◎ 北京市轨道交通建设管理有限公司 虞 庸

1、引言

城市轨道交通自动化技术发展到今天，进入了全数字化、智能化、信息化的新阶段。从世界发展上看，地铁运营在新的自动化平台支持下，实现资源共享、信息互通使得运营效率以及安全性、可靠性更加提高；乘客至上，以人为本的服务理念深入到监控管理的每一层面；而且，新的自动化平台支持了整个城市轨道交通体系的综合监控管理，支持了城市轨道交通线网的资源共享。

城市轨道运营交通系统是一种高密度、大运量的交通系统，必须保证其高度的安全性和可靠性，而变电所综合自动化系统则为整个轨道交通的安全运行提供了基础保障。变电所综合自动化系统对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节及各类信号报警等各项功能，使调度中心实时掌握各个变电所设备的运行情况，远程对设备进行操作。变电所综合自动化系统保障了变电所系统的正常运行，同时大大提升供电系统调度、管理及维修的自动化程度，提高供电质量，保证系统安全、可靠地运行。

2、工程概况

北京市轨道交通昌平线是一条连接中心城区与昌平新城的南北向的轨道交通快速客运线路，线路北起十三陵景区，南至城铁13号线西二旗站。

3、变电所综合自动化系统概况

昌平线一期供电系统采用开环双环网接线，全线设置5个供电分区，各供电分区之间设置常开的应急联络开关。为保证继电保护的选择性，中压供电网络采用纵差主保护加过电流后备保护。

昌平线工程设有综合监控系统，此系统对电力监控系统、环境与设备监控系统等多个子系统进行集成。供电系统设备采用两级管理、三级控制模式，两级管理分别为：控制中心、车站控制室；三级控制分别为控制中心、车站/变电所控制室、设备就地。变电所综合自动化系统通过通信接口与车站/停车场综合监控系统连接，由控制中心综合监控系统实现电力调度中心功能，由车站/停车场综合监控系统实现车站/停车场对变电所设备的统一监控功能。

昌平线变电所综合自动化系统与供电系统的10kV开关柜、750V开关柜、0.4kV开关柜、0.4kV有源滤波装置、牵引变压器、硅整流器、配电变压器、排流柜、牵引网电动隔离开关、制动能量消耗装置、钢轨电位限制装置等配置的综合测控保护装置、智能采集装置通过通信接口连接实现集中监控。

图1给出的是北京轨道交通昌平线生命科学园典型站的变电所系统结构设计方案。10KV开关柜、10KV保护的GE F650综合保护测控装置和GE L30差动保护装置，直流750V开关柜，通讯单元主要由SEPCOS保护测控设备和S7-200 PLC构成。400V开关柜，通讯单元主要由Schneider PLC-Twido 系列构成。

变电所综合自动化系统包括全线23个变电所综合自动化系统，该系统可分为三类，第一类是牵引降压混合变电所自动化系统、第二类是区间牵引变电所自动化系统、第三类是跟随式降压变电所自动化系统。

为了便于接口管理，区间变电所综合自动化系统接入本供电分区的上级变电所综合自动化系统。

图1 北京地铁昌平线变电所系统典型站结构设计方案

停车场、车辆段跟随式降压变电所各类设备通过光缆直接接入停车场、车辆段牵引降压混合变电所综合自动化系统通信控制器。

车站、停车场牵引降压混合变电所综合自动化系统与本车站、停车场的综合监控系统接口，实现电力调度中心与变电所综合自动化系统的数据交换。

4、变电所综合自动化系统功能实现

变电所综合自动化实现变电所各种设备的控制、监视、联锁/闭锁、电流、电压、功率、电度的采集等功能。变电所综合自动化系统通过冗余的通信通道实现与综合监控系统的通信，通过综合监控系统接受电力调度中心的控制命令；向电力调度中心传送变电所操作、事故、预告、测量等信息。全线所有变电所综合自动化系统通过综合监控系统实现信息汇总，并实现控制中心、变电所控制室对变电所的统一调度管理。综合监控系统出现故障时，变电所综合自动化系统可以独立运行，并实现变电所综合自动化系统的正常功能。

