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[摘要]介绍广州地铁一号线电力监控系统的软硬件配置，分析该系统改造的必要性和可行性。提出对电力监控系统的改造的具体方案，并对改造中的注意事项进行了说明。
[关键词]广州地铁 电力监控系统 改造 设计
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0610032－01
一、概述
（一）系统简介
广州地铁一号线于1997年6月开通，全长18.48km，全线共有16坐车站，一个车辆段，主供电源为110 kv /33kv，牵引电压为直流1500V。各牵引站由33kv环网供电，降压变电所为动力、照明、信号等提供电源。电力监控系统对下列各变电所设备及接触网电动隔离开关设备的运行状态，进行监视控制和数据采集。
（1）2座110 kv /33kv主变电所；（2）8座牵引降压混合变电所；（3）25座降压变电所；
电力监控系统（简称SCADA）的主要设备设置在控制中心，远程控制终端（简称RTU）设置在各变电所内，如图1所示，RTU通过通信网络OTN与控制中心设备相连接。
（二）系统组成
1．控制中心设备：包括主用计算机（PC1）、备用计算机（PC2）、维护计算机（Maintenance）、为信号系统提供信息的计算机（Signalling）、归档计算机（Archive）各1台，所有计算机标配为PentiumCPU、16M内存，5000MB硬盘。OCC设备还包括，冗余结构的前置处理机2台，系统时钟、模拟屏、LAN局域网、不间断电源、打印机等。
2．变电所内设备（RTU）：由主处理器（FSP）、与SMATIC（plc）接口的通信板（CP 5430）、显示工作状态的通用功能模块（GTS）和电源模块（SV）组成。
3．通信通道：OCC通信处理器（TCI）与远程控制终端（RTU）之间的数据传输速率不低于1200bps，通道结构为点对点方式，接口标准为RS422，OTN网提供36个点对点的连接通道。
（三）系统功能
控制功能；画面显示功能；信息处理功能；SCADA设备自检功能；数据处理、显示、打印功能；口令功能等。
二、系统运行情况简介
广州地铁一号线电力监控系统由德国西门子公司设计研发。该系统自1997年投入运行以来，各种工况基本正常。但是由于计算机技术和网络技术的高速发展以及当时需求的局限性，随着投运年限的增加，原有监控系统的问题逐步显现：
（一）系统配置低，响应速度慢，当系统数据交换量较大时，使画面数据不能及时刷新，甚至造成系统死机；
（二）由于监控系统是全天24 h不间断运行，经过10多年运行，硬件老化日渐上升，故障率增高，备品备件日益匮乏，不易维护；
（三）由于西门子公司的技术壁垒，通信协议没有对外开放，导致电力监控系统功能扩展困难。无法满足新增电气设备的监控需要。
因此，我们有必要对原电力监控系统进行改造。
三、改造基本要求
（一）技术要求
软件、硬件接口的标准化、通用化是开放的系统环境得以实现的关键，因而系统升级改造的基本技术要求如下：
1．可集成性建立一种开放的网络环境可与不同设备制造厂商应用的系统方便连接；
2．互操作性软件程序与硬件设备之间无必然的配套联系，可自由选择适合的最佳硬件设备；
3．可移植性计算环境的发展不致因装接设备而花费大量的金钱和时间；
4．功能配置冗余性接入有更好性能/价格比的系统不致中断当前的业务。
（二）工程组织要求
1．因为要保证所有负荷正常运行的同时完成监控系统的升级改造，所以新监控系统的安装、调试工作必须安全高效，以尽量不中断仍在运行中的旧监控系统的远方监视功能为原则，尽可能缩短新旧系统的切换时间；
