关于南京地铁2号线站级SCADA系统设备升级的相关思考

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一、设备现状分析

站级SCADA系统主要功能为对变电所内所有供电设备进行集中监控，是整个电力监控系统的重要组成部分。南京地铁二号线供电站级SCADA系统采用国电南京自动化股份有限公司自主研发的NDT650牵引变电所综合自动化系统。系统采用站级管理层、网络通信层、间隔设备层的分层分布式结构，设置工控机、冗余热备的通信管理机等装置，通过间隔单元与变电设备如35kV、DC1500V、400V等通信接口设备WTS-65网络通信服务器，实现各种外部设备的接口通信及规约的双向转换，从而完成对变电所设备的控制、监视、测量、继电保护及数据管理、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。该系统目前已运行13年，一方面，由于运行时间久远，设备长时间不间断的运行损耗、老化问题等，在运行中会经常出现通信不稳定、设备死机、报文丢失的情况，影响设备调度对所内设备的正常监控及对设备的故障原因分析。另一方面，因电子产品更新速度快，系统中核心设备均已停产，现有设备故障情况已无法彻底消除，设备长时间处于带病运行状态，且情况日益恶化。再者，由于原系统设计缺陷及性能落后，全线均存在空间不足，数据库备份困难，重要设备通信受现场总线传输方式的节点数量及传输速度影响，设备传输质量无法满足传输要求。

二、必要性分析

随着电力系统的发展扩大，对系统控制的要求越来越高，变电所综合自动化系统通过各种设备间相互交换信息、数据共享、实现对变电运行的自动监视、管理、协调和控制，从而提高变电保护和控制性能，二号线现有变电所综合自动化系统存在严重的因设备老化、软件及系统过时、所内环境温湿度不达标等引发的设备故障情况。

1、软件方面，一是通信管理机操作系统及一体机操作系统xp系统已过时，对很多新硬件不能完全兼容，xp系统对内存管理有限，全线大部分一体机内存严重不足，所内数据丢失经常发生；二是，原35kV与后台系统组网方式采用串口通讯 方式，由于每个串口上面挂接设备过多，当数据传输量大的时候，会造成通讯链路网络拥堵，从而导致35kV通讯经常中断，设备跳闸时信息不能及时准确地上传至调度端，引发更严重的跳闸事故。

2、硬件方面，一是现有系统硬件设备过于老旧，设备老化严重，设备故障频发，目前大部分设备都发生电路主板及外围接口无法修复故障，管理机、交换机、一体机等无备用接口使用现象，且存在设备死机后无法重启的情况。二是系统内在用硬件设备均已被市场淘汰，相关生产厂家都停止对设备生产，从而导致无法采购到相应的备件，全线大面积的设备因停产而造成的故障无法修复，全线已存在多站单通道运行，若此时另一通道再发生故障，将面临全所无法与控制中心通信的风险，严重时会存在当发生直流开关跳闸事故时，调度人员无法及时发现并恢复送电的情况，直接影响到列车运行。

三、升级中涉及的关键问题及解决方案

该系统升级为目前国内轨道交通变电所综合自动化系统中主流的系统设备升级，从技术方案和性能指标上应满足原变电所综合自动化系统的设计要求。且在性能上有一定的提升，但是由于是改造项目，本项目的关键问题是如何确保项目执行过程中，将既有老综合自动化系统改造对线路正常的运营生产的影响降到最低，减少对相关其它设备的影响。

针对以上的关键问题，可以从以下几个方面着手，减少项目实施过程对运营生产的影响。

1.做好前期的相关技术准备工作

首先，通过对既有二号线变电所综合自动化系统的技术资料及指标开关各方面情况进行详细了解。通过现场具体情况核实技术资料，并以此为基础进行项目改造的施工设计。其次，在新设备入场施工之前，提前做好各项准备工作，例如开关的尺寸大小，通信接口统一等，减少施工过程中的调试时间。

