武汉市轨道交通三号线变电所通信接口集成

郑向城 孙海柠

摘 要：目前，随着城市化进程的快速推进，城市轨道交通建设也迎来了新的发展机遇。可靠的供电是轨道交通安全运营的重要保障，功能強大的通信系统又是保证供电质量的基础。文章首先介绍了武汉市轨道交通三号线变电所通信系统的结构、通信接口的实现，分析了35kV开关柜通信接口集成模式，对类似工程的施工具有明显的借鉴意义。

关键词：35kV开关柜；通信接口；集成化

1 前言

随着中国城市化进程的快速推进，轨道交通凭借着快速、安全、高效的特点，在各地如火如荼地建设起来。变电所作为城市轨道交通供电系统的一个重要组成部分，不但承担着传输电力的功能，而且肩负着监控和管理电力分配的责任。因此，供电系统通信接口模式的好坏直接影响整个轨道交通系统的运行安全和运营效益。

武汉市轨道交通三号线一期工程线路全长30.133km，起点为沌阳大道站，终点为宏图大道站，横穿5个行政区，被列入武汉市和湖北省的重点工程。全线包含牵引降压混合变电所19座，降压变电所7座，跟随变电所11座，开闭所1座。供电系统按“无人值班”设计，设备也必须满足“无人值班”条件。因此，如何实现供电系统设备通信接口的集成化管理，成为当今重点研究的问题。

2 通信系统的结构

目前，计算机技术、网络技术、微电子技术和信号处理技术的飞速发展为现代城市轨道交通变电所通信系统提供了强有力的技术支持。通信系统不但可以实现监测、管理和控制变电所内各个供电设备运转状态的目标，而且可以对存在差异的二次设备进行功能的优化和组合。作为供电系统信息共享、传输、交换的媒介，通信系统的地位无可替代。

轨道交通变电所通信系统的结构组成与传统的变电站通信系统截然不同，系统内部通常包含着十个甚至数十个变电所，数量众多。整个通信系统结构为树形和环形相结合的形式，这种结构有助于达到高效、快捷监测和保护供电系统的目的。所内通信网络、控制信号屏、综合计算机和设备内部的二次综保模块共同组建成了变电所的通信系统。现如今，集中管理、分散布置是通信系统广泛采用的一种形式，即二次综保模块在各个供电设备内部安装，而监控变电所通信网络的重任则由站控主单元承担。

控制信号屏安装于变电所内部，可以统一采集和处理所内供电设备的各种信号，也可以与上级电力监控系统相连接，并通过光纤将信号实时上传。同时，上级电力监控系统发出的各项指令，它也可以在第一时间接收并一一转发至对口的设备模块。后期，运营人员操控系统的时候也可以通过控制信号屏设置的人机接口方便地进入。

控制信号屏主要由4部分构成，分别是交换机、站控主单元、测控单元和通信光纤。其中，站控主单元一方面连接变电所内通信以太网，另一方面连接上级电力监控网络，是二者信息传输的媒介。通过这种形式，可以最大限度地规避产生网络广播风暴的风险，提升了网络的安全性。

一般情况下，站控单元的通信采集对象按照设备种类和通信种类可以划分为几类，如牵引降压混合变电所、降压变电所、跟随变电所、35kV高压开关柜、750V直流开关柜、变电所内测控单元、交直流屏、隔离开关柜等。

本系统采用了工业中使用的以太网多串口服务器，以一对一的形式进行设备通信采集，串口服务器则通过以太网光纤接口融入变电所综合自动化系统。与传统智能装置只提供RS485/RS232的通信方式相比，一方面通信速度和通信质量都有了巨大的提升，即使在通信数据较大的情况下，也不会出现通信不畅的现象；另一方面使用光纤传输可以最大限度规避电磁场的干扰。其原理是把传统的485/232接口的数据通过格式转化为流行的因特网接口（Internet Protocol，IP），这样就可以实现IP形式的数据管理，大幅度减少了线路的数量和长度。由于串口服务器与通信采集对象之间距离较短，因此二者之间使用电连接，这样可以减小外界干扰。

