轨道交通供电系统的SCADA系统应用论文轨道交通供电系统.docx
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轨道交通供电系统的SCADA系统应用论文轨道交通供电系统
轨道交通供电系统的SCADA系统应用论文轨道交通供电系统
题目：
轨道交通供电系统SCADA系统应用年级：
20XX专业：
电气工程及其自动化学号：
20XX0383姓名：
张永俊指导教师：
张天沛教学点（函授站）：
郑州函授站西南交通大学远程与继续教育学院年月日题目：
轨道交通供电系统SCADA系统应用年级：
20XX专业：
电气工程及其自动化学号：
20XX0383姓名：
张永俊
指导教师：
张天沛
教学点（函授站）：
郑州函授站西南交通大学远程与继续教育学院年月日轨道交通供电系统的SCADA系统应用论文年级：
轨道交通供电系统SCADA系统应用专业：
电气工程及其自动化学号：
20XX0383姓名：
张永俊指导教师：
张天沛教学点（函授站）：
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1、本设计（论文）的目的、意义
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年 月 日西南交通大学成人教育毕业设计（论文）目录目录5摘要7第一章概述9
1.1国内城市轨道交通的发展9
1.2轨道交通供电系统的重要性及其要求
10
1.2.1系统的总体功能
10
1.2.2系统的基本要求
11
1.3供电系统的构成
12
1.4SCADA系统的角色和意义
13
1.5本设计的主要工作
14第二章轨道交通供电系统介绍
15
2.1设备分类
15
2.2设备的功能和型式
15
2.2.1高压开关设备
15
2.2.2中压开关设备
15
2.2.3低压开关设备
17
2.2.4直流开关柜
19
2.2.5微机保护装置
19
2.3本章小结
21第三章SCADA系统的设计
223.1概述
223.2一般要求
223.3系统构成
233.4监控对象
253.4.166~110KV设备
25
3.4.2主变压器
263.4.3
10~35KV设备
263.4.4直流750V或直流1500V设备
283.4.5400V设备303.4.6配电变压器313.4.7交直流电源屏313.4.8排流柜313.4.9轨道电位限制装置313.5技术指标323.5.1控制中心主站系统技术指标323.5.2变电所综合自动化系统技术指标323.6中央监控系统333.6.1中央监控系统的功能333.6.2中央监控系统网络配置方案483.6.3中央监控系统硬配置方案503.6.4系统软配置方案513.7供电复示系统513.7.1系统功能513.7.2系统构成533.7.3通道方案533.8通道533.8.1电力监控系统独立设置时的通道要求533.8.2电力监控系统集成于综合监控系统时的通道要求533.9电力监控系统与综合监控系统的关系及接口533.9.1系统间硬关系及接口分界543.9.2系统间软关系543.9.3电力监控系统与综合监控系统关系综述553.10本章小结55结论56参考文献57致谢58西南交通大学成人教育毕业设计（论文）摘要城市轨道交通供电系统，是城市轨道交通工程中重要机电设备系统之一，它担负着为电动列车和各种运营设备提供电能的重要任务。
牵引供电技术与车辆技术的发展史与城市轨道交通技术的发展史，紧密相关、直接相连。
城轨供电系统的可靠性与安全性，直接影响到城市轨道交通的安全运营与服务水平。
城轨供电方案的科学性及设备选型的合理性，也直接影响到城轨交通的节能效果。
电力监控系统（SCADA）对城轨供电系统主变电所、牵引变电所、降压变电所等不同类别变电所内的高压66~110KV设备、中压10~35kv设备、直流750V或直流1500V设备、低压400V设备、交直流电源屏、排流柜、轨道电位限制装置等对象进行监控，实现对各种设备的控制、信息采集、数据分析处理、远方维护、统计报表、事故报警、画面调阅、历史数据查询等功能。
实时对设备的进行监控、监测，保证轨道交通的正常运作。
关键词：
城市轨道交通供电系统；电力监控系统；监控；监测。
第一章概述
1.1国内城市轨道交通的发展我国城市轨道交通开始于20世纪50年代的北京地铁建设。
北京地铁一期工程1965年开工，1969年建成通车。
直到20世纪80年代，中国城市仅有北京地铁40KM，天津地铁7.6KM。
随着我国国民经济的持续发展，城市化进程的逐步加快，城市人口与机动车数量急剧增长，截止到20XX年底，全国（不包括台湾地区和香港、澳门特别行政区）已开通城市轨道交通的城市有：
北京、天津、上海、广州、长春、大连、重庆、武汉、深圳、南京共10个城市近30条线，线路总长度已超过700km。
进入21世纪以来，随着大城市交通问题的日益突出，大力发展城市轨道交通已成共识。
城市轨道交通的建设也进入了新的高潮期，发展态势更为迅猛，全国48个百万人口以上的大城市中已有30多个城市开展了城市轨道交通的建设或筹建工作，据有关课题组初步统计，近期规划建设55条线路，长约1700km，总投资大道6000多亿元；我过远期线网总长将超过3000km.
