第 1 章 緒 論

 

1.1 論文研究背景及意義

中國(guó)城市軌道交通專業(yè)委員會(huì)指出，我國(guó)的軌道交通行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，中國(guó)的城市軌道交通市場(chǎng)在世界的交通行業(yè)中的發(fā)展速度也是首屈一指的。“十三五”期間，中國(guó)將把城市軌道交通的建設(shè)擺在更加突出的位置，其統(tǒng)籌布局的重點(diǎn)是：加快規(guī)劃建設(shè)軌道交通，加強(qiáng)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(shù)的應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)以輕軌、地鐵為骨干的城市交通體系，替代常規(guī)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(tǒng)是一種載客量大、運(yùn)行速度快、客流量大的交通系統(tǒng)，其安全性和可靠性具有很重要的意義，因此有很高的標(biāo)準(zhǔn)與要求，而供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)則為整個(gè)軌道交通的安全運(yùn)行提供了最基礎(chǔ)的保證。城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心（OCC）和被控變電所通過骨干網(wǎng)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)（即電力監(jiān)控系統(tǒng)），其中被控站由主變電所、設(shè)置在沿線的各站級(jí)變電所構(gòu)成的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通全程線路上的電力供電設(shè)備進(jìn)行分層分級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)的異常狀態(tài)和報(bào)警事件，并給出及時(shí)的處理和反饋，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并且提高供電系統(tǒng)調(diào)度、管理及維修的自動(dòng)化程度，保質(zhì)保量，達(dá)到安全可靠運(yùn)行。供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)主要以城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，主要由防誤操作、接地線管理、操作票、工作票、巡視巡檢設(shè)施等五個(gè)子功能系統(tǒng)組成。并在控制中心（OCC）設(shè)置中央級(jí)管理系統(tǒng)。在節(jié)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(yùn)行就顯得尤為重要。供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于軌道交通的正常運(yùn)行有重要作用。所以通過計(jì)算機(jī)軟件建立起一套安全穩(wěn)定的供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)，對(duì)供電系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管，確保整個(gè)城市軌道交通的正常運(yùn)行是必不可缺的。安全、規(guī)范、可靠的供電系統(tǒng)對(duì)軌道交通的安全運(yùn)行有十分重要的作用，是城市軌道交通運(yùn)輸?shù)暮诵?。供電系統(tǒng)如果發(fā)生問題，不僅造成城市地鐵或輕軌的癱瘓，而且會(huì)造成地面出行的混亂，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定和城市形象造成非常不良影響。現(xiàn)今軌道交通運(yùn)營(yíng)單位制定了詳盡、細(xì)致的規(guī)范和管理措施，為供電系統(tǒng)的安全運(yùn)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(yùn)行安全管理系統(tǒng)來匹配現(xiàn)有的規(guī)章制度，結(jié)合電力監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行互補(bǔ)，形成一個(gè)程序化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化的供電安全生產(chǎn)保障體系，使安全生產(chǎn)能夠更加高效，提升工作效率、降低運(yùn)行成本。

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1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

 

1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)外的電力系統(tǒng)主要依靠嚴(yán)格的管理制度來確保供電運(yùn)行的穩(wěn)定，既沒有“五防”技術(shù)，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(lián)鎖及監(jiān)控后臺(tái)軟件閉鎖的方式。電氣聯(lián)鎖能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)組合電器和開關(guān)柜內(nèi)的操作閉鎖，卻無法實(shí)現(xiàn)橫向間隔的閉鎖。監(jiān)控后臺(tái)軟件能夠?qū)θ具M(jìn)行邏輯閉鎖，并用于對(duì)遙控操作的邏輯聯(lián)鎖。并不能達(dá)到供電安全管理系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外企業(yè)都對(duì)軌道交通供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)有一定的研究。但國(guó)外產(chǎn)品主要考慮的是對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，缺失對(duì)流程的管理，尤其是對(duì)適合我國(guó)供電安全的規(guī)范、操作指南并不了解。開發(fā)出的管理系統(tǒng)并不適合我國(guó)供電的實(shí)際情況，不易于用戶的操作和運(yùn)行。

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第 2 章 系統(tǒng)需求分析

 

