第 1 章 緒 論

 

1.1 論文研究背景及意義

中國城市軌道交通專業委員會指出，我國的軌道交通行業正在蓬勃發展，中國的城市軌道交通市場在世界的交通行業中的發展速度也是首屈一指的。“十三五”期間，中國將把城市軌道交通的建設擺在更加突出的位置，其統籌布局的重點是：加快規劃建設軌道交通，加強軌道交通在城市通行中的功用和效能，重視軌道交通新技術的應用，逐步實現以輕軌、地鐵為骨干的城市交通體系，替代常規的地面公用出行方式。解決城市交通擁堵問題。城市軌道交通系統是一種載客量大、運行速度快、客流量大的交通系統，其安全性和可靠性具有很重要的意義，因此有很高的標準與要求，而供電運行安全管理系統則為整個軌道交通的安全運行提供了最基礎的保證。城市軌道交通電力監控系統由控制中心（OCC）和被控變電所通過骨干網構成環網（即電力監控系統），其中被控站由主變電所、設置在沿線的各站級變電所構成的綜合自動化系統。電力監控系統實現對軌道交通全程線路上的電力供電設備進行分層分級實時監控，發現供電系統的異常狀態和報警事件，并給出及時的處理和反饋，保證系統的穩定運行，并且提高供電系統調度、管理及維修的自動化程度，保質保量，達到安全可靠運行。供電運行安全管理系統主要以城市軌道交通電力監控系統為基礎，主要由防誤操作、接地線管理、操作票、工作票、巡視巡檢設施等五個子功能系統組成。并在控制中心（OCC）設置中央級管理系統。在節假日及上下班的城市出行高峰期中，城市軌道交通的正常運行就顯得尤為重要。供電系統的安全穩定運行對于軌道交通的正常運行有重要作用。所以通過計算機軟件建立起一套安全穩定的供電運行安全管理系統，對供電系統設備進行監管，確保整個城市軌道交通的正常運行是必不可缺的。安全、規范、可靠的供電系統對軌道交通的安全運行有十分重要的作用，是城市軌道交通運輸的核心。供電系統如果發生問題，不僅造成城市地鐵或輕軌的癱瘓，而且會造成地面出行的混亂，對社會穩定和城市形象造成非常不良影響。現今軌道交通運營單位制定了詳盡、細致的規范和管理措施，為供電系統的安全運行提供了制度保障。但這種方式需要大量的投入，包括人力、資金等，效率極低。因此需要建立一套完善的軌道交通供電運行安全管理系統來匹配現有的規章制度，結合電力監控系統，進行互補，形成一個程序化、網絡化、可視化、標準化的供電安全生產保障體系，使安全生產能夠更加高效，提升工作效率、降低運行成本。

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1.2 國內外研究現狀

 

1.2.1 國外研究現狀

目前，國外的電力系統主要依靠嚴格的管理制度來確保供電運行的穩定，既沒有“五防”技術，也沒有“五防”的概念[2]，為了防止誤操作，它們通常采用電氣聯鎖及監控后臺軟件閉鎖的方式。電氣聯鎖能夠實現對組合電器和開關柜內的操作閉鎖，卻無法實現橫向間隔的閉鎖。監控后臺軟件能夠對全站進行邏輯閉鎖，并用于對遙控操作的邏輯聯鎖。并不能達到供電安全管理系統所實現的標準。國外企業都對軌道交通供電運行安全管理系統有一定的研究。但國外產品主要考慮的是對設備的監測，缺失對流程的管理，尤其是對適合我國供電安全的規范、操作指南并不了解。開發出的管理系統并不適合我國供電的實際情況，不易于用戶的操作和運行。

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第 2 章 系統需求分析

 

