城市轨道交通电力监控系统的设计及发展

赵欣健

（西安市地下铁道有限责任公司运营分公司）

1 前言

随着智慧城市的大力发展，城市轨道交通电力监控系统建设也受到重视。这主要是由于电力监控系统是保障城市轨道交通安全运行的重要保障[1]。一直以来，城市轨道交通运行过程中，所追求的目标都是“三高两低”。其中，“三高”主要是指较高的安全性、可靠性以及自动化。“两低”主要是指较低的损耗和较低的维护。为实现城市轨道的运营的目标，电力监控系统的完善是十分重要和关键的。

2 城市轨道交通电力监控系统相关理论概述

城市轨道交通电力监控系统，又称PSCADA系统，其主要是指对各类变所（如城市轨道供电系统主变电所、降压变电所以及牵引变电所等）的电所设备以及供电设备等进行实时监控、控制、测量以及发现故障的信息化平台[2]。目前，PSCADA系统在设计过程中，主要由三部分组成，即在控制中心的调度系统、变电所内的综合自动化系统以及通信通道[3]。电力监控系统能够实时反映供电系统的运行状态，特别是故障信息，进而能够为分析故障原因、处理故障以及保障人员安全和财产安全提供重要的支撑。因此，城市轨道交通电力监控系统的设计和应用是十分重要的。

3 电力监控系统设计与实现

3.1 监控系统的分层分布架构

在电力监控系统中，应用分层分布系统架构具有很大优势，不仅能够满足现阶段我国城市轨道交通对电力的需求，还能够为未来城市轨道佳通的横纵向综合应用奠定良好的基础。本研究设计的电力监控系统，采用的主要是两级管理、三级控制的方式。

两级管理主要是中央级别管理和车站级别管理。三级控制在二级管理的基础上，增加了现场级别控制。其中，中央级别管理的作用主要在于对全线监控对象的状态、性能等进行实时数据的采集、处理和分析，并通过调度员工作站，以图像、文本或表格的形式呈现，进行监控。车站级监控系统主要是对本站供电设备进行监控，并形成多级冗余。现场级别控制中央级和车站级均有接口，能够实现数据的传输、共享等。

3.2 监控系统平台的实现方案

在本研究设计中，主要采用的是我国自主研发的RAILSYS软件平台。RAILSYS软件平台的应用，对于保障城市轨道交通电力监控系统的实时性和可靠性等均有较好的保障。电力监控系统的应用构架主要有RAILSYS软件平台决定，具体的功能也是在RAILSYS软件平台实施和完成的。

1）环境支持

RAILSYS软件平台能够支持多个网络分布式运行环境，不仅包括业务动态加载，还包括业务动态分配。与此同时，在RAILSYS软件平台建立的电力监控系统还支持虚拟操作技术以及数据库技术。另外，电力监控系统支持的环境还包括主流的操作系统以及数据库管理系统。

2）数据库系统

本研究设计的电力监控系统，其在数据库系统方面能够支持多网络访问、数据库冗余以及SQL语言有限集等等。

3）中间件技术

为进一步满足城市轨道交通电力监控系统的实际需求，本研究在进行设计的过程中，采用了实时数据库、通讯以及实时信息中间件等机制。与此同时，在进行设计的过程中，提供了实时应用信息总线，总线支持的内容主要有环境监测、设备监控以及供电应用等拓展业务或数学模型等等。

4）公共应用模型支持

在进行设计的过程中，考虑到开放性标准，采用了外挂策略，因而具有较为广泛的灵活性和适用性。

5）人机界面组态工具

本研究设计的电力监控系统，主要有2个平台，即通信平台+SCADA、+HMI平台。随着人机界面所占的分量逐渐增加，在进行设计的过程中，将组态软件和应用软件分为两个部分。同时，平台软件提供应用模板，以起到丰富支持系统和验证支持系统正确性的作用。

6）累计性应用

在城市轨道交通建设中，应用电力监控系统的重要性不言而言。然而，在监控系统应用的过程中，由于多专业接口缺乏统一的规范，因而只有平台化的建设思路，才能制定从通信、应用以及数据等不同匹配层的标准。

3.3 电力监控系统的应用

RAILSYS软件平台在实际的应用过程中，已经凸显了重要的优势。以某项目工程为例，其优势主要体现在以下几方面：

①具有可靠性较高的解决方案，并实现了1+N容错运行模式；

②具有能够支撑多种环境的优势；③具有先进的多层体系系统构架；④具有较强大的系统可拓展性；⑤实现了数据开放性和实时性的结合；

⑥能够实现绘图和数学模型自动录入和生成，便于系统的一体化维护；

⑦具有较强的异常捕捉能力和事故处理能力。

总之，本研究设计的城市轨道交通电力监控系统在实际的应用过程中具有诸多的优势。但随着互联网技术的发展，本研究设计的电力监控系统还应不断进行完善。

4 城市轨道交通电力监控系统的发展

我国PSCADA系统在发展过程中，主要经历了三个阶段，即人工监控系统阶段、分立自动化系统阶段以及综合监控系统阶段。随着互联网技术、计算机技术以及通信技术的飞速发展，PSCADA系统逐渐趋于使用统一的软件平台、硬件平台，以及实现分立自动化系统的综合集成。例如，广州地铁、西安地铁以及北京和上海等地铁在电力电力监控系统的过程中，大部分采用的都是综合监控系统。

城市轨道交通电力监控系统在建设初期，电力监控系统还没较为成熟的标准可以参考。同时在计算机等诸多技术的限制，城市轨道交通电力监控系统的设计也只能是参考电气化铁道等监控系统的模式进行设计。在电力监控系统的标准方面还缺乏统一性，且效果也并不显著。电力监控系统的网络结构、设备设置以及接口均呈现出多样化的发展趋势，就导致电力监控系统设计的标准不一，从而导成本的增加等等。因此，电力监控系统标准化成为现阶段重要的研究方向。总之，我国智慧城市的轨道电力监控系统还有很大的提升空间。

5 结论

综上所述，在智慧城市的建设过程中，城市轨道交通的电力监控系统十分重要。在互联网技术、通信技术等的大力发展，电力监控系统必然会随之获得更大的提高和进步。然而，目前我国在城市轨道交通电力监控系统设计和应用方面，尤其是设计标准方面，还存在一定的问题，进而难以发挥更大的作用和效果。因此，未来还应更加注重电力监控系统的设计。