轨道交通供电运行安全生产管理系统研究与应用

 

第 1 章 绪 论

 

1.1 论文研究背景及意义

中国城市轨道交通专业委员会指出，我国的轨道交通行业正在蓬勃发展，中国的城市轨道交通市场在世界的交通行业中的发展速度也是首屈一指的。“十三五”期间，中国将把城市轨道交通的建设摆在更加突出的位置，其统筹布局的重点是：加快规划建设轨道交通，加强轨道交通在城市通行中的功用和效能，重视轨道交通新技术的应用，逐步实现以轻轨、地铁为骨干的城市交通体系，替代常规的地面公用出行方式。解决城市交通拥堵问题。城市轨道交通系统是一种载客量大、运行速度快、客流量大的交通系统，其安全性和可靠性具有很重要的意义，因此有很高的标准与要求，而供电运行安全管理系统则为整个轨道交通的安全运行提供了最基础的保证。城市轨道交通电力监控系统由控制中心（OCC）和被控变电所通过骨干网构成环网（即电力监控系统），其中被控站由主变电所、设置在沿线的各站级变电所构成的综合自动化系统。电力监控系统实现对轨道交通全程线路上的电力供电设备进行分层分级实时监控，发现供电系统的异常状态和报警事件，并给出及时的处理和反馈，保证系统的稳定运行，并且提高供电系统调度、管理及维修的自动化程度，保质保量，达到安全可靠运行。供电运行安全管理系统主要以城市轨道交通电力监控系统为基础，主要由防误操作、接地线管理、操作票、工作票、巡视巡检设施等五个子功能系统组成。并在控制中心（OCC）设置中央级管理系统。在节假日及上下班的城市出行高峰期中，城市轨道交通的正常运行就显得尤为重要。供电系统的安全稳定运行对于轨道交通的正常运行有重要作用。所以通过计算机软件建立起一套安全稳定的供电运行安全管理系统，对供电系统设备进行监管，确保整个城市轨道交通的正常运行是必不可缺的。安全、规范、可靠的供电系统对轨道交通的安全运行有十分重要的作用，是城市轨道交通运输的核心。供电系统如果发生问题，不仅造成城市地铁或轻轨的瘫痪，而且会造成地面出行的混乱，对社会稳定和城市形象造成非常不良影响。现今轨道交通运营单位制定了详尽、细致的规范和管理措施，为供电系统的安全运行提供了制度保障。但这种方式需要大量的投入，包括人力、资金等，效率极低。因此需要建立一套完善的轨道交通供电运行安全管理系统来匹配现有的规章制度，结合电力监控系统，进行互补，形成一个程序化、网络化、可视化、标准化的供电安全生产保障体系，使安全生产能够更加高效，提升工作效率、降低运行成本。

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1.2 国内外研究现状

 

1.2.1 国外研究现状

目前，国外的电力系统主要依靠严格的管理制度来确保供电运行的稳定，既没有“五防”技术，也没有“五防”的概念[2]，为了防止误操作，它们通常采用电气联锁及监控后台软件闭锁的方式。电气联锁能够实现对组合电器和开关柜内的操作闭锁，却无法实现横向间隔的闭锁。监控后台软件能够对全站进行逻辑闭锁，并用于对遥控操作的逻辑联锁。并不能达到供电安全管理系统所实现的标准。国外企业都对轨道交通供电运行安全管理系统有一定的研究。但国外产品主要考虑的是对设备的监测，缺失对流程的管理，尤其是对适合我国供电安全的规范、操作指南并不了解。开发出的管理系统并不适合我国供电的实际情况，不易于用户的操作和运行。

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第 2 章 系统需求分析

 

