高速铁路供电SCADA系统调试方法的探讨|高速铁路牵引供电系统

　　摘要：总结上海铁路局管内高速铁路供电SCADA系统现状，分析SCADA调试特点及存在问题；以京沪高速铁路供电SCADA系统为例，介绍高速铁路SCADA系统的基本模型，优化SCADA系统调试的方法。
　　关键词：高速铁路 供电 SCADA 调试
　　中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0140-03
　　
　　高速铁路供电SCADA系统是监视牵引供电系统、电力系统高低压系统设备运行状态和故障时迅速恢复供电的第一手段。SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition)系统，即监视控制与数据采集系统，由调度主站、通道和被控站组成。SCADA系统的调试，也称远动调试，调试完成数据上传与控制指令的有效下达，侧重于运行数据的汇集与调度端功能的实现。新线开通前，有效地组织对供电SCADA系统的调试工作，运用科学的调试方法对SCADA系统各项功能进行完整的验证，是高铁正式运营后实时监控供电系统运行，指挥故障处理的重要保障。
　　1、高速铁路供电SCADA系统特点及存在的问题
　　1.1 调度主站与被控站设备产品多元化
　　(1)调度主站：供电SCADA系统调度主站提供人机交互式界面，通过主站界面实现对被控设备实时监测、远动控制及调度管理功能。我局管内高铁供电SCADA系统调度主站主要有成都交大光芒公司GM-2000、GM-6000 DAS分布式调度管理自动化系统和北京南凯公司的NK6000电气化铁道远动系统三种。不同的调度主站操作界面和使用要求均有明显差异。
　　(2)被控站：被控站是受调度端监视的站点，主要完成远动系统的数据采集、预处理、发送、接收及输出执行等功能。根据使用功能分成远动终端RTU和变电所综合自动化系统两种。远动终端RTU的监控以远动(RTU)为数据采集和控制的基础，保护相对独立；变电所综合自动化系统的监控则以微机保护为数据采集和控制的基础，将保护与控制、测量结合在一起。被控站变配电所综自系统和RTU设备的多元化、设备功能侧重点不同、数据传输规约不同，具有多样性特点。
　　1.2 通道组网方式差异化
　　通道是SCADA系统业务数据传输的介质，由铁路通信部门提供，是SCADA系统的重要组成部分。目前管内高铁SCADA系统的组网方式主要有T接环形网络、串接环形网络和点对点结构通道三种，各站点组网后通过通信站或通信机械室汇接入铁路专用通信传输网络上传至主站。数据传输通道组网的差异化决定了通道质量和运行工况不同,表1。
　　1.3 被控站监控点数量增多
　　普速铁路仅实现牵引供电系统监控，然而高速铁路供电SCADA系统不但实现了牵引供电与电力二合一的监控模式，而且也将电力低压设备及交直流屏纳入调度监控范围。高铁SCADA系统监控量约为常规普速铁路监控量的5至6倍，监控点数量剧增加大了SCADA调试难度和任务量。
　　1.4 供电SCADA系统调试的特点
　　1.4.1 配合部门多，调试周期长
　　SCADA系统监控站点多，设备选型各异，同时需要接触网专业、变电专业、电力专业、供电调度专业、通信专业及各设备厂家人员共同配合完成，涉及部门广，需要精密的组织，故SCADA系统调试周期一般较长。
　　1.4.2 调试与验收同步完成
　　受到现场设备工程施工进度的制约，SCADA系统调试验收需要在接触网及变电所开关设备、综自设备、RTU设备、通道设备、SCADA主站设备等现场施工全部验交完成后才能开始。远动调试验收较供电设备验收进度相对滞后，多选择边调试边验收的模式进行。
　　1.4.3 调试条件制约性强