2.1 業務概述

目前城市軌道交通供電設備的倒閘或停電檢修作業在防止電氣誤操作措施上不能滿足日益繁復的防止電氣誤操作功能的需求。電氣設備的誤操作，可能引起高壓電氣設備的損壞，導致系統的供電中斷，從而影響軌道交通車的運營，造成不良的社會影響。甚至還會造成生命危險，帶來重大經濟損失。因此，在建設現代化城市軌道交通線路中供電系統，考慮配置供電運行安全管理系統具有重要的實際意義。雖然供電安全管理系統已廣泛應用于國家電網、南方電網的各級變電站中，但在城市軌道交通供電系統中應用極少，仍處于研發階段。目前在電力系統變電站中供電安全管理系統一般分為獨立微機五防系統和包含在變電所綜合自動化系統中的五防子系統。兩種模式獨具優勢，但也各有不足。例如微機五防系統及一體化五防子系統均不能實時反饋現場設備的運行狀況，無法在線實時監控操作的具體情況；五防系統鎖具種類及其附件種類多樣化、多元化，運行維護工作統一性差、工作量大，工序繁雜。隨著現代化技術的飛速發展，避免電氣誤操作，供電運行安全管理系統應實現變電站操作票項的實時在線監控。故此，參考珠海蘭埔 110kV 變電站在線式五防成功經驗，開展對軌道交通供電運行安全管理系統的分析，并在廣州地鐵機場北站成功實施實現國內首例應用。軌道交通行業供電安全管理系統實現對臨時接地樁、網門、手動刀閘、刀閘電機電源及操作票項等的實時監控。系統通過對全變電所一二次電氣設備、防誤系統設備進行實時監控，依據預演成功保留在五防工作站中的操作票邏輯順序，按票依次解鎖各級電氣操作。改變操作對象的作業方式及邏輯閉鎖條件，一旦不符合邏輯閉鎖要求，瞬時停止，不會再執行余下未操作步驟，實現全程實時在線閉鎖功能。該系統無需配置電腦鑰匙或機械鎖具，電氣操作回路閉鎖由測控裝置邏輯閉鎖關系輸出接點信號自動實現閉鎖邏輯功能，簡化了現場調試人員的操作流程，減少了誤操作風險，極大地提升了操作效率，確保操作的可靠性。因此該技術也可以保障城市軌道交通的供電要求。總之，安全、規范、可靠的供電系統是城市軌道交通的穩定運行最基礎的保障，故此需要建立完善的供電運行安全管理系統，來解決城市軌道交通中的供電運行安全管理問題，改善并保證城市的供電系統的安全性和可靠性。

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2.2 功能需求

供電運行安全生產管理系統，通過防誤操作、地線管理、工作票、操作票、巡檢 5 大子系統來實現供電各專業及業務流安全管理與安全保障。目前其他的安全管理系統技術措施并不能滿足全局功能，相互間的關聯性較弱，從整體看，其設計思路不清晰，功能不完善，達不到軌道交通防止電氣誤操作整體目標的基本要求。本系統防誤子系統采用可靠性較高的技術手段，在權限內容管理、唯一操作權限、模擬預演、邏輯閉鎖判斷、設備強制閉鎖等方面進行全局的防誤管理，減少人為造成的誤操作帶來的損失，對各種操作均具有完整的防誤閉鎖方式和管理手段。地線管理子系統用于對站級變電所、接觸網及車輛段的接地線進行規范管理和強制閉鎖功能，可以防止接地線作業過程中的誤掛、漏掛、誤拆、漏拆等安全隱患，做到地線按照電力系統操作手冊使用、加強規范操作管理、有記錄可查詢，為軌道交通供電系統的安全生產提供有力的保障。

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第 3 章 系統設計 ............19

3.1 系統設計技術原則 .............19

3.2 系統架構 ................20

3.3 系統功能設計 ........26

3.3.1 OCC 層安全管理功能 ..............26

3.3.2 變電所安全管理功能...............27

3.3.3 接觸網檢修作業安全管理功能............27

3.3.4 車輛段檢修作業安全管理功能............27

3.4 其他系統設計 ........28

3.5 本章小結 ................31

第 4 章 系統實現 ............32

4.1 系統配置 ................32

4.1.1 系統硬件配置..............32

4.1.2 系統軟件配置..............33

4.2 系統技術特點 ........34

4.2.1 在線防誤功能..............34

4.2.2 在線閉鎖功能..............34

4.3 系統功能實現 ........37

4.3.1 圖形界面.........37

4.3.2 實時庫配置.....38

4.3.3 操作票功能.....42

4.4 本章小結 ................46

第 5 章 結論與展望 ........47

 