2.1 业务概述

目前城市轨道交通供电设备的倒闸或停电检修作业在防止电气误操作措施上不能满足日益繁复的防止电气误操作功能的需求。电气设备的误操作，可能引起高压电气设备的损坏，导致系统的供电中断，从而影响轨道交通车的运营，造成不良的社会影响。甚至还会造成生命危险，带来重大经济损失。因此，在建设现代化城市轨道交通线路中供电系统，考虑配置供电运行安全管理系统具有重要的实际意义。虽然供电安全管理系统已广泛应用于国家电网、南方电网的各级变电站中，但在城市轨道交通供电系统中应用极少，仍处于研发阶段。目前在电力系统变电站中供电安全管理系统一般分为独立微机五防系统和包含在变电所综合自动化系统中的五防子系统。两种模式独具优势，但也各有不足。例如微机五防系统及一体化五防子系统均不能实时反馈现场设备的运行状况，无法在线实时监控操作的具体情况；五防系统锁具种类及其附件种类多样化、多元化，运行维护工作统一性差、工作量大，工序繁杂。随着现代化技术的飞速发展，避免电气误操作，供电运行安全管理系统应实现变电站操作票项的实时在线监控。故此，参考珠海兰埔 110kV 变电站在线式五防成功经验，开展对轨道交通供电运行安全管理系统的分析，并在广州地铁机场北站成功实施实现国内首例应用。轨道交通行业供电安全管理系统实现对临时接地桩、网门、手动刀闸、刀闸电机电源及操作票项等的实时监控。系统通过对全变电所一二次电气设备、防误系统设备进行实时监控，依据预演成功保留在五防工作站中的操作票逻辑顺序，按票依次解锁各级电气操作。改变操作对象的作业方式及逻辑闭锁条件，一旦不符合逻辑闭锁要求，瞬时停止，不会再执行余下未操作步骤，实现全程实时在线闭锁功能。该系统无需配置电脑钥匙或机械锁具，电气操作回路闭锁由测控装置逻辑闭锁关系输出接点信号自动实现闭锁逻辑功能，简化了现场调试人员的操作流程，减少了误操作风险，极大地提升了操作效率，确保操作的可靠性。因此该技术也可以保障城市轨道交通的供电要求。总之，安全、规范、可靠的供电系统是城市轨道交通的稳定运行最基础的保障，故此需要建立完善的供电运行安全管理系统，来解决城市轨道交通中的供电运行安全管理问题，改善并保证城市的供电系统的安全性和可靠性。

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2.2 功能需求

供电运行安全生产管理系统，通过防误操作、地线管理、工作票、操作票、巡检 5 大子系统来实现供电各专业及业务流安全管理与安全保障。目前其他的安全管理系统技术措施并不能满足全局功能，相互间的关联性较弱，从整体看，其设计思路不清晰，功能不完善，达不到轨道交通防止电气误操作整体目标的基本要求。本系统防误子系统采用可靠性较高的技术手段，在权限内容管理、唯一操作权限、模拟预演、逻辑闭锁判断、设备强制闭锁等方面进行全局的防误管理，减少人为造成的误操作带来的损失，对各种操作均具有完整的防误闭锁方式和管理手段。地线管理子系统用于对站级变电所、接触网及车辆段的接地线进行规范管理和强制闭锁功能，可以防止接地线作业过程中的误挂、漏挂、误拆、漏拆等安全隐患，做到地线按照电力系统操作手册使用、加强规范操作管理、有记录可查询，为轨道交通供电系统的安全生产提供有力的保障。

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第 3 章 系统设计 ............19

3.1 系统设计技术原则 .............19

3.2 系统架构 ................20

3.3 系统功能设计 ........26

3.3.1 OCC 层安全管理功能 ..............26

3.3.2 变电所安全管理功能...............27

3.3.3 接触网检修作业安全管理功能............27

3.3.4 车辆段检修作业安全管理功能............27

3.4 其他系统设计 ........28

3.5 本章小结 ................31

第 4 章 系统实现 ............32

4.1 系统配置 ................32

4.1.1 系统硬件配置..............32

4.1.2 系统软件配置..............33

4.2 系统技术特点 ........34

4.2.1 在线防误功能..............34

4.2.2 在线闭锁功能..............34

4.3 系统功能实现 ........37

4.3.1 图形界面.........37

4.3.2 实时库配置.....38

4.3.3 操作票功能.....42

4.4 本章小结 ................46

第 5 章 结论与展望 ........47

 

