第一二章高速铁路供电监控系统概述第一章和第二章合并汇总.docx

1、第一二章高速铁路供电监控系统概述第一章和第二章合并汇总第一章 高速铁路供电监控系统概述第一节 铁路供电监控系统的基本概念及监控对象为了保证铁路列车正常可靠的运行，必须要有可靠的铁路供电系统来保证。铁路供电系统分为牵引供电和电力配电两大部分。牵引供电系统是为电力机车提供牵引动力的供电系统，其供电可靠性影响行车安全；电力配电系统是承担除电力机车以外所有地面行车设施的供电任务，包括通信系统、信号系统、生产、车站、供水系统以及生活等铁路用电负荷，其供电可靠性不仅直接影响铁路运输系统的正常安全运行，还关系到很多铁路职能部门的正常工作。牵引供电系统是将电力部门提供的110kV、220kV或更高等级的外部电

2、源转换为27.5kV的接触网供电电压。当前牵引供电系统采用的供电方式主要为直接供电方式、BT（吸流变压器）方式、AT（自耦变压器）方式，其中主要的供电设备包括：牵引变电所、分区所、开闭所和AT所。铁路电力配电系统是由电力配电所和沿线架设的电力贯通线构成的输配电网络，将10kV或35kV中压电力传输至铁路沿线用户端，并经过电压转变为铁路终端用户的400V电压。从电力系统的角度看，铁路负荷属于终端负荷，直接面对最终用户，铁路电力配电系统中电力配电所多为10kV配电所和35kV（变）配电所，少量为110kV（变）配电所，这取决于地方供电系统电源的情况和铁路就地负荷的要求。铁路电力配电系统是一个沿铁路

3、敷设的单一辐射网，各变（配）电所沿线基本均匀分布，并且互相连接，构成手拉手供电方式，其供电线路通常称作贯通线。贯通线路通常分做两类，一类叫专用贯通线，也称一级贯通线或自动闭塞线（简称自闭线），还有一类叫综合贯通线（简称贯通线）。在实际系统中，一般复线自动闭塞区段铺设两条贯通线，单线或非自动闭塞区段铺设一条贯通线。一级贯通线为铁路一级负荷提供电力。一级负荷是指中断供电将引起人身伤亡，主要设备损坏，大量减产，造成铁路运输秩序混乱。属于一级负荷的主要用户有：调度集中、大站电气集中联锁、自动闭塞、驼峰电气集中联锁、驼峰道岔自动集中、机械化驼峰的空压机及驼峰区照明、局通信枢纽及以上的电源室、中心医院的手

4、术室、特等站和国境站的旅客站房、站台、天桥、地道及设有国际换装设备的用电设备、内燃机车电动上油机械、局电子计算中心站等。一级负荷的供电原则是采用两路可靠电源确保即使在一路电源故障的情况下也不间断供电，并对两路电源的转换时间有要求。综合贯通线为二级、三级负荷供电。二级负荷是指中断供电将引起产品报废，生产过程被打乱，影响铁路运输。属于二级负荷的主要用户有：机车、车辆检修和准备设备、给水所、非自动闭塞区段的小站电气集中联锁和色灯电联锁器联锁、分局通信枢纽及以下电源室、调度通信机械室、编组站、区段站、洗罐站、大、中型客（货）运站、隧道通风设备、加冰所、医院、红外线轴温测试装置、道口信号。二级负荷的供电

5、原则是采用两路电源或一路可靠电源，确保除故障情况下的不间断供电。三级负荷：不属于一、二级负荷者。一、高速铁路供电监控系统概念铁路供电监控系统也称远动系统，或SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，它是对铁路供电系统的供电设备进行监控的系统。它不同于近距监控系统的最大特点就是它利用了远程通信技术进行信息传输，实现对远方设备的监视和控制。铁路供电监控系统与计算机技术的发展紧密相关，供电监控系统调度端发展到今天已经经历了三代，并正在向第四代发展。第一代是基于专用计算机和专用操作系统的远动监控系统，比如电力自动化研究院为华北电网开发的SD17

