安科瑞 陳聰

摘要：本文研究了電力監控系統在地鐵運營(yíng)中的設計與實(shí)施，并對系統的概述、設計原理與要點(diǎn)、具體設計、實(shí)施和應用、效益與優(yōu)化策略等進(jìn)行了詳細闡述。通過(guò)對地鐵運營(yíng)中的電力需求進(jìn)行分析，說(shuō)明了電力監控系統的重要性。在設計原理與要點(diǎn)部分，介紹了系統的基本元素和要求，并進(jìn)行了監控硬件和軟件選型分析。在具體設計部分，分別設計了*高頻部分、自動(dòng)調度系統和數據采集設計。在實(shí)施和應用部分，提出了方法和步驟，并介紹了故障診斷與解決策略以及測試與運行結果分析。在結論部分，總結了電力監控系統在地鐵運營(yíng)中的實(shí)質(zhì)性作用和設計與實(shí)施中的關(guān)鍵因素。本研究的結果將為地鐵運營(yíng)中的電力監控系統的設計和實(shí)施提供有力支持和指導。

關(guān)鍵詞：電力監控系統；地鐵運營(yíng)；設計與實(shí)施；概述；設計原理與要點(diǎn)

0引言

本文總結了地鐵電力監控系統的設計與實(shí)施。通過(guò)對地鐵運營(yíng)中的電力需求分析，認識到電力監控系統對地鐵運營(yíng)的重要性。在設計原理與要點(diǎn)方面，討論了監控硬件與軟件的選型，并詳細介紹了地鐵電力監控系統的具體設計，包括*高頻部分、自動(dòng)調度系統和數據采集設計及處理。在實(shí)施和應用方面，討論了故障診斷與解決策略。通過(guò)地鐵電力監控系統的研究，可以提高地鐵電力系統的可靠性、安*性和運行效率，為人們提供更加便利與舒適的出行環(huán)境。

1地鐵運營(yíng)中的電力監控系統概述

1.1地鐵運營(yíng)電力需求分析

地鐵作為一種快速、*效的城市交通工具，對于穩定可靠的電力供應有著(zhù)*高的需求。在地鐵運營(yíng)過(guò)程中，電力系統為保證列車(chē)正常運行提供了必要的能源支持。因此，了解地鐵運營(yíng)中的電力需求是設計和實(shí)施電力監控系統的前提。

地鐵系統的電力需求主要包括列車(chē)牽引力、照明與通風(fēng)設備能耗，以及車(chē)站設備和信號系統的電能消耗。在高峰時(shí)段，地鐵線(xiàn)路上可能存在大量列車(chē)同時(shí)運營(yíng)，因此電力系統需要具備高供電能力和可靠性。此外，隨著(zhù)地鐵網(wǎng)絡(luò )的擴展，電力需求也隨之增加[1]。1.2電力監控系統的重要性

電力監控系統在地鐵運營(yíng)中扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色。一方面，它可以實(shí)時(shí)監測電力系統的運行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現電力設備的異常情況，提前預警并采取相應措施，確保電力系統的穩定運行。另一方面，電力監控系統可以對電力設備的能耗進(jìn)行統計與分析，幫助地鐵公司進(jìn)行能源管理和節能減排工作，降低運營(yíng)成本并推動(dòng)可持續發(fā)展。

1.3監控系統的基本元素及要求

地鐵電力監控系統的基本元素包括傳感器、數據采集裝置、通信網(wǎng)絡(luò )和*央監控站進(jìn)行數據交互。

地鐵電力監控系統的要求主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)時(shí)性：監控系統需要能夠實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理電力設備的數據，及時(shí)反映電力系統的運行狀況；

（2）可靠性：監控系統應具備高可靠性，能夠實(shí)現數據的穩定傳輸和存儲，以及故障的自動(dòng)恢復和報警功能；

（3）靈活性：監控系統應能適應地鐵運營(yíng)的需要，具備較強的可擴展性和適應性，能夠滿(mǎn)足不同地鐵線(xiàn)路和車(chē)站的監控要求；

（4）安*性：監控系統需要保證數據的安*性，采取合適的安*措施，防止數據泄露和被篡改。

2電力監控系統的設計

電力監控系統的設計要素包括系統結構、實(shí)時(shí)性要求、數據采集與傳輸、數據處理與分析、故障診斷和預警等。

系統結構方面，電力監控系統可以采用分布式或集中式結構。分布式結構將傳感器分布在地鐵電力供應系統的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)，實(shí)現多點(diǎn)同時(shí)監測和采集數據；集中式結構則將所有的數據集中到一個(gè)*心節點(diǎn)進(jìn)行處理和分析。根據實(shí)際情況選擇合適的系統結構可以提高監控系統的效率和可靠性。

