地铁变电站综合自动化系统改造升级

摘要：以南京地铁2号线变电所综合自动化系统升级改造工程为例，对地铁变电所在综合自动化系统升级前后的相关指标做对比分析，为后续类似地铁变电所综自系统的升级改造提供参考。

关键词：地铁变电所；综合自动化系统；升级改造；对比分析

引言

南京地铁二号线变电所综合自动化系统自2010年5月正式投入运营已近13年，关键核心部件模块故障发生率年年持续上升，导致部分缺陷难以彻底消除，为保证变电所站级综自系统运行的稳定性和安全性，对该综自系统进行了升级改造。通过升级改造，更新了综自系统核心设备，优化了综自系统的通信架构，提高了系统整体的通讯速度，增强了监控稳定性和供电可靠性。本文通过对比分析综自系统升级前后的相关指标，为后续类似变电所综自系统的升级改造提供理论支撑。

1.升级前系统情况及性能分析

1.1变电所综自系统概况

南京地铁二号线变电所综自系统采用分层分布式结构。系统纵向分为三层：站控层，通信层和间隔层。站控层为设置在控制屏上的人机界面、管理机、测控装置及交换机。间隔层包括安装于供电一次设备开关柜中的各种信息采集设备、网络通信设备以及采用电缆信号接入的通信设备。网络通信层包括通信管理机（主监控单元）、通信网络（超五类屏蔽双绞线）、通讯接口设备、间隔单元，其通过所内通信网络层与后台管理层进行数据交换及转发。

变电所综自系统根据所内通信情况进行通盘考虑，通过间隔单元与一次开关设备进行通讯，实现对变电所各专业设备的控制、监视、测量、继电保护及数据交互、远程通信等综合自动化管理，以保证供电系统的安全可靠运行。该系统通信一般采用以太网通信方式、RS-485通信方式或其他现场总线通信方式。

1.2升级前系统概况

南京二号线变电所综合自动化系统在改造升级前采用的变电所综合自动化系统由控制信号盘、所内通信网络、间隔层通信接口设备组成。间隔层设备包括35kV开关柜、直流1500V、0.4kV开关柜内的通信服务器及其它信息采集单元组成。间隔层通信接口单元分别设置于35kV开关柜、直流1500V开关柜及0.4kV开关柜内，实现所内对间隔层设备单元的实时数据采集与远程控制。

南京二号线控制信号盘由通信管理机、通用测控单元、人机接口设备及其它通信及安装附件组成，实现整个车站变电所综合自动化的核心功能。其中所内通信管理机设备已停产，由于CPU板老化等原因，经常出现卡死的情况。所内串口通信服务器由于年久停产，已无备件可换。由于运行时间久，设备长时间的损耗问题等，遥信上传偶尔会有报文丢失的情况。对综自改造的需求日益增大，对设备的升级更新已刻不容缓。

南京地铁2号线已连续运行13年之久，随着运营时间与客流量逐年的增高，地铁运营管理的要求与运行安全之间的矛盾也日益突出，地铁变电所内的综自设备在长时间的运行过程中会出现老化磨损甚至功能退化等现象，而且，随着地铁供电综自设备产品的更新换代，当现场设备出现问题一时无法维修时，会出现无备品替换或备品停产的窘境，因此，在加强地铁供电综自系统设备日常维护的基础上，对于超过运营年限比较长的变电所，还需要对供电系统综自设备进行升级和改造以满足地铁的稳定运营要求，以便及时消除地铁运行中的安全隐患，保证地铁的供电安全和稳定。

2. 综自系统升级内容及步骤

2.1升级内容

1）控制信号屏升级

对控制信号屏内一体机、管理机、测控装置等核心设备进行升级更换与更新；将原有的通信管理机替换为两台4U新款管理机，构成双电源双网备用通过RS485接口与以太网口与所内设备进行通讯；将原有的测控单元更换为新一代测控单元，同时拆除24V光耦，通过220V端子排与新的测控单元直接连接。在人机接口单元，将原有的一体机及相关数据库进行升级，人机显示更加人性化，维护更便捷；

2）间隔层设备升级

400V专业通信接口利用MOXA与光电转换器替代原有的已停产通信服务器，35kV部分则用以太网接口替代原有的RS485接口通信服务器，同时配有光电转换器，通过光纤通道向后台传输通讯，从而实现间隔层设备单元的数据采集与远程控制。