　　一方面，SCADA调试要对远动开关进行遥控分合并现场确认，调试工作需在铁路线路停电封锁或停用电力信号、通信电源时进行，尤其在枢纽站地区调试天窗点时间短且停电单元多，导致调试对运输影响范围大；另一方面，为确保远动设备的可靠性，保证调试质量，远动开关的调试需反复确认并逐点验证，故调试耗时较多。
　　1.4.4 技术人才队伍规模小
　　SCADA系统是集通信技术与数据传输处理技术为一体的自动化系统，随着调度集中化的发展，监控站点的增多，SCADA系统工程越趋复杂。铁路供电部门技术人才擅长强电系统居多，远动专业技术队伍规模小，对弱电系统、数据传输系统及通信组网等结合部专业知识储备不足。
　　1.5 传统SCADA系统调试中存在的问题
　　1.5.1 调试方法单一
　　传统的远动调试，采用对照数据点表逐项确认的方法完成“四遥”（遥控、遥信、遥测、遥调）基本功能的验证，未能在调试中综合检验供电设备闭锁关系、带电推倒关系、遥测值显示的逻辑关系等。
　　1.5.2 遥信逐点验证不充分
　　对于一个变配电所“四遥”量的调试点数可能达到成百上千之多，调试人员常采用部分确认的方式调试，未对各遥信点逐点确认，对调试中存在的遥信错位、取反现象，遥测不对应等问题无法及时发现。
　　.5.3 调度主站图形界面不统一
　　设计图纸和调度工作站的操作系统的多样性，造成调度端图形界面显示的不统一、甚至针对同一遥信点的描述语言常有不一致等问题，给供电调度员使用带来了诸多不便，埋下了安全隐患。传统的远动调试中，供电部门过多地依赖设备厂家在即成图形界面进行调试，未能借助调试时机对调度主站界面各种显示内容进行统一规整。
　　1.5.4 忽略SCADA系统扩展功能的验证
　　很多人误以为SCADA系统“四遥”功能的实现，即完成了调试的任务，却常常忽略系统扩展功能的调试，如SCADA系统报警、曲线、定值、报表等功能，导致扩展功能缺陷常在正式运行中才被发现。
　　1.5.5 远动通道未得到有效整治
　　远动通道的测试牵涉到供电与通信部门跨专业合作，对通道传输的质量、双通道的分别测试、双通道切换功能等在传统调试中均未纳入远动调试的范畴，导致在运行中常出现由于设备原因或通道本身原因导致通道运行不稳定。
　　2、高速铁路供电 SCADA系统调试的方法
　　2011年6月30日京沪高速铁路正式开通运营，京沪高铁供电SCADA系统代表着我国铁路供电调度集中化和自动化程度的最高水平。下面笔者针对SCADA系统的特点和存在的问题，结合京沪高速铁路SCADA系统调试的实际经验介绍SCADA系统的调试方法。
　　2.1 京沪高速铁路SCADA系统模型
　　2.1.1 京沪高速铁路SCADA系统的组成
　　京沪高铁调度主站采用交大光芒公司GM6000系统。被控站由牵引变电所、AT所、分区所、开闭所、接触网开关站、电力变配电所、电力箱变、车站信号变电所、车站综合变电所、所亭交直流屏十类组成。
　　调度主站与各被控站间通过2条SCADA通道实现数据传输，在牵引变电所、AT所、分区所间通过2条故标通道实现故障测距信息的数据传输。SCADA通道与被控站成环汇入调度主站，故标通道在牵引所亭间互联后汇入综合维修中心。SCADA和故标通道利用以太网交换方式由两个2M的T型单环网组成双环网结构2.2 调试前的准备
　　调试前明确调试的总体工作量。SCADA系统监控数据量大，调试涉及的配合单位多，新建工程、改扩建工程或同一工程中不同区段等开通时间节点各不相同，被控站设备安装进度、调试数据点表均存在差异，因此调试前综合考虑工程节点和设备特点后明确调试总体工作量，是合理制定调试计划、有效组织人力物力展开调试的首要任务。