實(shí)時(shí)性要求是電力監控系統設計中一個(gè)重要的要素。地鐵電力供應的實(shí)時(shí)性要求較高，需要對數據的采集和處理能夠快速響應并及時(shí)更新。因此，在監控系統的設計中，需要合理安排數據采集設備的數量和位置，以保證數據的實(shí)時(shí)性。

數據采集與傳輸是電力監控系統設計中的另一個(gè)關(guān)鍵要素。地鐵電力供應系統的數據來(lái)源于各種傳感器和設備，如變壓器、開(kāi)關(guān)設備等。為了實(shí)時(shí)監測和管理這些數據，需要采用適當的數據采集設備和傳輸方式，如傳感器、數據采集器和通信網(wǎng)絡(luò )等。

數據處理與分析是電力監控系統設計中的核心要素。通過(guò)對采集到的數據進(jìn)行處理和分析，可以實(shí)現實(shí)時(shí)數據顯示、歷史數據記錄與分析、故障診斷與預警等功能。因此，在監控系統的設計中，需要選擇適當的數據處理算法和分析工具，以提高數據分析的準確性和效率。

故障診斷和預警是電力監控系統設計中的重要要素之一。通過(guò)實(shí)時(shí)監測和分析數據，系統可以發(fā)現電力供應中可能存在的故障和異常情況，并及時(shí)進(jìn)行診斷和預警。因此，在監控系統的設計中，需要合理選擇故障診斷算法和預警策略，以保證系統的安*和穩定。.

3地鐵電力監控系統的具體設計

3.1*高頻部分設計

*高頻部分設計需要考慮地鐵電力系統中的高頻電磁干擾問(wèn)題。地鐵與電力線(xiàn)路密切相關(guān)，特別是在架空線(xiàn)路附近。因此，在設計*高頻部分時(shí)，需要采取措施以保護監控系統免受電磁干擾的影響。這包括選擇合適的電纜、隔離設備和屏蔽材料，以降低電磁干擾的影響[3]。

*高頻部分設計需要考慮監控系統的傳輸距離和可靠性。地鐵系統通常覆蓋較大的范圍，因此，監控系統的傳輸距離*須能夠滿(mǎn)足地鐵線(xiàn)路的需求。同時(shí)，為了確保數據傳輸的可靠性，應選擇適當的傳輸介質(zhì)和傳輸協(xié)議，并采取冗余設計以確保系統的穩定性和可靠性。

另外，*高頻部分設計還需要考慮監控系統對電力設備的實(shí)時(shí)監測能力。地鐵電力設備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測對于確保地鐵運營(yíng)的安*和穩定非常重要。因此，在*高頻部分設計中，應采用合適的傳感器和監測設備，以實(shí)現對電力設備關(guān)鍵參數的實(shí)時(shí)監測，并能夠及時(shí)報警和采取相應的措施。

3.2自動(dòng)調度系統設計

在設計自動(dòng)調度系統時(shí)，不得不想到監控硬件和軟件的選擇問(wèn)題。對于監控硬件，高性能和穩定性是兩大關(guān)鍵要點(diǎn)，這些硬件包括了整個(gè)系統中的傳感器、控制器及監測設備等。監控軟件方面，*須處理和分析數據的能力*強，有實(shí)時(shí)監測及分析地鐵電力運行狀況的實(shí)力，并能根據需要調整相應的控制和調度。

在控制系統中，三個(gè)塊頭的關(guān)鍵，一是數據采集和處理，二是調度算法和決策，三是遠程監控和控制。

*一塊頭，監控系統需要對地鐵電力的如電壓、電流、功率、能耗等等各類(lèi)參數進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和處理。這樣，當地鐵電力運行出毛病時(shí)，可以迅速的找出并解決。

*二塊頭，調度算法和決策。自動(dòng)調度系統設計出臺的調度算法和決策模型，需要使地鐵電能的確實(shí)合理分配和調度。在設計過(guò)程中，地鐵運營(yíng)的實(shí)際需要和需求應放在*前面，優(yōu)化的算法和智能決策就可以提高地鐵電力利用和效率[4]。

*后，*三塊頭就是遠程監控和控制。憑借網(wǎng)絡(luò )，不管身處何地，都可以實(shí)時(shí)監控地鐵電力運行狀態(tài)，并作出相應的控制和調度。這種遠程監控和控制，使地鐵運營(yíng)的靈活性和可靠性更上一層，人為操作錯誤和風(fēng)險大大減少。

3.3數據采集設計及處理

數據采集對于地鐵電力監控系統的重要性無(wú)需贅述，它承擔著(zhù)實(shí)時(shí)搜羅、傳遞、處理各類(lèi)電力數據的任務(wù)，成為系統運行和決策的堅實(shí)支撐。