2．监控系统改造部分的功能测试要根据现场允许条件科学安排，按要求保质保量完成，以保证监控系统软件移植的正确性和新系统设备投运后的安全可靠性；
3．对改造后的监控系统进行全面的功能调试，以保证能正确有效的监控一次设备。
四、监控系统改造施工的具体方案
采用自上而下的施工方式，如图2所示，先改造中央级监控设备，主要是更换通信处理机，工作站和模拟屏等。再逐步改造变电所内的远动终端（RTU）。
（一）具体的改造步骤
1．安装调试新监控系统的不间断供电电源（UPS）；
2．安装前置处理机、工作站、模拟屏监控系统新增设备并上电运行；
3．完成新增后台监控系统数据库和冗余功能设置；
4．根据RTU数据传送参数，完成新增前置处理机通信参数的设定；
5．将一个变电所监控数据由原前置处理机RS422接口处并联接入新的前置机中；
6．根据此变电所的信息点表，完成新增主备工作站与1＃、2＃前置处理机之间的通信配置；
7．对新监控系统的遥信、遥测、遥控、遥调信号进行测试。测试结果合格后，将监视信号送至模拟屏，信号显示正确后，完成对此变电所上位机改造工作。按此步骤，完成由新监控系统对35个变电所的监控；
8．将原监控系统OCC设备退出运行；
9．对35个变电所的RTU设备进行逐一改造。
至此，电力监控系统的改造完毕。
（二）改造实施注意事项
1．制定施工方案时要考虑到地铁运营的工作特点，每天收车后最多能够保证3个小时的有效工作时间。这就要求我们精心组织，精心施工，既要保证施工安全和施工质量，又不能影响第二天的正常运营；
2．在进行新旧系统间软硬件替换之前，要观察记录好原有硬件设备和软件程序运行状况，避免将旧系统运行中的缺陷带入新系统的调试和运行工作中。
五、结语
中国城市轨道交通行业方兴未艾，上世纪九十年代投运的城轨线路的电力监控系统设备老化问题，已经逐步显现出来，加之城轨变配电技术发展日新月异，原有的监控系统已经无法满足新设备的扩展要求。因此，探索一套城轨行业电力监控系统改造高效可行的实施方案，积累设计施工实践经验，有其重要的现实意义。
[关键词]广州地铁 电力监控系统 改造 设计
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0610032－01
一、概述
（一）系统简介
广州地铁一号线于1997年6月开通，全长18.48km，全线共有16坐车站，一个车辆段，主供电源为110 kv /33kv，牵引电压为直流1500V。各牵引站由33kv环网供电，降压变电所为动力、照明、信号等提供电源。电力监控系统对下列各变电所设备及接触网电动隔离开关设备的运行状态，进行监视控制和数据采集。
（1）2座110 kv /33kv主变电所；（2）8座牵引降压混合变电所；（3）25座降压变电所；
电力监控系统（简称SCADA）的主要设备设置在控制中心，远程控制终端（简称RTU）设置在各变电所内，如图1所示，RTU通过通信网络OTN与控制中心设备相连接。
（二）系统组成
1．控制中心设备：包括主用计算机（PC1）、备用计算机（PC2）、维护计算机（Maintenance）、为信号系统提供信息的计算机（Signalling）、归档计算机（Archive）各1台，所有计算机标配为PentiumCPU、16M内存，5000MB硬盘。OCC设备还包括，冗余结构的前置处理机2台，系统时钟、模拟屏、LAN局域网、不间断电源、打印机等。
2．变电所内设备（RTU）：由主处理器（FSP）、与SMATIC（plc）接口的通信板（CP 5430）、显示工作状态的通用功能模块（GTS）和电源模块（SV）组成。
3．通信通道：OCC通信处理器（TCI）与远程控制终端（RTU）之间的数据传输速率不低于1200bps，通道结构为点对点方式，接口标准为RS422，OTN网提供36个点对点的连接通道。