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　　(1)即调即验的原则。为达到过程跟踪目的，调度人员与供电人员同步确认调试结果并进行验收，可以大大提高调试效率，节省人力物力消耗。(2)先验界面后调功能的原则。根据竣工图纸首先对调度主站操作界面进行验收，核对界面中主接线图、供电示意图等图形中供电回路、开关位置等与现场一致后，再对开关进行功能性的调试，避免因操作界面绘制错误造成停送电错误。(3)功能逐项确认的原则。严格按照数据点表中项目调试，对各监控点逐一确认，做到不漏项，保证SCADA系统功能的完整性。(4)供电设备功能同步验证的原则。调试中同步对远动开关本体的闭锁关系、开关上下行对应关系、开关位置与遥测值数据的逻辑关系进行充分验证。
　　2.4 图形界面的验收
　　界面验收方法：根据竣工图纸对调度主站界面中主接线图、接触网供电示意图、电力一级图、二级图、三级图等进行核对。
　　(1)图形界面与现场的一致性。根据竣工图纸检查调度界面中高低压开关编号是否统一、正确，股道、道岔号、电连接有无遗漏，馈出回路名称是否标错等。(2)各级图层的供配电关系。检查调度界面中地理图、一级图、二级图和三级图等图层间的供配电关系是否正确。(3)带电推倒逻辑关系的验证。检查界面中带电推倒关系是否正确，不同供电单元或不同相位的带电区域的带电着色是否有区分2.5 SCADA“四遥”功能调试验收方法
　　2.5.1 遥信（YX）
　　遥信调试由被控站现场触发（或模拟触发）遥信信号，调度主站根据数据点表对被控站上传的监测点信号进行逐项确认。
　　(1)遥信的种类：遥信信号由开关分合信号、远方当地转换信号、报警信号及保护信号等组成。
　　(2)按次序逐项确认：1)注意次序性。调试按顺序逐一确认，当保护信号输出点较多，切忌一次性将信号全部上传再确认，这样会导致若信号点取反、节点粘连或多信号采同一节点时不易发现。2)唱票确认。被控端与调度端调试人员紧密配合，当被控端完成信号触发上传后立即告知主站，主站及时给予确认反馈。
　　(3)不同图层的开关分合位要保持一致。如一级图、二级图、三级图中对同一开关的定义、遥信显示均要保持一致。
　　(4)报警和保护动作信号：为实现故障信号的上传，由被控站人员通过短接跳闸回路连片模拟各种故障信号，开关实际并未动作仅将故障信号上传至主站。在调试时，要注意实际触发信号的名称与主站显示故障描述语言是否一致，以及综自系统后台与调度主站显示信息是否一致等。
　　(5)当遥信未上传时，首先要利用软件进行召唤，判断是否由于网络延迟造成数据未及时更新。若召唤后，遥信仍未上传，则检查主站是否收到报文数据或是否报文解析失败所致。若均未发现问题，则主站应与现场核对遥信点表，判断是否点表有误或是遥信码未对应等造成。
　　2.5.2 遥控（YK）
　　遥控的调试方法是调度主站远动操作分合高低压开关，被控站现场人员确认分合状态。
　　(1)遥控的对象：遥控的对象有高压断路器、隔离开关、负荷开关，低压开关以及保护压板等。(2)开关分合验证：调度主站高低压开关的遥控调试，要在当地所内后台机（或监控盘）远动调试完成后进行。切不可在本体调试完成后，立即开始与调度端进行远动调试。在与调度端确认遥信信号时，要同时与监控屏显示确认。接触网隔离开关调试必须要有接触网专业人员在线路进行确认进行。(3)带电推倒关系的验证。调度主界面图中，各线条图形均通过判断开关位置信号对线条进行有电和无电状态分别着色，当操作开关分合时，需同步验证线条的带电着色与实际带电状态的一致性。(4)机械闭锁关系的验证。开关设备本体的机械闭锁功能，能够在调度员发生误操作时阻止开关产生动作。采用人工现场操作验证开关的闭锁性能，耗时长，且操作繁琐，利用遥控调试时充分验证被控开关的闭锁功能，可以优化操作步骤，减少开关操作频次，提高调试效率。(5)与遥测值的同步验证。遥控分合开关时，同步确认停送电馈线的首末端电压，可以检验馈电进出线有无接反或遥测是否显示异常情况。