第 4 章 系统实现

 

4.1 系统配置

站控层由监控机、分布式网络设备组成，其设备主要集中于主控室内。监控机是在线式五防的主要人机界面，其提供的计算机存储和处理能力应满足本变电站的远景要求，性能应达到以下指标：（1）处理器字长 ≥32 位；（2）主频： ≥1.6GHZ；（3）内存： ≥2GB；（4）硬盘： ≥320GB；（5）网卡： 100MBPS。工业以太网的分布式网络确保了通信过程中实时性和抗干扰性能。关键设备交换机的性能指标应满足：（1）RJ-45 端口：10Base-T/100Base-TX，支持自动协商功能；（2）流量优先级设置功能；（3）广播风暴抑制功能；（4）支持 VLAN；（5）电磁兼容骚扰:不低于 EN55022；（6）电磁兼容抗扰:不低于 EN50082-2。系统的正常运行离不开可靠的通信网络。变电站自动化系统的施工调试时，系统功能调试总是放在整个调试阶段的末端进行，调试时间短，要求五防网络应该容易施工、调试。工业以太网具有传输速度快、协议统一、可扩展性好、通用性强的特点，已广泛被电力系统采用，成为变电站监控系统的分布式测控网。系统采用变电站已有的监控网，作为系统的通信网，实现系统与监控两网合一，监控后台承担网络设备信息的配置及网络报文的解释工作，系统直接使用监控处理过的数据，无需重复采集站内设备信息。系统通过监控网实现对闭锁节点、智能锁具的遥控操作，既能保证通信的可靠性，又节省了系统组网的工作量。

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结论

 

本课题主要进行轨道交通行业供电运行安全管理系统研究，进行了需求分析、功能设计与实现。通过分析当前供电运行安全管理方在轨道交通行业的国内外现状，以及广州地铁的实际应用现状和整个行业所面临的主要问题，确定了系统的基本功能和体系结构，总而分之，针对不同的应用场景，将系统分为五个功能子系统，这五个子系统更好的将系统功能进行了分解，并根据实际工程需要，对系统在性能、交互等方面的需求进行了设计和实现，使得系统能够更好的为轨道交通行业的供电安全管理提供更加安全可靠的服务保障。本文针对轨道交通供电运行安全管理系统的进行研究，取得了以下几个方面的成果：（1）分析了国内外供电安全管理系统目前在变电站的使用情况，尤其是目前在地铁行业的使用情况，找到了目前在国内轨道交通行业对供电安全管理系统的需求，从而制定了针对于地铁行业的供电安全管理系统的研究内容。（2）实现了针对于轨道交通行业的供电安全管理系统。地铁行业的运行安全关系到乘客的生命安全、轨道行业的稳定发展以及国家社会的良好运行，而供电系统的可靠稳定的运行是关系到地铁行业安全运行不可或缺的关键因素之一，通过供电安全管理系统的推广及使用，可以更好的提高于轨道交通行业的运维检修以确保地铁线路的高效、安全的运行。（3）实现了与监控系统的信息共享。供电安全管理系统不单单独立与轨道交通行业系统之外，它能够与行业内其他关键系统实现信息共享，确保了信息的联动机制，提高了行业运行的实时性和可靠性。（4）实现了在线防误和在线闭锁。系统大大降低了人为现场操作的危险性和不稳定性，通过在线操作，可以实现远程操控，大大降低了人力成本，确保了运维人员的安全。目前，系统已经在广州地铁部分路段投入实施，通过与专用设备的配合使用，目前运行良好，系统还将根据实际的应用反馈情况对其功能的可操作性、可靠性和可扩展性进行升级和更新，确保系统在城市轨道交通行业的推广及普及，为全国更多的城市和地区提供安全可靠的产品和服务。

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参考文献（略）