈出和聲音報警。

c)調(diào)度端報警信息處理

以北京南凱系統(tǒng)為例，調(diào)度端系統(tǒng)報警時有報警故障信息，存檔，及聲音報警等； 當供電系統(tǒng)及供電設備出現(xiàn)非正常運行或預告信號時，發(fā)出非緊急故障報警；出現(xiàn)設備事故時發(fā)出緊急故障報警，兩種報警音響可以設置不同聲音加以區(qū)別，并提供警報確認、分類、歸檔、息音及存儲等手段。 報警可分為不同優(yōu)先級，所有報警可根據(jù)不同的條件特征進行過濾提取并顯示，并且自動將報警信息存入新的警報記錄中。

根據(jù)不同的設備異常情況和設備故障，故障報警主要有以下幾種情況，①越限告警，即對需要報警的值設置上下限，當越限狀態(tài)變化時，發(fā)生越限報警，越限報警在顯示器的窗口中顯示文字。 ②變位報警，即當系統(tǒng)發(fā)生異常變位時，顯示器畫面中變位點閃爍，并顯示變位狀態(tài)，系統(tǒng)顯示變位狀態(tài)及變化時間、事件窗口顯示文字信息、同時根據(jù)需要發(fā)出音響告警，如故障跳閘時的斷路器的變位。③事故報警，發(fā)生事故后，系統(tǒng)發(fā)出事故音響報警；報警窗口顯示故障細目，跳出事故站點名稱、變位點發(fā)出醒目閃爍及變色；彈出故障報告窗口，提示故障報告。④預告報警，系統(tǒng)發(fā)出預告告警，在實時報警窗口中推出文字信息，仔細說明預告原；音響告警、提醒操作人員直到確認。 ⑤設備故障告警：當被控站設備通信中斷或主站設備發(fā)生故障時，發(fā)生告警信息，以提示維護人員及時處理；推出故障報告。

6 結(jié)束語

電氣化鐵路牽引供電SCADA 系統(tǒng)的廣泛應用， 大大提高了牽引供電的整體功能和管理水平。 了解認識SCADA 系統(tǒng)原理及各模塊功能對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。

［1］張平.我國高速鐵路牽引供電SCADA 系統(tǒng)的分析與探討[J].鐵道建筑技術，2010.

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

［3］李群湛，連級三，高仕斌.高速鐵路電氣化工程[M].成都：西南交通大學出版社，2006.