3 变电所通信接口集成

3.1 与整流变压器的温控器的通信接口

每一台整流变压器都设置有一个温度控制器，它们将监测到的信息传输到相对应的35kV高压馈线开关柜内的保护装置，以该保护装置为中介，进一步将信息送达站控主单元。

3.2 与整流器的通信接口

每一个牵引降压混合变电所设置两台整流器，它们将监测到的信息传输到相对应的35kV高压馈线开关柜内的保护装置，以该保护装置为中介，进一步将信息送达站控主单元。

3.3 与35kV开关柜保护测控装置的通信接口

首先，35kV开关柜保护测控装置连接到多串口设备的一个端口；其次，使用光电转换器将采集到的电信号转换为可以在以太网传输的光信号；再次，将光信号在35kV开关柜内设置的光端盒上进行汇总，通过光纤传输到控制信号屏的光纤盒内，最后传送到以太网交换机。

3.4 与400V开关柜保护测控装置的通信接口

首先，400V开关柜保护测控装置连接到多串口设备的一个端口；其次，使用电转换器将采集到的电信号转换为可以在以太网传输的光信号；再次，将光信号在400V开关柜内设置的光端盒上进行汇总，通过光纤传输到控制信号屏的光纤盒内，最后传送到以太网交换机。

3.5 与750V直流开关柜直流保护装置的通信接口

每台750V直流开关柜都设置有独立的保护装置。首先，750V开关柜保护测控装置连接到多串口设备的一个端口；其次，使用电转换器将采集到的电信号转换为可以在以太网传输的光信号；再次，将光信号在750V开关柜内设置的光端盒上进行汇总，通过光纤传输到控制信号屏的光纤盒内，最后传送到以太网交换机。

3.6 与集中输入输出（I/O）监控单元的通信接口

使用屏蔽双绞线将I/O监控单元的通信信号传输到以太网交换机，并最终传输到站控主单元。

3.7 与直流屏监控装置的通信接口

由于直流屏安装在控制室内，直流屏监控装置的通信接口经转换成电以太网接口后，直接采用屏蔽双绞线连接到所内以太网交换机上。

4 武汉市轨道交通三号线35kV开关柜通信接口集成

武汉市轨道交通三号线在传统的35kV高压设备与站控层管理装置之间加装了智能通信装置，并将智能通信装置定义为整个系统的信息枢纽。这样，一方面可通过RS485方式连接35 kV高压柜内部的各种智能保護测控设备，另一方面可通过光纤星形连接的方式上传至站控层管理装置，如图1所示。

通过相关产品性价比选，工程选择了四方公司自主研发生产的CSC-1316系列智能通信管理产品，其广泛应用于电力、公路、石化、煤炭、冶金、轨道交通、市政、智能楼宇等领域。产品具备丰富的通信接口，可通过RS232/485、以太网或光纤等连接各种智能设备，并通过光纤以太网将信息上送到上级监控系统。装置既具有运行可靠、抗干扰能力强等特点，又具有响应速度快、运行方式灵活、适用规约多、调试维护方便等优点。

5 社会经济效益

通过对武汉市轨道交通三号线供电系统通信接口的研究，形成了较大的社会经济效益。

（1）设置智能通信装置，将各种通信信号统一化管理，改变了以往通信电缆杂乱无章的现象，大大节约了电缆等材料，降低了施工成本。

（2）通过通信接口集成，减少了调试人员数量，缩短了调试时间，大幅度节约了后期的维护检修时间。

（3）鉴于此种方案实施效果良好，武汉地铁集团已经决定将其在其他在建的城市轨道交通线路建设中推广并使用。

6 结论

综上所述，通信接口集成化对于实现武汉市轨道交通供电系统正常运行，降低施工成本和后期维护成本起到了不可替代的作用。尤其在面对大型工程设备多，通信系统复杂，工期紧张等不利情况下，它更具有得天独厚的优势。

参考文献

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[2]高占奎，白利军.上海轨道交通4号线电力监控系统和变电站综合自动化系统[J].城市轨道交通研究，2004，7（5）：89-90.

[3]刘伟东.浅谈城市轨道交通供电系统综合自动化子系统的安装与调试[J].科学之友，2009，（6）：124.

（作者单位：中铁一局集团电务工程有限公司）