武广高铁的自动化系统构成解析

4.4.1.1　武广高铁供电调度系统的方案规划

根据铁路运输管理的需要，曾计划分别在北京、上海、武汉、广州等各铁路局调度中心设置包括高铁列车统一调度的地区性调度所，并在铁道部设置高铁总调度中心，统筹实施对高铁的统一调度指挥。此外，高铁线固定设备的维修也将采用属地化或分片管理的原则，分别承担中国铁路高铁桥隧、供电、通信、信号等固定设备的管理及维修任务。各维修管辖范围与运营调度指挥范围一致。

图4.73　综合SCADA系统层次结构图设想方案

研究阶段曾经构建的高铁线综合SCADA系统架构方案层次结构如图4.73所示。其中的武汉、广州调度所与武广高铁铁路管理范围相关，但仅其中的武汉调度所PSCADA与武广高铁工程建设直接相关。随着铁道部机构改革和运输管理模式的变化，武广高铁工程开通以后，铁道部以属地化为原则，按照基于铁路局管辖范围为调度中心的模式再次进行了调度管理的重新划分，因此，上述规划方案并没有完全按计划实施。供电调度的管理方式和构造，需无条件地服从运输管理需要。随着最终用户管理模式的变化，调度方案进行调整和改变。

4.4.1.2　PSCADA系统构成

PSCADA系统的构成及外部接口关系如图4.74所示。

图4.74　PSCADA系统的构成及外部接口关系图

综合SCADA系统的网络构成包括局域网、现场设备通信网络和通信传输承载网络三部分。高速铁路综合SCADA系统控制信息的传输采用通信传输系统的MSTP SDH专用通道，管理信息的传输采用IP数据网系统实现；PSCADA调度所与各现场设备间的通道结构支持环形、星形或混合拓扑结构，通道接口为光或电以太网接口或E1接口，传输速率可为2Mbps、10Mbps或经过数据汇聚的100Mbps。PSCADA铁道部调度中心与各现场设备间的灾备通道为主备点对点结构，各高铁PSCADA现场设备的监控数据流在核心通信站进行数据汇聚后，以主备点对点的通道结构实现与PSCADA铁道部调度中心的连接，通道接口为光或电以太网接口，传输速率为100Mbps。

1.4.1.3　调度所系统方案

在正常工作模式下，调度所系统是监控和调度管理的主体。

1）PSCADA调度所系统内部的局域网络

构成如图4.75所示。

图4.75　PSCADA调度所系统内部的局域网络构成图

2）调度台设置方案

因为高速铁路将采用CTC自动列车控制模式，铁路沿线每隔2km左右将设置为通信、信号专业供电的箱式变电所，所以电力配电系统的被控站点数量众多；并且高速铁路的牵引供电系统一般采用AT供电，被控站点数也较普速牵引供电系统的多；此外，牵引供电系统侧重于运行调度，而电力配电系统侧重于维护管理，所以PSCADA调度所系统分别设置牵引调度台和电力调度台，每个调度台配置2台工作站级计算机，互为热备用。

由于牵引调度台与电力调度台分别设置，所以牵引调度台的线路管辖范围可稍长，本方案采用每400～500km设置一个牵引调度台的配置原则，每个牵引调度台配置2台调度工作站计算机，管辖9～12个牵引变电所。

为了提高调度的指挥一致性，电力调度台的配置原则及管辖线路范围与牵引供电调度台的划分一致，每个电力调度台配置2台调度工作站计算机。

PSCADA调度所系统中的服务器组的配置如图4.76所示。

图4.76　PSCADA调度所系统服务器组的配置图

图4.77　PSCADA调度所系统历史数据服务器配置图

其中的“历史数据服务器组”的配置如图4.77所示。存储系统配置方案如图4.78。

图4.78　PSCADA调度所SAN光纤存储系统配置图

3）武汉调度所接管铁道部调度中心的灾备方案(www.xing528.com)