在我国城市轨道交通队未来发展中，其趋势与前景主要集中在以下几个方面：
（1）城市轨道交通的网络化北京、上海、广州等特大城市已建成多条线路，在未来的5~10年内，将逐步形成城市轨道交通网络，以构建尘世轨道交通为骨干的公共交通系统。
例如，根据《北京市城市快速轨道交通建设规划（20XX年）调整方案》，北京20XX年之前，将建成城市轨道交通线路18条，线路总长度约468km。
同样，上海2021年之前，将建成城市轨道交通线路11条，线路总长度约416km。
这些城市面对网络化发展，开展了一系列的网络化专题研究，如车辆段与综合基地、主变电站、控制中心、无线通信、AFC等资源共享研究。
（2）交通制式的多元化
目前10个城市投入运行的近30条线路，虽大多数为传统地铁制式，但也出现了多样化的趋势。
如长春建设了现代化轻轨交通；重庆轨道交通2号线为跨座式单轨交通；广州轨道交通4号线、北京机场线为直线电机系统；上海市区通往浦东机场则建成了高速磁悬浮线路。
此外，还有100km/h，120km/h不同等级的市域快线等。
（3）车辆与几点设备的国产化
在国家城市轨道交通设备国产化政策推动下，通过建立合资企业，引进消化吸收新技，开展多种形式的技术合作，我国将不断提高尘世轨道交通的车辆、设备制造的技术水平和国产化率，逐步形成城市轨道交通车辆与机电设备的产业化。
1.
2
轨道交通供电系统的重要性及其要求城轨供电系统是城市轨道交通运营的动力源泉，负责电能的供应与传输，为电动列车牵引供电和提供车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电。
供电系统应具有安全性和可靠性，以保障供电。
1.2.