2.1 業(yè)務(wù)概述

目前城市軌道交通供電設(shè)備的倒閘或停電檢修作業(yè)在防止電氣誤操作措施上不能滿足日益繁復(fù)的防止電氣誤操作功能的需求。電氣設(shè)備的誤操作，可能引起高壓電氣設(shè)備的損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)的供電中斷，從而影響軌道交通車的運(yùn)營(yíng)，造成不良的社會(huì)影響。甚至還會(huì)造成生命危險(xiǎn)，帶來重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，在建設(shè)現(xiàn)代化城市軌道交通線路中供電系統(tǒng)，考慮配置供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義。雖然供電安全管理系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)的各級(jí)變電站中，但在城市軌道交通供電系統(tǒng)中應(yīng)用極少，仍處于研發(fā)階段。目前在電力系統(tǒng)變電站中供電安全管理系統(tǒng)一般分為獨(dú)立微機(jī)五防系統(tǒng)和包含在變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的五防子系統(tǒng)。兩種模式獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，但也各有不足。例如微機(jī)五防系統(tǒng)及一體化五防子系統(tǒng)均不能實(shí)時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，無法在線實(shí)時(shí)監(jiān)控操作的具體情況；五防系統(tǒng)鎖具種類及其附件種類多樣化、多元化，運(yùn)行維護(hù)工作統(tǒng)一性差、工作量大，工序繁雜。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的飛速發(fā)展，避免電氣誤操作，供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)變電站操作票項(xiàng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。故此，參考珠海蘭埔 110kV 變電站在線式五防成功經(jīng)驗(yàn)，開展對(duì)軌道交通供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)的分析，并在廣州地鐵機(jī)場(chǎng)北站成功實(shí)施實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首例應(yīng)用。軌道交通行業(yè)供電安全管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)臨時(shí)接地樁、網(wǎng)門、手動(dòng)刀閘、刀閘電機(jī)電源及操作票項(xiàng)等的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)通過對(duì)全變電所一二次電氣設(shè)備、防誤系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，依據(jù)預(yù)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(jí)電氣操作。改變操作對(duì)象的作業(yè)方式及邏輯閉鎖條件，一旦不符合邏輯閉鎖要求，瞬時(shí)停止，不會(huì)再執(zhí)行余下未操作步驟，實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)在線閉鎖功能。該系統(tǒng)無需配置電腦鑰匙或機(jī)械鎖具，電氣操作回路閉鎖由測(cè)控裝置邏輯閉鎖關(guān)系輸出接點(diǎn)信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)閉鎖邏輯功能，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員的操作流程，減少了誤操作風(fēng)險(xiǎn)，極大地提升了操作效率，確保操作的可靠性。因此該技術(shù)也可以保障城市軌道交通的供電要求?？傊?，安全、規(guī)范、可靠的供電系統(tǒng)是城市軌道交通的穩(wěn)定運(yùn)行最基礎(chǔ)的保障，故此需要建立完善的供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)，來解決城市軌道交通中的供電運(yùn)行安全管理問題，改善并保證城市的供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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2.2 功能需求

供電運(yùn)行安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，通過防誤操作、地線管理、工作票、操作票、巡檢 5 大子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)供電各專業(yè)及業(yè)務(wù)流安全管理與安全保障。目前其他的安全管理系統(tǒng)技術(shù)措施并不能滿足全局功能，相互間的關(guān)聯(lián)性較弱，從整體看，其設(shè)計(jì)思路不清晰，功能不完善，達(dá)不到軌道交通防止電氣誤操作整體目標(biāo)的基本要求。本系統(tǒng)防誤子系統(tǒng)采用可靠性較高的技術(shù)手段，在權(quán)限內(nèi)容管理、唯一操作權(quán)限、模擬預(yù)演、邏輯閉鎖判斷、設(shè)備強(qiáng)制閉鎖等方面進(jìn)行全局的防誤管理，減少人為造成的誤操作帶來的損失，對(duì)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(tǒng)用于對(duì)站級(jí)變電所、接觸網(wǎng)及車輛段的接地線進(jìn)行規(guī)范管理和強(qiáng)制閉鎖功能，可以防止接地線作業(yè)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(tǒng)操作手冊(cè)使用、加強(qiáng)規(guī)范操作管理、有記錄可查詢，為軌道交通供電系統(tǒng)的安全生產(chǎn)提供有力的保障。

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第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............19

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)原則 .............19

3.2 系統(tǒng)架構(gòu) ................20

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) ........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(wǎng)檢修作業(yè)安全管理功能............27

3.3.4 車輛段檢修作業(yè)安全管理功能............27

3.4 其他系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........28

3.5 本章小結(jié) ................31

第 4 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) ............32

4.1 系統(tǒng)配置 ................32

4.1.1 系統(tǒng)硬件配置..............32

4.1.2 系統(tǒng)軟件配置..............33

4.2 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn) ........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(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) ........37

4.3.1 圖形界面.........37

4.3.2 實(shí)時(shí)庫配置.....38

4.3.3 操作票功能.....42

4.4 本章小結(jié) ................46

第 5 章 結(jié)論與展望 ........47

 

第 4 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

 

