大规模供电SCADA系统搬迁整合技术研究与实施

张永健



大规模供电SCADA系统搬迁整合技术研究与实施

张永健

为适应铁路供电调度高度集中化发展和大数据应用需求，将高速、普速铁路供电SCADA系统分别整合成一套系统十分必要。结合新建调度中心大楼上海调度所运调系统工程项目，总结既有多条运营铁路线路大规模供电SCADA系统搬迁整合方法，为各类SCADA系统的搬迁整合提供借鉴。

SCADA；供电；远动整合；远动调试

0 引言

铁路供电SCADA系统（监视控制与数据采集系统，简称SCADA系统），主要用于对铁路牵引供电、电力设备进行监视、控制。供电SCADA系统包含调度主站、通信传输网络和现场被控站。调度主站设在调度所内；通信层包括连接铁路总公司调度中心与铁路集团公司调度所、调度所与现场被控站设备、调度所与供电段之间的通信传输网络；现场被控站设备包括铁路沿线的牵引变电所、开闭所、分区所、AT所、变配电所综合自动化系统及RTU装置等。

本文结合新建调度中心大楼上海调度所运调系统工程项目，研究并总结在既有多条运营铁路上开展大规模供电SCADA系统搬迁整合方法，为各类SCADA系统的搬迁整合提供借鉴。

1 问题提出

1.1 现状与任务

上海局集团公司管内高速和普速电气化铁路里程居全路前列，供电SCADA系统管辖监控设备数量较多。调度大楼搬迁前，既有SCADA系统已接入京沪、沪昆、陇海、京九、金山、萧甬等普速铁路和京沪、合蚌、沪杭、合武、甬台温、温福、合宁、沪宁等高速铁路。调度主站系统分别为GM2000、GM6000、NK6000、NK6000中文版和NK6000.V2等多套系统，迫切需要解决主站SCADA系统设置不统一、同一厂家生产的设备版本不统一等问题。在铁路总公司统一部署下，结合新建调度大楼和上海调度所运营调度系统搬迁整合工程项目，按照新建一套SCADA系统与既有线多个SCADA系统整合为一套系统的原则进行整合。

整合任务是将既有高铁GM2000、NK6000系统整合在新建GM6000系统统一平台，将既有普铁GM2000、NK6000中文版、NK6000系统整合在新版NK6000.V2系统统一平台，建成高铁和普铁各自独立的调度主站SCADA系统统一平台。其实施涉及多条线路、多个SCADA系统的整合并涉及被控站与调度主站间调试验证、高铁与普铁同步实施、配套牵引供电视频系统同步搬迁、系统优化升级等任务，是一项复杂的系统工程。

1.2 技术难点

（1）运营线路安全要求高。一方面，进行既有运营铁路的SCADA系统搬迁、整合，只能利用停电天窗进行施工和调试，天窗结束后须恢复正常使用；另一方面，为防止远动数据错误导致停送电错误，各监控点须经过调试验证后方可投入运营。

（2）新建统一SCADA平台。既有运营的SCADA系统结构复杂、种类繁多，在既有硬件基础上搭建高速、普速铁路新调度主站统一平台，需要根据现状条件和未来发展规划进行充分研究，采用投资和整合工作量最少的方案实现各统一平台的建设。

（3）无缝搬迁切割。由于SCADA系统整合周期长，搬迁、整合不能同期完成，须先搬迁供电调度台后再实施SCADA整合；既有线路已投运的各被控站点既要完成与既有SCADA系统正常连接，还要与新建SCADA系统进行调试验证，且同一时间仅能与一套系统建立通信连接，不具备建立并行备用系统条件，实现新旧系统的无缝搬迁整合需要较大技术突破。

（4）施工调试规模大。管内线路整合多达8条高铁线路和6条普铁线路，含被控站约1 170余座，数十万数量级I/O监控点均需逐项调试。整合调试涉及线路长、范围广、配合单位多、调试地点条件复杂、天窗作业时间短、部分区段停电困难、调试中存在误动风险等，均给整合调试带来了前所未有的挑战。

2 关键技术方案

2.1 新建高铁和普铁统一平台

基于已经开通运营的京沪、沪杭高铁SCADA系统，在新建调度大楼搭建GM6000系统高速铁路SCADA系统统一平台，逐步接入各条高铁线路。GM6000系统采用Windows操作系统以及SQL Serever数据库系统，能够实现+1的分布式架构和超大规模I/O点监控（一套系统可监控数十万甚至上百万I/O点），扩容能力更强，系统更稳定。