3）综合自动化系统相关软件升级

综合自动化系统相关软件升级主要包括管理机操作系统的升级、一体机操作系统的升级监控软件数据库的升级。

2.1升级步骤

1）改造前数据备份

在正式施工之前，需要对进行升级的设备中的数据做备份，主要包括通信管理机的配置数据和转发数据、一体机的监控后台数据库数据、间隔层通信服务器的配置数据备份。

2）控制信号屏柜内设备升级改造

屏柜内设备升级改造主要包括两个方面，一是硬件设备的更换，包括一体机更换、主备通信管理机更换、测控装置更换；二是屏柜内部旧线缆的拆除与新线缆的布置与标识，主要包括通信管理机的通讯线连接、测控装置开入硬接线的布置连接等。

3）间隔层通讯设备升级改造

间隔层设备通讯设备改造主要包括三个方面。一是间隔层通信服务器的拆除，主要包括35kV开关柜内的通信服务器拆除、直流1500V开关柜内的通信服务器拆除、400V开关柜内的通信服务器拆除。二是新更换后的间隔层通信设备的安装。主要包括35kV开关柜内的组网交换机的安装、直流1500V开关柜内的组网交换机安装，400V开关柜内的通信服务器的更换。三是各开关柜内与通信设备连接线的拆除与更换，主要包括35kV各保护装置至组网交换机的通讯线更换、直流1500V各保护装置至组网交换机的通讯线更换。

4）改造后的综自系统测试

改造后的综自系统测试主要包括两个内容，一是综自系统与所内设备通讯测试，二是综自系统与中心通信测试。主要包括核对综自系统与站内设备通信点表的正确性，确保所内遥信、遥测等数据正确上传，并通过控制中心监控后台对所内所有专业进行四遥测试，主要包括遥信测试、遥测测试、遥脉测试和遥控测试，并核对所内主要开关分合闸位置是否正确显示，核对所内交直流屏、温控器整流器等遥信遥测是否与控制中心保持一致等。

3.综自系统升级后性能分析

通过升级改造及测试，升级后的系统设备采用全网络的通信方式，单元设备内部亦采用高效率的网络通信方式，使得所内后台监控系统在信息的采集、传输、响应速度等各个环节都较以往的分层分布式系统有了质的飞跃。 

在网络通信出现以前，无论是RS-232C通信、EIA-422/485通信都无法避免通信系统繁琐、通信速度缓慢的缺陷，变电站自动化系统的通信问题始终没有一个理想的解决方案，CAN网络及以太网的嵌入式应用，使得这一问题的解决变得豁然开朗，因为CAN网络及以太网的通信速度比以前任何一种通信方式的通信速度都提高了几个数量级。

3.1升级后系统概况

通过施工改造，南京地铁二号线综合自动化系统在硬件及软件方面都进行了升级与更新，硬件方面，对控制信号屏内通信管理机、综合测控装置、一体化监控计算机及接口设备35kV通信服务器、直流1500V通信服务器、400V通讯服务器进行了替代升级；软件方面，对操作系统、监控软件数据库及管理机操作系统等进行了相应的升级，在提高设备稳定性的同时，设备传输速率及质量进一步提升，优化了站级管理机配置，操作界面及维护更加人性化，大量简化设备维护人员程序及数据处理工作量，从而提高了运营效率。

3.2 升级后系统运行情况

通过在已升级变电所内的验证，新的所内综合自动化系统通讯与变电所内设备兼容良好，遥测、遥信、遥控等功能均正常，且35kV以太网通讯相较RS485通讯具有通讯速度快，通讯质量稳定，不容易受到外界干扰的优势，而交换机、光电转换器等模块的故障率也比原有的通讯模块低。同时，以太网口的故障率相较于之前的光口也低很多。新的人机接口单元相较原有的一体机存在运行速度快，体积小巧轻便，易于维护的优势。因此，本次升级提高了站内通讯设备的稳定性，可靠性，降低了设备故障率，节约了运营成本。

根据试运行以来的运行记录和数据分析，二号线综合自动化系统升级后设备状态稳定，系统功能及各项指标满足综合自动化需求，提供设备优良，按图施工，试运营期间系统运行稳定、安全、可靠，满足运营实际。

4.结语

本文以南京地铁2号线综自系统升级项目为例，描述了综自系统升级改造的步骤和内容，并对比了综自系统在升级前后的系统运行情况，为后续变电所综自系统升级改造项目的执行提供理论经验和借鉴。