4.1 系統(tǒng)配置

站控層由監(jiān)控機(jī)、分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，其設(shè)備主要集中于主控室內(nèi)。監(jiān)控機(jī)是在線式五防的主要人機(jī)界面，其提供的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理能力應(yīng)滿足本變電站的遠(yuǎn)景要求，性能應(yīng)達(dá)到以下指標(biāo)：（1）處理器字長(zhǎng) ≥32 位；（2）主頻： ≥1.6GHZ；（3）內(nèi)存： ≥2GB；（4）硬盤： ≥320GB；（5）網(wǎng)卡： 100MBPS。工業(yè)以太網(wǎng)的分布式網(wǎng)絡(luò)確保了通信過程中實(shí)時(shí)性和抗干擾性能。關(guān)鍵設(shè)備交換機(jī)的性能指標(biāo)應(yīng)滿足：（1）RJ-45 端口：10Base-T/100Base-TX，支持自動(dòng)協(xié)商功能；（2）流量?jī)?yōu)先級(jí)設(shè)置功能；（3）廣播風(fēng)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(tǒng)的正常運(yùn)行離不開可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的施工調(diào)試時(shí)，系統(tǒng)功能調(diào)試總是放在整個(gè)調(diào)試階段的末端進(jìn)行，調(diào)試時(shí)間短，要求五防網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該容易施工、調(diào)試。工業(yè)以太網(wǎng)具有傳輸速度快、協(xié)議統(tǒng)一、可擴(kuò)展性好、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，已廣泛被電力系統(tǒng)采用，成為變電站監(jiān)控系統(tǒng)的分布式測(cè)控網(wǎng)。系統(tǒng)采用變電站已有的監(jiān)控網(wǎng)，作為系統(tǒng)的通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與監(jiān)控兩網(wǎng)合一，監(jiān)控后臺(tái)承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息的配置及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的解釋工作，系統(tǒng)直接使用監(jiān)控處理過的數(shù)據(jù)，無需重復(fù)采集站內(nèi)設(shè)備信息。系統(tǒng)通過監(jiān)控網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)閉鎖節(jié)點(diǎn)、智能鎖具的遙控操作，既能保證通信的可靠性，又節(jié)省了系統(tǒng)組網(wǎng)的工作量。

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結(jié)論

 

本課題主要進(jìn)行軌道交通行業(yè)供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)研究，進(jìn)行了需求分析、功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過分析當(dāng)前供電運(yùn)行安全管理方在軌道交通行業(yè)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，以及廣州地鐵的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀和整個(gè)行業(yè)所面臨的主要問題，確定了系統(tǒng)的基本功能和體系結(jié)構(gòu)，總而分之，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，將系統(tǒng)分為五個(gè)功能子系統(tǒng)，這五個(gè)子系統(tǒng)更好的將系統(tǒng)功能進(jìn)行了分解，并根據(jù)實(shí)際工程需要，對(duì)系統(tǒng)在性能、交互等方面的需求進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)能夠更好的為軌道交通行業(yè)的供電安全管理提供更加安全可靠的服務(wù)保障。本文針對(duì)軌道交通供電運(yùn)行安全管理系統(tǒng)的進(jìn)行研究，取得了以下幾個(gè)方面的成果：（1）分析了國(guó)內(nèi)外供電安全管理系統(tǒng)目前在變電站的使用情況，尤其是目前在地鐵行業(yè)的使用情況，找到了目前在國(guó)內(nèi)軌道交通行業(yè)對(duì)供電安全管理系統(tǒng)的需求，從而制定了針對(duì)于地鐵行業(yè)的供電安全管理系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容。（2）實(shí)現(xiàn)了針對(duì)于軌道交通行業(yè)的供電安全管理系統(tǒng)。地鐵行業(yè)的運(yùn)行安全關(guān)系到乘客的生命安全、軌道行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展以及國(guó)家社會(huì)的良好運(yùn)行，而供電系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定的運(yùn)行是關(guān)系到地鐵行業(yè)安全運(yùn)行不可或缺的關(guān)鍵因素之一，通過供電安全管理系統(tǒng)的推廣及使用，可以更好的提高于軌道交通行業(yè)的運(yùn)維檢修以確保地鐵線路的高效、安全的運(yùn)行。（3）實(shí)現(xiàn)了與監(jiān)控系統(tǒng)的信息共享。供電安全管理系統(tǒng)不單單獨(dú)立與軌道交通行業(yè)系統(tǒng)之外，它能夠與行業(yè)內(nèi)其他關(guān)鍵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享，確保了信息的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提高了行業(yè)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和可靠性。（4）實(shí)現(xiàn)了在線防誤和在線閉鎖。系統(tǒng)大大降低了人為現(xiàn)場(chǎng)操作的危險(xiǎn)性和不穩(wěn)定性，通過在線操作，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，大大降低了人力成本，確保了運(yùn)維人員的安全。目前，系統(tǒng)已經(jīng)在廣州地鐵部分路段投入實(shí)施，通過與專用設(shè)備的配合使用，目前運(yùn)行良好，系統(tǒng)還將根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用反饋情況對(duì)其功能的可操作性、可靠性和可擴(kuò)展性進(jìn)行升級(jí)和更新，確保系統(tǒng)在城市軌道交通行業(yè)的推廣及普及，為全國(guó)更多的城市和地區(qū)提供安全可靠的產(chǎn)品和服務(wù)。

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參考文獻(xiàn)（略）