普速铁路NK6000.V2系统统一平台，利用新建三线电化、阜六、宁启铁路远动SCADA系统和既有萧甬线远动SCADA系统进行整合和扩容，具有良好的扩展性。既有萧甬线SCADA系统中高铁线路整合退出后，原服务器及网络交换设备利旧使用，作为新建系统接口服务器、前置服务器和web服务器等设备。NK6000.V2系统由服务器、通信网络、工作站及配套设备构成。系统服务器和工作站等设备通过冗余配置的网络互联，提高系统可靠性。新建系统在数据存储、数据计算、数据分析等方面都有明显地提升，系统平台架构更加开放，支持混合软硬件平台，软件设计不限容量且具备较大的伸缩性。

图1为新建SCADA系统与既有SCADA系统整体结构图。

图1 新建SCADA系统与既有SCADA系统整体结构

2.2 过渡通信网络

在新旧2栋调度大楼机房之间敷设单模铠装1×24芯光缆冗余专用过渡通道，实现新调度大楼新系统和旧调度楼旧系统间的数据交互。普速京沪、沪昆、陇海、萧甬、京九、金山线以及高速沪宁、合宁、合武、甬台温、温福线利用过渡通道，将旧调度楼后台服务器与新调度大楼机房图形工作站连接，完成调度台搬迁与后期整合。在数据迁移、整合过程中利用过渡通道依次对各线路进行切换测试，以完成新建系统与既有系统之间无缝切换并实现与被控端的连接。搬迁整合过程中如遇异常情况，仍可利用过渡通道将系统业务退回至既有系统中，避免对供电调度业务产生影响。

2.3 KVM网络分离技术

通过采用终端虚拟化解决方案，调度员人机界面应用程序和数据都驻留在新调度大楼机房集中安放的图形工作站，图形工作站的桌面图像经加密和压缩后，通过KVM网络输送至调度大厅的前端瘦客户机端，瘦客户机端的键盘、鼠标操作指令也可通过相同方式传递至终端服务器，能够实现更加安全的集中数据存储。未完成整合的SCADA系统沿用既有调度主站服务器，通过新旧楼间过渡通道从旧楼机房连接至新楼新建KVM网络图形工作站再至新建调度大厅调度员工作站，满足调度员在新调度大楼的办公要求。

3 搬迁整合实施

3.1 总体工作流程

在新调度大楼分别搭建高速铁路、普速铁路新SCADA系统统一平台。新系统包含与既有系统相同功能的硬件设备以及对应的软件环境和数据库配置，利用过渡通道与各线路被控站相连实施搬迁整合。搬迁整合总体方案遵循“边使用，边整合”、“先调试，后倒切”、“由易至难”、“先高铁，后普速”的原则，一步到位搬迁高铁GM6000系统，过渡搬迁GM2000系统和NK6000系统，搬迁后对GM2000、NK6000系统进行整合。搬迁整合工作流程如图2所示。

3.2 软硬件准备

首先在调度界面中绘制地理图、牵引及电力系统供电示意图、接触网供电示意图、各接入站点的主接线图、综合自动化系统配置图、交直流系统图等；其次，通信方面对接包括通信规约、通道结构、通信群划分、通信接口设备等相关配置要求；再次，根据“三遥”和扩展功能点表，由调度主站设备厂家进行系统工程设计，并与相关被控站设备厂家进行模拟测试，测试完毕恢复调度大楼机房数据，根据线路的通道结构以及通信参数、通信模式进行配置，通道测试成功后开展远动调试验证。

图2 搬迁整合工作流程

3.3 整合调试验证

在铁路维修天窗时间内，将既有调度楼机房远动通道切割至新建调度大楼机房，实现SCADA远动业务的迁移，并进行新系统与各被控站点间“三遥”和扩展功能调试验证，天窗点结束后切回至既有调度楼机房，实现不停机整合的目标。整合调试涉及运营线路规模和影响范围之大、被控站监控点覆盖数量及配合单位之多均为路内罕见，因此研究大规模整合调试施工组织技术方案尤为重要。

