關(guān)于提升廈門地鐵可視化接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余度的研究及應(yīng)用

馬濤

（廈門軌道交通集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000）

近年來，國內(nèi)軌道交通項(xiàng)目在各個城市發(fā)展迅猛，供電系統(tǒng)設(shè)備作為軌道交通動力的來源，在其中起著不可或缺的作用。隨著地鐵線路的逐年增加，給城市帶來了先進(jìn)便捷的交通方式，但同時供電系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量也逐年呈現(xiàn)倍增趨勢，這一現(xiàn)象造成設(shè)備維修維護(hù)工作必須投入越來越多的維護(hù)力量，導(dǎo)致員工隊(duì)伍迅速膨脹，人力成本也逐年上升。員工隊(duì)伍的年輕化，使安全壓力越來越大。如何在供電設(shè)備數(shù)量快速增長的同時，能夠有效降低人力成本，提升員工作業(yè)安全環(huán)境。在優(yōu)化管理，規(guī)范制度的同時，也應(yīng)從技術(shù)角度為降本增效，風(fēng)險防范做出努力。

可視化接地系統(tǒng)可以很好的解決帶電掛地線和漏拆地線、接掛地線效率低、人力成本高三大問題。但若可視化接地系統(tǒng)設(shè)備的可靠性不足，將導(dǎo)致嚴(yán)重影響地鐵車輛的日常運(yùn)營，通過各種方式發(fā)現(xiàn)可視化接地系統(tǒng)的隱患，整改不足，提高可視化接地設(shè)備的可靠性，是及其重要的一項(xiàng)工作。

1 可視化接地系統(tǒng)工作原理

可視化接地系統(tǒng)是一套可以實(shí)現(xiàn)中央級遠(yuǎn)程操作掛拆接觸網(wǎng)地線，并能在中央級，車控室通過視頻畫面觀察地線接掛情況的設(shè)備。它的設(shè)備組成主要如圖1 有以下模塊：

圖1 可視化接地系統(tǒng)設(shè)備組成

中央管理層：系統(tǒng)服務(wù)器、系統(tǒng)工作站、視頻工作站。

站級管理層：站級可視化操作終端、通信管理機(jī)、視頻硬盤錄像機(jī)、鑰匙管理機(jī)。

間隔設(shè)備層：可視化接地裝置本體，可視化接地裝置攝像機(jī)。

電力調(diào)度操作終端設(shè)備通過系統(tǒng)服務(wù)器經(jīng)過通信控制器向正線配置的可視化接地裝置發(fā)出掛拆地線指令，可視化接地裝置自動執(zhí)行接觸網(wǎng)驗(yàn)電、殘壓放電、接地的步驟。當(dāng)檢測到接觸網(wǎng)有電時，自動禁止接地刀閘合閘操作。同時配置在柜內(nèi)的接地刀閘監(jiān)控攝像機(jī)和隧道壁上的隔開監(jiān)控攝像機(jī)不間斷實(shí)時將視頻上傳到車控室站級終端和中央級工作站終端，電調(diào)和車站作業(yè)人員可以通過視頻呈現(xiàn)的方式，確認(rèn)接地刀閘分合閘狀態(tài)。接地裝置上端裝設(shè)有LED 顯示屏，可實(shí)時顯示接觸網(wǎng)電壓，起到給軌行區(qū)作業(yè)人員安全警示作用。

2 可視化接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

目前國內(nèi)地鐵通用的可視化接地系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 中所示，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)由調(diào)度層、網(wǎng)絡(luò)層、站級層三級組成。調(diào)度層至網(wǎng)絡(luò)層經(jīng)通訊機(jī)、交換機(jī)至A 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，A 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接至各個站點(diǎn)站級層通訊機(jī)設(shè)備。站級層包含間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備，設(shè)備本體、車站端、調(diào)度端三級控制模式，站級層設(shè)備通訊機(jī)作為站級的控制傳輸中樞，站級遠(yuǎn)程控制與調(diào)度端遠(yuǎn)程控制相互獨(dú)立，二者功能互不影響。

圖2 可視化接地系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

可視化接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)僅使用A 網(wǎng)單通道進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，調(diào)度層通訊機(jī)通常采用104 子站協(xié)議與綜合監(jiān)控通信及正線各站可視化接地裝置通訊。調(diào)度層進(jìn)行可視化接地裝置遙控操作，當(dāng)所處網(wǎng)絡(luò)通道發(fā)生圖2 中四處地方其中一處故障點(diǎn)中斷時，中央級將無法監(jiān)視和控制所有站點(diǎn)的可視化接地裝置。特別是若故障發(fā)生于施工結(jié)束需要拆除地線，接觸網(wǎng)需要恢復(fù)供電時，調(diào)度層無法遠(yuǎn)程操作可視化接地裝置，導(dǎo)致接觸網(wǎng)地線無法拆除，接觸網(wǎng)無法執(zhí)行送電操作，必須由人工分散至各個站點(diǎn)現(xiàn)場應(yīng)急操作將可視化接地裝置分閘，繼而完成接觸網(wǎng)送電。在這種故障情況發(fā)生時，反而會大量耗費(fèi)人力、物力，甚至直接影響地鐵的行車組織，存在較大安全隱患。