6、6系统以及日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M系统，这一阶段持续到70年代。第二代是80年代基于通用计算机的监控系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX系统。第一代与第二代监控系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的监控系统称为第三代。这一阶段是我国供电监控系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进监控系统中。第四代供电监控系统是目前监控系统的研究热点和发展方向。该系统的

7、主要特征是采用因特网技术、自律分布系统技术、面向对象技术、组件技术以及JAVA等技术，实现监控系统与其它信息系统的增值集成，实现控制和管理过程的智能化。铁路牵引供电及电力配电系统的一个主要特点是供电设备是沿铁路线分布的。铁路供电监控系统一般设有电力调度所，统一指挥供电系统在正常及事故情况下的运行工作，并集中管理沿铁道线分布的牵引变电所、分区亭、开闭所、AT所、配电所、开关站、箱式变电站等电力设备。为了保证供电系统运行的可靠性和经济性，电力调度所必须及时掌握系统的实际运行情况，将供电系统的开关位置信号、警报信号及主要电气运行参数等迅速、正确、可靠地反映给调度所；另一方面，当调度员切实了解到供电系

8、统的运行情况并进行判断处理后，应对现场设备下达命令，直接操作某些设备或调整某些参量，从而完成实时控制的任务。系统通过准确记录历史数据，并通过报表、图形等显示形式还原各个时刻运行状态。在正常情况下，帮助调度员全面掌握供电系统的运行方式；在事故情况下，帮助调度员及时了解事故的原因和范围，加快事故处理。铁路供电监控系统的主要功能包括：1.遥控 YK：（Romote-Control，Telecontrol）从调度端发出命令以实现远方操作和切换。如开关的“分”、“合”、故障信号的复归等。2.遥信 YX：（Telesignal）将被控站的设备状态信号远距离传送给调度端。如开关位置信号、报警信号等。3.遥测

9、 YC：（Telemetering）将被控站的某些运行和环境参数传送给调度端。如有功和无功功率、电度、电压、电流等电气参数，温/湿度、接触网故障点距离标定量等非电气参数。4.遥调 YT：（Teleadjusting）调度端直接对被控站某些设备的工作状态和参数进行调整。如调整变压器的变压抽头等。早期的铁路供电监控系统只是具备传统的遥控、遥信、遥测、遥调功能。随着计算机技术，电子技术，通信技术的发展，除了常规四遥功能外，现代监控系统还具备数据处理、调度管理、在线培训、辅助决策等功能，因此也常被称做调度自动化系统。二、高速铁路供电监控系统的监控对象高速铁路供电监控系统按所监控对象的不同分为牵引供电监

10、控系统、电力配电监控系统，同时为了保证供电调度的正常工作，监控内容中还将包括与现场运行安全相关的一些对象。（一） 牵引供电监控系统的监控对象牵引供电监控系统的监控对象为铁路牵引供电设备。牵引供电系统采用单相27.5kV交流供电方式，因此其监控范围包括:牵引变电所、分区所、AT所、接触网开关。各部分的监控对象如下：1、牵引变电所1）遥测：进线电压，进线电流，主变功率，27.5KV母线电压，主变一次侧有功电度，无功电度，馈线电流，馈线故障点参数（馈线号、公里标）。2）遥信：中央信号（包括事故总信号、预告总信号、自动装置动作、控制回路断线、控制方式、交流回路故障、直流电源故障、压互回路断线等），遥控

11、对象位置信号，进线有压/失压，自投投入/撤除信号，牵引变压器的各类故障信号（含保护动作信号），电容器的各类故障信号（含保护动作信号），馈线的各类故障信号（含保护动作信号），各开关操作机构的工作状态信号，被控站设备、远动通道运行状态、所内环境及安全报警信号。2） 遥控：27.5KV及以上断路器、电动隔离开关、重合闸投切、自投装置投切、远方复归。2、分区所1）遥测：接触网末端电压，馈线电流。2）遥信：中央信号（包括事故总信号、预告总信号、自动装置动作、控制回路断线、控制方式、交流回路故障、直流电源故障、压互回路断线等），遥控对象位置信号，馈线的各类故障信号（含保护动作信号），自耦变压器的各类故障信

