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城市軌道交通電力工程論文
1前言
城市軌道交通電力監控系統，其任務(wù)是實(shí)現對城市軌道交通供電系統各變電所及其相關(guān)供電設備運行的實(shí)時(shí)監視、測量和控制，及時(shí)處理供電系統報警、跳閘等各種故障，為運營(yíng)維護人員提供信息化管理平臺。當前，電力監控系統由控制中心電力調度系統，設置在各變電所內的全所綜合自動(dòng)化系統，以及通信通道三部分構成。其中，通信通道由地鐵通信系統提供。按照電力調度系統實(shí)現方式的不同可分為獨立監控系統方式和綜合監控系統方式。綜合監控系統方式是指集成電力監控系統的調度系統，采用統一的軟硬件平臺實(shí)現電力調度系統的相關(guān)功能；在獨立監控系統方式中，調度系統則是需要單獨配置。利用城市軌道交通內部的通信網(wǎng)絡(luò )，控制中心電力調度系統可以實(shí)現對全線(xiàn)各變電所主要供電設備及接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)等的實(shí)時(shí)監控，完成調度所對全線(xiàn)供電系統的運行及維修的調度管理。由于城市軌道交通電力監控系統需要實(shí)時(shí)、準確地反映整個(gè)供電系統的運行狀態(tài)，尤其是故障信息，運營(yíng)人員才有可能正確地判斷故障，迅速地處理故障，縮小故障范圍，降低人員傷亡和財產(chǎn)損失，確保供電系統的持續可靠運行。高實(shí)時(shí)特性，是電力監控系統的核心要求，本文即探討電力監控系統的通信網(wǎng)絡(luò )及其對時(shí)方式。
2電力監控系統通信網(wǎng)絡(luò )的構成
控制中心電力調度系統網(wǎng)絡(luò )通常采用10/100/1000Mbps自適應開(kāi)環(huán)以太總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，雙網(wǎng)對等工作方式。正常情況下雙網(wǎng)同時(shí)工作，并可根據需要分擔不同的數據傳輸，當某一網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)，系統給出報警信息，并由非故障網(wǎng)絡(luò )承擔全部的數據傳輸。采用國際標準化的、成熟、可靠、通用性強的TCP/IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。通過(guò)與控制中心通信系統主母鐘進(jìn)行同步對時(shí)，電力調度系統與各變電所綜合自動(dòng)化系統具有網(wǎng)絡(luò )同步時(shí)鐘功能。城市軌道交通的變電所綜合自動(dòng)化系統中，各種間隔層智能保護測控裝置通常是通過(guò)各種總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接而成，通過(guò)接收控制中心或通信系統車(chē)站級二級母鐘發(fā)出的時(shí)鐘信息，并按此時(shí)鐘校準整個(gè)系統的時(shí)鐘同步。通信網(wǎng)絡(luò )是監控系統的關(guān)鍵部分，其通信能力直接影響監控系統的實(shí)時(shí)性能。當前國內新建的各變電所內設備組成及其通信網(wǎng)絡(luò )主要分三層：
1）間隔層
間隔層主要包括各種智能保護測控裝置以及具有通信處理功能的裝置等。間隔層的主要特點(diǎn)是智能化單元，基本功能不依賴(lài)于通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)時(shí)采集間隔層設備的運行信息，并上送至上一級調度系統。
2）網(wǎng)絡(luò )層
由組網(wǎng)設備及通信線(xiàn)纜構成，實(shí)現控制端與被控端間實(shí)時(shí)、無(wú)間斷的數據傳輸。
3）站控層
站控層是變電所綜合自動(dòng)化系統的大腦，擁有通信控制系統和后臺機系統，擔負著(zhù)整個(gè)系統的通信管理、MMI人機界面以及自動(dòng)運行控制管理等主要任務(wù)�？紤]到軌道交通變電所都是以間隔為單元布置，設備具有向下兼容性，并考慮到國際發(fā)展趨勢，故近年來(lái)雖然有用以太網(wǎng)完全替代現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)的趨勢，但當前的作法仍然是分層布置，間隔層以上為10/100M嵌入式以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)絡(luò )，負責全站的通信傳輸。而在間隔層仍普遍采用現場(chǎng)總線(xiàn)，站點(diǎn)內集成的裝置種類(lèi)較多，廠(chǎng)商和總線(xiàn)形式都可能不同，如可能同時(shí)存在CANbus、Modbus、Profibus、Lonwords、IEC60870-5-103等多種總線(xiàn)協(xié)議,甚至是廠(chǎng)家自身專(zhuān)利的通信協(xié)議。