2.做好改造施工中的配合协调工作

由于升级工作涉及到对既有线路中核心监控系统的更换，执行过程中需要与多个专业及其它相关设备厂家紧密配合。应做好相关的施工组织计划，开工前召开各相关配合单位的工程协调会，落实各方的责任和配合界面，明确各方的工作内容。综合可能出现的各种情况，整理出完整的应急保障预案。

3.做好施工中现场安全管理工作

本项目的实施地点为既有在运行的车站变电所内，由于所内各电气设备都处于带电运行状态，在施工过程中，一定要做好现场安全保障制度，确保人员及设备的安全。落实现场安全责任人制度，指定熟悉现场安全情况的安全管理人员，采用定点监督的方式，在运营维护人员的现场管理和指导下，在授权的设备接触权限内，在划定明确的安全工作区域内开展相关工作。

4.做好后期的试运行保障工作

在本项目前期主要工作完成后，全新的变电所综合自动化系统投入试运行。虽然经过前期的技术准备、设备测试、系统联调等步骤，已经实现了变电所供电设备的四遥功能，及设备点对点测试，但是由于是在既有运营线路中的新系统，考虑到新系统可能存在的偶发性故障等因素，在试运行阶段，实施厂家还要做好各项保障工作，发现问题可以第一时间到达事故现场进行处理，确保运营稳定。

5.做好后期的试运行保障工作

四、系统升级内容和相关技术要求

（一）升级内容

该系统升级范围主要有两部分，一是所内控制信号屏及屏内设备改造，二是间隔层通讯接口转换设备及系统软件的升级。施工过程包括旧屏柜及设备拆除、新屏柜及设备安装、系统软件安装及调试三个环节。主要设备包括控制信号屏及安装于控制信号屏内的通信控制器WTX-65U、测控装置WCK-65，工业级光纤交换机和一体化监控计算机等。间隔层WTX-65C装置、MOXA串口服务器和光电转换器等。

（二）相关技术要求

系统使用核心设备芯片已停产，新产品尺寸与原设备无法兼容，升级前应提前做好市场调研，综合考虑升级后设备的系统软硬件性能、接口冗余、使用使命、芯片更新换代速度及后期停产后替代品兼容问题。

1、保证其监控功能，中央级系统内的设备及软件一律不作任何改动。

2、升级后系统实现的功能不低于现有系统的功能。

3、本次升级后的设备须保证在10年内不会停产，或在10年内能够采购得到备品、备件及无需改造的可替代升级产品。

4、本次升级应考虑35kV开关柜及400V开关柜设备层通信接口通信协议转换，实现将原有的与后台综合自动化系统的串口通信升级为网络接口通信。

5、改系统升级所涉及替代品与原有设备安装尺寸不同，需对面板做相应的调整及改造，且升级后设备均应考虑后期更换尺寸的统一性。

6、所涉及的与既有控制控制中心级服务器及所内设备的遥控、遥信、遥测、遥调等各种功能的调试、应保持原有功能的完整性，确保与调度端数据传输的准确性，调试过程中如涉及与既有设备的遥控、遥信、遥调、遥测等调试问题，须与原供应商协商达成一致，取得其技术支持，

7、应充分考虑不同间隔层设备与间隔层光纤以太网接口设备的接口方式，综合自动化系统的接口数量、标准及规约应能满足变电所各种既有间隔单元接入的要求，并应预留一定的接口扩展容量。

8、设备调试及功能验证

在升级完成后，编制完善的单体及SCADA系统调试大纲，对设备单体及中心级SCADA系统调试。对变电所各种设备的遥控、遥信、遥测、遥调及联动、联锁、闭锁，自动投切，电流、电压、功率、电度采集等进行功能验证。

五、结语

综上所述，伴随着城市化进程的不断加快，地铁运营管理与运行安全之间的矛盾也日益突出，而站级SCADA系统的稳定运行会直接影响地铁供电系统的可靠性与稳定性，为保证变电设备始终处于可控的良好环境中，结合南京地铁2号线站级SCADA系统运行现状，站级SCADA系统的不断优化升级具有重要的价值与意义。通过升级来优化现有系统的通信架构，提高通讯速度和监控稳定性，从而提高供电的可靠性。