1
系统的总体功能城轨供电系统应具备安全可靠、经济适用、调度方便的特点，其总体功能如下：
（1）
供电服务功能供电系统是为城市轨道交通安全运营服务的，其职责是保证所有电气用户安全、可靠地用电。
在城市轨道交通庞大的用电群体中，用电设备有不同的电压等级，不同的电压制式，既有固定的风机、水泵，也有时刻在运动着的列车，供电系统就是要满足这些不同用电设备对电源的不同要求，使各用电设备都能发挥各自的功能和作用，保证城市轨道交通安全运营。
（2）
故障自救功能系统的安全性、可靠性是供电系统的首要因素，无论供电系统构成，采用什么样的设备，安全、可靠的供电是第一位。
在系统中，发生任何一种故障，系统本身都应有备用措施（接触网除外），以保证城市轨道交通的正常运行不受影响。
双电源是构成供电系统的主要原则，当一路电源故障时，另一路电源应能保证正常供电。
主变电所、牵引变电所和降压变电所为双电源、双机组；动力、照明的一级负荷采用双电源、双回路供电；牵引网同一馈电区采用双边供电形式。
这些都是系统故障自救功能的体现。
（3）自我保护功能
系统应有完整、协调的保护措施，供电系统的各级继电保护应相互配合和协调，当系统发生故障时，应当只切除故障设备，从而使故障范围缩小。
系统的各级保护应当满足可靠性、选择性、灵敏性、速度性的要求。
分散式供电系统的中压交流侧保护，应和城市电网的保护相配合和协调，因此其保护选择性会受到一定制约。
（4）防误操作功能
系统中任何一个环节的操作都应具有相应的联锁条，不允许因误操作而发生故障。
防止误操作的联锁条可以是机械的，也可以是电气的，还可以是电气设备本身所具备的或在操作规程上所规定。
防止误操作，是保证系统安全、可靠地运行所不可缺少的环节。
（5）便于调度功能
供电系统应能在控制中心进行远程控制、监视和测量，并应能根据运行需要，方便灵活地进行调度看，变更运行方式，分配负荷潮流，使系统的运行更加经济合理。
（6）控制、显示和计量功能
系统应能进行就地和距离控制，并可以方便地进行操作转换，同时系统各环节的运行状态应有明确的显示，使运行人员一目了然。
各种电量的测量和电能的计量应准确，并便于运行人员查证和分析，牵引用电和动力照明用电应分别计量，以利用对用电指标进行考核与分析。
（7）电磁兼容功能城市轨道交通处于强电、弱电多个系统共存的电磁环境，为了使各种设备或系统在这个环境中能正常工作且不对该环境中其他设备、装置或系统构成不能承受的电磁干扰，各种电气和电子设备的系统内部以及和其他系统之间的电磁兼容显得尤为重要。
供电系统及其设备在城市轨道交通这个电磁环境中，首先是作为电磁干扰源存在，同是也是敏感设备。
在城市轨道交通电磁环境中，供电系统与其他设备、装置或系统应是电磁兼容的。
这要在技术上采取措施，抑制干扰源，消除或减弱电磁耦合，提高敏感设备的抗干扰能力。
1.2.
2
系统的基本要求城轨供电系统应满足安全性、可靠性、适用性、经济性、先进行的基本要求。
（1）安全性
城轨供电系统的安全性，是指在城市轨道交通工程运营过程中的安全程度。
供电系统的安全性，关系着乘客安全、运营人员安全、行车安全、设备安全等多个方面，而且各种安全性是相互联系、不可分割的。
供电系统设计时，一般从系统安全性和设备安全性两个方面进行分析研究。
系统安全性分析，一般包括联锁关系、继电保护、牵引网、直流牵引系统、综合接地系统、应急照明电源等方面；设备安全性分析，一般包括变压器、牵引整流器、断路器、隔离开关、接地开关、电缆等方面。
（2）可靠性城轨供电系统的可靠性，是指城市轨道交通供电系统对列车及各种动力照明负荷的持续供电能力。
供电系统的可靠性，是正常运营、事故处理、灾害救援等方面的前提条。