3電力監控系統的對時(shí)方式
多站之間的通信，有采用點(diǎn)對點(diǎn)串行通信，也有采用網(wǎng)絡(luò )式的，對于基于通道的對時(shí)方式，一般分為三種，即硬對時(shí)、軟對時(shí)和綜合對時(shí)方式。硬對時(shí)是指向需要對時(shí)的設備發(fā)送同步脈沖，對側根據脈沖進(jìn)行調整的對時(shí)方式。硬對時(shí)方式中，同步誤差主要是由脈沖的傳輸延時(shí)不一致造成的，該誤差一般僅為幾微秒，且與傳輸路徑的長(cháng)度有關(guān)，故可以通過(guò)調整傳輸路徑來(lái)提高精度。其缺點(diǎn)為無(wú)法提供時(shí)間日期等信息，這就要求裝置自身具有記錄功能。軟對時(shí)方式是通過(guò)向需對時(shí)設備發(fā)送時(shí)間報文的方式進(jìn)行對時(shí)，其原理如圖2所示。其通信報文中包含了當前的時(shí)間信息，故不需要裝置進(jìn)行記錄。但基于串行通信實(shí)現對時(shí)的方式也決定其精度受通信網(wǎng)絡(luò )的影響，例如：協(xié)議轉換、延時(shí)傳送、中斷處理、雪崩等不確定性傳輸延時(shí)的影響，無(wú)法滿(mǎn)足高精度的要求。綜合對時(shí)是指對于時(shí)間沒(méi)有要求的設備，采用秒脈沖作為硬對時(shí)信號，對于有時(shí)間要求的采用軟對時(shí)方式，即結合了以上兩種對時(shí)方法的特點(diǎn)，綜合采用。不依賴(lài)于通道的對時(shí)方法，一般為GPS對時(shí)方法。GPS同步法是利用GPS接收機接收GPS衛星發(fā)送的時(shí)間信息，從而達到時(shí)間標簽一致。對各個(gè)設備進(jìn)行監控和操作，僅需參考其時(shí)間標簽即可。GPS同步法的優(yōu)點(diǎn)：同步與組網(wǎng)通信無(wú)關(guān)，可以適應各種的通信系統，精度高（可以達到μs級），不受網(wǎng)絡(luò )影響，是一種理想的同步方法。但由于對GPS信號的強度有要求，例如：地下變電所及山區變電所等可能不具備接收GPS信號條件，以及安全可靠性、經(jīng)濟因素（需要單獨設置GPS接收裝置）等問(wèn)題，GPS同步方式具有局限性。
4總結與展望
目前，控制中心電力調度系統網(wǎng)絡(luò )采用10/100/1000Mbps自適應開(kāi)環(huán)以太總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、TCP/IP協(xié)議，基本滿(mǎn)足調度端通信處理的實(shí)時(shí)性要求；變電所綜合自動(dòng)化系統間隔層采用各設備廠(chǎng)家提供的通信協(xié)議及總線(xiàn)通信方式，通過(guò)接收控制中心或通信系統車(chē)站級二級母鐘發(fā)出的時(shí)鐘信息，并按此時(shí)鐘校準整個(gè)系統的時(shí)鐘同步�？紤]到以太網(wǎng)的通信容量大和TCP／IP規約的開(kāi)放性好等優(yōu)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò )層采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議，應用層采用ICE60870-5-104（即104規約）必將成為趨勢。GPS同步對時(shí)方式仍然不是城市軌道交通的最佳選擇，結合通信規約和軟對時(shí)、硬對時(shí)優(yōu)點(diǎn)的綜合對時(shí)方式應當作為今后的首選。相信，隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，電力監控系統及其對時(shí)方式也將與時(shí)俱進(jìn)、改革創(chuàng )新，不斷提高軌道交通系統管理的信息化水平。
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