（三）系统功能
控制功能；画面显示功能；信息处理功能；SCADA设备自检功能；数据处理、显示、打印功能；口令功能等。
二、系统运行情况简介
广州地铁一号线电力监控系统由德国西门子公司设计研发。该系统自1997年投入运行以来，各种工况基本正常。但是由于计算机技术和网络技术的高速发展以及当时需求的局限性，随着投运年限的增加，原有监控系统的问题逐步显现：
（一）系统配置低，响应速度慢，当系统数据交换量较大时，使画面数据不能及时刷新，甚至造成系统死机；
（二）由于监控系统是全天24 h不间断运行，经过10多年运行，硬件老化日渐上升，故障率增高，备品备件日益匮乏，不易维护；
（三）由于西门子公司的技术壁垒，通信协议没有对外开放，导致电力监控系统功能扩展困难。无法满足新增电气设备的监控需要。
因此，我们有必要对原电力监控系统进行改造。
三、改造基本要求
（一）技术要求
软件、硬件接口的标准化、通用化是开放的系统环境得以实现的关键，因而系统升级改造的基本技术要求如下：
1．可集成性建立一种开放的网络环境可与不同设备制造厂商应用的系统方便连接；
2．互操作性软件程序与硬件设备之间无必然的配套联系，可自由选择适合的最佳硬件设备；
3．可移植性计算环境的发展不致因装接设备而花费大量的金钱和时间；
4．功能配置冗余性接入有更好性能/价格比的系统不致中断当前的业务。
（二）工程组织要求
1．因为要保证所有负荷正常运行的同时完成监控系统的升级改造，所以新监控系统的安装、调试工作必须安全高效，以尽量不中断仍在运行中的旧监控系统的远方监视功能为原则，尽可能缩短新旧系统的切换时间；
2．监控系统改造部分的功能测试要根据现场允许条件科学安排，按要求保质保量完成，以保证监控系统软件移植的正确性和新系统设备投运后的安全可靠性；
3．对改造后的监控系统进行全面的功能调试，以保证能正确有效的监控一次设备。
四、监控系统改造施工的具体方案
采用自上而下的施工方式，如图2所示，先改造中央级监控设备，主要是更换通信处理机，工作站和模拟屏等。再逐步改造变电所内的远动终端（RTU）。
（一）具体的改造步骤
1．安装调试新监控系统的不间断供电电源（UPS）；
2．安装前置处理机、工作站、模拟屏监控系统新增设备并上电运行；
3．完成新增后台监控系统数据库和冗余功能设置；
4．根据RTU数据传送参数，完成新增前置处理机通信参数的设定；
5．将一个变电所监控数据由原前置处理机RS422接口处并联接入新的前置机中；
6．根据此变电所的信息点表，完成新增主备工作站与1＃、2＃前置处理机之间的通信配置；
7．对新监控系统的遥信、遥测、遥控、遥调信号进行测试。测试结果合格后，将监视信号送至模拟屏，信号显示正确后，完成对此变电所上位机改造工作。按此步骤，完成由新监控系统对35个变电所的监控；
8．将原监控系统OCC设备退出运行；
9．对35个变电所的RTU设备进行逐一改造。
至此，电力监控系统的改造完毕。
（二）改造实施注意事项
1．制定施工方案时要考虑到地铁运营的工作特点，每天收车后最多能够保证3个小时的有效工作时间。这就要求我们精心组织，精心施工，既要保证施工安全和施工质量，又不能影响第二天的正常运营；
2．在进行新旧系统间软硬件替换之前，要观察记录好原有硬件设备和软件程序运行状况，避免将旧系统运行中的缺陷带入新系统的调试和运行工作中。
五、结语
中国城市轨道交通行业方兴未艾，上世纪九十年代投运的城轨线路的电力监控系统设备老化问题，已经逐步显现出来，加之城轨变配电技术发展日新月异，原有的监控系统已经无法满足新设备的扩展要求。因此，探索一套城轨行业电力监控系统改造高效可行的实施方案，积累设计施工实践经验，有其重要的现实意义。