供电系统可靠性涉及规划、设计、运行管理等各个方面，并渗透到供电、变电、配电等不同环节。
每一个环节的可靠性既包括电气原理的可靠性又包括电气设备的可靠性。
例如构成变电所的可靠性包括变电所主接线可靠性及组成主接线的断路器、变压器、母线等设备的可靠性。
供电系统设计时，应从各个环节着手，分析系统的故障现象，研究定性或定量的评定指标，提出提高可靠性的措施。
双电源供电方式是供电系统可靠性实施的重要手段。
根据城市轨道交通可靠性要求，供电系统应满足“N-1准则”，又称单一故障安全准则。
按照这一准则，供电系统的N个元中的任一独立元（发电机、输电线路、变压器等）发生故障而切除后，其他元不过负荷，电压和频率均在允许范围内，供电系统应能保持稳定运行和正常供电。
对于城市轨道交通电源网络来说，当一个电源推出时，另一个电源应能保证系统的正常供电，保证列车正常运行；当一个电源点（主变电所或电源开闭所）的两个电源都推出时，应从相邻电源点引入两路应急电源，提供一定的运输能力和必要的动力照明，维持城市轨道交通继续运行。
（3）
适用性城轨供电系统的适用性，是指城轨供电系统的建设应满足业主的建设目的与性能要求。
设计是实现业主建设需求的首要环节。
供电系统设计应根据业主需求进行，供电系统的建设标准、技术水平、设备档次、工期要求、投资控制等，应与城市特点、本线功能定位及特殊要求相适应。
（4）
经济性城轨供电系统的经济性，这里是指从项目全生命周期的角度实现供电系统费用的经济合理。
在满足供电系统的安全性、可靠性、适用性的前提下，要重视供电系统的经济性。
经济性不但要求节省工程投资，同时还要求降低运营成本，争取得到最佳的技术经济效果。
供电系统设计应优化电源网络结构，实现外部电源资源共享；另外应尽可能地采用成熟设备、新型材料，做到经济合理、简便实用。
（5）先进行城轨供电系统的先进性，体现在先进的设计理念、先进的系统方案、现金的设备及工艺、先进的管理手段等方面。
供电系统应具有一定的先进性，但要兼顾系统基本功能、投资规模、运营成本、环保要求、操作灵活性以及技术发展等因素，合理选择。
供电系统设计应采用先进的理念。
要充分认识到环境保护与节约能源的重要性，采取必要措施进行环境保护与降低能耗。
要解决好电磁辐射、噪音、温室气体、不易分解废料等问题。
1.3
供电系统的构成为便于设计任务的分割及设计界面的清晰，城市轨道交通供电系统可以划分成以下设计单元：
主变电所、全线系统、牵引变电所、降压变电所、接触网、电力监控系统、杂散电流。
腐蚀防护系统。
动力照明设备，属于车站等建筑物附属设备，一般划归土建工点单位连同建筑结构一起进行设计，而不由供电系统设计单位进行设计。
（1）主变电所
主变电所设计内容包括：
主接线、二次接线、设备选择、设备布置、土建设计等。
主变电所与城市电网的设计界面为城网变电所110
kV（或66
kV）高压出线间隔，电源外线一般由主变电所设计单位同时设计；主变电所与全线系统的设计界面为主变电所中压馈线开关的电缆接线端，主变电所馈出电缆一般由全线系统设计单位设计。
（2）全线系统全线系统设计内容包括：
供电系统方案、中压网络、牵引变电所布点、系统运行方式、潮流分析、谐波计算、综合接地系统、再生能量吸收装置、UPS电源整合等。
全线系统与牵引变电所和降压变电所的设计界面为中压进线开关的引入端。
（3）牵引变电所
牵引变电所设计内容包括：
主接线、二次接线、自用电、设备平面布置、电缆敷设等。
牵引变电所与接触网的设计界面为接触网隔离开关的电源端、回流箱的电源端。
上网电缆及回流电缆由牵引变电所负责设计。
（4）降压变电所
降压变电所设计内容包括：