3 傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余配置提升對策

正如上文所述，可視化接地系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)為單通道方式，造成通道冗余度低，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)存在穩(wěn)定性與可靠性不足的問題，可能導(dǎo)致影響地鐵行車運(yùn)營的事件發(fā)生。

從整體分析，絕大部分地鐵的綜合監(jiān)控環(huán)網(wǎng)一般使用A、B 雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)通訊至各個站點(diǎn)，根據(jù)綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的思路，將可視化接地系統(tǒng)改造成雙網(wǎng)通訊模式，形成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道的冗余度，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

雙網(wǎng)改造后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3 所示，于調(diào)度層增加一臺B 網(wǎng)通訊機(jī)和B 網(wǎng)交換機(jī)，調(diào)度層A 網(wǎng)交換機(jī)分別與A、B 網(wǎng)通訊機(jī)連接，B 網(wǎng)交換機(jī)也分別與A、B 網(wǎng)通訊機(jī)連接，A、B 網(wǎng)交換機(jī)再連接至綜合監(jiān)控A、B 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，綜合監(jiān)控A、B 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接至各個站點(diǎn)站級層通訊機(jī)設(shè)備，形成了從可視化接地裝置至站級層變電所內(nèi)通訊機(jī)為單通道數(shù)據(jù)傳輸，從站級層通訊機(jī)至綜合監(jiān)控A、B 通信環(huán)網(wǎng)，綜合監(jiān)控A、B 通信環(huán)網(wǎng)至調(diào)度層通訊機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸均為雙通道傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)站級層至網(wǎng)絡(luò)層以及網(wǎng)絡(luò)層至調(diào)度層的雙網(wǎng)通信冗余配置。當(dāng)站級層至調(diào)度層數(shù)據(jù)傳輸通道設(shè)備出現(xiàn)故障時，可由另一回網(wǎng)絡(luò)傳輸通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，不影響可視化接地裝置的遠(yuǎn)程操作；當(dāng)站內(nèi)設(shè)備故障時僅影響本站設(shè)備操作，不影響其余車站可視化接地裝置的操作。

圖3 改造后的可視化接地系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)改造后的驗(yàn)證方法

4.1 中央管理層驗(yàn)證

中央級全線順控測試及中央級A、B 網(wǎng)切換測試，具體測試流程如下：

（1）對全站可視化接地裝置進(jìn)行一次順控合、分閘測試，操作結(jié)束后隨意抽取三個站可視化接地裝置進(jìn)行單點(diǎn)遙控合、分閘操作。

（2）斷開A 網(wǎng)交換機(jī)電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進(jìn)行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（3）合上A 網(wǎng)交換機(jī)電源空開，斷開B 網(wǎng)交換機(jī)電源空開，3分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進(jìn)行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（4）合上B 網(wǎng)交換機(jī)電源空開，斷開A 網(wǎng)通訊管理機(jī)電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進(jìn)行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（5）合上A 網(wǎng)通訊管理機(jī)電源空開，斷開B 網(wǎng)通訊管理機(jī)電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進(jìn)行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（6）斷開A 網(wǎng)交換機(jī)電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進(jìn)行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（7）合上A 網(wǎng)交換機(jī)電源空開，合上B 網(wǎng)通訊管理機(jī)電源空開，斷開B 網(wǎng)交換機(jī)電源空開，斷開A 網(wǎng)通訊管理機(jī)電源空開，3分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進(jìn)行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（8）合上B 網(wǎng)交換機(jī)電源空開，合上A 網(wǎng)通訊管理機(jī)電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進(jìn)行一次全線順控合閘→分閘操作，操作結(jié)束后隨意抽取三個站可視化接地裝置進(jìn)行單點(diǎn)遙控合、分閘操作，均應(yīng)操作成功。

（9）中央管理層雙網(wǎng)功能測試結(jié)束、人員出清。

4.2 站級管理層驗(yàn)證

站級遙控測試及站級A、B 網(wǎng)切換測試，詳細(xì)測試步驟如下：

（1）電力調(diào)度對全線路單站可視化接地裝置進(jìn)行依次分合閘操作，應(yīng)操作成功。

（2）車站斷開通訊機(jī)A 網(wǎng)網(wǎng)線，約1min 后電力調(diào)度對單站可視化接地裝置進(jìn)行依次分合閘操作，應(yīng)操作成功。