与一般新（改）建铁路远动系统调试不同，该系统的整合调试需全部利用天窗点进行，既有线路天窗点作业不但时间短，而且存在受运输条件影响较大、部分区段计划申报困难、枢纽地区无法停电、与地方供电公司停电计划不同步、配合单位同期生产任务多等诸多矛盾，迫切需要优化劳动力组织，充分利用每一次调试时间，实现劳力组织和进度目标控制最优化。远动系统调试时，枢纽地区较正线区段接触网停电困难，同一线路遵循“先正线，后枢纽”的原则；遇牵引供电和电力调试天窗冲突，遵循“先牵引，后电力”的原则；优先安排频繁使用的远动开关，牵引设备调试遵循“先所亭，后网开”的原则；电力箱变点多线长、电力配电所馈出多且停电难，电力设备调试遵循“先小所，后大所”的原则；进线电源调试计划受地方供电公司制约，同一所亭调试遵循“先馈线，后进线”的原则；对远动系统复杂故障处置，需优先排除远动系统故障，遵循“先远动，后本体”的原则；调试中点表不一致时，保持现场数据不变，修改调度主站数据遵循“主站改，现场留”的原则；受天窗时间限制，调试项目无法在一个天窗点内全部完成时，遵循“保遥控，补遥信”的原则；跨段作业组织前，为提高配合成功率，遵循“先协调，后配合”的原则；通信链路切割则需要减少对既有系统的影响，需提前测试、当日确认，保障切割顺利，遵循“先测试，后确认”的原则。

3.4 关键安全风险控制

在既有线路进行大规模远动系统调试，尤其在普速铁路“V”形天窗内对沿线接触网开关进行调试时，上（下）行接触网停电、下（上）行接触网正常供电行车，若在调试中发生因人为误操作或数据配置错误等引起接触开关误动，将直接影响并中断正常铁路运营，故调试中应采取可靠的防误动措施，对关键作业进行安全风险卡控。

调试开始前，采取将同一网开关控制屏内未停电供电臂的网开关控制方式转换至当地位、断开控制电源、断开电机操作电源等防误动安全措施。进行远动系统调试时，首先在现场操作开关分合，经网开关控制屏（综合自动化系统）、调度主站与现场开关确认遥信对应关系正确后，方可在网开关控制屏（综合自动化系统）、调度主站进行远动操作调试。调试结束后，在调度主站和现场对所调试开关位置进行双重确认，确认开关是否处于正常运行位置、是否与调试前的开关位置一致，防止调试引起开关位置变化导致送电后带电范围错误。

3.5 系统倒切

倒切施工前复核新系统调度界面，利用备用刀片服务器安装新调度台软件，连接瘦客户端和显示器进行系统调试。对拟倒切线路SCADA系统既有通信传输通道进行详细调查，确保既有通信通道端口准确无误，建立通信通道调查核对表。结合新调度大楼通信设备资源和通道需求确定通道端口，并进行线缆测试。为减少通道切割当日工作量，按照规划路径提前进行软件预配，测试新通道电路。施工当日，停用既有SCADA系统通道，依次按施工顺序表将既有SCADA系统传输通道（被控站各通道环、视频通道、供电段专用复视通道）切割至新调度大楼，在调度台对典型站点进行抽查验证后，启用新调度大楼SCADA系统。

4 结语

通过对铁路供电SCADA系统搬迁整合技术进行研究和组织实施，上海局集团公司将高铁和普铁多套供电SCADA 系统分别整合成统一、扩展性更强、开放性和兼容性更好、可靠性更高的统一平台。一方面，本文总结并阐述了新建高速铁路、普速铁路SCADA系统统一平台，利用临时过渡通信网络完成多线路、大规模监控点整合调试的关键技术方案、整体工作流程和分步实施方法，能够为铁路和各类工业控制领域SCADA系统整合提供借鉴和参考；另一方面，在实现铁路总公司、铁路局集团公司、现场设备层SCADA系统的调度集中和平台统一后，为供电远动大数据分析应用提供了硬件基础和有效数据源，推进远动大数据智能分析和智能供电调度系统的发展。

[1] 石俊杰，李毅松，彭卿清，等. 国家电网公司调度系统数据整合总体方案的思考[J]. 电力信息与通信技术，2006，4（6）：28-31.

[2] 中国铁路总公司. TJ/GD013-2015 铁路供电远动系统（SCADA）主站暂行技术条件[S].

[3] 中国铁路总公司. 高速铁路供电远动技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2014.

In order to adapt to highly centralized development of railway power supply dispatching and requirements of big data application, it is necessary to combine SCADA systems respectively for high speed railway and general speed railway into an integrated system. With reference to newly built transportation scheduling system project for Shanghai Dispatching Center in Dispatching Center Building, the relocation and integration methods for large scale power supply SCADA systems on several operating railway lines are summarized, and they are able to provide references for relocation and integration of various SCADA systems.

SCADA; power supply; commissioning of remote control system

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.03.002

U224.9

B

1007-936X(2018)03-0004-04

2018-04-06

张永健.中国铁路上海局集团有限公司供电处，高级工程师。