主接线、二次接线、自用电、低压无功补偿、设备平面布置、电缆敷设等。
降压变电所与动力照明的设计界面为降压变电所低压开关柜的馈出端子，低压馈出电缆由动力照明负责设计。
（5）接触网
接触网设计内容包括：
接触悬挂、支持结构与基础、附加导线、防雷与接地、平面布置等。
接触网隔离开关、回流箱及尾线由接触网设计。
（6）电力监控系统
电力监控系统与变电所的设计界面在变电所综合自动化屏的通信端口；变电所综合自动化由变电所设计。
电力监控系统所需要的通信通道由通信专业设计。
如果采用综合监控系统，电力监控系统将被集成到综合监控系统中，作为综合监控系统的一部分而进行统一设计（7）杂散电流腐蚀防护系统杂散电流腐蚀防护系统设计内容包括：
排流柜设置、排流钢筋设置、监测系统设置等
1.4
SCADA系统的角色和意义电力监控系统又称电力SCADA系统或者远动系统，往往简称SCADA系统，有时也称PSCADA系统。
它对城轨供电系统主变电所、牵引变电所、降压变电所等不同类别变电所内的高压66~110KV设备、中压10~35KV设备、直流750V或直流1500V设备、低压400V设备、交直流电源屏、排流柜、钢轨电位限制装置等对象进行监控，实现对各种设备的控制、信息采集、数据分析处理、远方维护、统计报表、事故报警、画面调阅、历史数据查询等功能。
早期的城轨供电系统由于技术的局限，没有条设立电力监控系统，其监控管理以人工为主，辅以调度电话方式来实现供电系统的运行管理。
这种监控方式要求变电所内设置当地报警设备，当系统发生故障时值班人员能够及时发现并上报调度部门。
20世纪末，随着计算机技术和网络技术的快速发展，各个分立的自动化系统逐步走向综合集成，城市轨道交通各专业的自动化系统采用统一的计算机网络平台和统一的软体系，构成综合监控系统，从而实现不同自动化系统的集成。
按目前的技术水平，典型的综合监控系统一般集成电力监控系统、环境与设备监控系统等自动化系统，这种方式有利于不同系统之间的数据信息互通、软硬资源共享。
综合监控系统运行所依赖的底层基础依然是原先各分立系统的远程终端数据采集处理系统或者设备。
电力监控系统集成于综合监控系统后，电力监控系统设计范围包括电力调度中心主站系统及供电复示系统的功能设计、变电所综合自动化系统的软硬设计，而电力调度中心主站系统、供电复示系统的硬及软则由综合监控系统统一建设。
双方的硬接口一般位于变电所综合自动化系统与综合监控系统的通信连接装置的通信端子。
1.5
本设计的主要工作本次设计主要针对轨道交通供电系统的组成部分高压设备、中压设备和低压设备进行介绍，介绍设备的选择，具备的作用及其参数。
并针对这些设备的参数与状态监测、监控设计一个电力监控系统（SCADA），SCADA系统的组成、方案的选择，监控、监测对象的分析。
设计一个能够使轨道交通安全、可靠的运行与服务的电力监控系统。
设计的内容：
1、控制中心电力监控系统的功能要求；2、供电复示工作站电力监控系统功能要求；3、电力监控系统技术指标的相关内容
第二章
轨道交通供电系统介绍
2.1设备分类按照电压等级可划分为高压设备、中压设备和低压设备、高压设备包括高压开关设备、主变压器；中压设备包括中压开关设备和配电变压器、牵引变压器、1500V直流开关设备；低压设备包括低压开关设备、整流器、750V直流开关设备、继电保护类设备。
按照设备所位置划分为主变电所设备、牵引变电所设备和降压变电所设备。
主变电所设备主要包括高压开关设备、主变压器、接地变压器、所变压器、中压开关设备；牵引变电所设备主要包括中压开关设备、直流开关设备、牵引变压器、整流器；降压变电所设备主要包括中压开关设备、低压开关设备、配电变压器等。
2.