第 4 章 系統實現

 

4.1 系統配置

站控層由監控機、分布式網絡設備組成，其設備主要集中于主控室內。監控機是在線式五防的主要人機界面，其提供的計算機存儲和處理能力應滿足本變電站的遠景要求，性能應達到以下指標：（1）處理器字長 ≥32 位；（2）主頻： ≥1.6GHZ；（3）內存： ≥2GB；（4）硬盤： ≥320GB；（5）網卡： 100MBPS。工業以太網的分布式網絡確保了通信過程中實時性和抗干擾性能。關鍵設備交換機的性能指標應滿足：（1）RJ-45 端口：10Base-T/100Base-TX，支持自動協商功能；（2）流量優先級設置功能；（3）廣播風暴抑制功能；（4）支持 VLAN；（5）電磁兼容騷擾:不低于 EN55022；（6）電磁兼容抗擾:不低于 EN50082-2。系統的正常運行離不開可靠的通信網絡。變電站自動化系統的施工調試時，系統功能調試總是放在整個調試階段的末端進行，調試時間短，要求五防網絡應該容易施工、調試。工業以太網具有傳輸速度快、協議統一、可擴展性好、通用性強的特點，已廣泛被電力系統采用，成為變電站監控系統的分布式測控網。系統采用變電站已有的監控網，作為系統的通信網，實現系統與監控兩網合一，監控后臺承擔網絡設備信息的配置及網絡報文的解釋工作，系統直接使用監控處理過的數據，無需重復采集站內設備信息。系統通過監控網實現對閉鎖節點、智能鎖具的遙控操作，既能保證通信的可靠性，又節省了系統組網的工作量。

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結論

 

本課題主要進行軌道交通行業供電運行安全管理系統研究，進行了需求分析、功能設計與實現。通過分析當前供電運行安全管理方在軌道交通行業的國內外現狀，以及廣州地鐵的實際應用現狀和整個行業所面臨的主要問題，確定了系統的基本功能和體系結構，總而分之，針對不同的應用場景，將系統分為五個功能子系統，這五個子系統更好的將系統功能進行了分解，并根據實際工程需要，對系統在性能、交互等方面的需求進行了設計和實現，使得系統能夠更好的為軌道交通行業的供電安全管理提供更加安全可靠的服務保障。本文針對軌道交通供電運行安全管理系統的進行研究，取得了以下幾個方面的成果：（1）分析了國內外供電安全管理系統目前在變電站的使用情況，尤其是目前在地鐵行業的使用情況，找到了目前在國內軌道交通行業對供電安全管理系統的需求，從而制定了針對于地鐵行業的供電安全管理系統的研究內容。（2）實現了針對于軌道交通行業的供電安全管理系統。地鐵行業的運行安全關系到乘客的生命安全、軌道行業的穩定發展以及國家社會的良好運行，而供電系統的可靠穩定的運行是關系到地鐵行業安全運行不可或缺的關鍵因素之一，通過供電安全管理系統的推廣及使用，可以更好的提高于軌道交通行業的運維檢修以確保地鐵線路的高效、安全的運行。（3）實現了與監控系統的信息共享。供電安全管理系統不單單獨立與軌道交通行業系統之外，它能夠與行業內其他關鍵系統實現信息共享，確保了信息的聯動機制，提高了行業運行的實時性和可靠性。（4）實現了在線防誤和在線閉鎖。系統大大降低了人為現場操作的危險性和不穩定性，通過在線操作，可以實現遠程操控，大大降低了人力成本，確保了運維人員的安全。目前，系統已經在廣州地鐵部分路段投入實施，通過與專用設備的配合使用，目前運行良好，系統還將根據實際的應用反饋情況對其功能的可操作性、可靠性和可擴展性進行升級和更新，確保系統在城市軌道交通行業的推廣及普及，為全國更多的城市和地區提供安全可靠的產品和服務。

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參考文獻（略）