根据PSCADA武汉调度所系统的功能定位，在正常运行模式下，武汉调度所具备上述调度所的所有功能，当铁道部调度中心失效时，武汉调度所的运行模式将从正常监控模式重新部署分配为监控与灾备相结合的工作模式。

在该工作模式下，武汉调度所将退出6台冗余热备的电力调度工作站，并将其重新部署为北京/广州/上海调度所的远程调度台，通过连接北京/广州/上海调度的1000Mbps的专用通道，分别作为北京/广州/上海区域的牵引、电力调度工作站，从而实现接替铁道部调度中心正常工作模式下对各高速铁路调度所的监视、指挥协调功能。

4.4.1.4　被控站系统方案

PSCADA被控站系统包括牵引变电所综合自动化系统、电力变配电所综合自动化系统、电力远动监控终端RTU、接触网开关控制站（含接触网开关无线遥控系统、接触网开关光纤监控装置），以下为各被控站系统的实现方案。

1）牵引变电所综合自动化系统方案

包括变电所、AT分区所、开闭所、AT所的综合自动化系统，完成各所牵引变压器、自耦变压器、动力变压器、馈线和并联电容补偿设备等一次设备的保护、控制、测量、通信功能。系统构成如图4.79所示。

2）电力变配电所综合自动化系统方案

负责完成各变配电所变压器、馈线、进线、自闭贯通线、母联、电容器、调压器等一次设备的保护、测量、控制功能，系统构成如图4.80。

图4.79　牵引变电所综合自动化系统配置图

图4.80　电力变配电所综合自动化系统构成图

3）电力远动监控终端（RTU）方案

负责完成对高速铁路沿线的箱式变电所、未设置电力变配电所综合自动化系统的站场（10kV/400V）低压变电所、高压环网柜的电气设备进行控制出口和信号采集测量。其系统构成如图4.81所示。

图4.81　GM-2000系列远方测控终端系统构成图

4）接触网开关控制站

负责完成对枢纽站场内或区间的电动隔离开关的集中监控功能，实时采集接触网电动隔离开关运行状态，并与PSCADA调度所系统或牵引变电所综合自动化系统进行实时数据通信，向调度所系统发送现场设备运行信息，并在调度所系统指令下实现各种遥控和遥信功能。系统构成如图4.82所示。

图4.82　接触网开关控制站系统结构图

5）接触网开关无线遥控系统方案

无线遥控系统方案集监视、控制与通信技术为一体，完成对接触网电动隔离开关的远方集中监控，实时采集接触网电动隔离开关运行状态，并与高速铁路综合SCADA调度端系统进行实时数据通信，向调度端系统发送现场设备运行信息，并在调度所系统指令下实现遥控和遥信功能。系统框图如图4.83所示：

图4.83　QL-JKK型无线遥控系统结构图

6）高压电缆在线监测装置

图4.84　高压电缆在线监测装置的系统结构图

利用电缆温度升高往往由于泄漏电流增大和损耗增加所引起的原理，实现对电缆故障前兆的重要特征识别。温度是一个非电气物理量，在强电磁场存在的场所，应采用光传感技术来实现温度的在线监测。武广高铁工程采用的高压电缆在线监测装置的系统结构如图4.84。图中，光纤光栅温度传感器由光纤光栅测温探头和连接光缆组成，安装在测温现场；耦合器模块安装在电缆附近，实现各个测温点信号的合并，接入一个光通道。信号传输光缆为单模铠装光纤。通道扩展模块负责至多32路光通道的切换，安装在传输光缆和下位机之间，由光纤光栅温度在线监测仪通过串口RS232控制，单套系统可实现512支传感器的测量。光纤光栅温度在线监测仪俗称“下位机”，主控制计算机俗称“上位机”，适宜于工业控制模式，单台上位机可实现多台光纤光栅温度在线监测仪的控制。