2
设备的功能和型式
2.2.1高压开关设备高压开关设备应用于城轨工程主变电所，作为高压配电设备，接受城网电源并分配给所内主变压器。
高压开关设备为户内式安装，一般采用高压GIS全封闭组合电器设备。
高压SF6全封闭组合电器，将SF6断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接和出线终端等组合在一起，这些设备或部全部封闭在已接地的金属外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体。
该设备简称GIS（gas
isolate
system）。
由于GIS是将多个高压电器元有机的组合在一起，因此具有结构紧凑、元器不受污染及大气环境因素的影响、安装方便、有利于缩短安装工期等特点。
高压sF6全封闭组合电器不仅电气绝缘介质采用sF6气体，灭弧介质也是sF6气体。
虽然SF6气体本身极稳定，有很高的绝缘强度和灭弧能力，但在SF6气体环境中的断路器和电器设备的稳定性、可靠性完全取决于sF6气体的纯洁度。
如果纯洁度受到破坏，例如混入了过量的水分、杂质及加工余屑和金属粉末等，它的稳定性就会受到破坏，同时绝缘强度和灭弧能力也会大大降低。
此时受到弧光温度的作用和影响，还将分解出有害的分解物，在严重的情况下甚至会产生对人体有害的物质。
2.2.2中压开关设备
（1）功能中压开关设备应用于城轨工程的主变电所、电源开闭所、牵引变电所和降压变电所，用于接受和分配中压电能。
在主变电所，中压开关设备的进线电源引自主变压器，馈出线引至主变电所供电范围内的牵引变电所、降压变电所。
电源开闭所的中压开关设备接受城网或主变电所的中压电源，并为开闭所供电范围内的牵引变电所、降压变电所提供中压电源。
依据中压网络的设计，牵引变电所的中压开关设备由主变电所、电源开闭所、相邻牵引变电所或降压变电所引入中压电源，并供给所内牵引变压器。
降压变电所的中压开关设备由主变电所、电源开闭所、相邻牵引变电所或降压变电所引入中压电源，并供给所内配电变压器。
（2）开关柜型式按照电气绝缘介质可分为空气绝缘开关柜、复合绝缘开关柜和SF6气体绝缘开关柜。
按照开关柜内安装的开关设备可分为断路器柜、负荷开关柜、隔离开关柜和熔断器柜。
空气绝缘和复合绝缘开关柜的结构形式为金属铠装封闭式，内部设有不同功能隔室，手车可为落地式或中置式。
SF6气体绝缘开关柜可分为全密封充气（SF6）环网开关柜和C·GIS（Cubicle
Type—GIS）开关柜。
不同的电气绝缘介质，对开关柜的外形尺寸影响很大，采用空气绝缘的开关柜体积最大，采用复合绝缘次之，采用SF。
气体绝缘时开关柜体积最小。
对于10kV开关柜，空气绝缘开关柜的宽度多为800
1000mm，采用复合绝缘可为650mm，采用SF6气体绝缘时可为400~600mm。
对于35kV开关柜，空气绝缘开关柜的宽度多为1400mm，采用sF6气体绝缘时可为800mm左右。
采用空气绝缘和复合绝缘开关柜的外壳防护等级在IP20及以上。
35kv开关柜多采用C．GIS开关柜，以减小变电所的土建规模，20
kV及以下开关柜应采用空气绝缘的金属铠装开关柜，避免温室气体SF6对环境的影响。
金属铠装封闭手车式开关柜、C．GIS开关柜可用于主变电所、牵引变电所和降压变电所，全密封充气只sF6）环网开关柜、负荷开关柜一般用于跟随式降压变电所。
（3）断路器类型
按照断开速度不同分为低速断路器和高速断路器，一般以断开时间为0．0
2s分界。
从灭弧介质则可分为油断路器、真空断路器、sF6断路器、压缩空气断路器、自产气断路器和磁吹断路器等。
目前，油断路器城网仍有少量采用，其他断路器已被真空断路器和sF6断路器取代。
油断路器分为多油式断路器和少油式断路器，主要区别是：
少油式断路器的触头及灭弧装置对地的绝缘是由支撑绝缘子、瓷套管和有机绝缘部实现的，而多油式的触头及灭弧装置对地的绝缘和触头之间的绝缘则是靠油来实现的，因而油量大、体积大、断流容量小。
少油式则油量小、体积小、断流容量大，技术比多油式先进。
SF6断路器以sF6气体为灭弧介质，它有很好的灭弧性能，灭弧性能是空气的100倍，并且灭弧后不变质，可重复使用。
sF6气体优良的绝缘和灭弧性能，使sF6断路器具有如下优点：
开断能力强，断口耐受电压较高，燃弧时间短，不会产生重燃过电压。
在正常情况下，sF6是一种不燃、无臭、无毒的惰性气体，密度约为空气的2倍。
但sF6气体在电弧作用下，小部分会被分解
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