12、号（含保护动作信号），各开关操作机构的工作状态信号，被控站设备、远动通道运行状态、所内环境及安全报警信号。3） 遥控：27.5KV断路器，电动隔离开关、自投装置投切、远方复归。3、AT所1）遥测：馈线电流。2）遥信：中央信号（包括事故总信号、预告总信号、自动装置动作、控制回路断线、控制方式、交流回路故障、直流电源故障、压互回路断线等），遥控对象位置信号，馈线的各类故障信号（含保护动作信号），自耦变压器的各类故障信号（含保护动作信号），各开关操作机构的工作状态信号，被控站设备、远动通道运行状态、所内环境及安全报警信号。3）遥控：27.5KV断路器电动隔离开关，自投装置投切，远方复归。4、接触网开

13、关1）遥信：各开关操作机构的工作状态，通道运行状态。2）遥控：电动隔离开关。（二）电力配电系统监控内容电力配电监控系统的监控对象为铁路10kV配电设备。基本监控对象为（变）配电所10kV进、出线开关，配电网的环网开关、分段开关，以及低压侧开关等；电力配电设备除了配置在（变）配电所内，还有很多沿铁路线分散配置配电设备，如箱式变电所等，这些分散配置的配电设备数量巨大，因此需要配置的远程终端数量大，虽然采集量相对配电所较少，但总的采集量大。电力配电监控系统更侧重的是对遥测量的采集和监视，故障类型及故障区断的判定，要求遥测数量大、采集精度高,而对遥控开关的控制更多用于当故障发生时，立即切除故障区段，恢

14、复故障区段供电。1、 变配电所1）遥测：进线电压，有功功率，有功电能，无功电能，功率因数，进线电流，各段母线电压; 各馈线回路电流，有功功率，有功电能，调压器电流。2）遥信：中央信号（包括事故总信号、预告总信号、自动装置动作、控制回路断线、控制方式、交流回路故障、直流电源故障、压互回路断线等），遥控对象位置信号，馈线的各类故障信号（含保护动作信号），有载调压设备各类故障信号，电容器设备各类故障信号（含保护动作信号），通信信号机房内配电箱中为电源设备供电的出线开关位置信号、故障信号，被控站设备、远动通道运行状态、所内环境及安全报警信号。3）遥控：10KV高压开关，有载调压器，400V低压开关。2

15、、 电力箱式变电所1）遥测：各段母线电压、各开关三相电流、功率因数、有功电度、通信信号机房内配电箱中为电源设备供电的出线开关处电流、电压。2）遥信：遥控对象位置信号，各类故障信号（含保护动作、电源失电、控制方式等），通信信号机房内配电箱中为电源设备供电的出线开关位置信号、故障信号，被控站设备、远动通道运行状态。3）遥控：10KV高压开关，400V低压开关。第二节 高速铁路供电监控系统的组成高速铁路供电监控系统包括对铁路供电设备相关信息的采集、处理、传输、显示、控制等全部功能。它由调度端、远动信道和被控端三大部分构成，其原理框图如图2-1所示。图2-1 铁路供电监控系统原理框图调度端：设在电力调

16、度所内完成远方对象的监控、数据统计及管理功能等。被控端：被控端完成远动监控系统的数据采集、预处理，发送、接收及输出执行功能，常规远动系统被控端为远方终端设备（Remote Terminal Unit，即RTU），而集继电保护、监视控制于一体的被控端多采用综合自动化系统（Substation Automation System，即SAS）。远动信道：连接调度端与被控端的通信通路称为信道，可分为有线信道及无线信道，用于传输远动信息。牵引供电监控系统的调度端一般设在铁路局的电力调度所内，电力配电监控系统的调度端一般设在供电段内，而被控端一般设在铁路沿线的牵引所亭或电力变配电所、箱变、低压变电所内，它

17、们之间的信息通过远动信道来传输。调度端的主要任务就是对被控站送来的信息进行加工、处理，并根据需要进行各种报表、记录的打印、存储、显示，对事故信号进行报警，以及操作员通过人机接口向各被控端发出操作命令等。被控端的主要功能则是采集所亭内各开关量的状态、电气量的参数并及时上送调度端，以及执行调度端发来的各种操作命令等。远动信道是传输远动信号的信道，它是调度端和被控端间的通信纽带。下面具体介绍铁路供电监控系统中三大组成部分及功能。一、调度端组成如图2-1所示，调度端系统按功能划分主要包括信息采集处理和控制子系统、人机接口子系统和信息传输子系统。（一）信息采集处理和控制子系统信息采集处理和控制子系统，是