　　2.5.3 遥测（YC）
　　遥测的调试可以采用被控站现场输入模拟量和实际加负载两种方式进行，由调度主站确认显示值与本体是否一致。
　　(1)遥测的种类：遥测的种类分为电压、电流、温度遥测值。(2)遥测数据的逻辑关系。遥测功能调试时，要注意低压开关总电流与各馈出电流的关系，牵引所总回流与轨回流、地回流间的逻辑关系。电力变电所贯通线首端电压与末端电压的关系；备用回路的电流显示。通过观察各数值间的逻辑关系，能够及时发现遥测显示的问题。(3)利用遥测值检验馈电线接线关系。从供电方向依次分断前一个出线开关，观察受电方向进线的遥测值显示情况，能够判断馈电线进出线是否有接反情况发生。(4)如若发生遥测值显示有误及逻辑关系不符时，有可能是PT、PC采集错误，电压相序、电流极性结反，SCADA系统中点表对应关系有误，界面显示与实际数据库不一致等原因造成。
　　2.5.4 遥调（YT）
　　遥调的调试方法由调度主站远动操作调节设备各级档位，被控站确认调节功能是否实现。
　　(1)遥调的种类：遥调的种类分为有载调压变压器档位调节、无载调压变压器档位调节和无功补偿档位调节三种。(2)逐档验证的原则。调试中要对各个档位逐档验证，并保持调度端、所内后台机与设备本体档位一致。(3)同步验证遥测值。调试有载或无载调压变压器档位，在档位发生变化后，应核对调压器负荷侧的电压是否按照档位的调整进行正确变化。
　　2.6 扩展功能
　　扩展功能的调试方法是根据调度管理系统功能，在主站远程操作修改相关数据或通过调取历史事件记录对各种运行数据进行查询，并与被控站确认数据显示一致。
　　(1)保护整定值修改。调试时调度主站按照设计定值单在远程修改保护定值，与被控站设备显示值进行逐项确认，确保调度端显示与被控站实际显示一致。(2)报警功能。通过短接被控站设备跳闸连片进行模拟跳闸，检验SCADA系统跳闸推图及报警音等功能是否实现。(3)历史数据查询。通过调取故障报文、故障录波、事件记录等数据信息，与被控站综自系统进行核对，检验数据记录等是否一致。通过数据核对，及时发现数据记录中上传信息的漏项、缺失及显示不一致问题。
　　2.7 通道检测
　　通道检测是在主站与被控站间通过网络PING方法，对SCADA双通道和故标双通道分别进行测试。
　　(1)对应关系检查。测试通道前，首先核对数据传输介质、网络端口和通信数据的正确性，防止由于接线及数据制作错误导致通道中断。(2)网络PING方法。利用笔记本电脑网络PING方法进行通道检测，通过主站笔记本与被控站设备互PING、主站设备与被控站笔记本互PING、主站笔记本与被控站笔记本互PING三种方式，能够有效检测主站、被控站设备双通道中断原因。(3)通道切换功能的检验。通过插拔路由器、交换机、通信模块等连接设备接口网线进行通道切换测试，避免由于通信管理机、RTU设备死机导致双通道切换失败。
　　3、结语
　　随着调度集中化的飞速发展，全路高速铁路供电SCADA系统的统一整合势在必行，SCADA系统规模和功能将日趋强大。在未来高铁新线接入前，一方面，加强SCADA系统设计单位与调度使用单位的有效对接，优化调度管理功能；另一方面不断完善SCADA系统调方法和验收体系，探索SCADA系统技术指标的检验方法，是推动高速铁路供电SCADA系统更趋完善的有效手段。
　　参考文献
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　　[4]《GM-6000DAS分布式调度管理自动化系统调度员工作站使用手册》.成都交大光芒实业有限公司.
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