數據采集過(guò)程通常分為三個(gè)環(huán)節，數據傳感器、數據采集設備以及數據傳輸通道。數據傳感器是將實(shí)在的電力參數轉為電信號的關(guān)鍵工具，地鐵電力監控系統通常選用電流傳感器和電壓傳感器等。數據采集設備可對傳感器輸出的電信號進(jìn)行放大和濾波處理，使其適配后面的數據處理需求。該設備的主要部分包含模擬量采集模塊與數字量采集模塊。至于數據傳輸通道的任務(wù)，就是將經(jīng)過(guò)處理的數據通過(guò)一定的方式傳送至數據處理系統，一般都選擇用有線(xiàn)通信或無(wú)線(xiàn)通信，具體的決定因素取決于地鐵的環(huán)境狀況及實(shí)際所需。

關(guān)于數據采集的處理，主要有數據解析和數據存儲兩個(gè)環(huán)節。數據解析就是對原始數據進(jìn)行解析轉換，從而方便后續的數據處理和分析。數據存儲則是關(guān)系到數據的長(cháng)久存放與管理，保證數據的安*可靠[6]。此外，在數據處理過(guò)程中還需要關(guān)注數據的時(shí)序性和時(shí)間同步性，以確保數據的準確性和一致性。

4電力監控系統的實(shí)施和應用

4.1實(shí)施方法及步驟

在城市軌道交通運行中，電力監控系統的布局與運用是至關(guān)重要的一環(huán)，它對電力供應的穩定程度以及地鐵的運行安*有著(zhù)決定性的影響。

實(shí)施項目的前期，需要準備與規劃，明確項目的目的以及需求，制訂周詳的計劃并對分工與責任有個(gè)清晰的概念，此外，對所需的硬體設備與軟體系統的評價(jià)與挑選是*不可少的步驟，確保其性能優(yōu)良且應用范圍適合。

當項目揭開(kāi)序幕時(shí)，要根據規定的程序和手段進(jìn)行。首先，場(chǎng)地的測驗和監測是*須的，確定所有監控設備和傳感器的裝置位置，并計劃詳盡的安置方案。然后對設備進(jìn)行安裝并調試，保障設備能正常工作且連接至中控系統[7]。

其次，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )系統的制造和配置，篇幅包含了局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的架構，設置網(wǎng)絡(luò )設備和路由器，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )安*的設置，確保系統信息傳輸和數據存儲的安*化。

在硬件設備和網(wǎng)絡(luò )系統建造完畢并配置后，可進(jìn)一步實(shí)施監控系統軟件的安裝和調試。按照地鐵運行的需要，對監控系統進(jìn)行特定的設定，這其中包括了各種測量參數、失常警告規則等。同期，對系統進(jìn)行測試和調試，保證系統的穩定和信賴(lài)度。

在操作人員培訓與技術(shù)援助方面，需要非常著(zhù)重。使人員能嫻熟運用和維護系統，為其解答使用中出現的難題，同時(shí)也要進(jìn)行系統的維護以及更新。

4.2故障診斷與解決策略

地鐵電力監控系統運作中可能面臨諸如供電中斷、電力負荷異常以及設備故障和其他多種故障問(wèn)題。在地鐵的穩定運行和安*性上，如何及時(shí)有效地檢測和解決故障變得特別重要。

根據故障類(lèi)型的不同，應考慮具體的解決策略。對于一般常見(jiàn)的故障，可依賴(lài)預設的故障處理手冊提前規定的方法來(lái)修復。然而對于更復雜的故障，可能需要運用專(zhuān)業(yè)的知識和經(jīng)驗，搭配實(shí)時(shí)監測數據進(jìn)行分析，來(lái)找出*適合的解決方案。同時(shí)，通過(guò)故障模擬試驗和數據分析以驗證解決策略的實(shí)效，以確保故障能獲得及時(shí)的修復[8~9]。

為了進(jìn)一步提升故障解決效率和準確性，要利用現代化技術(shù)手段，譬如人工智能、大數據分析等。通過(guò)分析和挖掘大量的歷史故障數據，可以發(fā)現潛在的故障模式和趨勢，從而有充足的時(shí)間采取應對的預防措施。另一種構建之道，便是成立某一種故障信息處理的制度。此制度可將故障事項歸類(lèi)、匯總、剖析，為排除故障及其診療提供*方位支持。

4.3測試與運行結果分析

完成了電力監控系統設計和執行以后，實(shí)驗和運行結果的探討，就變?yōu)樵u定系統性能和有效性的重要步驟。為了在現實(shí)運行中，保證系統的可信賴(lài)與穩定，需做到*方位實(shí)驗。實(shí)驗可被劃分為功能實(shí)驗、性能實(shí)驗、穩定性實(shí)驗。