18、整个调度端系统的核心。它对采集到的远动信息进行加工、计算及处理，把结果通过人机接口子系统呈现给调度人员或者通过执行子系统直接进行远方控制、调节操作。它由调度端的计算机硬件和软件系统组成。1.计算机硬件系统计算机硬件系统可以采用从简单的单台计算机直至多台不同类型的计算机组成的复杂系统。相应的配置方式有：集中式的单机或多机系统，分层式的多机系统和网络式的分布系统。集中式单机配置是由一台计算机执行所有数据采集、人机联系和应用程序的功能。为了提高可靠性，设置一台备用计算机，构成双机系统。这种配置适用于小型的远动监控系统，也是早期普遍使用的方式。分层式多机配置是把数据采集和通信等实时性较强的任务由独立的

19、前置处理机完成，其他人机联系和应用程序任务则由主计算机完成。前置机和主计算机之间具有高速数据信道实现信息交换。还可分为三个层次，如分成前置机、主控机和后台机，其中主控机担任远动监控任务，后台机担任安全分析计算等任务。为了提高可靠性，各层次的计算机配置多采用双重化冗余配置。20世纪7080年代大量采用这种配置。分布式配置是把各项功能进一步分散到多台计算机中去，由局域网络（local area network，LAN）将各台计算机连接起来，各台计算机之间通过LAN交换数据。备用机也同样连接在局域网络上，并可随时承担同类故障机或预定的其他故障机的任务。如果这种系统进一步在硬件接口和软件接口中都遵循一

20、定的国际标准或工业标准，使不同厂家的产品容易互连，容易扩充，就可称之为开放系统（Open system）。这种配置是20世纪80年代后期开始出现的，现在被广泛采用。2.计算机软件系统计算机软件可分为三个层次：系统软件、支持软件和应用软件。系统软件包括操作系统、语言编译和其他服务程序，是计算机制造商为便于用户使用计算机而提供的管理和服务性软件。支持软件主要有数据库管理、磁盘阵列管理、集群管理等软件，应用软件是为了计算机的实时、在线应用而开发的，对应用软件起支持作用。应用软件是最终实现铁路供电调度自动化各种功能的软件。（二）人机接口子系统铁路供电监控系统的很多功能是通过人机接口子系统（Humuan

21、 Machine Interface, HMI）来表达的。它可以使操作人员的责任从收集和查看数据转变为分析数据并进行运行监视。通过它，操作人员可以很形象地掌握铁路供电系统系统运行信息。人机界面的基本设备包括大尺寸显示设备、图形显示设备、报警设备、打印设备。1.大尺寸显示设备早期的大尺寸显示设备多采用模拟屏设备。模拟屏一般由发光组件和不发光的马塞克块拼装组成来显示各个所亭的电气主接线图，从而可以直观地表示整个供电系统的全貌。模拟屏上还可显示主接线图中主要设备的状态，如断路器、隔离开关的分合状态。模拟屏一般不作交互操作，只作信息显示用。通常装设在控制室面向操作人员一面的墙壁上。它的优点是能够宏观地

22、显示系统全网的状态，缺点是占地面积较大，接线图修改困难。大屏幕显示设备还可以采用投影仪和屏幕组成，也可以由DLP拼接屏组成，可以与计算机同步显示。投影仪和DLP拼接屏幕的优点是显示方式灵活，可以兼顾视频等多种信号显示，接线图及显示模式修改方便。但其缺点是不能完全完全显示供电系统的全貌，且投影灯泡的寿命较短，维护成本较高。2.图形显示设备图形显示设备通常是大尺寸的显示器，利用该显示设备可完成以下功能：1 显示牵引供电系统实时运行状态的系统接线图，个所亭的的主接线图，在图中以不同的颜色元件的断路器、隔离开关的状态，主要元件的运行参数（频率、电压、功率、电 流）。用闪烁表示元件状态的变化或运行参数的