变电所综合自动化系统采用集中管理、分散布置的模式，分层、分布式系统结构。系统由站内管理层、数据通信层、间隔层组成。

图2 北京地铁昌平线变电所综合自动化系统实现方案

（1）站内管理层实现变电所控制室对本车站变电所设备的监视、报警功能，并负责变电所综合自动化系统与综合监控系统之间的数据交换。包括双冗余通信处理装置DK3510E、一体化监控计算机PC677B、自动化屏、综合测控装置DK3571B（含DI/DO/AI模块）。

通信处理装置是变电所自动化系统的核心设备，实现各类间隔层设备与监控工作站、综合监控系统之间的通信传输，接收电力调度中心/变电所控制室指令、向间隔层设备发布指令、收集并处理从间隔层设备采集到的各类信息。通信处理装置采用天津凯发电气公司生产的DK3510E双冗余通讯处理装置。DK3510E通信处理装置采用Linux实时多任务嵌入式操作系统，控制器支持RS485/422/232、以太网等物理接口，可以实现IEC61850、PROFIBUS、DP/FMS、RS485/422/232、modbus、以太网等不同的接口协议转换。主备机运行模式采用主机轮询、备机监听、备份规约同步的方式保持双机之间实时数据库的连续性和一致性，当发生主备机切换时，实时数据能无延迟的从主机发送出去，做到系统的无缝切换。当主机更新参数时，通过该备份规约完成主备机参数的同步功能。

自动化屏用于集中放置站内管理层、网络通信层设备，同时为这些设备提供DC220V电源自动化屏配有电铃、电笛等报警设备，当发生所内预告报警、事故报警时，可以通过不同的方式引起管理人员的注意。自动化屏内配有音响报警设备测试转换开关，用于音响报警装置的测试。

智能测控单元可通过输入、输出模块与基础设备的二次无源接点连接，采集基础设备的数据或向其发送控制指令。

监控工作站采用西门子一体化机SIMATIC Panel PC677B安装变电所综合自动化系统应用软件，用于提供变电所综合自动化系统的人机操作界面。工作人员可以通过此工作站监视变电所内各类供电系统设备的工作状态、报警信号等。

（2）数据通信层实现变电所内管理层与间隔层之间的通信。包括双冗余以太网交换机，以太网、RS485/422光电转换装置、光缆、通信电缆等设备。

其中双冗余以太网交换机采用赫斯曼RS30系列交换机，专业为工业通讯应用而设计，具有即插即用、占用空间小、易于安装、双冗余电源、抗干扰能力强、通信稳定等特点。DK3510E通讯处理装置与10kV保护测控装置、750V保护测控装置之间安装以太网光电转换器，与400V PLC测控装置安装485/422光电转换器，设备间经过光电转换器通过光纤介质相连。变压器温控器、整流器、再生制动、交直流屏、排流柜智能通讯设备与DK3510E通讯处理装置采用485总线连接。电能质量管理系统直接通过双冗余交换机与通讯处理装置连接。

（3）间隔层实现对基础设备数据的采集、测量等功能。包括10kV保护测控装置、750V保护测控装置、0.4kV PLC测控单元、交直流电源系统监控单元、变压器与整流器监控单元、钢轨电位限制装置、排流柜、杂散电流监测装置、制动能量消耗装置等设备。

间隔层设备的运行不依赖于局域网络，自身可以独立完成各种保护、测量和控制功能。这些设备分散安装于各开关柜内或一次设备附近，各类设备之间互相独立，互不影响。

5、经济效益和社会效益

KEYVIA-PSCADA变电所综合自动化系统完全具有自主知识版权。VIA-PSCADA变电所综合自动化系统采用先进的计算机软硬件技术和最新的国际标准，基于分层、分布、高可靠性、高安全性、冗余等设计思想，采用计算机型分层、分布式开放局域网结构，系统设备采用模块化、安全可靠性高、运行成熟、功能完善、性能先进、质量稳定、免维护或少维护等特点的产品。系统的硬件和软件设计充分考虑可靠性、可维修性和可扩性的要求。

KEYVIA-PSCADA变电所综合自动化系统系统是一套技术先进、配置灵活、维护方便、功能完善、稳定可靠，适用于地铁、轻轨等城市轨道交通的电力监控自动化系统。凭着可靠的产品质量及完善的系统解决方案，KEYVIA-PSCADA变电所综合自动化系统为打破国外产品垄断，大幅度降低工程造价，发展民族经济做出了自己的贡献。随着它在轨道项目中的应用、实施，将极大的推进轨道交通自动化系统国产化进程。