電氣化鐵路SCADA系統應用簡述

馮紅巖 王春旭 曹 兵 葛華偉

(濟南鐵路局 調度所，山東 濟南250000)

目前， 我國大規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, SCADA 系統在保證電氣化鐵路的安全可靠供電、提高鐵路運輸調度管理水平等方面起了很大的作用。

1 SCADA 系統簡介

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

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、遠方設備圖像監視以及各類故障信號報警等各項功能。

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

2 SCADA 系統的主要功能

圖1

SCADA 系統主要由現場被控端、信息傳輸通道、調度端組成，設備的基本結構如圖1 所示。該系統是對現場的運行供電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。

在電氣化鐵路SCADA 系統中主要對牽引供電系統中的牽引變電所、分區所、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、環網柜的設備運行狀態進行監控。 其主要功能分為“五遙”即遙控、遙測、遙信、遙調、遙視。

（1）遙控：即在調度端發出指令以實現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可以使用程控操作，北京南凱、北京國控系統尚未設置此項功能。

（2）遙測：遙測是將被控站的某些運行參數傳送給調度所的遠動系統調度端，使調度員時刻掌握現場設備的運行狀態。 牽引供電系統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，主變一次側有功電度、無功電度，饋線電壓、電流，饋線故障點參數（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中還將10KV 電力配電納入到了調度所SCADA 系統，其主要遙測對象有進線電壓、電流，有功功率、電能、功率因數，各段母線電壓，各饋線回路電流、有功功率，有功電能，調壓器電流、有功功率等。

（3）遙信：遙信是將被控站的設備狀態信號遠距離傳給調度所的遠動系統調度端。遙信分為位置遙信（開關對象的狀態信號）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），各開關操作機構的工作狀態信號（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，安全監控信號、設備環境監控信號。

（4）遙調：即在遠動系統調度端發出指令直接對被控站的調壓器、變壓器抽頭的級數進行調整。

（5）遙視：遙視是將被控站設備的視頻信號傳送給調度端，進行遠方圖像監視，亦稱視頻監控系統。 調度員通過視頻監控系統及時掌握了解被控站的設備圖像，輔助調度員進一步實時掌握被控站的實際設備運行狀態及設備環境。

3 SCADA 系統的傳輸通道

它是連接調度端與被控端的通信介質，用于傳輸遠動信息，在信道中傳輸的遠動信息分為上行信息和下行信息。下行信息即為調度員從調度端發往被控站的信息稱為下行信息（如下發遙控、遙調令），所有通道稱為下行信道。上行信息即為從被控站發往調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 系統的數據采集、預處理，發送、接收及輸出執行功能。主要包括牽引綜合自動化系統，電力變配電所綜合自動化系統，電力RTU，接觸網開關控制站和監控單元等。

5 調度端的功能

調度端調度員工作站（通常簡稱調度端）是調度人員對供電系統進行監視和控制的人機聯系設備，在調度員工作站顯示器上能夠實時顯示供電系統圖、主接線圖、站場線路圖、設備及線路帶電狀態等動態畫面；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；在系統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)通過調度端完成控制的功能

調度員通過調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，對有載調壓變壓器分接頭調節，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)調度端遙信監視內容及顯示處理功能

值班調度員通過調度端顯示器對設備的監視，主要分為正常運行狀態監視和異常運行狀態的監視。正常運行狀態監視即為不論裝置在何種狀態下，所有牽引供電系統、電力變配電系統的被監控設備的分、合狀態均可以在調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（通常稱為通道），調度主站設備狀態也可以在顯示器上進行顯示。異常運行狀態的監視為當供電系統發生故障和事故時，變位信號優先送往調度所控制中心，在顯示器上將有相應故障報告信息彈出和聲音報警。

c)調度端報警信息處理

以北京南凱系統為例，調度端系統報警時有報警故障信息，存檔，及聲音報警等； 當供電系統及供電設備出現非正常運行或預告信號時，發出非緊急故障報警；出現設備事故時發出緊急故障報警，兩種報警音響可以設置不同聲音加以區別，并提供警報確認、分類、歸檔、息音及存儲等手段。 報警可分為不同優先級，所有報警可根據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，當越限狀態變化時，發生越限報警，越限報警在顯示器的窗口中顯示文字。 ②變位報警，即當系統發生異常變位時，顯示器畫面中變位點閃爍，并顯示變位狀態，系統顯示變位狀態及變化時間、事件窗口顯示文字信息、同時根據需要發出音響告警，如故障跳閘時的斷路器的變位。③事故報警，發生事故后，系統發出事故音響報警；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，系統發出預告告警，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生故障時，發生告警信息，以提示維護人員及時處理；推出故障報告。

6 結束語

電氣化鐵路牽引供電SCADA 系統的廣泛應用， 大大提高了牽引供電的整體功能和管理水平。 了解認識SCADA 系統原理及各模塊功能對供電管理人員特別是供電調度員意義重大，它能夠幫助調度員盡快使用SCADA 系統和提高值班水平。

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