（3）車站斷開通訊機(jī)B 網(wǎng)網(wǎng)線，連接A 網(wǎng)網(wǎng)線，約1min 后電力調(diào)度對單站可視化接地裝置進(jìn)行依次分合閘操作，應(yīng)操作成功。

（4）依次對全線各個車站重復(fù)（2）、（3）步驟執(zhí)行測試，應(yīng)操作成功。

（5）站級管理層雙網(wǎng)功能測試結(jié)束、人員出清。

5 應(yīng)急措施及預(yù)案

5.1 在進(jìn)行站級通訊管理機(jī)安裝時誤碰運(yùn)行中的PSCADA 工況機(jī)，造成PSCADA 工況機(jī)死機(jī)、重啟等問題，導(dǎo)致單站PSCADA 系統(tǒng)無法監(jiān)控、操作本站設(shè)備。

應(yīng)急措施：施工負(fù)責(zé)人應(yīng)立即組織停止工作，現(xiàn)場進(jìn)行排查，檢查PSCADA 工況機(jī)、交換機(jī)電源等設(shè)備，保證設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。如若PSCADA 設(shè)備無法恢復(fù)正常運(yùn)行，應(yīng)安排專人進(jìn)行值守保障。

5.2 中央級A、B 網(wǎng)通訊管理機(jī)升級過程中數(shù)據(jù)文件配置錯誤，造成中央級通訊管理機(jī)與站級通訊管理機(jī)通道未建立或電調(diào)無法進(jìn)行全線可視化接地柜操作。

應(yīng)急措施：若在施工結(jié)束前30 分鐘無法正常完成測試，施工負(fù)責(zé)人應(yīng)立即組織設(shè)備廠家將通訊管理機(jī)數(shù)據(jù)文件還原至改造前狀態(tài)。

5.3 在完成中央級通訊管理機(jī)數(shù)據(jù)更新后電調(diào)對全線接地柜進(jìn)行遙控分合閘測試出現(xiàn)異常。

應(yīng)急措施：

（1）若程序更新后出現(xiàn)異常或出現(xiàn)可視化接地柜無法

分閘的情況，施工結(jié)束前30 分鐘仍無法恢復(fù)，電力調(diào)度應(yīng)

根據(jù)對應(yīng)的現(xiàn)場應(yīng)急處置方案要求，立即組織線上應(yīng)急變電人員、接觸網(wǎng)人員出動至各牽引變電所就地操作分可視化接地柜。

（2）設(shè)備廠家拷貝裝置日志文件，對新的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行深入分析，查找異常原因，找到異常原因并整改測試正常后，征得地鐵公司同意后再開展下一步改造工作。

5.4 在進(jìn)行A、B 網(wǎng)通道切換測試時出現(xiàn)切換不成功的情況。

應(yīng)急措施：設(shè)備廠家拷貝中央級通訊管理機(jī)裝置日志文件，檢查異常原因，在原因未查明并解決前設(shè)備廠家每晚安排人員進(jìn)行保障。原因查明后，征得地鐵公司同意后再開展下一步改造工作。

5.5 改造結(jié)束運(yùn)行一段時間后系統(tǒng)出現(xiàn)異常。

應(yīng)急措施：

原有站級通訊管理機(jī)保持在原安裝位置并保持上電狀態(tài)，僅將通訊網(wǎng)線隔離，便于異常時，原有站級通訊管理機(jī)可直接投入使用，待系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行1 個月穩(wěn)定后再進(jìn)行拆除。

若系統(tǒng)出現(xiàn)較大異常，一方面重新將原有站級通訊管理機(jī)投入運(yùn)行，將現(xiàn)有通訊管理機(jī)從系統(tǒng)中隔離；另一方面，將中央級通訊管理機(jī)數(shù)據(jù)配置文件恢復(fù)至改造前版本，在異常原因未查明并得到解決前禁止將改造后的系統(tǒng)投入運(yùn)行。

6 結(jié)論

針對地鐵行業(yè)現(xiàn)行可視化接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余度不足，導(dǎo)致影響地鐵運(yùn)營的隱患，設(shè)計了上述雙網(wǎng)改造的方案，此改造方案已在廈門地鐵2 號線完成實(shí)施并投入運(yùn)行，整體效果較好，目前未出現(xiàn)上述同類型故障。實(shí)踐證明，本文使用的方法安全有效，能較好的實(shí)現(xiàn)可視化接地系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟(jì)、安全、高效的效益。