功能實(shí)驗目的在于試驗各模塊和功能，確保系統功能可以正常工作。例如，對于*高頻方面，能夠模擬多種電力故障和狀態(tài)變化，以驗證系統響應迅速及其故障診斷功能。對于自動(dòng)調度系統和數據采集方式，模擬實(shí)際運營(yíng)過(guò)程，可以驗證系統調度和數據采集的功能。

系統性能試驗，它的目標就是測驗系統的反應速度、資源利用和負擔處理等指數。例如，模擬出一大規模的地鐵運營(yíng)情景，了解系統處理大量數據的能力，及獲取實(shí)時(shí)數據并展示的能力[10]。

穩定性實(shí)驗，主要是通過(guò)不間斷運行來(lái)檢驗系統穩定與可靠性。因系統在地鐵運營(yíng)過(guò)程中，*須連續不斷地運行，所以，保證穩定性為系統正常運行的基礎。通過(guò)模擬地鐵連續運行的場(chǎng)景，對系統進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的穩定性測試，并及時(shí)發(fā)現和解決潛在的問(wèn)題。

通過(guò)測試和運行結果的分析，可以*面評估地鐵電力監控系統的性能和效果，并根據分析結果進(jìn)行必要的調整和優(yōu)化。優(yōu)化策略可以包括提升系統性能、改進(jìn)故障處理流程、加強數據分析等方面，以提高系統的穩定性和可靠性。

5安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

5.1概述

針對用戶(hù)變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過(guò)微機保護裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、配電室環(huán)境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動(dòng)化的綜合監控系統，實(shí)現了變電、配電、用電的安*運行和*面管理。監控范圍包括用戶(hù)變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監測、控制、通信等功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現對變電站*方位的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安*、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。

5.2應用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

5.3系統架構

Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡(luò )結構、光纖星型網(wǎng)絡(luò )結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，根據用戶(hù)用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

5.4系統功能

（1）實(shí)時(shí)監測：直觀(guān)顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

（2）電參量查詢(xún)：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

（3）曲線(xiàn)查詢(xún)：可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

（4）運行報表：查詢(xún)各回路或設備*定時(shí)間的運行參數。

（5）實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢(xún)：對事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

（7）電能統計報表：系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況。

（8）用戶(hù)權限管理：設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

（9）網(wǎng)絡(luò )拓撲圖：支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

（10）電能質(zhì)量監測：可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。

（11）遙控功能：可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

（12）故障錄波：可在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。

（13）事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩態(tài)信息。

（14）Web訪(fǎng)問(wèn)：展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

（15）APP訪(fǎng)問(wèn)：設備數據頁(yè)面顯示各設備的電參量數據以及曲線(xiàn)。

6系統硬件配置

7結語(yǔ)

該工程電力監控系統驗收投運后，實(shí)際運行情況達到預期效果，得到了使用方的滿(mǎn)意評價(jià)。其便利及實(shí)用性主要反映在以下幾個(gè)方面：工作人員可以方便和實(shí)時(shí)地監控電力系統的運行狀態(tài)，為優(yōu)化電力設備運行提供了有效參考，對現場(chǎng)的用電設備進(jìn)行統一管理，免去到現場(chǎng)記錄的繁瑣工作，提*效率，實(shí)現了無(wú)人值守智能變電站的目標；形成了一個(gè)基礎的能源管理系統，可以完成對能源數據進(jìn)行在線(xiàn)的采集、計算、分析及處理從而實(shí)現對能源物料平衡、調度與優(yōu)化、能源設備運行與管理等方面發(fā)揮著(zhù)重要的作用；由于*廠(chǎng)工程龐大而分期實(shí)施，系統設計時(shí)為后期預留了充足的接口，使用方在后期實(shí)施的擴容工程中得到了很大的便利。

該項目存在各變電站內部?jì)膳_變壓器互相備用、變電站之間變壓器互相備用的情況，0.4kV進(jìn)線(xiàn)和母聯(lián)MT斷路器間互投關(guān)系復雜，在方案設計階段需要充分理解電力系統的運行方式，明確各斷路器間的投切邏輯關(guān)系，以指導硬件連接和軟件編寫(xiě)。在電力系統正式投運前還進(jìn)行了聯(lián)動(dòng)調試進(jìn)行驗證，這是該電力監控系統實(shí)施的難點(diǎn)。

由于電力監控系統屬于智能化供配電系統的一部分，其集成度相當高，工程移交前編寫(xiě)了用戶(hù)操作手冊，并組織使用人員進(jìn)行了3天的理論培訓和上機培訓，對疑點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了詳細的講解，讓使用人員對電力監控系統的操作有了深入了解的同時(shí)，也使該系統在以后的運行中功能得到充分利用奠定了基礎。

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