23、异常。2 以表格形式显示系统的运行数据。3 以曲线或棒图显示数值和趋势。4 用文字显示各类报警信息。5 用文字或表格方式显示各类事故记录。6 显示调度自动化系统本身的配置3.报警设备常见报警设备有计算机扬声器、警铃或警笛。前二者用于报告一般警告信息，警笛用于报告重要故障，也可以通过音响的频率区分预告报警和事故报警。4.打印设备打印设备用于提供电力系统运行状态的永久记录，一般打印运行记录，事故记录，有选择的系统状态报告，统计和运行报表。也可在运行人员要求下进行召唤打印。（三）信息传输子系统信息传输子系统主要在调度端完成被控端与调度端的通信接口功能，在调度端起到通信枢纽的作用。一方面信息传输子系统

24、能够把调度端的控制等下行命令信息转发给被控端，另一方面，它可以接收被控端的上行命令，并通过调度端局域网转发给调度端的信息采集处理和控制子系统和人机接口子系统。二、被控端组成早期的远动系统被控端是由远程终端RTU构成，RTU完成测控功能。现代的远动系统被控端常采用集测控/继电保护功能为一体的综合自动化系统。本书对变电所综合自动化系统的结构及功能仅作简单介绍，而本章所指被控端主要是常规牵引远动或电力配电远动的RTU设备。RTU的主要功能是现场数据的采集和处理，对现场设备传送控制命令，向调度端传输信息和从调度端接收指令，电力配电RTU还具备录波、故障判断等辅助功能。牵引供电监控系统被控端RTU设置于

25、牵引变电所、开闭所、分区亭、AT所等处用以采集和发送所亭的实时运行参数，接收并执行调度中心控制与调节命令的终端设备电力配电监控系统的被控站RTU设在配电所、开关站、电力箱变等处的一种远动装置，它负责采集所在区域电力运行的状态和测量数据，并向调度中心传送信息；执行调度中心发往该电力监控终端的控制和调度命令。无论对牵引供电还是电力配电RTU，其基本组成结构是一致的，包括：1 主处理器单元：CPU板：含微处理器，内存等实现对各I/O模块的管理、数据处理和远动数据的收发2 遥控输出单元：YK板及相应的出口继电器3 遥信输入单元：YX板采集现场监视对象的实时状态4 遥测输入单元：遥测板，采集测量对象的电

26、压，电流，功率信息5 电源单元：为RTU各模板提供电源三、远动信道的组成远动系信道包含通信介质及相关的通信接口设备，负责完成调度端与被控端系统间的数据传输。铁路供电调度自动化系统远动信道分为有线信道和无线信道。有线信道采用对称电缆、同轴电缆、架空明线或光纤做为传输介质；无线信道通常以自由空间为传输媒质，微波、卫星通信等。远动信道所采用的传输介质不同，通常还需配置不同的通信接口设备，例如音频有线信道常用的通信接口设备是调制解调器；光纤信道常采用路由器；无线信道常采用有线/无线转发装置等。第三节 高速铁路供电监控系统的功能及特点一、高速铁路供电监控系统的功能在高速铁路供电监控系统中，调度端需要正确

27、和及时地掌握每时每刻都在变化着的牵引或电力供电系统设备的运行情况，完成天窗作业，处理影响整个牵引（电力）供电系统正常运行的事故和异常情况，迅速、正确、可靠地收集分散在几十公里、几百公里以上至上千公里以外的所亭内表征牵引（电力）供电系统设备运行状态的信息，及时地以友好人机界面向调度员显示，并对所有数据进行分析、处理、存储及打印，并转发其它系统共享。调度端的主要功能包括：在远方对其所管辖的电气设备的遥控操作，包括单控和程控操作；收集远动被控端上送的采集信息进行分析、处理和控制，包括自动监视与报警处理；故障录波、故障报告的处理；事件的顺序记录；屏幕显示和操作；自动按需生成报表和记录、自动（按需）打印

