摘要：上海轨道交通其第一条线路于1995年4月10日正式运营，是继北京地铁、天津地铁建成通车后中国内地投入运营的第三个城市轨道交通系统，也是目前中国线路最长的城市轨道交通系统。本文主要介绍地铁配电系统的架构及力控软件平台在上海地铁2号线变电所综合自动化系统中的应用。
一．前言
　　截止2011年6月30日，上海轨道交通线网已开通运营11条线、275座车站，运营里程达420KM（不含磁浮线）位居世界第一。上海轨道交通2号线是上海第二条地下铁路线路，于2000年6月11日开始运营。该线从青浦区徐泾东站，经过有中华第一街之称的南京路，穿越黄浦江，到达浦东新区张江高科技园区，并且再续经唐镇、川沙等地，最后到达上海对外联络大空港浦东国际机场，可以说是连接上海过去和未来的纽带。
　　2号线全长60公里，共有30个车站，每天运营18小时11分钟，日客流达130万人次，成为国内单线运营里程最长，客流最大的轨道交通线路。
二．项目概述
2.1 现状
　　虹桥综合交通枢纽交通中心配套工程（轨道交通2号线西西延伸段工程淞虹路站～诸光路站）由青浦区的诸光路至2号线已运营的淞虹路站。线路走向为：诸光路站—徐民路—轴线大道—虹桥综合交通枢纽虹桥西站—虹桥东站—天山路—淞虹路站。线路全长8.58km，全部为地下线，共设3座车站。分别为：虹桥机场东站、虹桥机场西站和诸光路站。
　　2号线西西延伸段工程共设置2座牵引降压混合变电所分别在诸光路站、虹桥东站。2座降压变电所位于虹桥西站、区间4号风井。5座跟随式降压变电所位于虹桥东站、虹桥西站2座、诸光路站、区间2号风井。
2.2 系统设计目标
　　2号线西西延伸工程变电所综合自动化系统设计目标如下：
　　★各变电所内设备的控制、监视、联动、联锁、闭锁功能，自动投切、电流、电压、功率、电度和其它各种信息量的采集功能；
　　★各变电所能动态显示变电所主接线画面和接入综合自动化系统的微机测控、保护单元、信息采集单元等装置的通信工况；
　　★各变电所采用窗口模式显示所内事故、报警信息以及事故、报警发生的时间；
　　★各变电所主要参数的趋势图展示，以及主要参数的日报，月报，季报，年报展示；
　　★与调度中心pSCADA平台 进行通信，向pSCADA调度或当地维护计算机传输变电所操作、事故、预告等信息；接收pSCADA调度或当地维护计算机下发的控制命令。
2.3系统设计原则
　　★快速响应性
　　从电力行业的要求来看，系统设计过程中应满足快速响应性的要求，软件画面切换时间≤1s；变电所内网络通信速率≥100Mbps；所内事件分辨率≤5ms。
　　★开放性
　　系统平台模块化分布式架构，具备良好的开放性，支持用户二次开发，方便客户依据现场需求进行个性化设置。支持各种主流设备及实时数据库的数据接口，并通过标准关系数据库接口(如ODBC、OLE DB)实现与第三方系统的数据集成。
　　★安全稳定性
　　轨道交通系统运行中，电力系的安全稳定统对列车正常运行起着至关重要的作用，系统平台具备严格的权限管理机制，并且具备故障处理查询、事件记录查询功能。
2.4系统需求
　　本系统主要实现如下功能：变电所综合自动化系统平台可以实现变电所各种设备的控制、监视、联动、联锁、闭锁功能，自动投切、电流、电压、功率、电度和其它各种信息量的采集功能。系统需要具备协议转发功能，从而将各个变电站数据以统一的协议模式汇总到上级调度电力pSCADA系统。
　　重要设备之间不仅利用二次回路实现硬线的联动、联锁、闭锁，还可以利用综合自动化软件在组态中完成上述功能，实现逻辑判断、计算、继电器等功能。
三、系统架构
　　根据上述功能需求，系统架构如下图所示。
 

图1 系统架构图

3.1 通信网络
　　变电所内综合自动化通信网络采用工业级光纤以太网，提高所内通信的带宽和抗干扰能力。站级监控室内配置一台工业级光纤以太网交换机，用于连接不同设备群的光纤以太网接口，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的通信技术要求，完全满足全所自动化要求。
　　在每个变电所，为33kV、DC1500V 及0.4kV 开关柜根据现场需要配备串口服务器设备，该设备安装于开关柜内，用于将柜内控制单位的RS485信号转换为以太网信号汇总到站级监控室的监控平台。
3.2 控制系统
　　变电所内的控制信号屏配置ABB的AC500系列控制器，该设备不仅具有工业级的快速专用核心处理器和大容量的RAM，并且其系统提供可编程接口，利用简单的结构化Script语言，用户可以完成数值计算功能、逻辑运算功能和控制输出功能等。
3.3 站级监控
　　每个变电站站级监控系统选用力控科技电力监控软件作为系统平台，可实时监控各开关柜内监控单元的运行状态，实现变电所各种设备的控制、监视、电流、电压、功率、电度的采集等功能。
　　力控电力监控软件，完美的结合了通用组态软件和电力专业技术，是使用先进的计算机软件编程技术开发的专业电力系统自动化的组态软件，适用于县级调度自动化、集控站自动化、变电站综合自动化、电厂电气监控（ECS）、企业供配电自动化、水电站综合自动化及楼宇配电自动化等主站系统。　
　　由于每个变电站具备多种设备，各个设备的数据通信协议不同，为了实现数据的汇总统一，每个变电站配备一台力控科技数据采集网关pFieldcomm。变电站数据通过pFieldcomm采集网关可统一转为电力104规约方式传送到中央调度室的中心调度系统pSCADA平台。
　　力控pFieldComm系列工业通讯网关采用高性能的嵌入式计算平台，服务内核软件可运行于桌面操作系统或嵌入式操作系统中，是一个脱离于具体硬件设备接口的通讯服务平台。具有多种通讯采集和转发规约库，可以实现采集多个不同子系统的数据，进行数据集中汇总、分类和预处理，可以简化系统中异种协议的转换和系统联网过程，异种协议容易接入并可转换为标准协议（如OPC方式）与其它系统联网。
四．系统功能特点
4.1 实时全面性
　　系统可以形象直观的方式，实时动画显示系统设备运行情况，变电站主接线图可根据现场运行状况动态实时显示各个开关状态。可实时显示电流、电压、电能、功率、有功、无功、功率因数等数据，实现电力系统的四遥功能。

 

图2 主接线图

图3 四遥数据画面

图4 遥信状态画面

　　强大的报表曲线功能：通过所存储的历史数据可以方便生成各种值班报表、操作报表、报警报表以及日月年报表。各种数据均可通过实时、历史趋势曲线方式进行展示。
4.2 安全可靠性
　　在操作上严格权限管理，运营级操作员通过工作站访问本系统。无论工作站的初始启动或注销，都将直接进入本系统登陆画面或彻底退出操作系统，一般用户不允许接触到任何操作系统命令。
　　系统可提供审计跟踪功能，记录所有用户操作过程，对出现的系统安全问题提供调查的依据和手段；系统应具备事务日志功能。各种记录（操作、警报）可根据用户要求，按站名、对象、性质、时间等项目进行检索。
　　系统报警支持多种报警输出方式，可通过音频报警、手机短信、E-mail等方式输出告警到手机、PDA、PC上。
4.3 集成开放性
　　本系统支持同时通过不同类型的通信协议来采集多个现场设备的实时数据信息，并按预先的系统配置要求存放于系统实时数据和历史数据库中。可支持电力CDT、DNP、标准Modbus协议、电力标准IEC 101、102、103、104规约，支持ABB的AC500设备自有协议和AVERA(ALSTOM)的Courier规约。
　　具备Web Server功能，方便用户远程浏览系统内的各种实时、历史数据，如主结线图、系统图、基于综合保护装置和间隔层的实时数据查询，以及历史SOE、操作事件和系统事件查询，遥测历史曲线和负荷曲线浏览等。
五．总结
　　随着城市交通的快速发展，地铁依靠其方便快捷的特性已成为居民出行的重要途径。本系统结合先进的计算机技术、自动控制理论、数据采集通信平台，为数字城市建设提供了有力保障。