28、；大屏幕显示控制；复视功能等。对于常规的RTU被控端，其功能为：可靠的控制输出功能；遥测、遥信采集功能；程序自恢复功能；设备自诊断功能；具有信道监视功能；具有向调度的双信道并能自动切换的功能。除了上述共有的基本功能外，牵引供电监控系统还完成以下特有的功能：调度端可设置系统分析工作站主要用于对整个牵引供电系统的分析，根据接入本系统监控范围的电气化铁路供电设备的运行状态的实时信息、历史事项以及历史信息对整个牵引供电系统作出全局分析。对于常产生事故的供电设备进行分析，根据故障点标定信息，判断出事故经常发生的地点、时间以及原因。为保证整个供电系统的正常运行提供有效的方案，预防和减少事故的发生；同时对事

29、故发生后如何进行处理提供解决办法，还可以在分析工作站上完成调用故障录波，负荷录波，故障报告等信息，查看整定值，辅助完成故障分析功能。可以生成各种与调度管理相关的报表，文档工作，完成相应的牵引供电系统调度管理提供了读写整定和整定区切换的接口，实现倒闸作业管理，检修计划管理和接触网作业管理，实现录入，修改和删除功能。铁路电力配电监控系统所特有的功能主要体现在故障区段标定方面或馈线自动化（或是配电网故障诊断和断电管理）方面。馈线自动化主要功能：当馈线发生相间故障或单项接地故障时自动判断故障区段，自动将故障区段隔离，并恢复对非故障区段用户的供电，缩短对用户的停电故障区段，减少停电范围。主要有如下功能：

30、（1） 故障自动定位到站间、隔离和快速恢复供电（2） 提供故障过程开关设备动作的跟踪记录和查询功能（3） 小电流接地区段自动判别（4） 断线检测及断线区段判别（5） 其他故障信息，如故障录波二、高速铁路供电监控系统的特点为了实现铁路跨越式发展, 我国于2008年提出的中长期铁路网规划明确了我国铁路网中长期建设目标和任务， 十一五期间，将加快建设京沪、京广、京哈、沈大、陇海等时速200-300公里的高速铁路，建设京津、沪宁、沪杭、宁杭、广深、广珠等大城市群的时速200公里以上城际快速客运交通系统，从而初步形成铁路快速客运网。十一五期间，铁路拟建设新线17000公里，其中高速铁路7000公里，主要

31、技术装备达到或接近国际先进水平。面对如此庞大的建设规模，铁道部对高速铁路供电监控系统的建设一开始就明确了在“统筹规划、分步实施”的原则，通过统一的建设标准和制式对全国高速铁路进行调度指挥。高速铁路监控系统采用N1调度管理模式，即在全国范围内设置N个区域调度所，在铁道部设置一个高速铁路总调度中心。区域调度所负责管辖区域内的所有高速铁路系统的监视控制和调度指挥，铁道部调度中心统筹实施对高速铁路的统一调度指挥，在正常工作模式下可以监视各区域调度所系统的运行状态，并在必要时提供协调性调度指挥建议。基于中国铁路高速铁路 “N1”调度指挥模式的需要，无论是位于铁道部调度中心的系统，还是位于各个区域调度所的

32、系统，均需要采用统一的技术框架和硬、软件技术平台，以满足各高速铁路统一监控调度指挥的需求，因此，我国高速铁路供电监控系统将具有如下特点。（一）调度模式改变中国高速铁路供电监控系统将由单一线路的监控转向多线路、区域化的调度监控模式，无论是区域调度所，还是铁道部调度中心，都将是一个能承载多条线路监控，且能在单个独立系统的基础上，通过逐步扩展，最终到达未来20年高速铁路发展的监控需求。（二）监控对象扩展高速铁路供电监控系统不再沿用普速铁路中对牵引供电系统、电力配电系统分别设置独立监控系统的实现方式，系统的监控对象不仅包括牵引供电系统，同时还包括10kV电力配电系统，具体为：牵引供电监控对象包括：牵引变电所、AT分区所、AT所、开闭所、接触网上网隔离开关。10kV电力配电监控对象包括：（35）10kV（变）配电所、箱式变电站、10/0.4kV低压变电所。（三）监控容量巨大由于整个高速铁路供电监控系统在牵引供电监控方面将